淺析3G系統的頻譜利用效率

2019-11-03 09:28:05

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供稿：網友

辛軒　趙遠飛　　現有的移動通信系統都表現出對對稱雙工語音業務和相應的低比特率數據業務的良好支持特征。對于這些語音業務，每窄帶的業務信道被占用的帶寬是20-30KHz，通常整個頻譜會被再分為固定數量的業務信道。毫無疑問，對稱成對頻帶上的FDD（頻分多址）運行模式適合于語音業務，因此可成為此類型移動通信系統的典型標準。然而，移動用戶對高速數據處理能力日漸增長的需求，導致對3G數據傳輸速率的要求從8kit/s增長到2Mit/s，以實現帶有多種應用的對稱和非對稱業務。

隨著每個用戶要求的頻帶和數據吞吐量的迅速增長，3G業務的對稱和非對稱業務的混合導致頻譜分配和頻譜管理發生相當大的變化。3G系統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，還必須考慮運營商的投資和利潤等經濟問題。

TD-SCDMA通過處理基本的物理參數，達到了所有3G業務的最佳頻譜利用率及其業務的靈活性，并且定義由頻率-規則-管理分配所要求的頻譜類型。

1.FDD模式不能實現綜合最佳頻譜利用率

在3G的對稱語音業務和多媒體業務方面，上行鏈路和下行鏈路產生一個對稱雙工業務量負載。可是，由于從8kit/s的語音業務到384kit/s的不同的多媒體業務，每種業務所要求的業務信道的帶寬都是不同的。因此，原先所定義的以每MHz的語音信道數量來衡量系統效率的概念一般應被更貼切和獨立于所傳業務的每MHz和每小區數據吞吐量，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務負載的對稱性，對稱業務將在成對對稱無線頻譜上呈現出最佳的頻譜利用率。

在3G的非對稱包交換業務和互聯網業務方面，人們看到，所有不對稱的雙工業務的典型特征是上行鏈路和下行鏈路中的業務量負載的不對稱性，負載的大小取決于不同的業務類型。為了達到最佳頻譜利用率，非對稱業務要求每種業務都可靈活地利用頻譜資源。然而，在一個固定的上/下行鏈路進行頻率分配，想運用靈活的方法理想地實現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的頻譜分配來實現的。因此，對對稱頻帶上的FDD模式，在方便、靈活的適應性要求情況下，實現對稱業務和非對稱的上/下行鏈路業務并不是一個最佳的解決方案。

2.TD-SCDMA的總頻譜利用率最高

對于實現對稱和非對稱業務的最佳頻譜利用率的目標來說，實現靈活的、自適應的頻譜分享是十分必要的。一些為克服FDD模式的缺點的研究工作已在進行。結果表明，在頻域上，自適應的頻譜分享將導致下列困難----系統自身干擾和引起EMC問題，也就是增加了系統的復雜性和整體費用。因此，TD-SCDMA的設計參照了TDD（時分雙工）在不成對的頻帶上的時域模式。

TDD模式是基于在無線信道時域里的周期地重復TDMA幀結構實現的。這個幀結構被再分為幾個時隙。在TDD模式下，可以方便地實現上/下行鏈路間的靈活切換。這一模式的突出的優勢是，在上/下行鏈路間的時隙分配可以被一個靈活的轉換點改變，以滿足不同的業務要求。這樣，運用TD-SCDMA這一技術，通過靈活地改變上/下行鏈路的轉換點就可以實現所有3G對稱和非對稱業務。

對于FDD和TDD模式下的對稱業務，它們的頻譜利用率基本上是相等的。如果在成對的頻譜上，對稱的FDD模式業務的帶寬為5MHz，那么，在成對的頻譜中上/下鏈路的要求就為10MHz的總頻譜。然而，對于在成對的頻帶上非對稱FDD-互聯網模式，也就是ip業務，是典型的滿負荷下行鏈路和相對小的負荷的上行鏈路。這樣，大多數上行鏈路頻譜不能被利用。作為一種選擇，靈活的非對稱TDD-互聯網模式極容易設立一個轉換點，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，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稱業務量的關系，數據吞吐量有一個固有的下落。然而，TDD模式則在每種獨立的業務中都呈現出滿負荷的數據吞吐量。在非成對頻譜中TDD模式的這種性能是系統固有的靈活時域上/下行鏈路的資源分配的結果。

據此，我們可以得出結論，在FDD系統中，由于其固定的上/下行鏈路分配，導致這個問題不能在頻域中被徹底解決。而TD-SCDMA時域操作模式可自行解決所有對稱和非對稱業務以及任何混合業務的上/下行鏈路資源分配的問題。在時域TDD模式的系統中，對于頻率規劃管理來說，不成對頻域更容易被分配和利用。由于中國建議的TD-SCDMA系統帶有無線資源靈活時域分配的顯著特點，因此對各種雙工業務的全球無線業務發展都可以說是一個里程碑。

----《電信技術》