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頻譜利用率比較
頻率是不可再生資源，因此頻譜利用率一直以來(lái)是大家所關(guān)注的問(wèn)題。頻譜利用率的衡量標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)方面：對(duì)于話音業(yè)務(wù)，我們可以通過(guò)計(jì)算每小區(qū)每兆赫茲的話音信道數(shù)來(lái)獲得頻譜利用率的；對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，我們可以通過(guò)計(jì)算每小區(qū)每兆赫茲的傳輸速率來(lái)得到這個(gè)指標(biāo)。根據(jù)這個(gè)定義，我們可以比較WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的頻譜利用率，如下表所示：
從上表，我們可以清楚地看到，無(wú)論從語(yǔ)音業(yè)務(wù)還是從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的角度，TD-SCDMA的頻譜利用率都高于其他兩種標(biāo)準(zhǔn)，即使是對(duì)于三種標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)版本（如HSDPA、1xEV-DO版本A），TD-SCDMA也具有一定的優(yōu)勢(shì)。隨著世界上頻譜資源的日益匱乏，TD-SCDMA的這個(gè)優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸顯示出來(lái)。
另外，由于TD-SCDMA的帶寬僅為1.6MHz，遠(yuǎn)低于WCDMA的10MHz，因此能夠更好地利用零散的頻譜，從某種意義上說(shuō)，也提高了頻譜利用率。
TD-SCDMA高頻譜利用率原因分析
TD-SCDMA的高頻譜利用率的優(yōu)勢(shì)是由多方面的原因形成的，既包括TD-SCDMA自身的特性，也包括所采用的技術(shù)上帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。下面從三個(gè)方面分析。
時(shí)分雙工方式
在3G標(biāo)準(zhǔn)中有2種雙工方式：FDD和TDD，其中TD-SCDMA是三大標(biāo)準(zhǔn)中唯一的TDD方式。因此TD-SCDMA繼承了TDD的一系列優(yōu)勢(shì)，高頻譜利用率就是其中之一。
隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，上下行業(yè)務(wù)的比例也在變化，據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2010年，上下行業(yè)務(wù)的比例將會(huì)達(dá)到1：10，也就是說(shuō)大部分的業(yè)務(wù)將是下行的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而對(duì)于FDD模式，由于上下行分別占用不同的帶寬，所以對(duì)于低業(yè)務(wù)量的上行鏈路來(lái)說(shuō)（相比于下行鏈路而言），這些帶寬相當(dāng)于就浪費(fèi)了。但是TDD不是這樣的，它可以根據(jù)上下行不同的業(yè)務(wù)比例，通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整時(shí)隙滿足需求。
舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：以WCDMA和TD-SCDMA做比較，假設(shè)上下行業(yè)務(wù)的比例是1：5，帶寬都是10M，則采用FDD的WCDMA的頻譜利用率僅為60％，有相當(dāng)一部分資源被浪費(fèi)；而采用TDD的TD-SCDMA系統(tǒng)可以靈活地調(diào)整上下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)，將TS1設(shè)為上行時(shí)隙，TS2~TS6為下行時(shí)隙，充分地利用了頻譜資源，理想狀態(tài)下可以達(dá)到100％。
顯然，當(dāng)上下行比例進(jìn)一步加大時(shí)，比如1：10等，WCDMA對(duì)資源的浪費(fèi)將變得更加明顯，TD-SCDMA的高頻譜利用率的優(yōu)勢(shì)將更加突出。而移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢(shì)將是下行業(yè)務(wù)量逐漸加大，占用絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此TD-SCDMA的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)滿足了移動(dòng)通信發(fā)展的趨勢(shì)。
先進(jìn)的物理層技術(shù)
頻譜利用率的提高還和物理層采用的技術(shù)有關(guān)。CDMA是個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，而TD-SCDMA在物理層采用了兩大關(guān)鍵技術(shù)：智能天線和聯(lián)合檢測(cè)，有效地消除了干擾，提高了頻譜利用率。
智能天線
智能天線采用空分多址（SDMA）技術(shù)，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開來(lái)，最大限度地利用有限的信道資源。與無(wú)方向性天線相比較，其上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。同時(shí)，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區(qū)內(nèi)其它用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動(dòng)通信信道的多徑效應(yīng)。
如圖1所示，智能天線通過(guò)改變?yōu)V波器的權(quán)值來(lái)調(diào)整天線的方向角，動(dòng)態(tài)地跟蹤用戶的移動(dòng)方向。分析如下：
接收信號(hào)為：
假設(shè)需要讓智能天線指向，則：
所以：
正是由于TD-SCDMA采用了智能天線，提高了天線增益，減少了系統(tǒng)干擾，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)容量，提高了頻譜利用率。
聯(lián)合檢測(cè)
聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)是在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號(hào)及其多徑的先驗(yàn)信息（包括擴(kuò)頻序列、信道估計(jì)值、訓(xùn)練序列等等），把用戶信號(hào)的分離當(dāng)成統(tǒng)一的相互關(guān)聯(lián)的聯(lián)合檢測(cè)過(guò)程來(lái)完成。因此具有良好的抗干擾性能，降低了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求，從而可以更加有效地利用上鏈路的頻譜資源，顯著地提高系統(tǒng)容量。
其中：
d是發(fā)射的數(shù)據(jù)符號(hào)序列，e是接收的數(shù)據(jù)序列，n是噪聲，A是與擴(kuò)頻碼c和信道脈沖響應(yīng)h有關(guān)的矩陣。
因此只要接收端知道A(擴(kuò)頻碼c和信道脈沖響應(yīng)h)，就可以估計(jì)出符號(hào)序列而，擴(kuò)頻碼c已知，信道脈沖響應(yīng)h可以利用突發(fā)結(jié)構(gòu)中的訓(xùn)練序列midamble求解出。
正是由于TD-SCDMA采用了聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，減少了系統(tǒng)干擾，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)容量，提高了頻譜利用率。
如果把智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，更能提高系統(tǒng)的性能。聯(lián)合檢測(cè)可以解決當(dāng)用戶處于同一方向時(shí)，智能天線所不能克服的干擾；智能天線可以降低聯(lián)合檢測(cè)在多碼道處理的復(fù)雜度，并完全消除聯(lián)合檢測(cè)所不能消除的多址干擾。因此，兩者的結(jié)合，可以降低干擾，從而提高系統(tǒng)的容量，獲得高頻譜利用率。
WCDMA由于采用了FDD模式，上下行頻譜不對(duì)稱，因此基于目前的技術(shù)不能使用智能天線，而對(duì)于聯(lián)合檢測(cè)，由于WCDMA的單小區(qū)用戶數(shù)一般可以達(dá)到60～120個(gè)，這導(dǎo)致聯(lián)合檢測(cè)的矩陣運(yùn)算量劇增，復(fù)雜度和時(shí)延加大，因此也是不可行的。
另外，TD還是同步系統(tǒng)，相比于WCDMA的下行同步，TD系統(tǒng)的同步更為嚴(yán)格，還包括上行同步和基站間的同步。上行同步要求用戶要同時(shí)到達(dá)基站，基站同步保證了基站同時(shí)收發(fā)信號(hào)。這些都有效地保證了信道化碼的正交性，克服了用戶間和小區(qū)間的干擾，提高了系統(tǒng)容量。
動(dòng)態(tài)的無(wú)線資源管理
TD-SCDMA是結(jié)合了TDMA、FDMA、CDMA和SDMA為一體的3G標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)于無(wú)線資源的管理表現(xiàn)為：頻率、時(shí)隙、碼字和角度。TD技術(shù)采用了動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)（DCA）來(lái)進(jìn)行無(wú)線資源的分配和管理。
DCA技術(shù)可以是時(shí)域的資源分配（選擇接入時(shí)隙來(lái)減小激活用戶之間的干擾）、頻域資源分配（把激活用戶分配在不同的載波上，從而減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾）、碼域資源分配（通過(guò)改變分配的碼道來(lái)避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化）和空域資源分配（通過(guò)用戶定位、波束賦形來(lái)減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾、增加系統(tǒng)容量）。
DCA技術(shù)也包括慢速DCA和快速DCA。慢速DCA的主要任務(wù)是進(jìn)行各個(gè)小區(qū)間的資源分配，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)分配和調(diào)整上下行鏈路的資源，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)端和用戶端的干擾，并根據(jù)本地干擾情況為信道分配優(yōu)先級(jí)�？焖貲CA包括信道分配和信道調(diào)整兩個(gè)過(guò)程：信道分配是根據(jù)其需要資源單元的多少為承載業(yè)務(wù)分配一條或多條物理信道；信道調(diào)整（信道重分配）可以通過(guò)RNC對(duì)小區(qū)負(fù)荷情況、終端移動(dòng)情況和信道質(zhì)量的監(jiān)測(cè)結(jié)果，動(dòng)態(tài)地對(duì)資源單元（主要是時(shí)隙和碼道）進(jìn)行調(diào)配和切換。
DCA技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)信道分配，優(yōu)化資源配置，降低了用戶間的干擾，提升了系統(tǒng)的容量，因此也從一定程度上提高了系統(tǒng)的頻譜利用率。
隨著移動(dòng)通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈演愈烈，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商在標(biāo)準(zhǔn)的選擇上都會(huì)非常慎重，投資回報(bào)率成為很重要的一個(gè)因素。TD高頻譜利用率的優(yōu)勢(shì)可以有效降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)維成本，使運(yùn)營(yíng)商很快獲得回報(bào)，提升運(yùn)營(yíng)商的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，這些在頻譜資源日益匱乏的今天尤為突出，在后續(xù)的演進(jìn)中也會(huì)日益體現(xiàn)。（董玉楠編輯）
----《通信世界》
