TD_SCDMA和WiMAX技术融合实现宽带无线移动通信系统.pdf

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1、黄健文1陈婧2（1.中国移动通信集团广东有限公司网管维护中心广州 510600）（2.广东省气象局广州 510600）摘要本文主要论述了基于 TD-SCDMA 和 WiMAX 技术融合实现一种新型的宽带无线移动通信系统。在该系统中，TD-SCDMA 接入网提供广域无线覆盖，支持高移动性，提供话音业务和中、低速数据业务；WiMAX 接入网提供热点区域覆盖，支持游牧移动性，提供高带宽流媒体数据服务，两种接入技术在网络层实现汇聚，通过网络层移动性管理技术，共享核心网络和业务系统，实现两种接入网的统一的无线资源管理以及统一的用户管理和计费，移动终端可以在该系统下的两种网络之间实现无缝漫游和切换。该种新

2、型的移动通信系统能够很好的满足用户对移动通信业务的使用要求，也能够有力支持 TD-SCDMA 大规模独立组网，增强 TD-SCDMA 的竞争力；同时，也为TD-SCDMA 系统的演进和跨越式发展提出新的思路。关键词网络融合宽带无线移动通信系统从设计之初，WiMAX（本文主要指 IEEE 802.16e标准1）与 3G 系统就具有不同的应用场景。WiMAX2立足于宽带的无线化，而 3G 系统则立足于移动的宽带化。3G 是无线移动广域网（WWAN）标准，主要通过基站广域覆盖，提供大范围、高速移动下的有质量保证的电话和中低速数据传输服务。WiMAX 则基于无线城域网（WMAN）标准，主要用于固定和游

3、牧环境下的低成本高速率数据接入服务。它们的业务模式也有很大不同，前者追求可运营、可管理、高质量；后者追求低成本、高速率、高效率和自由开放。因此，从更好的支撑未来移动互联业务的角度来看，WiMAX 和 3G 二者正好可以取长补短，共同为用户提供差异化的服务，从而实现真正意义上的宽带无线移动服务。理论和实践告诉我们，WiMAX 可与 3G 的三个标准（WCDMA、cdma 2000、TD-SCDMA）中任何一个系统融合，产生一个新的、更高水平的无线移动通信系统。但从技术应用互补性和兼容性看，TD-SCDMA3与 WiMAX 是当前无线移动宽带领域互补性、可容性最好的两个系统，也是最容易实现的。从技

4、术的角度来看，WiMAX 和 TD-SCDMA 最大的相同点是它们都采用了 TDD 方式，这是一种非常适合日益发展的不对称数据业务对频谱资源使用的一种双工方式；但是，在多址技术、天线技术以及调制技术方面，WiMAX 选择了 AAS、OFDMA 以及自适应编码调制技术，从高效和高速率的角度来看，这些技术的选择都比 TD-SCDMA 更为先进。因此，成熟的 WiMAX 技术在高效和高速率的 TDD 系统方面的经验可以为TD-SCDMA 借鉴甚至采纳，直至产生一种满足未来综合的宽带化、泛在化、移动化的网络技术，成为未来的发展方向。本文从市场、技术和 IPR 三个角度论述了TD-SCDMA 和 WiM

5、AX 的互补特性，论述了两者如何在不同层次实现融合以及融合的步骤4。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1TD-SCDMA 和 WiMAX 的互补性1.1市场定位的互补性目前在 TD-SCDMA 网络与系统测试中以保证QoS 的话音为主，尽管它也提供数据和多媒体，但语音服务仍是它的主打方向；而 WiMAX 以提供基于宽带互联网的高速数据通信为主，并可按不同 QoS 要求提供多媒体业务，当然也包含分组的语音业务。二者的融合使 TD-SCDMA 在 3G 领域可迅速地提供包含语音、数据和多媒体业务的全面服务，二者的融合不仅可提供高质量的语音服务，也可以提供速率比HSDPA

6、 高近 5 倍的数据和多媒体业务。由于融合后的系统兼有 WiMAX 的廉价性和应用的广泛性，使它在质量、价格、市场多方面优于单独的 3G 系统，因此它将有更好的市场和应用前景。1.2技术方面的互补性当初 WiMAX 立足于宽带（互联网）的无线化，而3G 则立足于移动通信的宽带化。前者本来以解决无线宽带接入为主，提供高速率数据和多媒体业务，但目前为适应人们的需求也加入了语音服务。融合后的系统在保证语音质量、容量的同时又有不同级别的 QoS 和多媒体服务。从覆盖和漫游的性能看，3G是无线广域网（WWAN），与 2G 融合追求的目的一样就是在任何时间任何地点任何人能够得到任何服务。而 WiMAX 则

7、面向无线城域网，它也采用与其他系统的融合，以达到更广泛的覆盖。目前 TD-SCDMA可提供的最高速率为 2Mbit/s（技术上是以 128kbit/s数据为基本服务单位为最好），在这一点上如果TD-SCDMA 要与其他两个系统在数据服务上比拼，那么就必须再投入大量人力、物力、财力。如果TD-SCDMA 要追赶 HSDPA 以及以后的 LTE、AIE，对一个目前投资总值在 20 亿人民币的产业链来说，是一个十分沉重的负担，也是一个难以如期完成的任务。因此，我们要寻找一个跳跃的发展策略。如果采用与 WiMAX 技术融合的方案，速率方面可在 12年内提供出 75Mbit/s 的数据服务，其覆盖范围也

8、可达 50km。此外由于两种技术均为 TDD，其频带的选择也十分靠近，融合后的频谱利用率更高，二者的标准化工作也均趋于成熟，其技术性和性能方面的融合不仅具有可能性、而且具有可行性。1.3IPR 问题困扰 3G 发展的另一个问题是 IPR 问题。中国唯一具有核心知识产权的 TD-SCDMA 在 IPR 方面比其他两个系统具有优势。WiMAX 这项技术仅有几年历史，我国的中兴和华为开始 WiMAX 研发的时候，几乎与其他国外厂商处在同一个水平线上。据中兴的同行介绍，尽管 WiMAX 宣布了中国采用它可免知识产权费用，中国的华为、中兴等并没有放松 IPR 的工作。WiMAX 的专利主要集中在物理层、

9、MAC 层以及应用层几方面。某国内著名通信制造商表示：“如果国内企业在 WiMAX 技术的核心专利加起来的话将比在 TD-SCDMA 上所掌握的核心专利还要多。”TD-SCDMA 与 WiMAX 融合系统如果起源于中国，与我国其他系统相比，我们将在这一领域占有最好的 IPR 状况，并为将来的国内 4G 的发展奠定很好的起点。2TD-SCDMA 和 WiMAX 在不同层次实现融合2.1业务融合根据融合的程度及实现的复杂性，宽带无线通信系统的融合可能发生在不同的层次，但是对于最终用户而言，业务融合才是信息整合时代人们最为期盼和最为需要的。当前人们热议的三网融合，在现阶段其实也就是指三种不同网络上的

10、业务融合，核心在于提供综合信息的融合业务。从业务需求方面讲，多种业务融合的市场需求已经出现，语音、数据、多媒体信息的融合，有线与无线业务的融合等，都对下一代网络发展提出新的需求。在激烈的电信市场竞争中，融合业务作为一种新业务是有力的竞争手段之一，可以使用户享受到更加全面、综合的电信业务，同时增加运营商的企业竞争能力，吸引用户，提高收益，进而促进整个电信市场的发展。业务融合的目标是在网络互通的基础上共享业务系统，通过统一的业务系统为最终用户提供统一的业务体验，使用户通过不同的类型的终端接入不同的网络访问和使用同样的业务，实现统一帐单、统一数据库管理等功能，并尽可能实现业务的统一开发和控制。对用户

11、来说，业务融合要以保障现有服务质量为基础，提供更加丰富的业务；对运营商来说，业务融合要以重用现有的网络资源为主，支持向网络融合、终端融合后的业务移动性和移动环境下的PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 业务无缝切换为最终目标的平滑演进。考虑到现阶段的可实 施性和操作性，目 前 TD-SCDMA 和WiMAX 业务融合首先要解决的问题就是 WiMAX 与TD-SCDMA 网络的互通，在此基础上实现 PS 域、IMS 域的融合，并且实现和 CS 域的互通。WiMAX 与TD-SCDMA 融合后的业务提供如表 1 所示。为了实现业务融合的目标，需要解决一些基本问题，包括：（1

12、）如何统一不同网络中的标识，保证用户在不同网络中使用同样的标识来访问业务，现阶段如果不能保证标识对于用户统一，则至少应该保证对于网络是统一的，即不同网络中的用户标识在网络级要进行关联；（2）网络需要对用户的标识或标识关联信息以及用户的业务签约信息进行统一的管理，保证这些信息对提供融合业务的网络是共享的，用户只需要注册一次业务，就可以在不同网络中直接使用，而不需要重新注册；（3）对于用户来说，享用融合业务最直观的体验就是能为在不同网络中使用的所有业务支付一张帐单，因此，不同网络中用户使用业务产生的计费信息应该能够综合起来，最后由后台计费系统进行统一处理，输出一张帐单。具体到 TD-SCDMA 和

13、 WiMAX 网络的业务融合，为了解决以上提到的一些基本问题，需要首先研究得出二者业务融合的网络体系结构。TD-SCDMA是通过 GGSN 与外部数据网络如 Internet、SPN 进行通信，并且通过 GGSN 连接到 IMS 网络。所以，只要WiMAX 能够接入到 TD-SCDMA 的 GGSN，则就能够享受到 3GPP 提供的 PS 域、IMS 域业务，并可以实现两网在所有业务域的互通。2.2网络融合图 1 描述了一个未来的无线网络场景。在图中，我们可以看到存在各种类型的无线接入网络，例如TD-SCDMA、WiMAX、cdma 2000 和未来的 4G 网络等。这些接入网络提供不同范围和

14、速率的无线接入，满足不同的业务需求。它们通过各自的网关接入到一个统一的 IP 核心网中，共享的业务系统。通过网络层移动性管理等网络融合的关键技术，移动终端能够在这些不同类型的网络中实现无缝切换和漫游，从而获得无所不在的、性能更好、价格更便宜的服务。例如，移动终端可以从 TD-SCDMA 网络无缝切换到 WiMAX 网络覆盖区，获得 WiMAX 网络提供的宽带数据服务。网络融合涉及到移动通信系统的多个层面，包括业务层面、控制层面、接入层面、传送层面。各个层面的关键问题包括：统一的业务提供、快速鉴权与计费、移动性管理、安全性管理、QoS 控制、无线资源管理、频率规划等。在业务层面上，基于 IMS

15、的融合提供统一的业务；在控制层面上，基于网络层移动性管理等关键技术提供无缝切换和漫游；在接入层面上，通过联合的无线资源管理和 QoS 控制技术保障平滑的业务；在传送层面上，基于 IPv6 或者 NGN 等关键技术保障传送质量。其中，基于 IP 的网络层移动性管理技术将是网络融合的关键问题和重要技术之一。业务网络域业务能力业务提供业务划分CS 域基于电路交换的业务，典型业务如话音、SMS 等TD-SCDMA在所有的覆盖区域内全部由 TD-SCDMA 来提供 CS 域的业务，WiMAX 的 VoIP 和 IM 可以分别与 TD-SCDMA 的话音和SMS 实现互通；PS 域基于分组交换的业务，典型

16、业务如无线上网、流媒体业务等TD-SCDMA 和 WiMAX利用 TD-SCDMA 提供广域覆盖内高速移动下的中低速数据传输及流媒体业务，利用 WiMAX 网络在热点地区为用户提供固定或游牧方式下的高速上网业务及其他数据业务；IMS 域基于 SIP 提供的业务，典型业务如VoIP、PoC、多媒体会议、IPTV 等TD-SCDMA 和 WiMAX利用 TD-SCDMA 提供广域覆盖内高速移动下的基于 IP 的话音、数据及多媒体业务，利用 WiAMX 网络在热点地区为用户提供固定或游牧方式下的基于 IP 的话音、数据及多媒体业务；表 1WiMAX 与 TD-SCDMA 融合下的业务提供PDF 文件

17、使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 在该系统中，TD-SCDMA 接入网提供广域无线覆盖，支持高移动性，提供话音业务和中、低速数据业务。WiMAX 接入网提供热点区域覆盖，支持游牧移动性，提供高带宽流媒体数据服务，两种接入技术在网络层实现汇聚，通过网络层移动性管理技术，共享核心网络和业务系统，实现两种接入网的统一的无线资源管理以及统一的用户管理和计费，移动终端可以在该系统下的两种网络之间实现无缝漫游和切换。该种新型的移动通信系统能够很好的满足用户对移动通信业务的使用要求，也能够有力支持TD-SCDMA 大规模独立组网，增强 TD-SCDMA 的竞争力；同时，也为 TD-SCDMA

18、 系统的演进和跨越式发展提出新的思路。2.3技术融合“技术”本身有广义、狭义的概念之分，因此“技术融合”也有广义和狭义的概念之分，这里我们是指一种狭义的技术融合，是指那些能够使用在不同网络或系统中的技术相互融合，产生新的技术进步。在前面阶段业务与网络的融合有所进展之后，用户已能享受到更加丰富的服务，但两种截然不同的接入技术在互相协作时不可避免地会出现一些冲突与问题，从而可能影响到系统对用户的服务质量。而技术融合的目标则是在此基础之上，期望将 WiMAX 的先进技术真正有机的融入到 TD-SCDMA 系统中，两者相互借鉴各自在移动性技术，安全性技术，高效高速数 据 传 输 等 技 术 方 面 的

19、 先 进 之 处，形 成 以TDD-OFDM 等技术为主要特征并与其他各种先进技术有机结合、相辅相承的底层关键技术以及灵活有效的高层无线资源管理方案，产生一种统一核心网络、统一接入网络、统一空中接口的满足未来宽带化，泛在化，移动化的未来通信系统，支持更高速率的数据服务、更高质量的实时语音服务以及更高的用户移动性，成为未来中国的移动通信演进方向。技术融合所要解决的关键问题主要集中在空中接口部分。首先，是底层技术（包括物理层和 MAC层）的融合问题。底层技术是制约整个系统最大能力的根本所在。随着 MIMO 以及 OFDM 等先进技术的崛起，系统性能有望比现阶段大幅度的提高。而达到此目标的最关键问题

20、就在于将先进的技术有机的引入到系统中来。因此，底层技术的变革已经成为当今的大势所趋，LTE 以及 B3G 系统都对诸如 MIMO、OFDM 等先进技术表示了极大的关注。因此，如何将TD-SCDMA 与 WiMAX 的先进底层技术有机的融合到一起，大大的提高系统性能，是技术融合首先要解决的关键问题。例如，TD-SCDMA 的同步码分多址如何与 WiMAX 的 OFDMA 进行有机的融合；TD-SCD-MA 的智能天线技术如何与 WiMAX 的 MIMO 天线技术进行有机的融合等等。其次，是高层协议和无线资源管理算法的融合问题。如何综合考虑各种因素，针对 TD-SCDMA 和 WiMAX 各自不同

21、的特点，制定出合理的高层协议和有效的无线资源管理算法是充分发挥出融合系统底层先进技术的巨大优势，使系统有效运行的关键所在。最后，是关于技术融合实施步骤的问题。要实现彻底的技术融合，显然不可能一步到位。而选择合理的实施步骤，在保证性能增长的同时兼顾一定的前向兼容性，才能保证融合的顺利进行。3TD-SCDMA 和 WiMAX 融合的步骤从前面的分析可以看到 TD-SCDMA 和 WiMAX之间的融合可以有效发挥彼此之间的优势，弥补各自的不足，向用户提供高质量的多媒体数据业务，为运营商提高市场竞争力，赢得更大的市场份额。但是，网络融合并不是一蹴而就的事情，还需要很长的路要走。根据我们几年的研究工作经

22、验、市场需求以及全球 3G、B3G 等方面竞争态势，我们提出了一个分三步走的方案，将二者逐步发展演进成为一个两网融合、技术互补和共享频段的整体网络，推动TD-SCDMA 向 Super 3G 以及未来的 4G 的技术方向演进，为用户提供泛在、低价、宽带、移动的服务。这三步是：第一步，网络业务融合，两者在接入网部分独立，共享一个核心网；双模移动终端（或者是现有的手机终端加 PCI 卡便携计算机终端）可以通过统一的鉴权、认证和计费方式接入并访问核心网服务，系统具备提供广域覆盖和低成本高速数据服务能力；第二步，接入网络融合，通过先进的网间的资源调度策略和漫游切换机制，实现两网在接入资源方面的共享，提

23、供在两种接入网之间无缝切换和漫游，使双模移动终端用户得到更好的服务质量；第三步，空中接口融合，形成以 TDD-OFDMA-MIMO 等技术为主要特征的底层关键技术，支持高速数据服务、实时语音服务以及用户高移动性。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 TD-SCDMA 和 WiMAX 可以首先在业务层实现融合。对于最终用户来说，能够使用相同的身份标识，以较低的成本高质量体验的享受多种多样的业务，而不用考虑这些业务是由什么网络采用什么技术提供的，并最终为用户使用的所有业务支付一个统一的帐单，这是初期能够到达的比较理想的状况。如，对于初期融合业务的开展，建议以短消息和IPTV

24、 作为切入点，向用户大力推广。利用 WiMAX 网络为用户提供 IPTV 业务，并实现 WiMAX 中 IM 业务和 TD-SCDMA 中 SMS 业务的互通。在业务层实现融合的前提下，再实现终端融合及网络层融合，只有这三个层次很好地协调配合起来，才能最终为用户提供随时随地使用任何终端以统一的方式访问任何业务的能力，并保证业务使用中的无缝切换。因此，对于 TD-SCDMA 网络运营商来说，在建设 3G 网络的初期就首先考虑在业务层面实现 WiMAX 和TD-SCDMA 的融合，并以此作为 TD-SCDMA 网络建设及业务推广的切入点和启动点，利用 WiMAX 高速率、高带宽、低成本的优势为 T

25、D-SCDMA 用户提供高速上网及其他多媒体业务，这对于 TD-SCDMA 网络运营商在 3G 开展的初期快速进入和占领电信市场并在激烈的市场竞争中占据有力地位具有非常重要的意义。5结束语根据当前的市场需求，TD-SCDMA 和 WiMAX接入网络的特点和互补性以及下一代网络的发展趋势，本文提出基于 TD-SCDMA 和 WiMAX 网络融合的一种新型的宽带无线移动通信系统，并详细的论述了两者如何在不同层次实现融合以及融合的步骤。该宽带无线移动通信系统中包括两种互补的接入网络，TD-SCDMA 接入网提供广域无线覆盖，支持高移动性，提供话音业务和中、低速数据业务；WiMAX 接入网提供热点区域

26、覆盖，支持游牧移动性，提供高带宽流媒体数据服务，两种接入技术在网络层实现汇聚，通过网络层移动性管理技术，共享核心网络和业务系统，实现两种接入网的统一的无线资源管理以及统一的用户管理和计费，移动终端可以在该系统下的两种网络之间实现无缝漫游和切换。参考文献1 IEEE Std 802.16e-2005,20052 IEEE 802.16 Broadband Wireless Metropolitan Area Networks Website http:/ieee802.org/16/3 Li S，et al.TD-SCDMA for 3 Generation Mobile Commutation

27、 Standards.Beijing：People Posts and Telecommun,Pub House，20034 Akyildiz I F，Jiang X,Mohanty S.A survey of mobility management in next-generation all-IP-based wireless systems.IEEE WirelessCommunications，2004，11APAR4GACAPGWWLAN/WiMAXIP 网络GGSNPDSNSGSNcdma 2000TD-SCDMA切换切换图 1异种网络融合场景PDF 文件使用 pdfFactory

28、 Pro 试用版本创建 （收稿日期：2010 年 2 月 25 日）TD-SCDMA and WiMAX Technology Convergence of Broadband Wireless MobileCommunication SystemsHuang Jianwen1，Chen Jing2（1.Guangdong Branch of China Mobile,Guangzhou 510600，China）（2.GuangDong Meteorological Administration,Guangzhou 510600，China）AbstractThis paper discus

29、ses the TD-SCDMA and WiMAX-based technology convergence to achieve a new type of broadbandwireless mobile communication system.In this system,TD-SCDMA access network to provide wide-area wireless coverage,supporthigh-mobility,providing voice services and in the low-speed data services;WiMAX access n

30、etwork to provide hotspot coverage,support nomadic mobility,provide high-bandwidth streaming media data Services,two kinds of access technologies to achieveconvergence at the network layer,through the network layer mobility management techniques,shared core network and businesssystems to achieve the

31、 unity of two kinds of wireless access network resource management and unified subscriber management andbilling.Key wordsnetwork Convergence，Broadband wireless mobile communication systems诺基亚西门子通信在巴塞罗那举行的全球移动大会上推出了开放式多媒体网关（Open Multimedia Gateway），该产品是市场上首款基于 ATCA*商业化硬件的网关，能够处理传统网络和 IP 网络的呼叫与数据流量。这种

32、新型网关产品进一步扩充了诺基亚西门子通信开放、经济、高效的核心网络产品组合，有效帮助运营商降低能耗、减少运营开支。通过业经验证的核心网络软件在商业化 ATCA 硬件上的顺畅运行，诺基亚西门子通信支持服务提供商扩大用户数量、减少设备支出并节约大量能源。与当前市场上基于专用硬件的解决方案相比，开放式多媒体网关可将能耗降低近 40%之多；与传统平台相比，新型网关可将单位设备容量提高四倍，因此可以显著减少占地面积。借助开放式 ATCA 平台，服务提供商还可以将多个核心网络应用整合到一台硬件机架中。由于多个电信应用采用相同的硬件，开放式 ATCA 平台因此可以减少空间需求，改善备件的管理与维护。诺基亚西

33、门子通信的网关软件设计独特，既可以用在传统硬件中，也可以用在基于 ATCA 的新型开放式多媒体网关中；服务提供商可以从同一软件运行在多个硬件上的设计中受益匪浅：不仅能够提高网络运营效率，还可以加快新服务与功能推出的速度。诺基亚西门子通信推出全新网关中兴通讯股份有限公司（以下简称“中兴通讯”）今日发布截至 2009 年 12 月 31 日止全年业绩预告。2009 年全年，中兴通讯预计实现净利润约为 23.7425.90 亿元人民币，同比增长 4356；预计基本每股收益为 1.351.48 元人民币。公司表示，2009 年业绩大幅提升得益于中国 3G 网络的大规模建设，中兴通讯在国内市场上的份额获得提升，实现了营业收入的较大增长，同时，中兴通讯进一步强化内部管理，管理效能有效提升，销售费用率和管理费用率有所下降。中兴通讯发布二零零九年全年业绩预告PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建