作者：杨丰瑞文凯李校林编著
出版社：通信图书编辑部
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TD-SCDMA移动通信系统工程与应用试读：
前言
第三代移动通信系统从1985年国际电信联盟（ITU）提出以来，发展之路坎坷，在3G标准制定、技术开发、频率使用、3G牌照发放以及欧洲市场3G运营等方面遇到一系列的难题。2008年5月24日，我国工业和信息化部、国家发改委和财政部联合发布公告，“鼓励中国电信收购中国联通CDMA网，中国联通与中国网通合并，中国卫通的基础电信业务并入中国电信，铁通并入中国移动，重组完成后发放3G牌照”，标志着第三代移动通信系统迅速发展的春天真正来临。
第三代移动通信系统包括4大主流标准：世界公认三大标准WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和2007年10月新接纳的WiMAX 802.16e。其中，TD-SCDMA是中国拥有自主知识产权的3G标准。在中国政府的大力支持下，目前TD-SCDMA产业化已初具规模。中国移动通信集团承接的北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市，中国电信承接的保定和中国网通承接的青岛，全国一共10个城市开通了TD-SCDMA移动通信试验网。中国移动TD-SCDMA二期实验网建设在北京奥运会后启动，网络部署将扩展到全国38个主要城市。
TD-SCDMA产业链基本成熟后，TD-SCDMA成功的关键还在于工程应用和业务运营是否成功。资料显示，目前我国3G应用人才紧缺，受到各大通信公司、硬件设备生产商、软件提供商的争抢，与3G有关的移动通信软件人才缺口未来3年内将达到50万。为广大3G爱好者迅速自学成材提供一本工程应用参考书是本书的编写目的之一。重庆邮电大学从参与TD-SCDMA技术开发到研制TD-SCDMA芯片成功，以及近期推出首款TD-HSDPA上网卡，历经十余年的艰苦奋斗，积聚了丰富的技术经验，形成了一定的社会影响，广大的运营商朋友们多次希望我们能出一本关于TD-SCDMA工程应用方面的书籍，此为本书的编写目的之二。我们受精力所限，历时4年终成此书。
TD-SCDMA第三代移动通信系统由于技术本身的原因，与第二代移动通信系统在工程应用方面具有极大的区别，而与其他制式的第三代移动通信系统在工程建设和运营维护方面也千差万别。TD-SCDMA第三代移动通信系统的工程应用涉及核心网建设、无线网建设、传输网及配套网络建设、室内覆盖系统建设、直放站建设及网络优化等，特别是TD-SCDMA系统技术不断进步，HSDPA、HSUPA、N频点、分布式基站等技术的发展，给工程建设带来更大的挑战。本书尝试从TD-SCDMA的基本原理和关键技术出发，全面阐述TD-SCDMA第三代移动通信系统核心网、无线网、传输配套等的网络规划与设计方法，并进一步分析TD-SCDMA第三代移动通信系统网络的优化方法。希望通过阅读本书读者可以迅速建立TD-SCDMA第三代移动通信系统工程应用的概念，并提供工程指导。
全书由杨丰瑞统稿。本书第1～3章、第7章由杨丰瑞编写，第6章、第8章及第10章由文凯编写，第4～5章及第9章由李校林编写。
本书的编写得到了许多人士的支持与鼓励，在此对他们表示最诚挚的感谢。重邮信科集团公司的彭大芹高级工程师、段红光高级工程师等专家为本书的基本理论、关键技术和技术演进部分的内容提出了宝贵的修改意见；重庆邮电大学通信新技术应用研究所的硕士研究生任春林、邹庆、衡星、赵勇、陈晓维、彭婧等同学为本书编写及资料的查阅作了大量的工作；本书的编写还得到刘辉、张勇、文武同志工作上的大力支持；本书还得到大唐移动、中兴通讯、上海百林等公司的大力支持，同时参考了许多学者的专著、论文以及有关厂家的技术资料。
由于技术不断更新发展，TD-SCDMA系统还在试验之中，加之作者的水平有限，编写时间仓促，书中偏颇和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。读者可将宝贵意见和建议发至责任编辑电子邮箱chenwanshou@ptpress.com.cn。作者2008年11月第1章概述
目前，移动通信技术与计算机技术、数据业务与语音业务日趋融合，无线互联网、移动多媒体不断发展。中国的移动通信自1987年投入运营以来，经历了20多年的发展。第一代模拟蜂窝移动网已经退出了历史舞台，第二代数字移动网络有GSM和CDMA两种。其中我国的GSM网络自从1993年引入后，发展迅速，现已经发展成世界上最大的GSM网络，移动用户总数居全球第1位。1.1 移动通信系统的发展演进
移动通信系统的发展演进经历了三代，从第一代模拟移动通信系统（1G），到第二代数字移动通信系统（2G），再到第三代多媒体移动通信系统（3G），正在向后三代或第四代宽带移动通信系统（B3G/4G）发展，其发展如图1-1所示。图1-1 移动通信系统的演进过程图
第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅支持语音业务的蜂窝电话标准，制定于20世纪80年代。Nordic移动电话（NMT，Nordic Mobile Telephone）就是这样一种标准。其他还包括美国的高级移动电话系统（AMPS，Advanced Mobile Phone System）、英国的总访问通信系统（TACS，Total Access Communications System）、日本的JTAGS、西德的C-Netz、法国的Radiocom 2000和意大利的RTMI。第一代移动通信系统由于频谱利用率低、不能漫游、各系统间难以互联互通等缺点，很快被淘汰。
第二代移动通信标准主要采用的是数字的时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）技术和码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术。它的主要业务是语音，主要特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性得到很大的提高，并可进行国内外自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内漫游，因而无法全球漫游。第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现如移动多媒体业务等的高速率的业务。目前，第二代移动通信系统在容量和业务能力方面均不能满足用户的需求，发展第三代移动通信系统成为历史的必然。
第三代移动通信系统（3G）于1985年由国际电信联盟提出。3G技术准化工作的主要目标是制定一个通用的网络架构，能够支持现有和将来的服务。3G标准制定者经多年努力，最终制定出了第三代移动通信的网络架构标准。2000年5月，ITU全会通过了5个正式的第三代移动通信系统（IMT-2000）无线接口标准：IMT-DS（即WCDMA/UTRA-FDD）、IMT-MC （即CDMA2000）、IMT-TD（包括UTRA-TDD作为高码片速率选项和TD-SCDMA作为低码片速率选项）、IMT-SC（UWC-136）、IMT-FT（即E-EDCT）。其中IMT-SC和IMT-FT将只作为区域性标准，用于IS-136和DECT系统的升级。被公认的世界各国在商用中采用的标准为WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA 3种。WiMAX的802.16e在2007年10月被ITU接纳为3G标准之一，因此，到现在，3G标准方面有4大主流标准在进行商用或者准商用。
如上所述，3G技术标准主要包括欧洲提出的WCDMA、中国提出的TD-SCDMA、美国提出的CDMA2000和WiMAX的802.16e这4大标准。其中WCDMA和TD-SCDMA标准是属于3GPP系统，有时也称为通用移动通信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunication System）技术。3GPP系统架构是通用无线分组业务（GPRS，General Packet Radio Service）技术上的延伸，与以前模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将具有5MHz以上更宽的带宽，传输速度最低为384kbit/s，最高可达2Mbit/s。它不仅能传输话音，还能传输数据，从而可提供快捷、方便的无线应用。第三代移动通信另一个主要特点是能实现高速数据传输和宽带多媒体服务。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于IP的服务结合起来，提高无线频率利用率，提供包括卫星在内的全球覆盖，并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接，满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。但第三代移动通信仍是基于地面、标准不一的区域性通信系统。虽然它可以比现有传输率快上千倍，但仍无法满足未来多媒体的通信需求。第四代移动通信系统的提出便是希望能满足更大的频宽需求，满足第三代移动通信尚未达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。1.2 TD-SCDMA第三代移动通信系统
时分同步码分多址（TD-SCDMA，Time Division Synchronous Code Division Multiple Access）通信技术属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术（RTT，Radio Transmission Technology）基础上与国际合作完成的3G技术标准，并成为CDMA TDD标准的一员。这是中国移动通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信发展的贡献。在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。
TDD 模式是在无线帧中通过不同的时隙来区分无线双工通信的上行和下行链路的一种方式。TDD 系统可以方便地实现上/下行链路间的灵活转换。这一模式突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务对无线资源的需求，方便地实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。
TD-SCDMA的无线传输方案灵活地综合了FDMA、TDMA和CDMA等基本多址接入技术。通过与联合检测技术相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线技术，它凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提高系统容量。
TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的无线频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配而得到最佳频谱利用率。因此，TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配技术和最佳频谱效率，可方便支持速率从8kbit/s到2Mbit/s的语音和互联网等所有的3G业务。
TD-SCDMA采用TDD模式，其终端的高速移动性和基站覆盖半径不如FDD的系统。TD-SCDMA特别适合在城市和城郊使用，而在乡村及大区全覆盖时，用FDD系统更合适，因此TDD和FDD模式可以互为补充。1.2.1 TD-SCDMA移动通信标准的发展历程
众所周知，TD-SCDMA是一个由中国提出的第三代移动通信技术。目前，这一技术已经被ITU正式采纳成为第三代移动通信国际标准——IMT-2000家族的一员，并且被公认为能够全面支持第三代业务技术。这一技术已经引起了多方的关注，同时，由于 IMT-2000 中包含TD-SCDMA技术，因此，在第三代合作伙伴计划（3GPP，3rd Generation Partnership Project）内部正在加紧进行标准的融合工作，以促进第三代移动通信标准的发展，这一点使TD-SCDMA更进一步地受到国际社会的关注。
实际上，人们很早便开始了对第三代移动通信系统的研究。1998年1月，欧洲标准化组织—欧洲通信标准协会特别移动部（ETSI SMG，European Telecommunications Standard Institute Special Mobile Group）采纳了一项关于第三代移动通信系统的空中接口提案，这一提案被命名为全球移动通信系统（UMTS）。UMTS地面无线接入（UTRA，UMTS Terrestrial Radio Access）包括了两种双工模式，即频分双工模式（FDD，Frequency Division Duplex）和时分双工模式（TDD，Time Division Duplex）。前者主要被WCDMA和CDMA2000系统采用，后者主要被TD-SCDMA系统采用。在欧洲开发UMTS标准的时候，日本也对第三代移动通信系统进行了广泛的研究。日本的标准化组织——无线工业贸易协会（ARIB，Assosiation of Radio and Industry Business）同样选择了WCDMA技术，即日本和欧洲对FDD模式的提案几乎是一致的。北美的T1标准化组织也在开发极其相似的概念。
为了建立一个真正的全球第三代移动通信标准，1998年12月，3GPP成立。该组织由各个国家和地区的电信标准化组织组成，包括欧洲的ETSI、美国的T1、日本的ARIB、韩国的TTA和中国的CWTS等。3GPP非常好地协调了来自各地不同的标准化组织提出的建议，并为建立一个统一的第三代移动通信标准而努力。对于这个标准，现在仍称之为UTRA。UTRA是基于GSM核心网，包含FDD和TDD模式的第三代移动通信标准。与此相对应，第三代合作伙伴计划2（3GPP2）则正在发展一个被称为CDMA2000的第三代移动无线标准。这一标准是基于IS-95 CDMA网络的。
第三代移动通信的发展离不开运营商的支持。1999年6月，运营商协调组织（OHG，Operation Harmonization Group）中的主要国际运营商提出了一个统一的全球第三代移动通信（G3G）概念。这个概念已经被3GPP和3GPP2所接受。经协调的G3G概念是一个单一的标准，带有下列3种运行模式：（1）直序扩频CDMA（CDMA-DS），基于由3GPP规范的UTRA FDD模式；（2）多载波CDMA（CDMA-MC），基于由3GPP2规范的FDD模式的CDMA2000；（3）TDD（CDMA TDD），基于由3GPP规范的UTRA TDD模式。
通过同制造商团体合作，运营商协调组织将尽可能地使无线参数一致并定义通用的协议栈，从而达到所有基于CDMA建议的融合。这将使多模终端的实现得以简化并能接入现存的GSM MAP以及ANSI-41核心网。OHG的建议被考虑进3GPP规范1999年的第1版标准里。此标准已于1999年年底完成。
为了将TD-SCDMA融入UTRA，新的协调工作已在3GPP中开始。作为第一步，根据码片速率的差异，分别将UTRA TDD和TD-SCDMA称为3.84Mchip/s TDD和1.28Mchip/s TDD。这些工作正在3GPP技术规范小组中的许多工作组里进行，包括物理层、协议层、接口、RF要求和测试规范4部分。这项标准化工作的目标是要将TD-SCDMA吸收作为UTRA第4版标准的一部分（Release 2000）。这些规范在3GPP和3GPP2中进行了详细的阐述，并成为ITU的IMT-2000建议的一部分。为了进一步发展这些标准，3GPP的所有成员和参与者定期会面，交换意见并提出新的观点。根据专家的介绍和建议，3GPP 组织针对一些特殊问题达成一致意见之后，将新的特性和改进推广到现有的规范中。3GPP的工作组在2001年年初完成了 2000年版本标准。对于正期待着第三代标准的市场，三个子标准——CDMA-DS （UTRA FDD）、CDMA-MC和LCR TDD（TD-SCDMA）将逐渐趋于成熟。1.2.2 TD-SCDMA移动通信标准的特点
TD-SCDMA的提出比其他标准晚，这给其产品成熟性带来一定的挑战，但在另一方面，TD-SCDMA吸纳20世纪90年代以来移动通信领域最先进的技术，在一定程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。与其他3G标准相比，TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势。
1.频谱效率高
TD-SCDMA系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，有效地提高了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。具体来讲，联合检测和上行同步可极大降低小区内的干扰，智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。另外，联合检测和智能天线对于缓解2GHz频段上更加明显的多径干扰也有极大作用。TD-SCDMA系统的这一特点，决定了它将非常适合于在3G网络建设初期提供大容量的网络解决方案。
2.支持多载频技术
对TD-SCDMA系统来说，其容量主要受限于码资源。TD-SCDMA支持多载波，载频之间切换很容易实现。因为 TD-SCDMA 是时分系统，手机可在控制信道时扫描其他频率，无需任何硬件便可轻松实现载波间切换，并能保证很高的成功率。另外，通过多载波可以消除导频污染以及突发导频，从而降低掉话率。TD 系统可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低了导频污染。
3.呼吸效应不明显
用户数的增加使覆盖半径收缩的现象被称为呼吸效应。CDMA系统是一个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的自干扰呈指数级增加，因此呼吸效应是一般CDMA系统的天生缺陷。
呼吸效应的另一个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发生收缩现象，这给网络规划和网络优化带来很大的麻烦。TD-SCDMA 是一个集 CDMA、FDMA、TDMA于一身的系统，它通过低带宽FDMA和TDMA来抑制系统的主要干扰，使产生呼吸效应的因素显著降低。TD-SCDMA在每个时隙中采用CDMA技术来提高容量，产生呼吸效应的唯一原因是单时隙中多个用户之间的自干扰，TD-SCDMA单时隙最多只能支持8个12.2kbit/s AMR的话音用户，用户数量少，用户的自干扰也就比较少。同时，这部分自干扰通过联合检测和智能天线技术被进一步抑制。综合上述原因，TD-SCMDA系统小区覆盖半径随用户数的增加而收缩变化不大，即呼吸效应不明显。
4.组网灵活，频谱利用灵活，频率资源丰富
TD-SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用1.6MHz的带宽就可以提供速率达2Mbit/s的3G业务，对于频率分配的要求简单和灵活了许多。在今后多家移动运营商共存的情形下，频谱资源的使用情况会相对复杂，而 TD-SCDMA 系统大大提高了对频谱资源利用的灵活性。
中国为TDD分配了155MHz的工作频段，对比于FDD上下行共90MHz的对称频段，TDD系统在频率资源方面的优势为TDD系统的网络扩容和后续发展埋下了轻松的一笔。除中国外，世界各国3G频谱规划都包括TDD频段，日本和欧洲各国运营商3G牌照中已经包括TDD频段，这为未来TD-SCDMA进入国际市场提供了机遇，也为TD-SCDMA技术的国际化应用和国际漫游提供了必要的条件。
5.易于与GSM网络兼容
从系统角度看，TD-SCDMA与GSM均为时分复用系统，可以灵活进行系统之间的测量，控制和切换。从终端角度看，TD-SCDMA/GSM双模手机成本低于WCDMA/GSM成本。目前，展讯、T3G等芯片厂商均支持TD-SCDMA/GSM双模手机解决方案。
6.灵活提供数据业务
TDD技术的采用是TD-SCDMA系统与其他两大3G主流标准FDD系统的主要区别之一。TD-SCDMA系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置的，根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以从3∶3的对称分配到1∶5的非对称分配调整。
在未来 3G 多样化的业务应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的比例。大部分业务的典型特征是上行链路和下行链路中的业务量不对称。FDD系统由于其固定的上下行频率的对称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源的浪费。而 TD-SCDMA 系统可以通过配置切换点位置，灵活地调度系统上下行资源，使得系统资源利用率最大化。因此TD-SCDMA系统更加适合未来的3G非对称数据业务和互联网业务。
综上所述，TD-SCDMA 单独组网具有网络规划简单、建设和维护成本低的好处。TD-SCDMA具有的非对称数据业务传输的特点，使其更具有其他技术不可比拟的优势。1.2.3 TD-SCDMA的关键技术
TD-SCDMA技术是3G中的一种无线接入技术，TD-SCDMA已经融入了3GPP R4，其核心网和网络管理部分与WCDMA完全一致。下面仅对TD-SCDMA空中接口的关键技术进行简单的介绍。
1.智能天线技术
TD-SCDMA系统是TDD系统。TDD系统上下行无线信道传播是对称的。基站利用该对称性，使用上行信道估计的信道参数来进行智能天线的下行波束赋形，因此TDD系统比FDD系统更容易使用智能天线技术。智能天线技术的核心是自适应天线波束赋形技术，即使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉远离可以产生强方向性的辐射方向图。使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比、降低发射功率和提高系统覆盖范围的目的。
2.联合检测技术
在 CDMA 系统中，多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把每个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测和多用户检测两种。根据多址干扰处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消和联合检测两种。联合检测技术是目前第三代移动通信技术中的热点，它是充分利用多址干扰，同时将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术。联合检测技术能够大大降低干扰，扩大容量，降低功率控制的要求，削弱远近效应。
在 TD-SCDMA 系统中，采用了联合检测技术和智能天线技术相结合的方法，这使得在计算量没有大幅度增加的情况下，系统有效容量得到提高。
3.接力切换技术
接力切换技术适用于同步CDMA移动通信系统。在TD-SCDMA系统中采用了智能天线，可以实现单基站对移动台准确的定位，从而容易实现接力切换。接力切换是指当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对用户终端设备的距离和方位进行定位，将移动终端设备的方位和距离信息作为切换的辅助信息；如果移动终端设备进入切换区，则无线网络控制器通知另一基站做好切换准备，不需要做上行开环工程，终端上行链路先切换到目标小区，然后再切换下行链路。这种切换可靠性和高效性更好。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种切换方式，综合了软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率的优点。
4.动态信道分配技术
信道分配是指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式给每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。在动态信道分配技术中，所有的信道资源放置在中心存储区中，表示信道完全共享。采用动态信道分配技术能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而提高无线资源的利用率，提高系统的容量，同时也满足了第三代移动通信业务的需要，尤其是高速率的上下行不对称的数据业务和多媒体业务的需要。
5.软件无线电技术
软件无线电技术指用软件方法实现芯片硬件功能。TD-SCDMA系统的TDD模式和低码片速率的特点，使得数字信号处理量大大降低，从而适合采用软件无线电技术。软件无线电技术可以克服微电子技术的不足。通过软件方式，系统增加功能可以通过软件升级来实现，具有良好的灵活性和可编程性，对环境的适应性好，也不会老化。另外，可替代昂贵的硬件电路，减少用户设备费用的开支。1.3 TD-SCDMA工程应用现状1.3.1 3G进展情况总体分析
宽带无线的主要特点在于接入和应用层面，从个人全球多媒体无缝连接愈来愈多也愈来愈显得重要的个性化要求的含义上来说，未来 NGN 及 GII 的接入与应用层面，必将是宽带无线的世界。宽带无线的重头戏是以3G演进为中心的宽带移动通信，其演进发展沿1G→2G→2G+（2.5G、2.75G）→3G→B3G→LTE→…方式前进，一般说来，这是一种与 NGN 概念和要求相协调的前、后向兼容式的演进。
就传输速率及基本传输技术演进而言，ITU/3GPP/3GPP2 的 3G/3G 演进及 IEEE 802.xy的802.11A/G/N、802.15x、UWB及802.20x、802.22x等，均在彼此演进发展中会聚与融合，例如均使用自适应调制和编码（AMC，Adaptive Modulation and Coding）技术、高阶调制（如M-（O）QAM，M=16、32、64、128、256 或更高）、MIMO-STC 及智能天线技术、软件无线电（S（D）R）技术，OFDM及多频段OFDM、OFDMA技术、H.264/AVC、TBC/TPC/LDPC等信源编码和信道编码新技术，以及NGN多维/多域层面的整套IP-QoS技术等。即使对于以WLAN为基点、原来峰值速率能力仅为2Mbit/s的全球通用个人连接的3G而言，其3G演进方案，以3GPP的HSDPA为例，已拟订的三阶段下行峰值速率也分别大于等于10.8Mbit/s、30Mbit/s和50～100Mbit/s（B3G、LTE）。
从长远来考虑，3GPP 还拟将现用单元带宽 5MHz 变为组网应用更灵活有效的 1.25～20MHz的带宽，而且为降低每比特成本，还拟将速率能力增强为HSDPA第2阶段的2～4倍，使峰值上行速率达50Mbit/s左右；3GPP2的CDMA2000 1x EV-DO的演进增强A版本中将下行/上行数据峰值速率由现今的2.4Mbit/s/153kbit/s增强至3.1M/1.8Mbit/s；在语音方面直接引入了VoIP，期望其容量与质量可与CDMA2000 1x相比拟，并拟进一步采用多载波（最多15个载波）方式增强至每一用户峰值速率达45Mbit/s左右，再向100Mbi/s方向迈进（AIE、B3G）。显然，在速率增强方面与Wi-Fi、WiMax及Mobile-Fi已经可以比拟与匹敌。1.3.2 全球3G进展情况
从2004年进行的法国戛纳3GSM大会及最近一些3G应用高峰会结果来看，作为3G推进难点的WCDMA系统已有较明显的进展。截至2005年9月，实际由运营商持有的有效3G许可证为143张，其中选择WCDMA的有133家，选择CDMA2000有4家；另有加拿大的5张PCS系统及澳大利亚CKW Wireless公司的1张i-BURST系统。截至2005年4月，全球投入商用的WCDMA网络（遍及33个国家和地区）共71个，CDMA2000 1x网络148个，CDMA2000 1x EV-DO网络20个。作为由GSM至WCDMA过渡衔接的EDGE，全球已有84个商用网络，遍及52个国家和地区，并还有79个国家和地区的141个网络承诺拟升级至EDGE，其中尚有AIS Thailand、CINgular Wireless USA、OraNge FraNce、Swisscom Switzerland、Teliasonera Sweden等42个运营商已布局EDGE-WCDMA网络。截至2005年9月，全球共有219个3G网络，其中83个WCDMA网络、21个CDMA2000 1x EV-DO网络及115个CDMA2000 1x网络。截至2005年3月底，全球使用CDMA2000及WCDMA的用户总数达1.714亿以上，其中CDMA2000 1x用户为1.36亿、1x EV-DO用户为1 460万，WCDMA用户为2 080万，计入CDMA2000 1x后的3G总用户数已占全球移动用户总数的9.3%。
从用户增长势头看，2005年第1季度上述3G用户共增长1 230万，其中CDMA2000 1x用户增长600万，1x EV-DO用户增长200万，WCDMA用户增长430万。CDMA2000 1x用户增速在下降而WCDMA在保持高速增长，从而将占3G市场份额大头的WCDMA会继续攀升。截至2005年8月，全球使用CDMA2000及WCDMA的用户已达1.96亿以上，其中WCDMA用户达3 240万，CDMA2000 EV-DO用户达1 870万，CDMA2000 1x用户达1.457亿。
从作为WCDMA发展瓶颈的手机终端及应用服务来看，2004年第1季度开始，其发展已有明显上升，至2005年4月进一步增达25种品牌166款，其中包括10款数据卡，与2004年年底相比增加58款，这其中还包括了业内第1款HSDPA手机。EDGE终端品种也已达113种之多。CDMA2000情况更乐观。截至2004年6月，支持CDMA2000规范的商用终端已达650款左右，而截至2004年8月底，支持CDMA2000 1x EV-DO的商用终端有11个品牌93款；截至2005年4月，全球已有850款CDMA2000商用终端面市，其中包括12个品牌107款EV-DO手机和10款数据卡，截至2005年6月已多于1 000款商用终端。以NTT DoCoMo领头的运营商及诸多手机制造商，均已决心改进WCDMA手机的应用性能与市场能力，目前其待机时间高者已可达450～500h，连续工作时间已可达120min以上。DoCoMo决心推进其第一阶段 HSDPA 业务，下行速率可高达 14Mbit/s 以上，这对 3G WCDMA 的推进及与CDMA2000 1x（GSM 1X）及其EV/DO-DV和Wi-Fi/WiMax等形成竞争格局，可能会产生深远的战略影响。
目前，全球已有626个GSM网络遍及200个国家与地区，具有GSM和/或WCDMA执照的网络约已覆盖全球居民的99.8%。1.3.3 中国3G发展情况
3G发展从全球到中国一直颇有争议。充分汲取3G发展中全球范围内已出现的多方面教训，我国政府部门确定发展中国3G及3G产业的基本方针与原则为“冷静、稳妥、科学、求实”及“积极跟进、试验先行、培育市场、支持发展”。在理性与务实驱动下引入3G，原信息产业部[2002]479号文中涉及中国第三代公众移动通信系统的框架频率规划，充分体现了重视与支持有自主知识产权的TDD方式的发展，并贯彻FDD、TDD有机互补、健康合理发展这一指导思想，将2GHz核心频段、周边频段及现用2G/2.5G自然延伸频段及早规划，为我国3G发展使用相应FDD、TDD资源按前、后向兼容方式务实发展奠定了重要基础，获得了国内外一致好评。为科学客观评价3G的3种主流体制WCDMA、CDMA2000及TD-SCDMA包括终端在内的技术、设备与系统的成熟性，从2003年10月开始，我国进行了世界上规模最大的分阶段室内、外场及专项技术试验，包括与GSM、PHS等系统在内的电磁兼容性能测试，这为判断及促进3G在中国的发展提供了重要依据。
中国的3G发动已似箭在弦上，2005年信息业高层已表明，国家对待3G的原则是“培育市场，支持发展”，2005年“信息产业部将会同有关部门，适时提出我国发展第三代移动通信的决策建议”，“中国大陆将保证2008年（北京奥运会上）使用3G”；“从各方面情况来看，中国发展3G的条件已基本具备”，“3G发牌照决策时机已到”，“目前我国手机用户月新增数量在500万左右，如不适时做出3G决策，会造成巨大的浪费”；“2006年将抓紧研究制定 3G 技术、业务、资费、监管、频率指配等相关政策，形成新型产业链，促进第三代移动通信快速健康发展”，“监管部门要将发展 3G 与深化电信改革、优化竞争结构、完善监管政策、推动具有自主知识产权技术的产业化、形成新的产业链结合起来”，“运营企业，要做好充分准备，坚持以市场为导向，做好网络建设、业务开发、市场培育等方面工作，并确保利用宽带无线移动通信等技术为2008年北京奥运会提供通信保障和优质服务”；“在中国大陆的3G布局中，TD-SCDMA要占有一席之地，可能会由有实力的运营商来运营”。我们坚信，在稳健、务实、智慧基础上对 3G 商用进程有全面分析判断的中国大陆高层行政综合决策，一定会抓住最佳时间适时切入，中国大陆决不会错失3G及3G演进与NGBW的市场与产业发展良机。1.3.4 TD-SCDMA系统工程应用现状
TD-SCDMA产业发展历程经历了从无到有、从核心技术研究到系统构架的突破的艰辛历程，从阶段上可以进行如下细分。
1995年：核心技术创新，开始预研TD-SCDMA技术。
1998年：提交提案。2000～2001年标准确立与完善，该标准被接纳为第三代移动通信国际标准之一。
2002～2003年：技术方案的验证，原信息产业部公布3G频率规划。
2004年：产业链的初步形成。
2005年：产业链的持续完善，产业化专项试验。
2006年：规模网络技术应用试验。
2007年：扩大规模。
2008年：正式小规模商用（向普通民众放号）。
在实际应用上，也有很多厂家加入了 TD-SCDMA 产业联盟。目前，该联盟已有成员企业25家，系统设备开发厂商超过10家，6家芯片厂商，终端厂商14家以上，智能天线厂商3家，测试仪表厂商已多达7家。在2005年10～11月的TD-SCDMA终端测试中，各厂家提交的终端数量增达100多部，在稳定性与可靠性方面已有2/3达到要求，终端改进速度明显加快，手机性能与7月相比也有显著提高。TD-SCDMA正积极正视自身在终端及细分市场方面与WCDMA及CDMA2000的差距，正在进一步努力奋进中。
具体厂家如下。
系统设备：大唐、中兴、华为、普天、新邮通。
核心基带芯片：重邮信科、T3G、展讯。
核心射频芯片：鼎新、锐迪科。
终端解决方案：大唐、龙旗、希姆通。
终端：华立、联想、中兴、夏新、波导、海信、英华达、迪比特、广州新邮通、TCL、海尔、宇龙、UT。
测试仪表：湖北众友、中创信测、四十一所、星河亮点。
操作系统软件：上海科泰。
天线：海天、中山通宇、摩比、安德鲁、十四所。
直放站、干放：武邮、京信、汉铭、大唐、中兴。
TD-SCDMA系统在实现商用前，必须先进行测试和试验。这方面工作进展也相当乐观，表1-1是TD-SCDMA系统进展情况。表1-1 TD-SCDMA系统进展情况续表
在上述技术力量的支持下，TD-SCDMA 产业化正全面发展。在终端方面，2005年二季度终端形成群体突破，这些终端具备可视电话、高速FTP下载、在线电视、视频点播、Web浏览等 3G 业务特点，当前在研终端已经完全可以满足大规模使用需求。在芯片方面，芯片支持30家厂商，近百款终端开发，目前已基本具备商用能力，正在向HSDPA挺进。在系统方面，强强合作、多厂家供货，具备大规模独立组网能力，形成年产数千万套的生产能力。
总之，TD-SCDMA各项试验按照原信息产业部统一部署，经试验各方不懈努力，整体进展顺利。异频组网、单载波同频组网、5MHz 同频组网模式均得到很好的验证，证明了组网的可行性。通过试验的磨炼，终端的水平也得到了持续的提升，目前已达到预商用水平。
扩大规模的网络技术应用试验已经全面展开。1.4 本书内容安排与结构
TD-SCDMA系统采用智能天线、同步CDMA技术、多用户联合检测、动态信道分配、软件无线电、接力切换等一系列高新技术，具有高频谱利用率、低成本、上下行不对称信道可适合于不对称业务等特点。本书根据TD-SCDMA技术标准及上述关键技术，借鉴了GSM、CDMA2000和WCDMA 等其他移动通信网络在规划和优化等方面的技术理论和时践经验，吸收了历年来TD-SCDMA外场试验网络的测试研究成果，突出了TD-SCDMA特色，系统地论述了TD-SCDMA无线网络规划设计与优化。
第1章，概述，介绍了移动通信系统的发展演进过程、TD-SCDMA系统标准的发展历程、技术特点、关键技术、TD-SCDMA工程应用现状。
第2章，TD-SCDMA 原理与关键技术。本章主要从两个方面进行介绍：第一，从TD-SCDMA系统网络结构与接口、物理层和信道映射、信道编码和复用、扩频与调制、物理层过程等几个方面详细介绍了TD-SCDMA系统的基本原理；第二，对TD-SCDMA无线技术中的动态信道分配、智能天线、联合检测、接力切换、功率控制等关键技术进行了详细分析。
第3章，TD-SCDMA核心网络规划。以R99、R4、R5网络为例介绍了核心网基本结构、接口及其演进；详细分析了核心网络规划的必要性和建设原则、总体建设思路；从信令网基础、七号信令系统以及ATM信令系统几个方面详细介绍了信令网规划的特点和流程。
第4章，无线传播模型校正及链路预算。本章主要介绍TD-SCDMA无线传播模型及其校正方案、链路预算等。
第5章，TD-SCDMA无线网络规划。本章是全书内容的核心，通过介绍无线网络规划的原则和策略，给出了TD-SCDMA无线网络规划的要点及流程，并在此基础上继续深化，详细介绍了覆盖分析、容量分析、时隙码规划、频率规划以及TD-SCDMA无线网络仿真。在上述内容的介绍过程中，详细分析了TD-SCDMA关键技术对系统性能及无线网络规划的影响。
第6章，室内覆盖系统。室内覆盖系统是决定3G成败的重要因素，本章头两节具体介绍室内覆盖系统的引入的意义、应用的范围以及组成分布，使读者对室内覆盖系统有基本的了解。之后详细介绍了3G室内覆盖的规划和优化方法，给出了3G室内覆盖接入思想，最后分析了几种典型场景的覆盖，帮助读者从实际应用的角度加深对3G室内覆盖系统的理解。
第7章，TD-SCDMA增强与演进技术。本章介绍的是TD-SCDMA技术的后续发展研究现状。首先从整体上介绍了 TD-SCDMA 的发展演进历程的 4个阶段。之后详细介绍了TD-SCDMA发展演进的第2、3阶段及其关键技术，使读者进一步了解TD-SCDMA的发展框架，为进一步研究和改进TD-SCDMA技术打下基础。
第8章，TD-SCDMA传输系统的解决方案。传输网络在任何移动通信中都是一个重要的部分，它影响着服务、服务质量以及移动运营商的成本，已不是以往简单的电信支撑网络，而已经成为电信运营商实现电信业务的另一个重要业务网络。本章首先介绍了传输网规划的原则，分别介绍了本地传输网和长途传输网该如何规划。然后介绍了 TD-SCDMA 系统中采用的传输接口与传输方式。接着介绍传输容量的预测与预规划。最后分别介绍了接入网和核心网的传输网络解决方案。
第9章，TD-SCDMA无线系统工程勘察设计。无线网络勘察设计为后期网络规划的准确性提供保障，因此是至关重要的。本章主要介绍了机房的选址原则及基站站点勘察的方法与步骤，无线基站的室外配套勘察设计、接地系统、电源系统、机房装修等配套设计，施工图的设计，并提供了完整的勘察设计文本。
第10章，TD-SCDMA网络优化。网络优化是整个无线网络建设过程中的重要环节。本章在分析网络优化的基础上，详细介绍了网络KPI指标、无线网络参数优化、网络优化工程分类、网络性能优化专题分析及网络优化案例分析等内容，为 TD-SCDMA 无线网络优化工程应用提供了参考方案。第2章TD-SCDMA原理与关键技术2.1 TD-SCDMA基本原理2.1.1 TD-SCDMA系统网络结构
2.1.1.1 TD-SCDMA系统结构图
TD-SCDMA系统网络结构完全依据标准化组织3GPP所制定的UMTS标准，网络结构比较简单，如图2-1所示。图2-1 UMTS网络结构图
图2-1中，UMTS包含3个部分和两个接口。3个部分是核心网（CN，Core Network）、UMTS 地面无线接入网（UTRAN，UMTS Terrestrial Radio Access Network）和终端（UE，User Equipment）。两个接口是CN与UTRAN 间的Iu接口和UTRAN与UE 间的Uu接口。Uu接口从底向上分接入层为非接入层，接入层为非接入层提供服务。接入层主要包括物理层、MAC/RLC层和RRC层。
这里的终端是网络为用户提供服务的最终平台。终端既包含完成与网络间实现无线传输的移动设备和应用，也包含用来进行用户业务识别并鉴定用户身份的用户业务识别模块（USIM，UMTS Subscriber Identity Module）。
R4 版本的接入网部分主要包括基站（BS，Base Station）和无线网络控制器（RNC，Radio Network Controller）两部分。接入网负责为业务分配无线资源，并与终端设备建立可靠的无线连接以承载高层的用户应用。
核心网包括支持网络特征和通信业务的物理实体，提供包括用户合法信息的存储、鉴权以及位置信息的管理、网络特性和业务的控制、信令和用户信息的传输机制等功能。通常R4版本的核心网又分电路域（CS，Circuit Switching）和分组域（PS，Packet Switching）两部分。话音、视频电话等业务由CS域提供服务，而FTP、Web浏览等业务由PS域提供服务。
2.1.1.2 无线接入网（UTRAN）基本结构
UTRAN是TD-SCDMA网络中的无线接入部分，它由无线网络结构子系统RNS组成，如图2-2所示。RNS通过Iu接口与核心网相连。其中一个RNS包含一个RNC和一个或多个Node B。Node B提供使UE以无线方式接入到移动网络的功能，可处理一个或多个小区，并通过Iub接口与RNC相连接。RNC主要负责接入网无线资源的管理，提供支持不同Node B间的控制功能，包括接入控制、功率控制、负载控制、切换控制和分组调度等功能。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口进行信息交互。Iu和Iur是逻辑接口。Iur接口可以是RNC之间的直接物理连接，也可以通过任何合适的传输网络的虚拟连接来实现。图2-2 UTRAN结构图
从针对一个具体的UE和UTRAN的连接中，从专用数据处理的角度进行区分描述，一个RNC可以作为一个UE的服务RNC（SRNC，Serving RNC）或漂移RNC（DRNC，Drifting RNC）。（1）SRNC：它是指与CN相连的RNC，主要是针对一个移动用户而言。SRNC负责启动/终止用户数据的传送、控制和核心网的Iu连接以及通过无线接口协议和UE进行信令交互。SRNC执行基本的无线资源管理操作，如将无线接入承载（RAB，Radio Access Bearer）参数转化成Uu接口的信道参数、切换判决和外环功率控制等。（2）DRNC：它是指除SRNC之外的其他RNC，控制UE使用的小区资源，可以进行宏分集合并、分裂。和SRNC不同的是，DRNC不对用户面的数据进行数据链路层的处理，而在Iub和Iur接口间进行透明的数据传输。一个UE可以有一个或多个DRNC。
Node B的主要功能是进行空中接口的物理层处理，如信道交织和编码、速率匹配和扩频等。同时它也执行无线资源管理部分的内环功率控制。UTRAN通用协议模型如图2-3所示。图2-3 UTRAN通用协议模型
可以从图上看到，在水平方向上，UTRAN层次可以分为无线网络层和传输网络层两部分。其中，UTRAN 的逻辑节点和它们之间的接口被定义为无线网络层的一部分。传输网络层为用户面传输、信令传输和特定的运行与维护（O&M）传输提供服务，与UTRAN特定的功能无关。
在垂直方向上则包括4个平面。其中，无线网络层分为用户面和控制面，传输网络层分为传输网络层用户面和传输网络层控制面。
1.控制面
无线网络层的控制面包括应用层协议和用于传输应用消息的信令承载。Iu接口上的应用协议是无线接入网络应用部分（RANAP，Radio Access Network Application Part），它负责CN和RNS 之间的信令交互。Iub 接口上的应用协议是 Node B 应用部分（NBAP，Node B Application Part），它负责RNS内部的RNC与Node B之间的信令交互。在传输网络层，以上3个接口都使用ATM传输技术，3GPP还建议可支持七号信令的SCCP、MTP以及IP等技术。
应用协议的信令承载可以和ALCAP的信令承载类型相同，也可以是不同的类型。信令承载的建立是操作维护行为。
2.用户面
用户收发的所有信息，例如语音和分组数据，都经过用户面传输。无线网络层的用户面包括数据流和用于数据流传输的数据承载，每个数据流的特征都用一个和多个接口的帧协议来描述。
3.传输网络层控制面
传输网络层控制面只在传输层，它为传输层内的所有控制信令服务，不包含任何无线网络层信息。它包括为用户面建立传输承载（数据承载）所需的接入链路控制应用部分（ALCAP，Access Link Control Application Part）协议和用于ALCAP的信令承载。
传输网络层控制面位于控制面和用户面之间，它的引入使无线网络层控制面的应用协议与在用户面中为数据承载而采用的技术相互之间可以完全独立。使用传输网络层控制面的时候，无线网络层用户面中数据承载的传输建立方式如下：对无线网络层控制面的应用协议进行一次信令处理，通过ALCAP协议建立数据承载。该ALCAP协议是针对用户面技术而定的。
控制面和用户面的独立性要求必须进行一次ALCAP的信令处理。ALCAP不一定用于所有类型的数据承载；如果没有 ALCAP 的信令处理，传输网络层控制面就没有存在的必要，在这种情况下，采用预先配置的数据承载。另外，传输网络控制层的 ALCAP 协议不用于为应用协议或在实时操作期间的ALCAP建立信令承载。
4.传输网络层用户面
用户面的数据承载和控制面的信令承载都属于传输网络层的用户面。传输网络层用户面的数据承载在实时操作期间由传输网络层控制面直接控制，但是为应用协议建立信令承载所需的控制操作被认为是操作维护的行为。2.1.2 无线接口及协议
2.1.2.1 Uu接口
空中接口是指UE和UTRAN之间的接口，简称为Uu接口，通常也称为无线接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种3G无线承载业务的。现行的3G系统主要包括TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000，它们的主要区别体现在空中接口的无线传输技术上。
空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口的规范，不同制造商生产的设备能够相互通信。
Uu接口上协议栈的分层结构如图2-4所示。图2-4 Uu接口协议
TD-SCDMA系统的空中接口协议分为3个标准的协议层：（1）L1——物理层；（2）L2——数据链路层；（3）L3——网络层。
L2分成几个子层，从控制面上看，包括媒体接入控制（MAC，Media Access Control）层和无线链路控制（RLC，Radio Link Control）层。而在用户面上，除了这两个子层之外，还包含处理分组业务的分组数据会聚子层协议（PDCP，Paceket Data Convergence Protocol）和用于广播/多播控制子层（BMC，Broadcaset/Multicast Control）。
在控制面上L3的最底层为无线资源控制（RRC，Radio Resource Control），它属于接入层（AS，Access Stratum），终止于RAN。移动性管理（MM，Mobility Management）和连接管理（CM，Connection Management）等属于非接入层（NAS，Non AS），其中CM层还可按其任务进一步划分为呼叫控制（CC，Call Control）、补充业务（SS，Supplement Service）、短消息业务（SMS，Short Message Service）和会话管理（SM，Session Management）等功能实体。接入层通过业务接入点（SAP，Service Access Point）承载上层的业务，非接入层信令属于核心网功能。RLC和MAC 之间的业务接入点提供逻辑信道，物理层和MAC之间的SAP提供传输信道。RRC 与下层的 PDCP、BMC、RLC 以及物理层之间都有连接，对这些实体进行内部控制和参数配置。
物理层通过传输信道为MAC层提供相应的服务。传输信道根据数据传输的格式，指示其以何种方式进行复用传输。MAC层通过逻辑信道承载RLC的业务。
2.1.2.2 无线接口协议
1.无线资源控制（RRC，Radio Resource Control）层
RRC层通过业务接入点为上层提供业务。在 UE 侧，高层（NAS）通过接入点和RRC交互消息；在UTRAN侧，Iu RANAP通过业务接入点和核心网进行交互。所有高层（NAS）指令都被封装成RRC消息，UTRAN透明地在空中接口发送。RRC层和底层所有协议实体之间都存在控制接口，RRC通过这些接口对它们进行配置和传输一些控制
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