TD-SCDMA高频谱利用率浅析.doc

TD-SCDMA高频谱利用率浅析 武汉烽火移动通信有限公司研发部 李翔TD-SCDMA作为3G的三大国际标准之一，是由我国自主研发的具有自主知识产权的移动通信标准。TD-SCDMA相比于WCDMA和CDMA2000具有频谱利用率高、适合非对称业务、频点多、呼吸效应弱、成本价格低、有利于和先进技术相结合等六大优势。其中频谱利用率高是核心优势，也是TD前景被业界看好的很重要的原因。 ??? 频谱利用率比较 ??? 频率是不可再生资源，因此频谱利用率一直以来是大家所关注的问题。频谱利用率的衡量标准有两个方面：对于话音业务，我们可以通过计算每小区每兆赫兹的话音信道数来获得频谱利用率的；对于数据业务，我们可以通过计算每小区每兆赫兹的传输速率来得到这个指标。根据这个定义，我们可以比较WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的频谱利用率，如下表所示： 表1三种3G标准频谱利用率比较 ??? 从上表，我们可以清楚地看到，无论从语音业务还是从数据业务的角度，TD-SCDMA的频谱利用率都高于其他两种标准，即使是对于三种标准的演进版本（如HSDPA、1xEV-DO版本A），TD-SCDMA也具有一定的优势。随着世界上频谱资源的日益匮乏，TD-SCDMA的这个优势会逐渐显示出来。 ??? 另外，由于TD-SCDMA的带宽仅为1.6MHz，远低于WCDMA的10MHz，因此能够更好地利用零散的频谱，从某种意义上说，也提高了频谱利用率。 ??? TD-SCDMA高频谱利用率原因分析 ??? TD-SCDMA的高频谱利用率的优势是由多方面的原因形成的，既包括TD-SCDMA自身的特性，也包括所采用的技术上带来的优势。下面从三个方面分析。 ??? 时分双工方式 ??? 在3G标准中有2种双工方式：FDD和TDD，其中TD-SCDMA是三大标准中唯一的TDD方式。因此TD-SCDMA继承了TDD的一系列优势，高频谱利用率就是其中之一。 ??? 随着移动通信的发展，上下行业务的比例也在变化，据权威机构预测，到2010年，上下行业务的比例将会达到1：10，也就是说大部分的业务将是下行的数据业务。而对于FDD模式，由于上下行分别占用不同的带宽，所以对于低业务量的上行链路来说（相比于下行链路而言），这些带宽相当于就浪费了。但是TDD不是这样的，它可以根据上下行不同的业务比例，通过动态地调整时隙满足需求。 ??? 举一个简单的例子：以WCDMA和TD-SCDMA做比较，假设上下行业务的比例是1：5，带宽都是10M，则采用FDD的WCDMA的频谱利用率仅为60％，有相当一部分资源被浪费；而采用TDD的TD-SCDMA系统可以灵活地调整上下行转换点，将TS1设为上行时隙，TS2~TS6为下行时隙，充分地利用了频谱资源，理想状态下可以达到100％。 ??? 显然，当上下行比例进一步加大时，比如1：10等，WCDMA对资源的浪费将变得更加明显，TD-SCDMA的高频谱利用率的优势将更加突出。而移动通信发展的趋势将是下行业务量逐渐加大，占用绝对优势，因此TD-SCDMA的这个优点满足了移动通信发展的趋势。 ??? 先进的物理层技术 ??? 频谱利用率的提高还和物理层采用的技术有关。CDMA是个干扰受限的系统，而TD-SCDMA在物理层采用了两大关键技术：智能天线和联合检测，有效地消除了干扰，提高了频谱利用率。 ??? 智能天线 ??? 智能天线采用空分多址（SDMA）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。 图1智能天线基本原理 ??? 如图1所示，智能天线通过改变滤波器的权值来调整天线的方向角，动态地跟踪用户的移动方向。分析如下： ??? 接收信号为： ??? 假设需要让智能天线指向，则： ??? 所以： ??? 正是由于TD-SCDMA采用了智能天线，提高了天线增益，减少了系统干扰，从而扩大了系统容量，提高了频谱利用率。 ??? 联合检测 ??? 联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户的信号及其多径的先验信息（包括扩频序列、信道估计值、训练序列等等），把用户信号的分离当成统一的相互关联的联合检测过程来完成。因此具有良好的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，从而可以更加有效地利用上链路的频谱资源，显著地提高系统容量。 ??? 其中： ??? d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声，A是与扩频