国产4G技术方案基本成型

　　信息产业部电信研究院通信标准研究所高级工程师 沈嘉

　　ITU-R将在2008年2月向各国发出通函，向各国和各标准化组织征集IMT-Advanced(2006年，ITU-R将B3G技术命名为IMT-Advanced技术)技术提案，这一时间点距今仅有7个月时间。

　　2007年3月，信息产业部成立了IMT-Advanced推进组，该推进组的主要任务之一就是推进TD-SCDMA在各国际标准化组织内的顺利演进。目前推进组正面向全国企业、高校和研究机构征集IMT-Advanced候选技术。

　　TD-SCDMA在国际标准化中的演进路线

　　根据目前的情况，TD-SCDMA在4G时代的演进将主要在3GPP和ITU-R中推进。

　　3GPP最近已经将其工作范围扩大为3G系统的增强和演进，从而从规则上具备了制定IMT-Advanced标准的职权。预计在2008年将开展LTE的演进版本——LTE-Advanced(又称LTE+)的标准化工作。LTE TDD系统目前包括两个模式——Type 1和Type 2，其中Type 2为TD-SCDMA演进技术。在LTE TDD Type 2中TD-SCDMA现有的核心技术大部分得到了继承，如智能天线、基于帧结构的物理过程设计等。但LTE在标准制定过程中，由于时间紧迫，作为TD-SCDMA的演进，也有几点缺憾：

　　(1) LTE TDD标准分裂成Type 1和Type 2，分散了产业力量。

　　(2) LTE在标准化过程中3GPP过于强调FDD和TDD模式的相似性，一味要求TDD系统的设计向FDD靠拢，没有充分考虑针对TDD系统的特性优化。

　　(3)多址技术采用OFDMA/DFT-S-OFDM，完全摈弃了CDMA元素，造成小区间干扰问题无法很好解决。

　　(4) TD-SCDMA的智能天线技术，由于国际融合的原因，被限制在非MIMO的单流发送范畴，无法充分发挥智能天线在多流MIMO传输和空分多址(SDMA)上的优势

　　我国在参与LTE+过程中，将致力于弥补上述LTE设计中的不足，同时根据IMT-Advanced的新需求增添新的技术特性，构成TD-SCDMA进一步演进的LTE+ TDD方案。

　　在明年ITU征集IMT-Advanced技术时，我国可选择将TD-SCDMA演进技术提交到ITU，并在ITU内和其他国际提案融合。

　　TD-SCDMA演进IMT-Advanced方案

　　在近两年来的3GPP LTE、3GPP2 UMB、WiMAX研究和标准化工作中，以信息产业部电信研究院、中国移动研究院、华为、中兴、大唐等为核心的企业和研究单位形成了良好的合作关系。为了准备我国IMT-Advanced技术提案，从2006年10月开始共同开展了IMT-Advanced研究工作，已经形成一个基本的IMT-Advanced技术方案。

　　国际4G核心技术的发展趋于同化，各技术阵营基本均以OFDMA和MIMO技术为核心，我国4G技术储备也基本围绕此技术基础，在此基础上融入我国的特色技术，使MIMO OFDMA系统发挥更佳的性能。

　　我国企业在IMT-Advanced方面的技术创新可大致集中在2个方向：

　　(1)TD-SCDMA特色核心技术的扩展和增强，与MIMO OFDMA主流技术有机结合，显著提高MIMO OFDMA系统性能。包括：BR-OFDMA、基于智能天线的多流MIMO、基于BR-OFDMA的联合检测、基于TD-SCDMA演进帧结构的同步、小区搜索、随即接入、寻呼等物理过程。

　　(2)在OFDMA+MIMO共性技术和现有标准基础上进一步完善和增强，进一步提高系统性能。包括：多用户联合映射、分层调制、软频率复用、LDPC编码、中继(Relay)和分布式天线、用于MBMS的分层MIMO技术等。

　　我国TD-SCDMA演进IMT-Advanced方案的物理层核心技术主要集中在如下领域：

　　(1)多址技术

　　-块重复OFDMA(BR-OFDMA)：

　　此技术是基于OFDMA和CDMA结合的思想，在OFDM调制基础上，利用“块重复”替代传统CDMA中的“码片重复”，用BR(块重复)码替代扩频码，以获得码域扩频增益。通过在不同小区或用户之间使用不同的或低相关性的BR码，在接收端使用联合检测接收机消除小区间和用户间的干扰，增强干扰受限情况下(如小区边缘)，提高系统性能。

　　-多用户联合映射(MJM)：

　　此技术主要基于“星座交叠”原理将一个“近端用户”和一个“远端用户”复用在相同的时/频/码域资源内，从而获得系统容量提升。

　　(2)帧结构及公共信道设计

　　-基于现有TD-SCDMA和LTE TDD Type 2帧结构进一步优化的帧结构。基于此帧结构，可以设计用于TD-SCDMA演进系统的同步、小区搜索、随机接入、寻呼等物理过程。

　　(3)多天线技术

　　-多流智能天线：

　　此技术传统智能天线和多流MIMO技术的结合，即由原来在一份时/频/码域资源内给一个用户赋形一个波束，扩展到在在一份时/频/码域资源内给一个用户赋形多个波束(实现单用户MIMO)或给多个用户同时赋形(SDMA)，从而大大提高小区容量和小区边缘容量。

　　- TDD非码本预编码技术：

　　和广泛使用的码本预编码不同，利用TDD信道对称性，直接从上行获得下行信道先验信息，并采用波束赋形的专用导频。

　　(4)调制与编码技术

　　-结构化LDPC编码：

　　LDPC编码在大数据块(大带宽)情况下某些方面性能高于Turbo码，因此在IMT-Advanced某些场景下有应用优势。

　　-分层调制：

　　此技术是将一个用户的数据分成多个层，每个层重复后用不同的交织器交织，在接收端利用迭代接收消除层间干扰。当层数量大于重复系数时，可获得比同等调制方式更高的数据率。

　　(5)小区间干扰抑制技术

　　-软频率复用：

　　在小区中心采用频率复用系数1，在小区边缘采用频率复用系数>1，从而在尽可能保持系统高频谱效率的基础上，避免相邻小区间干扰。

　　-基于BR-OFDMA的联合检测(大唐)

　　利用BR-OFDMA系统在相邻小区使用的正交和半正交BR码，进行联合检测操作，可以消除小区间干扰。

　　(6)中继(Relay)和分布式系统

　　-中继帧结构及公共信道、物理过程设计：

　　通过帧结构设计，有效调配基站à中继站和中继站à终端之间的时隙资源，避免干扰，实现中继站收发转换。在此基础上设计全套中继站同步、小区搜索、随机接入、功控、寻呼、切换、小区间干扰抑制等技术。

　　-分布式无线通信系统：

　　在有条件敷设密集光纤网络的情况下，在一个基站下连接多个远端天线单元，在分布式天线单元之间采用联合MIMO发送/接收、群小区切换等操作，从而避免“边缘效应”，提高数据率和系统容量。

　　(7)广播多播(MBMS)增强型技术

　　-用于MBMS的分层MIMO技术：

　　通过在相同频率资源内复用基本层(采用发射分集)和增强层(采用多流MIMO)，实现多QoS的MBMS业务。即信道质量好的用户和高端终端接收基本层和增强层，获得更高数据率。信道质量差的用户和低端终端仅接收基本层，获得基本的数据率。