TD-SCDMA強化網路管理　差異化服務實現高度移動力

透過基地台上安裝天線感測器(Antenna Sensors)，可以發揮智慧型的功效，依據使用者的移動性、服務品質(QoS)，在可供使用的頻寬上正確存取。每個基地台的天線感測器群組稱為Remote of Fiber(RoF)蜂巢，RoF連接遠端天線單元(Remote Antenna Unit, RAU)裝置，把使用者的無線調變訊號藉由光纖傳遞到基地台。除了基地台內的天線感測器群使用光纖網路，基地台和基地台之間以及基地台與基地台控制器(Base Station Controller, BSC)都使用光纖傳遞。  

也因為基地台間光纖網路的普及，使基地台系統總容量提升，每支天線剩餘頻寬，可有效經由BSC進行網路管理，使基地台上可以提供更多的電信服務。  

4G行動電話系統深耕無線電頻寬的網路管理，最大的目的是提升使用者的服務品質，QoS是指無線通訊網路的品質包括封包流量、傳遞速度、優先權利等，提供穩定可預測的封包傳送，達成應用服務所需的保證頻寬、最小延遲時間等。  

差異化服務提供更高QoS  

TD-SCDMA採用差異化服務(Differentiated Services, DiffServ)為QoS的標準，也同時是後第三代行動電話服務品質的架構。DiffServ架構主要特色在於提供使用者相容於多樣化的無線存取環境，並且支援不同等級的電信服務，相較於第三代行動電話，目標是能支援使用者更高的移動性(Mobility)(圖1)。

圖1　FuTURE系統之B3G基地台

差異化服務DiffServ平台是一種全IP的無線寬頻網路架構，可相容常見的無線蜂巢通訊系統，經由邊緣路由器(Edge Router)連結，包括TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000和無線區域網路(WLAN)。全IP的無線寬頻網路差異化服務架構(All IP Differentiated Services)，可提供寬頻存取與無間隙全球漫遊(Roaming)。  

連接許多基地台的基地台控制器，要扮演稱職的網路管理，主要任務要提供優異的網際網路資源管理(Internal Resource Management)，使閘道路由器做適當的連接，確保使用者服務水準協定(Service Level Agreements, SLAs)，讓使用者能高品質漫遊在不同的無線通訊介面。因為未來行動電話使用者在網際網路瀏覽各種多樣化寬頻應用服務時，大哥大系統業者必須能提供快速的遞接(Fast Handoff)服務，未來中國行動通訊邁向3G/4G無線網路服務後，全IP的無線寬頻網路差異化服務無線架構(Wireless Architecture)，對基地台微細胞(Microcellular)與微微細胞(Picocellular)，必須具有極高的無線電資源的利用效率(Resource Utilization)(圖2)。

圖2　差異化服務DiffServ平台

動態調整無線電訊框 提高頻譜利用率  

TD-SCDMA的通訊格式(Communication Format)多工型態可提供不同使用者使用(圖3)，每個無線電訊框(Radio Frame)占用5毫秒，且可動態分配給上傳和下傳使用者使用。此外，動態調整的因子是交換點(Switch Point)，當交換點位於中央時，系統服務屬於對稱式通訊。

圖3　對稱式服務的TD-SCDMA通訊格式多工型態

由於TD-SCDMA採用同步式通訊，因此在發射端必須要攜帶同步資訊，以方便使用者在接收端正確解調，然部分學者對此仍有異議。一般來說，如果雜訊(Noise)或反射衰減(Fading)，造成接收端無法判斷指標訊息(Pilot)或同步時槽(Sync TS)，即會造成通訊中斷，此現象尤其常發生在使用者高速移動時。  

如圖3所示，傳遞時槽的箭頭朝上代表上傳資料，短時槽的資料量較少，亦即TS中的數字較少；傳遞時槽的箭頭朝下代表下傳資料，長時槽的資料量較少，即TS中的數字較多。每個時槽的第一個和最後一個位置是指標訊息，時槽與時槽間使用區隔時槽隔離，上傳與下傳相互間的區隔時槽占用15微秒。而在同步時槽中箭頭朝上的數量比箭頭朝下多，代表下傳資料量大於上傳資料量，同步時槽間也使用區隔時槽隔離，上傳與下傳相互間的區隔時槽占用106微秒。有別於上傳與下傳時槽，同步時槽前後並無指標訊息，在通訊格式中，無線電訊框遠大於上下傳資料時槽。而TD-SCDMA採用交換點極為關鍵，交換點可促使無線電頻譜利用率提升，這種動態規畫是目前歐規與美規3G行動電話所未採用的新概念。  

TD-SCDMA的多工型態主要規範無線電訊框，時槽的分配也可以採用和圖3不同的方式，圖4中每個無線電訊框可動態分配給上傳和下傳使用者使用，無線電訊框所包含的時槽單位時間相同，必須具有區隔指標(Guard Pilot, GP)訊息。與圖3情況不同，此圖交換點位於前端，因此該通訊系統服務屬於非對稱式服務。實際上在交換點前後分別是上傳同步(ULsync, 59.2μs)訊號與下傳同步(DLsync, 44.4μs)訊號，無論是上傳或下傳時槽封包大小相同(473.6μs)，都是三十二個正交分頻多工調變符號(OFDM Symbols)子載波所傳播，使用者在行動電信業者規畫下，可以讓多個使用者採用分碼多工占用相同子載波傳播，或多個使用者採用分碼多工占用不同子載波傳遞，如圖4下方所示，上述兩種方式依頻譜管理、系統產品規格而異，但最終無線電通訊的訊框格式要相同。

圖4　非對稱式的TD-SCDMA通訊格式多工型態

如果以宏觀角度來看上述論點比較容易明白，因為要使無線電通訊系統頻譜的使用效率提升，通訊系統採用分時分頻分碼多工，因此首次觀察通訊格式時容易混淆；但如果時槽資料已包含許多分碼多工資料，則較易理解。  

如圖5所示，若時槽資料已包含許多分碼多工訊息，從中間無線電訊框往上下觀察，此通訊系統採用如圖4的分配格式，每個訊框包括十個時槽，每個時槽包含子時槽，由子時槽頭碼(Preamble)引導，每個子時槽再包含許多子時槽OFDM符號，由周期預修(Cycle Prefix, CP)導引。無線電訊框資料組收集好完整訊號後，再傳遞給智慧型天線，使用多重天線發射和接收。

圖5　已包含許多分碼多工資料的TD-SCDMA通訊格式

使用者無論是使用語音電話或者上網際網路時，通訊資料不可中斷，無線電訊框資料是連續傳遞，使用者占用時槽的比重依通訊內容而異，因此無線電訊框資料可以採用時域(Time)和頻域(Frequency)來分析，實際上時域和頻域的通訊概念分別為正交多工調變符號數目(Number of OFDM Symbols)和正交多工調變子載波指數(Index of Subcarrier)(圖6)，中國大陸第三代行動電話(TD-SCDMA)主要技術輸出採用1,024點傅利葉轉換(1024 FFT)。在高速移動之無線電通訊使用1,024點傅利葉轉換仍然有阻礙，一千多個正交多工調變子載波在接收端相位失真是一項挑戰，軟體無線電未來的目標，不只要簡化射頻/基頻(RF/BB)模組，更進一步也同時扮演動態補償通道反射衰減的重責大任，因此軟體無線電發展的成敗關係全球第四代行動電話的發展。

圖6　時域和頻域的的通訊概念分析圖

(本文作者任教於中州技術學院電子系)