1. 引言
TD- SCDMA是中國提出的第三代移動通信技術標準的TDD模式技術，其采用了智能天線、聯合檢測、接力切換等關鍵技術，是一種頻譜利用率高、抗干擾能力強的移動通信技術。隨著技術的演進與發展，3GPP相繼提出了TD-LTE，LTE-Advanced等技術。而WiMAX是近年迅速發展起來的一種新興寬帶無線通信技術，它采用了OFDM、MIMO、HARQ等大量B3G/4G技術，實現了性能上的超越。TD-LTE、LTE-Advanced與WiMAX 系統雖然分屬于IMT2000不同的空中接口技術，但是二者在很多方面都有共同點和相似之處。那么這兩類高性能系統能否實現相互融合，以及采用怎樣的方式進行融合是目前產業非常關注的一些問題。
下面將依據標準協議棧和網絡架構分析，對TD-LTE和LTE-Advanced系統與 WiMAX系統融合方案進行了探討，提出TD-LTE，LTE-Advanced系統與WiMAX系統的演進與融合方案。
2. TD-LTE與WiMAX的融合研究
2.1 TD-LTE與WiMAX的融合架構和接入點
2.1.1 TD-LTE與WiMAX的融合架構
當前，無線接入速度的提升突飛猛進，傳統的移動PS域網絡已無法勝任高速率和高帶寬的未來無線分組業務的考驗。因此，3GPP國際標準化組織開始展開下一代網絡架構的研究，在R7階段推出了全新的移動PS域網絡架構，即SAE（System Architecture Evolution）[4]。SAE的主要思想是簡化現有移動PS網絡架構，通過網元整合和功能的重新劃分，減少業務處理的中間環節，實現網絡架構的扁平化。同時，SAE為LTE網絡與其他技術網絡的融合設計了接口，規劃了多網絡融合的網絡架構。而WiMAX網絡與TD-LTE的融合就可以通過SAE提供的LTE與非3GPP IP網絡的網絡接口處進行融合互聯。

圖1 SAE的架構
SAE 的架構如上圖所示，其中Non-3GPP IP Access分為Trusted和Untrusted兩類，這由運營商決定，例如系統運營商可以基于商業協議選擇信任同一個運營商或者不同運營商運營的非 3GPP IP接入網。Untrusted Non-3GPP IP Access需要通過ePDG輔助接入。這里假設WiMAX系統是Trusted的Non-3GPP IP Access網絡。那么WiMAX系統主要通過S2a，Gxa，STa接入到3GPP網絡中去。TD-LTE與WiMAX融合具體的網絡架構如下圖所示 [5]。

圖2 LTE與WiMAX的融合架構
從上圖可以看出，為了保證WiMAX業務的QoS，ASN-GW需要使用策略和計費控制（PCC）架構。在3GPP演進方案中，策略決定點 PDF(Policy Decision Function)和計費規則功能(Charging Rule Function, CRF)融合為一個新的功能實體PCRF(Policy and Charging Rules Function)。WiMAX PCC使用PCRF來接收QoS參數。
2.1.2 TD-LTE與WiMAX融合涉及的接入點
在TD-LTE與WiMAX的融合中，WiMAX ASN直接通過S2a接口接入到TD-LTE中，P-GW執行分組過濾，偵聽，計費，IP地址分配等功能，TD-LTE和WiMAX的數據在P-GW進行組合，并通過SGi接口路由到外部網絡中。
而用戶的認證主要是WiMAX ASN通過STa接口與AAA服務器進行交互。
融合方案中涉及幾個重要的接入點：
STa（相當于WiMAX R3-AAA接口）：用于對UE進行基于AAA的認證。
Gxa（相當于WiMAX R3-PCC-P）：用于執行動態QoS和計費規則。
S2a（相當于WiMAX R2-MIP）：用于L3移動性和接入核心網鏈路的建立。
S14：用于不同網絡的選擇，并利于優化WiMAX-3GPP切換。該接口也可以提供接入網發現和選擇功能（ANDSF）與FAF（Forward Attachment Function）功能實體。
在以上接入點中，S2a是最主要的接入點，是數據傳輸的接口，不同網絡的分組需要在該接入點處進行處理，符合外部網絡的特性。因此其協議棧的設計對于數據的傳輸十分重要。
S2a 協議棧對于PMIPv6和MIPv4稍有不同，對于PMIPv6，終結控制面和用戶面的功能實體是non-3GPP IP access（WiMAX）的MAG（移動接入網關）和網關中的LMA（本地移動錨點），這里LMA包括本地代理的功能。控制面的協議棧是基于 IPv6/IPv4的PMIPv6，用戶面的協議棧是基于IPv4/v6轉發分組。而對于MIPv4，終結控制和用戶面的功能實體是UE中的MN和 non-3GPP IP access（WiMAX）的FA，以及網關中的HA。控制面協議棧是MIPv4，用戶面在IPv4傳輸層轉發IPv4分組。

圖3 S2a 參考點協議棧（PMIPv6）

圖4 S2a 參考點協議棧（MIPv4）
從以上分析可以看到S2a協議棧比較簡單，符合數據傳輸轉換的需要，是TD-LTE與WiMAX融合最合適的接入點。而TD-LTE和WiMAX融合的網絡架構采用的是核心網全部或部分共用的方式，即TD-LTE和WiMAX具有獨立的無線網，TD-LTE和WiMAX的核心網既有各自獨立的部分，也有共用的網元，例如AAA服務器、PCRF、PGW等。
2.2 TD-LTE與WiMAX的網絡選擇
在TD-LTE與WiMAX 網絡的融合中，網絡選擇和切換是非常重要的問題。網絡選擇是指新到達的UE如何接入到無線網絡中，下圖詳細介紹了TD-LTE與WiMAX網絡之間的最初的網絡選擇過程[5]，這里主要討論單無線鏈路的解決方案，即終端只能接收TD-LTE或者WiMAX中的某一條鏈路信息。