淺析3G系統(tǒng)的頻譜利用效率

辛軒　趙遠(yuǎn)飛


　　現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)都表現(xiàn)出對(duì)對(duì)稱雙工語音業(yè)務(wù)和相應(yīng)的低比特率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的良好支持特征。對(duì)于這些語音業(yè)務(wù)，每窄帶的業(yè)務(wù)信道被占用的帶寬是20-30KHz，通常整個(gè)頻譜會(huì)被再分為固定數(shù)量的業(yè)務(wù)信道。毫無疑問，對(duì)稱成對(duì)頻帶上的FDD（頻分多址）運(yùn)行模式適合于語音業(yè)務(wù)，因此可成為此類型移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型標(biāo)準(zhǔn)。然而，移動(dòng)用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)處理能力日漸增長的需求，導(dǎo)致對(duì)3G數(shù)據(jù)傳輸速率的要求從8kit/s增長到2Mit/s，以實(shí)現(xiàn)帶有多種應(yīng)用的對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)。



　　隨著每個(gè)用戶要求的頻帶和數(shù)據(jù)吞吐量的迅速增長，3G業(yè)務(wù)的對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)的混合導(dǎo)致頻譜分配和頻譜管理發(fā)生相當(dāng)大的變化。3G系統(tǒng)被要求支持盡可能高的頻譜效率。然而，在滿足用戶需求的同時(shí)，還必須考慮運(yùn)營商的投資和利潤等經(jīng)濟(jì)問題。



　　TD-SCDMA通過處理基本的物理參數(shù)，達(dá)到了所有3G業(yè)務(wù)的最佳頻譜利用率及其業(yè)務(wù)的靈活性，并且定義由頻率-規(guī)則-管理分配所要求的頻譜類型。



　　1.FDD模式不能實(shí)現(xiàn)綜合最佳頻譜利用率



　　在3G的對(duì)稱語音業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)方面，上行鏈路和下行鏈路產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱雙工業(yè)務(wù)量負(fù)載�？墒牵�由于從8kit/s的語音業(yè)務(wù)到384kit/s的不同的多媒體業(yè)務(wù)，每種業(yè)務(wù)所要求的業(yè)務(wù)信道的帶寬都是不同的。因此，原先所定義的以每MHz的語音信道數(shù)量來衡量系統(tǒng)效率的概念一般應(yīng)被更貼切和獨(dú)立于所傳業(yè)務(wù)的每MHz和每小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量，即頻譜效率這一概念的代替。FDD的操作模式，由于上行鏈路和下行鏈路的業(yè)務(wù)負(fù)載的對(duì)稱性，對(duì)稱業(yè)務(wù)將在成對(duì)對(duì)稱無線頻譜上呈現(xiàn)出最佳的頻譜利用率。



　　在3G的非對(duì)稱包交換業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)方面，人們看到，所有不對(duì)稱的雙工業(yè)務(wù)的典型特征是上行鏈路和下行鏈路中的業(yè)務(wù)量負(fù)載的不對(duì)稱性，負(fù)載的大小取決于不同的業(yè)務(wù)類型。為了達(dá)到最佳頻譜利用率，非對(duì)稱業(yè)務(wù)要求每種業(yè)務(wù)都可靈活地利用頻譜資源。然而，在一個(gè)固定的上/下行鏈路進(jìn)行頻率分配，想運(yùn)用靈活的方法理想地實(shí)現(xiàn)頻譜資源的有效利用是不可能的。最佳頻域的頻譜利用率是不能通過成對(duì)的頻譜分配來實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)對(duì)稱頻帶上的FDD模式，在方便、靈活的適應(yīng)性要求情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱業(yè)務(wù)和非對(duì)稱的上/下行鏈路業(yè)務(wù)并不是一個(gè)最佳的解決方案。



　　2.TD-SCDMA的總頻譜利用率最高



　　對(duì)于實(shí)現(xiàn)對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)的最佳頻譜利用率的目標(biāo)來說，實(shí)現(xiàn)靈活的、自適應(yīng)的頻譜分享是十分必要的。一些為克服FDD模式的缺點(diǎn)的研究工作已在進(jìn)行。結(jié)果表明，在頻域上，自適應(yīng)的頻譜分享將導(dǎo)致下列困難----系統(tǒng)自身干擾和引起EMC問題，也就是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和整體費(fèi)用。因此，TD-SCDMA的設(shè)計(jì)參照了TDD（時(shí)分雙工）在不成對(duì)的頻帶上的時(shí)域模式。



　　TDD模式是基于在無線信道時(shí)域里的周期地重復(fù)TDMA幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)幀結(jié)構(gòu)被再分為幾個(gè)時(shí)隙。在TDD模式下，可以方便地實(shí)現(xiàn)上/下行鏈路間的靈活切換。這一模式的突出的優(yōu)勢是，在上/下行鏈路間的時(shí)隙分配可以被一個(gè)靈活的轉(zhuǎn)換點(diǎn)改變，以滿足不同的業(yè)務(wù)要求。這樣，運(yùn)用TD-SCDMA這一技術(shù)，通過靈活地改變上/下行鏈路的轉(zhuǎn)換點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)所有3G對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)。



　　對(duì)于FDD和TDD模式下的對(duì)稱業(yè)務(wù)，它們的頻譜利用率基本上是相等的。如果在成對(duì)的頻譜上，對(duì)稱的FDD模式業(yè)務(wù)的帶寬為5MHz，那么，在成對(duì)的頻譜中上/下鏈路的要求就為10MHz的總頻譜。然而，對(duì)于在成對(duì)的頻帶上非對(duì)稱FDD-互聯(lián)網(wǎng)模式，也就是IP業(yè)務(wù)，是典型的滿負(fù)荷下行鏈路和相對(duì)小的負(fù)荷的上行鏈路。這樣，大多數(shù)上行鏈路頻譜不能被利用。作為一種選擇，靈活的非對(duì)稱TDD-互聯(lián)網(wǎng)模式極容易設(shè)立一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，即大約80％的下行鏈路獲得容量（約為50％的下行鏈路帶寬），與此同時(shí)，上行鏈路的容量被減至20％。



　　上述情況表明，在FDD模式中由于增長的非對(duì)稱業(yè)務(wù)量的關(guān)系，數(shù)據(jù)吞吐量有一個(gè)固有的下落。然而，TDD模式則在每種獨(dú)立的業(yè)務(wù)中都呈現(xiàn)出滿負(fù)荷的數(shù)據(jù)吞吐量。在非成對(duì)頻譜中TDD模式的這種性能是系統(tǒng)固有的靈活時(shí)域上/下行鏈路的資源分配的結(jié)果。



　　據(jù)此，我們可以得出結(jié)論，在FDD系統(tǒng)中，由于其固定的上/下行鏈路分配，導(dǎo)致這個(gè)問題不能在頻域中被徹底解決。而TD-SCDMA時(shí)域操作模式可自行解決所有對(duì)稱和非對(duì)稱業(yè)務(wù)以及任何混合業(yè)務(wù)的上/下行鏈路資源分配的問題。在時(shí)域TDD模式的系統(tǒng)中，對(duì)于頻率規(guī)劃管理來說，不成對(duì)頻域更容易被分配和利用。由于中國建議的TD-SCDMA系統(tǒng)帶有無線資源靈活時(shí)域分配的顯著特點(diǎn)，因此對(duì)各種雙工業(yè)務(wù)的全球無線業(yè)務(wù)發(fā)展都可以說是一個(gè)里程碑。



摘自《電信技術(shù)》2001.8期