TD-LTE發展若干關鍵問題探討

TD-LTE發展若干關鍵問題探討

TD-SCDMA已經作為中國移動的第三代移動通信標準向公眾進行試商用。但是，與最高速率可以達到54Mbps和75Mbps的WiFi（WLAN）和WiMax網絡相比，TD-SCDMA的標準384Kbps和最高只有2Mbps的速率在數據需求高速增長的今天，顯然并不具有吸引力。為了提高3G的競爭力，3GPP等標準化組織先后提出了HSDPA、HSUPA等旨在提高3G數據傳輸速率的標準。近來，又提出了LTE（Long Term Evolution）作為未來的標準。LTE可以更好地利用頻譜，并且以更低的價格提供良好的覆蓋和信道容量，重要的是，它的下行速率可以達到50-100Mbps，上行速率也可以達到30-50Mbps。

　　2007年11月，3GPP工作組會議通過了LTE TDD融合技術提案，基于TD-SCDMA的幀結構統一了延續已有標準的兩種TDD模式。同時，對LTE TDD的進一步優化領域的提案也被會議所接受。在2008年2月的巴塞羅那移動世界大會上，中國移動表示，將攜手英國沃達豐、美國Verizon Wireless加入LTE長期演進技術的測試[1]。三家運營商的測試主要集中于LTE FDD和TD-LTE，后者也是中國TD-SCDMA標準向B3G的演進。目前，大唐電信、中興通訊、愛立信、阿爾卡特朗訊等國內外多家大型企業已經先后成立了研發中心，以加速LTE TDD的商用化進程。而中國移動明確支持LTE技術，將大力推動LTE技術的發展。

　　但是，對于運營商來說，無論是出于業務互補，還是為了保護投資者利益，利用現有資源的目的，通常會經營多張網絡。例如，對于中國移動來說，目前就經營了GSM、WLAN和TD-SCDMA三張網絡。GSM網絡給中國移動帶來了巨大的成功，使中國移動成功晉級世界500強企業；WLAN網絡則分別向在北京舉辦的第29屆奧林匹克運動會提供了無線Info服務和即拍即傳服務，并取得了成功，得到了國內外多家媒體的贊譽。而未來即使TD-SCDMA發展到了TD-LTE，也極有可能會像現在一樣，與其它網絡共存。如何有效地融合這些網絡，降低運營成本，是運營商必須要考慮的問題。本文將重點就此進行討論，同時也對TD-LTE發展過程中的終端、網絡和服務管理等關鍵問題進行探討。

　　2. TD-LTE發展中的關鍵技術

　　網絡融合從廣義上來講，包括了技術、業務和資本等多個方面的融合[2]，本文將主要從技術和業務層面討論未來無線寬帶網絡融合過程中需要面臨的問題及可能的解決方案。

　　包括TD-SCDMA在內的3G網絡、WiFi網絡、PSTN等不同網絡正在沿著自己的路線演進，從技術上來講，寬帶網絡IP化是未來發展的趨勢，因此，IP的融合是一個重要的方面。所謂全IP網絡，通常定義為一些以IP技術為基礎，可以提供給用戶IP服務的實體的集合，而不同的接入系統都可以連接到這些實體上。全IP網絡具備包括移動性、安全性、服務提供、計費和QoS等一系列的功能，從而可以向用戶提供各種服務，并且連接到其它的外部網絡中。通常會有一個或者多個接入系統來允許用戶接入到全IP網絡中。為了具備更好的互操作性和網際互聯性，全IP網絡通常要具備以下特點：

　　較低的時延、連接建立時間和較高的QoS；

　　更有效地利用無線資源；

　　可以兼容大多數的終端；

　　支持多種流量模式；

　　支持與其它全IP網之間的漫游。

　　無線IP接入網相對之前的網絡來說，可以兼容多種無線協議，并且允許用戶在選擇接入網絡方面具有更大的靈活性。因此，它能真正地保證設備之間具有良好的互操作性，進而降低操作成本。

　　在未來向全IP網絡演進的過程中，首先需要考慮的問題是如何實現不同網絡之間的切換，這也是目前各個運營商、服務提供商以及終端制造商最為關注的問題。為了能夠通過藍牙和Wi-Fi等網絡接入到GSM或者GPRS網絡中，以終端制造商和和運營商為首的一些組織提出了一種叫做UMA（Unlicensed Mobile Access）的技術[3]，該技術于2005年9月被3GPP所吸納，更名為GAN（Generic Access Network），并且成為了一項標準。通過非授權網絡（藍牙或WiFi），該技術可從使用傳統蜂窩網絡或本地GSM/GPRS服務的手機自動切換到UMA接入點，使手機檢測并且不中斷地到速度最快、最經濟的網絡，從而使手機用戶可以通過多種靈活的方式獲得服務。在手機終端離開UMA接入點的覆蓋范圍后，會無縫切換回蜂窩網絡。在UMA體系結構中，原有的蜂窩網絡并沒有進行調整，只是在網絡中引入了一個新的網絡組件——UMA控制器（UNC）。UNC的作用相當于GSM/GPRS原有接入網中的基站控制器（BSC），負責UMA網絡的無線資源管理以及鏈路管理，此外UNC還通過IP網絡與移動終端（MS）建立端到端的連接，并與MSC/GPRS交換信息。

　　與此同時，IEEE也正在努力增強WiFi與其它網絡的互操作能力，并成立了IEEE 802.11u工作組，其目的是對802.11標準做一些增補，從而使IEEE802.11接入網絡可以以一種更為通用和標準的方式來與其它網絡實現互聯互通[4]。而另一個標準IEEE 802.21，試圖通過改進不同802網絡之間的切換能力來提高用戶對于移動終端的認知，無論用戶通過有線還是無線方式接入，或者使用的媒體不同，網絡之間的切換都是透明無縫的。該標準還試圖來提高802系統和蜂窩系統的切換能力[5]。

　　除了IEEE之外，FMCA（Fixed-Mobile Convergence Alliance）也是一個對推進網絡融合比較積極的組織。用它們自己的話來講，是一個“全球電信運營商的聯盟組織，目標就是推動網絡融合的產品和服務的發展”[6]。它主要關注的是如何把固定寬帶網絡和局域無線接入技術無縫地結合起來。

　　當然，在網絡融合的實現方面，還需要一個過程，并且需要考慮更多的問題。例如，為了最大限度地利用現有的網絡設備，通常新的網絡需要與已有的網絡進行合路。但是，新舊網絡之間的工作頻段不同，在合路器口的信號接入電平等方面需要做一些綜合的考慮。以室分系統為例，TD-SCDMA系統在與DCS1800系統和WLAN系統共路時，在合路器口設計的接入電平分別要比原系統高2dB和低11dB[7]。而未來TD-LTE系統與其它無線系統的合路時，也需要有類似的設計方面的考慮。

　　此外，即使全IP化的網絡融合可以成功實現，在如此多的網絡和服務環境之下，如何對網絡和服務進行管理，也將成為一個問題。在用戶對現有網絡體驗良好的前提下，用戶的要求會更高，因此需要采用更為有效的方案來應對復雜的網絡和服務管理。鑒于XML（Xtensible Markup Language）已經是目前一種互聯網上成功的表示信息的語言，可以考慮采用SOAP協議加XML語言的方案來進行管理。首先，這樣可以對TD-LTE網絡的O&M系統采用以XML為基礎的界面，這樣就可以實時地對來自各個地方和網絡的信息提供一種統一的服務管理方式。另外，還可以對計費系統等多種服務管理實體來進行統一的操作。有人已經針對這種模式初步提出了一種管理模型，對電信網絡中的配置管理（CM）、性能管理（PM）和錯誤管理（FM）等各種單元進行了數據和解析操作等方面的定義[8]。將來TD-LTE的研究者們也可以在這種模型的基礎上，結合TD-LTE的特點，開發出一套適合TD-LTE的管理系統。

　　但是，在考慮網絡融合技術的同時，必須要重視的一個問題是是終端的問題。從業務上來說，目前的寬帶業務越來越廣泛，類似于PDA、音樂、視頻、游戲、攝像甚至打印等多種電子產品的功能，未來將不再是手機終端的附加功能，而是核心功能。這些功能如果都需要通過多種無線寬帶接入的方式加以實現，對于終端來說將是一個考驗。由于TD-LTE具有高數據速率，低時延和不間斷連接的特點，未來還會出現更多的應用。例如，MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）是LTE的一個核心功能，因此廣播服務和VOD服務很可能會被引入，而低時延的特點更適合開發一些網絡手機游戲。但是，正如TD-SCDMA在初期應用范圍有限一樣，TD-LTE在商用初期也會先在有限的范圍內應用，這時候終端更需要具備與GMS、3G、WLAN和藍牙等傳統網絡的互操作能力。但是，無論功能如何豐富，移動終端的重量、尺寸和電池壽命等因素必須要考慮進去。特別是電池的續航能力，在承載如此多的功能的同時，其耗電量水平要與目前相差無幾，即在活動狀態下，耗電量也不過50mW。為此，需要在功率控制方面做一些相關的研究。

　　在TD-LTE系統中采用適當的功率控制技術，將可以增加系統的容量。此外，還可以提高系統抗干擾性能、降低發射功率和節約制造成本等。由于功率控制對系統的影響是雙向的，無論是上行還是下行鏈路，采用功率控制均可以適當降低終端或者基站設備的功耗。對于上行鏈路而言，采用適當的功率控制可以降低移動臺的總發射功率，延長電池壽命；對于下行鏈路，它可以減小在靜止狀態、離基站較近或者受其它小區干擾很小的用戶所消耗的功率，而將節省下來的功率留給那些信道條件較差、離基站較遠、或誤碼率很高的用戶。同時，采用類似目前TD—SCDMA系統中使用的將功率控制與智能天線相聯合的技術，其性能將得到進一步提高。

　　3. 結論

　　作為中國第三代移動通信網絡的自主標準，TD-SCDMA網絡已經開始試商用，而TD-LTE在中國移動的支持下，作為TD-SCDMA未來的發展方向，極有可能成為未來的一種商用標準。盡管TD-LTE在未來的發展上仍然存在著種種變數，但本文所討論的網絡融合、終端技術及網絡管理等問題，將仍然具有一定的典型意義。