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TD-SCDMA 在3G网络建设中的重要作用

http://www.sina.com.cn 2003年08月20日 09:10 新浪科技

  移 动通信是20世纪90年代以来通信行业最为活跃、增长最快、商业前景最好的领域,随着通信技术日新月异的发展,移 动通信在人们生活中扮演着越来越重要的角色。同时,由于移 动通信用户数的飞速增加,与IP电话、互联网、多媒体等数据通信相结合的新兴业务的迅猛增长,社会对移 动通信的性能和业务内容提出越来越高的要求。由于第二代移 动通信(2G)的容量、业务提供能力、现有的频谱数量和利用率上很难满足用户的新需求,以实现无缝全球漫游、高速传输和无缝业务传递为目标的第三代移 动通信(3G)也就应运而生。为了
避免重演在2G上由于各国(地区)频率分配的方式及制式技术选择的不同而造成的全球漫游困难,国际标准化组织国际电信联盟(ITU)在3G中提出了IMT-2000(国际移 动通信-2000)的倡议,并由此而催生了最终的三大主流国际标准:TD-SCDMA、WCDMA和cdma2000。其中,由中国提交的TD-SCDMA标准,虽然在ITU的标准征集阶段是一个后来者,却凭借其独特的技术优势最终胜出。同时,作为三个主流标准中的唯一一个TDD标准,该技术从诞生初始就一直备受世人关注。那么,TD-SCDMA技术在我国3G网络建设中将扮演什么角色、发挥什么作用?将会对移 动通信运营商和设备制造商产生哪些影响?

  一、TD-SCDMA技术在3G网络中的广泛应用将有效缓解频率资源紧张的局面

  1.频率资源的紧张制约着我国移 动通信的发展

  中国的移 动通信用户截止到2003年4月底已达到2.26亿,但普及率仅为16.2%,远低于欧、美、日等普及率为60%以上的发达国家,而且仍以超过500万用户/月的速度稳步增长。同时,由于中国的移 动通信用户分布严重不均,人口密度相对较高的城市地区移 动通信用户的密度也远远高于平均水平,加之大城市中以国内外商务人员和旅游者为主的流动人口越来越多,这些人大部分持有手机,所以有的地方GSM系统已经出现频率资源紧张的问题。与此同时,面向数据业务的GPRS业务占用的资源成倍增长(GPRS使用时将占用多个信道),也加剧了GSM的频率危机。2G移 动通信的进一步发展已经受到频率瓶颈的严重制约。因此,从某种意义上讲,3G也是移 动数据业务进一步发展与2G频率资源严重不足之间难以调和的矛盾下的必然发展方向。那么,3G的出现能否缓解这种危机呢?

  2. TD-SCDMA是频率问题的最佳3G解决方案

  (1)ITU、国内及欧洲对3G频率的规划方案

  当初,ITU在3G标准方案的征集之初,出于充分利用频率的考虑同时征集FDD和TDD两种方案,共收到10种地面移 动标准提案。请参考图表一。

序号

提交技术

双工方式

采用技术

提交者

1

J:W-CDMA

FDD、TDD

CDMA

日本:ARIB

2

WCDMA

FDD、TDD

CDMA

欧洲:ETSI

3

WIMS W-CDMA

FDD

CDMA

美国:TIA

4

WCDMA/NA

FDD

CDMA

美国:T1P1

5

Global CDMA II

FDD

CDMA

韩国:TTA

6

TD-SCDMA

TDD

CDMA

中国:CATT

7

CDMA2000

FDDTDD

CDMA

美国:TIA

8

Global CDMA I

FDD

CDMA

韩国:TTA

9

UWC-136

FDD

TDMA

美国:TIA

10

DECT

TDD

TDMA

欧洲:ETSI DECT计划

注:

表示最终成为主流的IMT-2000 CDMA标准提案

 

表示最终成为IMT-2000 TDMA标准提案

  从表中可以看出,欧、日、美提交的WCDMA和cdma2000标准草案中均含有FDD、TDD两中方式。只是在后来的标准融合过程中,经过优胜劣汰的激烈角逐,最终确定了欧洲提出的UTRA TDD(TD-CDMA)和中国提出的TD-SCDMA为TDD国际标准。在后续的产业化开发中,由于TD-SCDMA明显的技术优势,使得所有从事于UTRA TDD开发的公司全部放弃或转向了TD-SCDMA的开发。也就是说,目前世界上顺利进行产业化开发的3G TDD国际标准只有TD-SCDMA标准,也就意味着国际统一划分的TDD频段,将全部由TD-SCDMA技术使用,TD-SCDMA实现全球应用及漫游首先具备了宝贵的频率资源。由表一可见,美国提交的cdma2000的标准提案中,原本也有FDD、TDD两种模式,但因cdma2000 TDD标准模式达不到ITU对3G标准的要求,在激烈的3G标准评估、选择过程中被淘汰,因此,cdma2000标准仅保留了FDD模式。

  全球各国的TDD频率分配的现实情况如图表二所示。

  

  注:2002年初,美国联邦通信委员会(FCC)也正式对外公布了最新的TDD频谱分配方案。其中将原先由联邦政府控制的216-220MHz、1390-1395 MHz、1427-1435 MHz、1670-1675 MHz、2385-2390 MHz共27 MHz的频率转为TDD商业通信服务用途,加上以前分配的1910-1930MHz的20 MHz TDD频段,目前共有47 MHz的频率可用于3G TDD移 动通信。

  在3G牌照发放上步伐较快的欧洲,基本上采取了将FDD频段与TDD频段捆绑发放的原则,几乎每个获得3G牌照的运营商都同时得到了FDD与TDD频段。参见图表三。

  

  频率是珍贵的不可再生的资源,运营商为得到运营牌照付出了高昂的代价,必然要充分利用手中的频率来收回前期的巨额频率投资。因此,TD-SCDMA技术在全球的广泛应用也是一个必然的趋势。

  (2)单纯依靠FDD技术难以有效解决3G的频率紧张问题

  从3G FDD系统运营所需的基本频率的角度来进行分析。对FDD的WCDMA技术来讲,其基本带宽为5MHz×2,如果运营者建设多层网,即用宏蜂窝完成大面积覆盖,用微蜂窝覆盖热点地区,用微微蜂窝提供高速接入,则至少需要3个频点,即15MHz×2的频率。考虑到在使用过程中的一定灵活性,某些国家也考虑使用20MHz×2频率。

  而我国的实际3G频率状况是:3G FDD制式(包括cdma2000和WCDMA)在中国分得60M×2的频率。假设在3G实施时国内有4家运营商经营3G FDD移 动通信业务,由于不同运营商的3G FDD网络间难以同步,因此,不同的运营商的3G FDD网会产生邻频共存干扰,为消除干扰的影响,则要求不同运营商在相邻频段之间预留5M×2的保护频段,以保证各运营商之间的运营质量,四家运营商间至少需要15M×2(30M)的保护频段。其结果是其中三家运营商仅能得到10M×2的FDD频率,另一家得到15M×2的FDD频率。仅有一家运营商的频率勉强可以支撑3G FDD的全国综合性大网。尤其是3G的移 动通信不再单纯以话音业务为主,而是话音+多媒体数据的模式,而单一数据终端的传输速率就可达到2Mb/s,就要占用5M×2的频宽。同时,除了人——人间的通信外,在3G应用时还会出现大量的机——机之间的数据通信,因此,频率紧张的矛盾会更突出。

  从另一个角度来讲,目前的2G运营商可以使用现有的2G频率构成3G宏蜂窝,但现实的情况是,2G网络的用户数太多,2G的网络短时期内不会在我国退出历史舞台,也就是说,2G网络将与3G网络长期共存。因此,短期内让同时拥有2G和3G运营牌照的运营商清退出2G频率开展3G业务,是不现实的。短期内可启动的扩展频段只有尚未使用的GSM 1800M部分频段,但频段的频率有限。除此之外,只有启用2GHz以上的频段,由于该频段的频率较高,覆盖半径会降低,从而使组网成本上升。

  (3)TD-SCDMA的频率使用特点将有效解决3G频率紧张的矛盾

  对TD-SCDMA技术来讲,该技术的单载波带宽为1.6MHz,而且不需要对称频段,在考虑三级网络结构时,分配5MHz就可组建一个基本的全国网。中国的3G频率规划中为TDD模式划分了155M频率,完全可以满足多个TD-SCDMA运营商大容量建网的频率需求。

  同时,TD-SCDMA的技术特点尤其适合3G的应用。在TDD的工作模式中,上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定,可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例,这尤其适合今后的移 动因特网、多媒体视频点播等非对称业务的高效传输。由于因特网业务中查询业务的比例较大,而查询业务中,从终端到基站的上行数据量很少,只需传输网址的代码,但从基站到终端的数据量却很大,收发信息量严重不对称。只有采用TDD模式时,才有可能通过自适应的时隙调整将上行的发送时间减少,将下行的接收时间延长,来满足非对称业务的高效传输。这种优势是FDD模式所不具备的。

  因此,可以毫不夸张的说,TD-SCDMA技术的出现,不仅为世界提供了一个更有效利用宝贵的频率资源的3G选择方案,同时,其对频率的无对称要求也有效避免了对零散频段的浪费,为缓解频率资源的危机做出了不可估量的贡献。这也是TD-SCDMA技术在激烈的3G标准大战中最终胜出的根本原因。

  二、TD-SCDMA的应用有利于国内运营商的发展

  1. TD-SCDMA的应用有利于国内运营商率先积累运营经验,有机会走向国际市场

  由于TD-SCDMA技术是中国提出的移 动通信标准,所以,这项技术首先在中国实现商用的可能性很大。在这种情况下,中国的运营商可以首先积累TD-SCDMA的运营经验,在TD-SCDMA的运营上具备先发优势。

  同时,由于ITU为TDD技术在全球都划分了统一分配的频段,欧美各国也为TDD划分了专有频段。鉴于TD-SCDMA技术是目前国际上唯一的进行商业开发的3G TDD技术,只要各国运营商采用TDD技术,必将采用TD-SCDMA技术。因此,当其他国家决定建设TDD移 动通信网时,中国运营商可以利用自身作为TD-SCDMA技术的首批运营者所积累的丰富运营经验,走向国际运营市场。

  2. TD-SCDMA技术特点适合国内运营商进行业务创新

  相对WCDMA和cdma2000而言,TD-SCDMA是一项新生技术,首批采用TD-SCDMA的运营商,可以更有效的结合TD-SCDMA系统特性进行有针对性的业务创新。同时TD-SCDMA系统具有鲜明的技术特点,例如智能天线提供的强定位和追踪能力、上下行非对称业务、信道分配的灵活性、高频谱利用率等,这些特点都为国内运营商结合我国实际开发中国特色的运营业务提供有力基础。

  三、TD-SCDMA技术的实施将为全球通信设备制造商提供了新的机遇

  目前,作为国际上唯一在做商用研发的TDD的国际标准,关注、参与TD-SCDMA产品开发的厂商越来越多,TD-SCDMA技术论坛的成员已突破410家,TD-SCDMA产业联盟的推进工作也逐步深入,而包括芯片、系统、仪表的研发和产业化都已取得实质性突破,预计在技术验证和商用试验的基础上,TD-SCDMA将在未来1~2年内就会走向规模商用。

  从目前来看,包括欧洲在内的世界大多数国家在3G频率规划和发放过程中,一般同时发放FDD和TDD频段。在3G这种以无线数据和多媒体业务为主的系统中,由于频率资源的压力,这些TDD频段早晚会被世界各大运营商使用,摆在3G设备制造商面前的,是如何切入TD-SCDMA设备开发的问题。因此,对全球相关芯片、软件和系统制造商而言,TD-SCDMA是一个十分难得的历史机遇,特别是作为3G研发领域后来者的国内外设备制造商而言,更具有非同寻常的意义。WCDMA和cdma2000相对开发时间较长,参与的设备制造商相对较多,但在实际商用运营中,运营商一般对一种标准的产品,只会选择前3~4名的设备制造商的产品,而位于3~4名之后的制造商和新的设备制造商都处于非常不利的地位,在市场上处于竞争劣势,在这种情况下,对落后者和后来者的制造商而言,做WCDMA、cdma2000产品的投资风险是非常大的。

  同时,从知识产权角度来考虑,由于WCDMA和cdma2000的大部分核心专利由几十家公司所垄断,对于后来者而言,几乎不存在再创造新核心专利的机会。没有核心专利就意味着这些厂商不具备与其它拥有核心专利的公司进行核心专利交叉许可的条件,就必须向多家拥有核心专利的厂商支付高昂的知识产权费,这将严重削弱这些后进入的设备制造商在3G产品价格上的竞争力,甚至将导致不得不退出WCDMA、cdma2000产品的制造与销售。

  而对于TD-SCDMA而言,因为技术较新,且仍在不断的完善和提升中,因而不存在先入为主、跑马圈地的问题。各设备制造商基本上处于同一个起跑线,只要积极加入到该技术的产业化研发中,就有机会产生自身的核心专利。在产品生产销售中,就可以根据自身拥有的专利与其它专利拥有者进行交叉许可,从而减少所交付的知识产权费并降低产品成本门槛,在竞争中拥有优势。而且,老牌的移 动通信设备制造商会把主要精力放在原有的WCDMA或cdma2000系统上,因此,对包括国内厂商在内的新的3G设备制造商而言,只要集中精力抓住TD-SCDMA提供的难得机遇,紧密结合TD-SCDMA技术特点和电信运营的业务需要,赶超和占领3G设备市场是大有希望的。

  四、自主研发的TD-SCDMA技术可在专网中实现三代应用

  支持话音、数据和多媒体的3G移 动通信系统,不仅适合于以公众运营为目的的公共网络,而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用通信网络,使得这些专用领域的通信和信息化能力有大的飞跃。在这方面,中国自主知识产权的TD-SCDMA具有得天独厚的优势。

  首先,包括核心芯片在内,国内厂商基本掌握其核心技术,又拥有相关的自主知识产权,因此,针对专用网络的应用特点,可以为其业务应用进行量身定制,例如提供加密功能、提供各种调度应用功能等。

  其次,TD-SCDMA的技术特点可为专网的一些独特应用奠定基础。例如智能天线提供终端定位和跟踪能力、频率分配的灵活性、上下行数据不对称性等等。

  同时,TD-SCDMA技术先进性带来实现低成本和业务灵活能力,以保证在专网中使用3G系统的经济可行性。据丹麦RTX公司估计TD-SCDMA实现下来会比WCDMA便宜20-25%,由于TD-SCDMA的码片速率为1.28Mb/s,只是WCDMA标准的三分之一,因此,TD-SCDMA的终端完全可用软件无线电来实现基带处理,可极大的降低终端的成本和功耗,可有效解决专网应用特殊终、端专用芯片的用量小、价格下不来的矛盾,而用软件无线电来满足各种特殊应用需求。

  作为国际3G主流移 动通信之一,TD-SCDMA技术为世人提供了一个充分利用宝贵频率资源的方案。同时,这项新生的技术给世界各国的运营商和通信设备制造商,尤其是那些后进入者提供了一个千载难逢的机会,大家将站在同一条起跑线上,在未来TD-SCDMA的巨大市场中共同发展。TD-SCDMA标准的诞生,不仅是中国通信史上的突破,更是世界通信史上的一个伟大创举。TD-SCDMA技术标准必将把移 动通信事业带入一个崭新的发展时代。


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