從技術(shù)起源看TD-SCDMA的演進(jìn)

1、TD-SCDMA的名字由來 

TD-SCDMA的名字來源很少人知道。1998年，在原郵電部（信息產(chǎn)業(yè)部）電信研究院的大樓里，電信研究院副院長(zhǎng)鄔賀銓、楊毅剛和作者等湊到了一起，討論未來中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的命名問題。中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)來源于北京信威通信技術(shù)股份有限公司（電信研究院和美國(guó)希威爾公司的合資公司，下文簡(jiǎn)稱北京信威）自主創(chuàng)新的SCDMA，但3G標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是一個(gè)包含窄帶語音和寬帶數(shù)據(jù)在內(nèi)的全移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，必須有別于SCDMA系統(tǒng)。另外它將是一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，必須得到國(guó)際通信企業(yè)和組織的支持，并且還有與其他3G標(biāo)準(zhǔn)提案（正在提出的）進(jìn)行融合的可能。

在此之前，鄔賀銓院長(zhǎng)問起在國(guó)際諸多3G標(biāo)準(zhǔn)方案中哪一個(gè)比較接近中國(guó)想提出的方案時(shí)，作者說西門子提出的TD-CDMA應(yīng)該是最接近的一個(gè)。鄔院長(zhǎng)馬上反應(yīng)說：“我們標(biāo)準(zhǔn)的名字必須帶SCDMA，但也要體現(xiàn)我們和其他標(biāo)準(zhǔn)合作的愿望，就叫TD-SCDMA吧。”誰也沒想到，這7個(gè)英文字母從此就扎根了中國(guó)，走向了世界，并標(biāo)識(shí)了中國(guó)百年通信史上的第一個(gè)高峰。TD-SCDMA中的SCDMA是同步碼分多址（synchronous code division multiple access）技術(shù)的英文縮寫，TD是時(shí)分（time division）的英文縮寫。SCDMA的S在北京信威還有另一種解釋：S是指智能天線（smart antenna）、同步碼分多址（synchronous CDMA）、軟件無線電（software radio）和同步無線接入?yún)f(xié)議（synchronous wireless access protocol）。這4個(gè)“S”基本上是SCDMA技術(shù)的簡(jiǎn)練概括。

2、TD-SCDMA的技術(shù)起源

下面簡(jiǎn)單介紹一下TD-SCDMA各項(xiàng)技術(shù)的起源和優(yōu)勢(shì)。

（1）智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)最早用于美國(guó)軍方雷達(dá)和抗干擾通信系統(tǒng)。美國(guó)斯坦福大學(xué)信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)時(shí)在智能天線的研究方面處于全世界最領(lǐng)先的地位。美國(guó)海陸空研究機(jī)構(gòu)每年會(huì)撥款上百萬美元給這個(gè)實(shí)驗(yàn)室，用于高可辨雷達(dá)及抗干擾通信上的智能天線研究。作者當(dāng)時(shí)留學(xué)美國(guó)就在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)煆膶?dǎo)師——美國(guó)著名的兩院院士湯姆斯凱拉斯（Thomas Kailath）教授。1992年，作者成為美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校的助理教授，成立了美國(guó)第一個(gè)研究智能天線在民用無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)智能天線在民用無線環(huán)境的性能進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，并開發(fā)了一套智能天線的測(cè)試系統(tǒng)，以演示智能天線的波束賦形功能以及由此帶來的增加覆蓋、鏈路預(yù)算和干擾抵消等性能優(yōu)勢(shì)。當(dāng)時(shí)各大通信公司包括摩托羅拉、北電、愛立信對(duì)這些研究非常感興趣。但由于當(dāng)時(shí)通用的系統(tǒng)包括模擬“大哥大”、GSM和美國(guó)TDMA系統(tǒng)（IS-136）都采用了頻分雙工（frequency division duplex，F(xiàn)DD）方式，這種雙工方式的上、下行頻率不同，使得智能天線無法實(shí)現(xiàn)下行的波束賦形，因此對(duì)于FDD系統(tǒng)智能天線只能解決其一半的問題，加上智能天線技術(shù)還處于早期階段，導(dǎo)致各大通信公司沒有采用智能天線技術(shù)。這是作者這些留學(xué)生們第一次深深感覺到現(xiàn)有的無線通信標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新技術(shù)應(yīng)用的障礙，如果有一個(gè)基于智能天線技術(shù)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)大大提升無線通信的性能。

（2）同步碼分多址技術(shù)

CDMA技術(shù)起源于美國(guó)的軍事通信領(lǐng)域，后來美國(guó)加州的高通公司將此技術(shù)民用化并形成IS-95的新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。CDMA技術(shù)較當(dāng)時(shí)應(yīng)用的GSM和IS-136的TDMA技術(shù)在理論上有容量大的優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際增加的容量不會(huì)超過2倍。CDMA最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于寬帶抗衰落、同頻組網(wǎng)、軟切換和可變速語音編碼。CDMA也有許多缺陷，最明顯的缺陷就是所謂的呼吸效應(yīng)，即當(dāng)用戶數(shù)多時(shí)，覆蓋變��；用戶數(shù)減小，覆蓋變大。同步CDMA技術(shù)可以克服以上缺陷。但異步CDMA即IS-95早在1989年就成為北美下一代的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，修改異步CDMA到同步CDMA將會(huì)造成系統(tǒng)的不兼容，因此阻礙了同步CDMA的應(yīng)用。

（3）軟件無線電技術(shù)

軟件無線電技術(shù)是指將無線通信各層協(xié)議的算法用軟件實(shí)現(xiàn)。由于當(dāng)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的運(yùn)算能力有限，絕大多數(shù)的終端都用專用集成電路（ASIC）芯片來實(shí)現(xiàn)。ASIC的優(yōu)勢(shì)是可以在合理的成本下實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量較大的處理，但問題也很多，如設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)代價(jià)高，生產(chǎn)驗(yàn)證測(cè)試成本高，最大的缺點(diǎn)是一旦完成就不能被修改。如果用可編程的高速處理器件如數(shù)字信號(hào)處理器代替ASIC，可使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，產(chǎn)品的開發(fā)成本也會(huì)大大減低，最吸引人的優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)多種制式并可以通過無線軟件更新的方式來優(yōu)化性能。
 
　　3、北京信威的創(chuàng)立

綜上所述，為了能夠讓新的無線通信技術(shù)的優(yōu)越性能得到充分體現(xiàn)，新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)必須誕生，基于軟件 無線電的產(chǎn)品必須開發(fā)。歐美的通信巨頭出于對(duì)已有標(biāo)準(zhǔn)的既得利益的保護(hù)，對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)不是很積極。而中國(guó)當(dāng)時(shí)在無線通信領(lǐng)域較為落后，在1993年，像華為和中興這樣的國(guó)內(nèi)通信巨頭都還沒有涉足許多無線通信產(chǎn)品的研發(fā)。但中國(guó)在不久的將來無疑會(huì)成為全球最大的無線通信市場(chǎng)，因此中國(guó)應(yīng)該有自己的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)的用戶應(yīng)該要求用最先進(jìn)的無線通信技術(shù)。 

懷著這種大膽的設(shè)想，中國(guó)在美國(guó)德州奧斯汀市的3位留學(xué)生走到了一起：作者、美國(guó)摩托羅拉半導(dǎo)體部門經(jīng)理陳衛(wèi)博士和德州大學(xué)奧斯汀分校副教授李三琦。在此后不久，三位就與郵電部電信研究院的李世鶴副院長(zhǎng)取得聯(lián)系，并得到李世鶴和當(dāng)時(shí)剛上任的郵電部科技司司長(zhǎng)周寰的大力支持。隨后，陳衛(wèi)和作者在取得了陳五福（當(dāng)時(shí)聞名的創(chuàng)業(yè)家）的第一筆投資后成立了美國(guó)希威爾公司。幾個(gè)月后（1995年11月）希威爾公司和電信研究院成立了中外合資企業(yè)——北京信威，致力于開發(fā)新一代包含諸多世界領(lǐng)先核心技術(shù)，如智能天線、同步碼分多址、軟件無線電和同步空口信令的新一代無線通信系統(tǒng)。中國(guó)政府對(duì)SCDMA的技術(shù)研發(fā)也給予了大力支持，先后給該項(xiàng)目資助3000萬元。富有“中國(guó)心”的美籍華人風(fēng)險(xiǎn)投資家劉宇環(huán)先生非常支持中國(guó)留學(xué)生回國(guó)創(chuàng)業(yè)的模式，1998年，通過其管理的美國(guó)中經(jīng)合投資基金（WI Harper）注資300多萬美元到希威爾公司，大大加速了SCDMA技術(shù)的成熟和完善。

4、TD-SCDMA系統(tǒng)與眾不同的設(shè)計(jì)理念

4.1　不用寬帶CDMA

當(dāng)時(shí)在設(shè)計(jì)TD-SCDMA系統(tǒng)的一些參數(shù)如信道帶寬為0.5 MHz時(shí)，一些國(guó)內(nèi)的電信專家有些不解。因?yàn)楫?dāng)時(shí)IS-95 CDMA系統(tǒng)即將商用，歐盟正在積極投入寬帶CDMA（WCDMA）的研究。在通信界存在一種流行的偏見即CDMA的帶寬越寬，性能越好。這也是為什么 CDMA的帶寬要從1.25 MHz演進(jìn)到WCDMA的5 MHz帶寬。事實(shí)上，只要對(duì)CDMA的性能有充分的了解就不難看出設(shè)計(jì)信道帶寬為0.5 MHz的原因：

●同步碼分多址的同步要求。帶寬增大意味著碼片寬度變窄，導(dǎo)致同步困難。

●碼片變窄，多徑信道的時(shí)延可能超過碼片長(zhǎng)度引起碼間不正交或增加碼間干擾。由于CDMA系統(tǒng)是受限干擾，干擾的增加將降低系統(tǒng)容量。

●實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。帶寬增加將加大擴(kuò)散和解擴(kuò)的處理量，在DSP處理能力還限制在幾十MIPS的情況下，帶寬太大會(huì)不利于軟件無線電的實(shí)現(xiàn)。另外，為了繼續(xù)提高在嚴(yán)重多徑信道情況下的無線性能，將采用多用戶檢測(cè)（又稱為聯(lián)合檢測(cè)）技術(shù)，其復(fù)雜度將與帶寬的平方成正比，將帶寬設(shè)計(jì)過大將不利于聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)時(shí)業(yè)界普遍認(rèn)為碼片寬度降低，可以讓RAKE接收機(jī)將各個(gè)多徑剔出來并可以同向疊加，大大降低多徑造成的信號(hào)強(qiáng)度的衰落。這種分析在系統(tǒng)欠載時(shí)（即并發(fā)用戶數(shù)不多時(shí)）是成立的，而當(dāng)系統(tǒng)滿載時(shí)，RAKE接收機(jī)的這種效果不會(huì)理想，因?yàn)楦鱾�(gè)多徑分量中都含有相當(dāng)大的來自其他用戶信號(hào)的干擾。在多用戶同步碼分多址的系統(tǒng)中，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)在這方面的效果成倍地優(yōu)于RAKE接收機(jī)。

4.2　不用FDD，采用TDD

另外，如上所述，為了能最大化地發(fā)揮智能天線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，TD-SCDMA的雙工方式選為TDD方式。當(dāng)時(shí)，業(yè)界普遍認(rèn)為FDD可用于組建廣域網(wǎng)而TDD只適用于短距離的局域網(wǎng)，如CT-2和PHS。但其實(shí)由于SCDMA留了足夠的保護(hù)時(shí)隙（320 ?s），支持的最大距離可達(dá)到48 km。

4.3　有機(jī)結(jié)合各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)

最后，除了各個(gè)單項(xiàng)核心技術(shù)有其顯著的優(yōu)勢(shì)外，它們的有機(jī)結(jié)合還可創(chuàng)造出1+1＞2的效應(yīng)。例如，智能天線和同步碼分多址的結(jié)合使得智能天線算法得以簡(jiǎn)化。TDD和同步碼分多址的結(jié)合將簡(jiǎn)化功率控制，而功率控制是IS-95異步CDMA的老大難問題。同步碼分多址和智能天線技術(shù)的結(jié)合使單基站可以對(duì)終端定位，實(shí)現(xiàn)可靠的接力切換。

5、TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的出籠

5.1　SCDMA系統(tǒng)的問世

經(jīng)過兩年艱苦的研發(fā)，SCDMA無線本地環(huán)路系統(tǒng)于1997年底在重慶西坪和白市驛首開了商用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，首次演示了系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)。例如，演示了智能天線的8單元天線陣，它可以達(dá)到8的平方即64倍（18 dB）的等效發(fā)射效應(yīng)，可滿足廣覆蓋的要求。另外，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在0.5 MHz內(nèi)打滿31路電話。當(dāng)時(shí)容量最大的CDMA系統(tǒng)需要2×1.25=2.5 MHz帶寬才能支持30路語音，SCDMA容量超過CDMA的5倍之多。

5.2　歐洲的3G

與此同時(shí)，在通信界正在醞釀3G的標(biāo)準(zhǔn)。受益于2G GSM的成功經(jīng)驗(yàn)，歐洲各運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商都在積極地推動(dòng)3G標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）有兩大陣營(yíng)：一個(gè)是以愛立信、諾基亞為首的 WCDMA陣營(yíng)，另一個(gè)是以西門子和法國(guó)電信為首的TD-CDM A陣營(yíng)。TD-CDMA技術(shù)的信道帶寬為1 MHz，是CDMA和TDMA的結(jié)合，采用了聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)來提升系統(tǒng)容量和性能。從技術(shù)設(shè)計(jì)理念上與SCDMA較為接近，其性能應(yīng)該優(yōu)于WCDMA。但由于愛立信和諾基亞在電信界的霸主地位和WCDMA已被視為主流技術(shù)，在ETSI的最后投票中，WCDMA以微弱優(yōu)勢(shì)勝出。為了讓ESTI只出一個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)，兩大陣營(yíng)協(xié)商提出了一個(gè)雙方融合的3G家族方案，即FDD用WCDMA，TDD用TD-CDMA，但信道帶寬統(tǒng)一為5 MHz。實(shí)際結(jié)果還是WCDMA取得了勝利，因?yàn)槠鋮��?shù)保持不變而TD-CDMA的信道帶寬從1 MHz擴(kuò)大到了5 MHz。如前所述，這將大大增加聯(lián)合檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。西門子對(duì)此一直耿耿于懷，這也為以后電信研究院和西門子的合作埋下伏筆。 

5.3　中國(guó)3G的香山會(huì)議

3G的標(biāo)準(zhǔn)化工作也從歐洲影響到了中國(guó)。當(dāng)時(shí)電信研究院科技處處長(zhǎng)熊飛第一個(gè)提出應(yīng)該把SCDMA技術(shù)變成中國(guó)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在隨后一次慶祝 SCDMA實(shí)驗(yàn)網(wǎng)成功的宴會(huì)上，作者鄭重地提出將SCDMA變成3G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。宴會(huì)當(dāng)時(shí)在場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)有周寰司長(zhǎng)、李世鶴副院長(zhǎng)、熊秉群院長(zhǎng)等。周寰司長(zhǎng)當(dāng)場(chǎng)表示支持。之后，李世鶴和作者就開始討論中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的推出方案，在不久之后召開的關(guān)于中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的香山會(huì)議上，兩人推出了北京信威的以SCDMA為核心的3G方案。當(dāng)時(shí)運(yùn)營(yíng)商代表有兩種意見：一種意見是基于運(yùn)營(yíng)商的角度，希望全球只有一個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)在全球已有兩大標(biāo)準(zhǔn)WCDMA和cdma2000，如果中國(guó)再提出一個(gè)。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，將不利于3G標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。另一種意見主要從國(guó)家利益出發(fā)，希望能利用3G標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)會(huì)，建立自己的3G標(biāo)準(zhǔn)，以此推動(dòng)中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。最后以郵電部宋直元副部長(zhǎng)為首的3G小組，做出了鼓勵(lì)提交自己的3G標(biāo)準(zhǔn)的傾向性意見。

5.4　從SCDMA技術(shù)衍生的TD-SCDMA

在1998年1月，作者和李世鶴副院長(zhǎng)正式接到通知開始著手TD-SCDMA 3G標(biāo)準(zhǔn)的起草撰寫工作。從SCDMA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)到商用，北京信威對(duì)SCDMA的技術(shù)有了更深的認(rèn)識(shí)。我們根據(jù)3G的要求，對(duì)SCDMA系統(tǒng)做了相關(guān)修改。

首先，國(guó)際電聯(lián)（ITU）對(duì)3G的定義是快速移動(dòng)的數(shù)據(jù)率為144 kbit/s，慢行的數(shù)據(jù)率為384 kbit/s，固定的數(shù)據(jù)率為2 Mbit/s。為了適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)的要求，將信道頻寬從0.5 MHz改成為1.25 MHz（以后又改成為現(xiàn)在的1.6 MHz）。

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，又發(fā)現(xiàn)空間特征向量在高速移動(dòng)過程中變化很快，特別是某些場(chǎng)合，10 ms的時(shí)間內(nèi)空間特征向量有相當(dāng)大的變化，導(dǎo)致下行波束賦型性能下降。為了提升SCDMA的移動(dòng)性能將TDD周期從10 ms縮短到了5 ms。

在SCDMA進(jìn)行同頻組網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)其廣播信道之間的相互干擾比較嚴(yán)重，原因是廣播信道的能量很大并且是全向發(fā)射，引進(jìn)TDMA之后可以將同頻的鄰近基站分散在不同時(shí)隙以避免相互干擾。將TDMA引入SCDMA，還可以使終端在只通話時(shí)（只用一個(gè)時(shí)隙）關(guān)閉射頻和其他處理達(dá)到省電性能。另外，引入 TDMA可以在不改變帶寬顆粒度的情況下降低擴(kuò)頻系數(shù)（從32降到16），從而降低了聯(lián)合檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)難度和提高了檢測(cè)性能。另一個(gè)改動(dòng)是將廣播信道和接續(xù)信道分開，由于接續(xù)信道只針對(duì)一個(gè)用戶，可以用波束賦型來發(fā)射，以節(jié)省下行功率和降低對(duì)其他終端的干擾。

5.5　來自西門子的寶貴支持

技術(shù)上的設(shè)計(jì)是一部分工作，影響政府決策是另一部分工作。雖然香山會(huì)議決定要積極推動(dòng)自主3G的工作，但沒有明確的定論。為了能保住在華的利益，各大國(guó)際電信巨頭加大公關(guān)力度，從各方面來攻擊中國(guó)自己提出的3G標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)時(shí)華為和中興在無線通信方面的研發(fā)較少，沒有太多的話語權(quán)）。此時(shí)原郵電部科技司也承受了很大的壓力。但卻做了一件看似一般但對(duì)TD-SCDMA起了關(guān)鍵作用的事情。那就是科技司專門撥了一筆經(jīng)費(fèi)，組建了一個(gè)代表團(tuán)，由李世鶴和楊毅剛副院長(zhǎng)等帶隊(duì)去歐洲訪問愛立信、諾基亞、西門子等一些大的電信公司。一是了解他們?cè)?G標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作，二是尋求他們對(duì)中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的支持。愛立信和諾基亞當(dāng)時(shí)的態(tài)度是希望中國(guó)將智能天線技術(shù)搞出來融合到WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)中去。如上所述，由于WCDMA是一個(gè)FDD系統(tǒng)，智能天線的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮出來，因此在WCDMA標(biāo)準(zhǔn)上的合作沒有很深入。當(dāng)代表團(tuán)到了德國(guó)的西門子公司時(shí)，又一個(gè)機(jī)遇發(fā)生了。當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)接待的是李萬林博士，李博士是重慶人和李世鶴以前就認(rèn)識(shí)，他曾在德國(guó)留學(xué)，留學(xué)后在西門子任職。由于西門子的TD-CDMA在ETSI受挫，一直耿耿于懷，中國(guó)提出的3G標(biāo)準(zhǔn)與其設(shè)計(jì)理念很接近并引進(jìn)了智能天線和上行同步的新技術(shù)，再加上李萬林博士的內(nèi)部溝通和雙邊撮合，西門子表示出極大的熱情與電信研究院簽署了一個(gè)備忘錄 。 

在備忘錄中，西門子表示對(duì)中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的支持，更重要的是對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)先進(jìn)性和優(yōu)勢(shì)給予了肯定。這次歐洲訪問的報(bào)告和與西門子簽署的備忘錄，從另一個(gè)方面證實(shí)了中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的可行性。

5.6　TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的遞交

TD-SCDMA的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在1998年5月左右完成，然后用了1個(gè)月左右的時(shí)間進(jìn)行了修改和完善。直到離國(guó)際電聯(lián)遞交3G標(biāo)準(zhǔn)的期限6月 30日只有一周的時(shí)間時(shí)，政府還未對(duì)是否提交自己的標(biāo)準(zhǔn)做出最后決策。經(jīng)過周寰司長(zhǎng)、郵電部科技司和電信研究院的不懈努力，在離期限只有2天的時(shí)間時(shí)終于得到了郵電部的確認(rèn)，最后郵電部以最快的公文傳送方式將申報(bào)中國(guó)3G標(biāo)準(zhǔn)的公文按照流程先送兩位副部長(zhǎng)，再送吳基傳部長(zhǎng)。當(dāng)吳部長(zhǎng)簽完字后，科技司馬上給李世鶴打電話，作者和李世鶴馬上通過電子郵件將TD-SCDMA的標(biāo)準(zhǔn)提案提交給了ITU。此刻，距離規(guī)定的3G標(biāo)準(zhǔn)提案的遞交期限只剩不到一天的時(shí)間了。也許任何一個(gè)環(huán)節(jié)的遲延，都可能會(huì)給中國(guó)通信業(yè)未來幾十年帶來無比巨大的遺憾。

6、TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的確立

當(dāng)時(shí)在ITU有7個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)的提案，顯然是太多了，下一步就是要求各提案者將各種方案進(jìn)行融合。應(yīng)ITU要求，3GPP的主要成員愛立信、諾基亞、西門子、松下以及日本電信，和中國(guó)郵電部的電信研究院、科技司以及中國(guó)主管電信標(biāo)準(zhǔn)的傳輸所進(jìn)行磋商。當(dāng)時(shí)的傳輸所副所長(zhǎng)曹淑敏一直對(duì)SCDMA和 TD-SCDMA非常支持，由傳輸所牽頭在北京召開了融合會(huì)議。第一次會(huì)議上，以愛立信、諾基亞為首的WCDMA陣營(yíng)對(duì)中國(guó)的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)提出了一系列問題。中國(guó)參會(huì)人員記錄了問題，在第二次融合會(huì)議前通過書面對(duì)這些問題做了充分的回答，并在第二次融合會(huì)議上當(dāng)面澄清。由于對(duì)方與會(huì)的技術(shù)人員對(duì)中國(guó)方面的回答再也提不出重大疑義，于是最后提出要看在ITU模型上做出來的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。在第三次融合會(huì)議上，中國(guó)方面將仿真結(jié)果公布出來，西門子的李萬林博士認(rèn)為TD-SCDMA的仿真結(jié)果已優(yōu)于WCDMA的結(jié)果。鑒于對(duì)方與會(huì)的技術(shù)人員無法對(duì)仿真結(jié)果提出重大疑義以及中國(guó)政府的出面支持，最后由日本電信出面與各方簽訂了一份支持將TD-SCDMA提交到3GPP，作為3GPP TDD的一個(gè)低碼片速率方案的備忘錄。在該備忘錄中，各方一致認(rèn)為智能天線技術(shù)和上行同步碼分多址技術(shù)有一定的優(yōu)勢(shì)。由于3GPP的核心成員已經(jīng)同意， TD-SCDMA順利地被3GPP組織接收。之后，電信研究院又和西門子簽訂了合作起草標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)開發(fā)的協(xié)議。從此，中國(guó)的3G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的啟動(dòng)階段。

由于當(dāng)時(shí)北京信威正忙于SCDMA的商用準(zhǔn)備階段，無力繼續(xù)投入巨大資源來開展3G這樣的遠(yuǎn)期項(xiàng)目，因此于1999年年底將該項(xiàng)目轉(zhuǎn)入其母公司電信研究院，在2002年轉(zhuǎn)入電信研究院的子公司大唐移動(dòng)。從1999年到2000年5月TD-SCDMA正式被國(guó)際電聯(lián)批準(zhǔn)為第三代移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，再到2007年的試商用，TD-SCDMA發(fā)展的每一步都離不開國(guó)家政府各部委的鼎力支持和果斷決策，還有大唐移動(dòng)在TD-SCDMA上所付出的始終如一的巨大代價(jià)。

7、標(biāo)準(zhǔn)化的雙刃劍

眾所周知，標(biāo)準(zhǔn)化是一把“雙刃劍”，有其有利的一面也有其不利的一面。出于自身利益的考慮，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的成員會(huì)傾向于將自己的專利技術(shù)塞進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)中，不管該技術(shù)對(duì)系統(tǒng)是否有益，因此最后的標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)各種技術(shù)的混合產(chǎn)物而不是各種先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化組合。

TD-SCDMA同樣存在著這方面的問題。例如，原來TD-SCDMA的DwPTS是放在下行信道的前面，并且在下行和上行之間有320 ?s左右的保護(hù)時(shí)隙，在現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)中被改成了75 ?s（96碼片）。這些改動(dòng)可能便于非對(duì)稱時(shí)隙的靈活配置和提高效率，但在實(shí)際組網(wǎng)時(shí)會(huì)造成很難解決的問題：75 ?s對(duì)于光速的電磁波來講是22 km，這樣22 km以外的同頻基站的DwPTS將會(huì)干擾本基站的上行接入即UpPTS。由于基站的天線增益大，DwPTS的功率是最大功率，各基站位置較高（在視距范圍），其干擾將可能是非常嚴(yán)重的。如SCDMA系統(tǒng)留出320 ?s相當(dāng)于96 km的隔離有時(shí)還不夠（如江蘇省SCDMA基站間干擾可達(dá)200 km），為此還專門采用了零陷技術(shù)來解決此問題。另外下行最后一個(gè)時(shí)隙的能量應(yīng)盡量小，最好采用波束賦型發(fā)射以減小對(duì)其他基站的干擾。

另一個(gè)例子是原來的廣播信道可隨意配置到任何下行時(shí)隙，可以避開在同頻組網(wǎng)時(shí)廣播信道之間的干擾。如果無法正確接收到廣播信息，終端很難可靠地和基站通信。但后來被改到一個(gè)固定時(shí)隙，不必要地增加了同頻的實(shí)現(xiàn)難度。

另外上行和下行之間幾乎沒有保護(hù)時(shí)間，這樣對(duì)功放和低噪放的開關(guān)性能要求太高。因?yàn)樵诠Ψ糯蜷_之前，必須關(guān)閉低噪放，以免自激，這樣，增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，當(dāng)然也增加了設(shè)備的可靠性。

8、TD-SCDMA技術(shù)的演進(jìn)難點(diǎn)

除以上標(biāo)準(zhǔn)修改的問題之外，TD-SCDMA的現(xiàn)有技術(shù)就像其他3G現(xiàn)有技術(shù)一樣存在著一些較難對(duì)付的問題。這些問題將不利于從3G到無線移動(dòng)寬帶系統(tǒng)的演進(jìn)。

第一個(gè)問題是，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)不容易解決高速移動(dòng)引起的快速信道變化。即使可以完美地預(yù)測(cè)信道變化，由于每次做聯(lián)合檢測(cè)需要對(duì)巨大的矩陣做復(fù)雜度為N?或N?的逆矩陣變換，因此在實(shí)現(xiàn)上可行性較差。由于所有同頻碼道都在相互影響，只要對(duì)一個(gè)終端的信道估計(jì)不準(zhǔn)，對(duì)所有終端的信號(hào)都將會(huì)有不利影響。

第二個(gè)問題是同頻組網(wǎng)問題，智能天線獨(dú)有的空間零陷技術(shù)將大大有助于抵消同頻干擾，但零陷技術(shù)的有效性將隨著干擾源的增加而顯著降低。TDMA 和OFDMA的信道只受鄰近同頻基站對(duì)應(yīng)信道的干擾，而CDMA的干擾源是鄰近同頻基站的所有信道，因此零陷技術(shù)在OFDMA或TDMA系統(tǒng)里更加適用。

第三個(gè)問題是，MIMO和空分多址（SDMA）在TD-SCDMA上的實(shí)現(xiàn)和在WCDMA上的實(shí)現(xiàn)一樣艱難。

因此TD-SCDMA向哪個(gè)方向演進(jìn)將成為TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化期間面臨的一個(gè)重要問題。由于SCDMA和TD-SCDMA是同源技術(shù)， SCDMA和TD-SCDMA的最佳演進(jìn)方向應(yīng)該是相似的。所以這里簡(jiǎn)要地介紹一下SCDMA技術(shù)的演進(jìn)方向，以供TD-SCDMA借鑒參考。

9、SCDMA的演進(jìn)方向——McWiLL

由于北京信威的SCDMA系統(tǒng)于2004年已形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)逼迫其在幾年前就提早開始了對(duì)下一代技術(shù)的演進(jìn)進(jìn)行研究。在2004年期間，北京信威決定了SCDMA寬帶無線數(shù)據(jù)的演進(jìn)方向，制定了碼擴(kuò)正交頻分多址（CS-OFDMA）方式的McWiLL系統(tǒng)的整體架構(gòu)。McWiLL是 multi-carrier wireless information local loop (多載波無線信息本地環(huán)路）的縮寫，也有人延伸為My China Will（我的中國(guó)愿望）。

McWiLL較SCDMA和TD-SCDMA有了以下的改進(jìn)。

（1）智能天線技術(shù)的新突破

TD-SCDMA在波束賦形和聯(lián)合檢測(cè)上更新速度不夠快（5 ms），難于對(duì)付高速移動(dòng)引起的快速信道變化，較難保持足夠的信號(hào)質(zhì)量和采用高級(jí)調(diào)制（如QAM16）。McWiLL系統(tǒng)中開發(fā)了高性能的信道跟蹤和預(yù)測(cè)技術(shù)，大幅度地提高了波束賦形和聯(lián)合檢測(cè)的速度（0.1 ms）。同時(shí)，在智能天線下行的實(shí)現(xiàn)上，McWiLL系統(tǒng)采用了子空間波束賦形（多向量波束賦形）的算法取代單向量波束賦形，在更大程度上保證了高速移動(dòng)下的信號(hào)質(zhì)量。

McWiLL系統(tǒng)在智能天線上的另一個(gè)突破是抗干擾性能的顯著提升。SCDMA和TD-SCDMA的智能天線只能抗和信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)母蓴_。在 McWiLL系統(tǒng)中，通過在信號(hào)幀格式中引進(jìn)特殊的數(shù)碼（symbol）和北京信威研制出的新抗干擾算法，可以消除比信號(hào)大20 dB的干擾，大大提高了智能天線的抗干擾能力。

另外，該新抗干擾算法結(jié)合了聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，可達(dá)到消除干擾和聯(lián)合檢測(cè)一氣呵成的效果，對(duì)同頻組網(wǎng)起了關(guān)鍵的作用。

（2）同步CDMA和OFDMA技術(shù)的融合——CS-OFDMA

McWiLL系統(tǒng)的CS-OFDMA設(shè)計(jì)有機(jī)地融合了同步CDMA和OFDMA的優(yōu)點(diǎn)，有效地避開了兩者的缺點(diǎn)。它首先將一個(gè)寬帶縱向分成許多窄帶頻點(diǎn)，然后再將數(shù)碼（symbol）用正交CDMA碼道橫向調(diào)制到窄帶頻點(diǎn)。具體地說，由于使用了OFDMA，它能克服傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)在傳輸寬帶數(shù)據(jù)時(shí)由擴(kuò)展頻譜而引起的嚴(yán)重碼間干擾（ISI），并將復(fù)雜的、非最優(yōu)性能的多用戶聯(lián)合檢測(cè)分解成多個(gè)簡(jiǎn)單的、高性能的單用戶檢測(cè)。同時(shí)由于每個(gè)數(shù)碼被擴(kuò)展到多個(gè)有一定間隔的頻點(diǎn)�？捎行У貙�(duì)抗頻率選擇性衰落和相鄰小區(qū)干擾，有利于窄帶語音和寬帶數(shù)據(jù)的可靠傳送以及同頻組網(wǎng)。

（3）聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的簡(jiǎn)化和性能提升

如前所述，SCDMA和TD-SCDMA多用戶時(shí)空聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)有用戶間的相關(guān)性問題，即如某個(gè)用戶的信號(hào)太強(qiáng)、太弱或信道太差，將影響其他用戶信號(hào)檢測(cè)。由于融合了OFDMA，McWiLL的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)對(duì)每個(gè)用戶的檢測(cè)都是獨(dú)立的，變成了單用戶檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，提高了性能。

另外，McWiLL系統(tǒng)的頻空聯(lián)合檢測(cè)的快速算法，大大降低了聯(lián)合檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，能處理時(shí)變信道（即每個(gè)數(shù)碼的信道不同），從而有效地提升系統(tǒng)的高速移動(dòng)性能。

（4）動(dòng)態(tài)調(diào)制技術(shù)的性能提高

SCDMA語音系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)制只限于QPSK，TD-SCDMA的動(dòng)態(tài)調(diào)制將擴(kuò)展到QPSK、8PSK、QAM16，McWiLL的動(dòng)態(tài)調(diào)制擴(kuò)展到了QPSK、8PSK、QAM16和QAM64。這是由于McWiLL的信道幀結(jié)構(gòu)引入特殊時(shí)隙，動(dòng)態(tài)調(diào)制的判定標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)比較準(zhǔn)確，使系統(tǒng)的吞吐量得到了最優(yōu)化。 

另外，McWiLL系統(tǒng)還引入了動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)，可盡量避免特殊場(chǎng)合的相鄰小區(qū)同頻干擾，大大增加了同頻組網(wǎng)的可靠性。

相信McWiLL的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)將為TD-SCDMA下一步的演進(jìn)方向和技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

最后，作者感謝中國(guó)政府能夠給予中國(guó)這些企業(yè)保持原始自主創(chuàng)新的源源不斷的動(dòng)力，也衷心希望中國(guó)通信企業(yè)能夠團(tuán)結(jié)起來不斷奮發(fā)創(chuàng)新，在TD-SCDMA成功之后再創(chuàng)輝煌!