武漢烽火移動通信有限公司研發部 李翔
TD-SCDMA作為3G的三大國際標準之一，是由我國自主研發的具有自主知識產權的移動通信標準。TD-SCDMA相比于WCDMA和CDMA2000具有頻譜利用率高、適合非對稱業務、頻點多、呼吸效應弱、成本價格低、有利于和先進技術相結合等六大優勢。其中頻譜利用率高是核心優勢，也是TD前景被業界看好的很重要的原因。
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是大家所關注的問題。頻譜利用率的衡量標準有兩個方面：對于話音業務，我們可以通過計算每小區每兆赫茲的話音信道數來獲得頻譜利用率的；對于數據業務，我們可以通過計算每小區每兆赫茲的傳輸速率來得到這個指標。根據這個定義，我們可以比較WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的頻譜利用率，如下表所示：
表1三種3G標準頻譜利用率比較
從上表，我們可以清楚地看到，無論從語音業務還是從數據業務的角度，TD-SCDMA的頻譜利用率都高于其他兩種標準，即使是對于三種標準的演進版本（如HSDPA、1xEV-DO版本A），TD-SCDMA也具有一定的優勢。隨著世界上頻譜資源的日益匱乏，TD-SCDMA的這個優勢會逐漸顯示出來。
另外，由于TD-SCDMA的帶寬僅為1.6MHz，遠低于WCDMA的10MHz，因此能夠更好地利用零散的頻譜，從某種意義上說，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勢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上帶來的優勢。下面從三個方面分析。
時分雙工方式
在3G標準中有2種雙工方式：FDD和TDD，其中TD-SCDMA是三大標準中唯一的TDD方式。因此TD-SCDMA繼承了TDD的一系列優勢，高頻譜利用率就是其中之一。
隨著移動通信的發展，上下行業務的比例也在變化，據權威機構預測，到2010年，上下行業務的比例將會達到1：10，也就是說大部分的業務將是下行的數據業務。而對于FDD模式，由于上下行分別占用不同的帶寬，所以對于低業務量的上行鏈路來說（相比于下行鏈路而言），這些帶寬相當于就浪費了。但是TDD不是這樣的，它可以根據上下行不同的業務比例，通過動態地調整時隙滿足需求。
舉一個簡單的例子：以WCDMA和TD-SCDMA做比較，假設上下行業務的比例是1：5，帶寬都是10M，則采用FDD的WCDMA的頻譜利用率僅為60％，有相當一部分資源被浪費；而采用TDD的TD-SCDMA系統可以靈活地調整上下行轉換點，將TS1設為上行時隙，TS2~TS6為下行時隙，充分地利用了頻譜資源，理想狀態下可以達到100％。
顯然，當上下行比例進一步加大時，比如1：10等，WCDMA對資源的浪費將變得更加明顯，TD-SCDMA的高頻譜利用率的優勢將更加突出。而移動通信發展的趨勢將是下行業務量逐漸加大，占用絕對優勢，因此TD-SCDMA的這個優點滿足了移動通信發展的趨勢。
先進的物理層技術
頻譜利用率的提高還和物理層采用的技術有關。CDMA是個干擾受限的系統，而TD-SCDMA在物理層采用了兩大關鍵技術：智能天線和聯合檢測，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，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區分開來，最大限度地利用有限的信道資源。與無方向性天線相比較，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，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區內其它用戶之間，以及與相鄰小區用戶之間的干擾，而且也減少了移動通信信道的多徑效應。
圖1智能天線基本原理
如圖1所示，智能天線通過改變濾波器的權值來調整天線的方向角，動態地跟蹤用戶的移動方向。分析如下：
接收信號為：
假設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，減少了系統干擾，從而擴大了系統容量，提高了頻譜利用率。
聯合檢測
聯合檢測技術是在傳統檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號及其多徑的先驗信息（包括擴頻序列、信道估計值、訓練序列等等），把用戶信號的分離當成統一的相互關聯的聯合檢測過程來完成。因此具有良好的抗干擾性能，降低了系統對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，顯著地提高系統容量。
其中：
d是發射的數據符號序列，e是接收的數據序列，n是噪聲，A是與擴頻碼c和信道脈沖響應h有關的矩陣。
因此只要接收端知道A(擴頻碼c和信道脈沖響應h)，就可以估計出符號序列而，擴頻碼c已知，信道脈沖響應h可以利用突發結構中的訓練序列midamble求解出。
正是由于TD-SCDMA采用了聯合檢測技術，減少了系統干擾，從而擴大了系統容量，提高了頻譜利用率。
如果把智能天線和聯合檢測技術相結合，更能提高系統的性能。聯合檢測可以解決當用戶處于同一方向時，智能天線所不能克服的干擾；智能天線可以降低聯合檢測在多碼道處理的復雜度，并完全消除聯合檢測所不能消除的多址干擾。因此，兩者的結合，可以降低干擾，從而提高系統的容量，獲得高頻譜利用率。
WCDMA由于采用了FDD模式，上下行頻譜不對稱，因此基于目前的技術不能使用智能天線，而對于聯合檢測，由于WCDMA的單小區用戶數一般可以達到60～120個，這導致聯合檢測的矩陣運算量劇增，復雜度和時延加大，因此也是不可行的。
另外，TD還是同步系統，相比于WCDMA的下行同步，TD系統的同步更為嚴格，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到達基站，基站同步保證了基站同時收發信號。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間的干擾，提高了系統容量。
動態的無線資源管理
TD-SCDMA是結合了TDMA、FDMA、CDMA和SDMA為一體的3G標準，因此，對于無線資源的管理表現為：頻率、時隙、碼字和角度。TD技術采用了動態信道分配技術（DCA）來進行無線資源的分配和管理。
DCA技術可以是時域的資源分配（選擇接入時隙來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，從而減小小區內用戶之間的干擾）、碼域資源分配（通過改變分配的碼道來避免偶然出現的碼道質量惡化）和空域資源分配（通過用戶定位、波束賦形來減小小區內用戶之間的干擾、增加系統容量）。
DCA技術也包括慢速DCA和快速DCA。慢速DCA的主要任務是進行各個小區間的資源分配，在每個小區內分配和調整上下行鏈路的資源，測量網絡端和用戶端的干擾，并根據本地干擾情況為信道分配優先級。快速DCA包括信道分配和信道調整兩個過程：信道分配是根據其需要資源單元的多少為承載業務分配一條或多條物理信道；信道調整（信道重分配）可以通過RNC對小區負荷情況、終端移動情況和信道質量的監測結果，動態地對資源單元（主要是時隙和碼道）進行調配和切換。
DCA技術通過動態信道分配，優化資源配置，降低了用戶間的干擾，提升了系統的容量，因此也從一定程度上提高了系統的頻譜利用率。
隨著移動通信市場競爭的愈演愈烈，每個運營商在標準的選擇上都會非常慎重，投資回報率成為很重要的一個因素。TD高頻譜利用率的優勢可以有效降低網絡的建設和運維成本，使運營商很快獲得回報，提升運營商的綜合競爭力，這些在頻譜資源日益匱乏的今天尤為突出，在后續的演進中也會日益體現。（董玉楠編輯）