TD-SCDMA是提供第三代通訊在空中介面的一個創新的無線通訊標準，它是由中國電信技術研究所(China Academy of telecommunications Technology, CATT)與西門子公司(Siemens)共同合作開發...
TD-SCDMA是提供第三代通訊在空中介面的一個創新的無線通訊標準，它是由中國電信技術研究所(China Academy of telecommunications Technology, CATT)與西門子公司(Siemens)共同合作開發，它已被國際電信聯盟(ITU)認定為新的3G標準並成為5個IMT-2000標準中之一，其標準被定義在3GPP規範第4版(Release 4)，也就是先前談到的UTRA-TDDLCR模式。第三代行動通訊系統主要為針對現有無線細胞式網路，在數據傳輸服務的不足而設計，其中有兩個主要的發展方向，第一為整合不同核心網路與主幹網路到統一的服務平台，在這種網路上，無線部分變成只是一種網路進階的工具，然而服務的形式卻一樣，換言之不管網路系統是經由有線或無線的媒介來進接，在使用相同的服務內容應該是一致的。
第二個著重的區域則為無線空中介面的設計，由於無線的資源是有限的，這個介面需要以很有效能的方式來支援高速數據傳輸與多樣的話務服務，這種新的介面設計為涵蓋近年來主要的通訊共同體，而到目前為止，所有第二代通訊技術均有其演進的方案來升級至第三代的系統，整體總結如圖1。
第三代行動通訊在通訊服務的改變包括提高語音和數據服務品質、支持網路間無縫隙的連接、有效的解決傳輸時的位元錯誤和系統時間延遲問題，並提供包括寬頻行動數據和視訊服務等多種新類型服務，具有高度的系統使用彈性。其彈性的方式表現在實現統一的進接技術，以規範細胞式行動通訊、無線電話、衛星通訊等多種系統。
而3G系統必須能與各種形式的網路進行相互連接，以實現全球無縫隙漫遊，並具有良好的系統相容能力，其中必須能夠與第二代行動通信系統相容。因為第二代行動通信系統已經實現全球覆蓋和漫遊，所以第三代系統的向後相容性及平滑過渡特性，維護廣大系統運營商和用戶的利益，充分利用現有網路與設備資源，是3G系統順利發展之重要關鍵。
為了達到上述的通訊品質，第三代行動通訊系統對其無線傳輸技術提出了更高並更有效率的要求；為提供多樣的數據服務則必須具有的最高傳輸速率：在室內環境下為2Mbps、室外一般環境下至少384Kbps、室外高速移動中至少144Kbps；另外傳輸速率能夠依照需求進行分配，上下鏈路傳輸速率能適用於對稱及不對稱的服務。
由此看出，隨著電信網路的進化，特別是網際網路和多媒體服務的快速發展，促進了ATM/IP交換的技術進步，使得第三代行動通訊，在結合行動通訊、數據服務與多媒體服務成為發展的必然趨勢。
IMT-2000為ITU針對新一代也就是第三代行動通訊而提出的一個國際性的通訊標準。而一系列針對IMT-2000，涵蓋了地面的無線通訊介面規格集在1999年11月通過ITU認可。這些規格包括：
因此從IMT-2000的規劃中可知，TD-SCDMA屬於在IMT-TD模式下的一員，其空中介面在1999年成為國際的3G標準圖2。
在歐洲，第三代標準最初是由歐洲電信標準協會(ETSI)開發在全球行動電信系統(UMTS)下的系統，而UMTS 中無線進接的空中介面，UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)，則包含兩種模式，一為操作在FDD模式，也就是使用W-CDMA的技術；另一個則為TDD模式，而TDD又分成兩類：一類為 3.84Mcps的TDD模式，另一類為1.28Mcps模式，也就是使用TD-SCDMA的技術。兩種介面均已經被ITU接受且分別被選定在IMT- DS與IMT-TD的標準。相關的3G規範，現階段主要是由兩個國際標準組織負責制定與管理，即3GPP(Third Generation Partnership Project)和3GPP2根據ITU建議來完成，3GPP負責制定以GSM MAP為核心網及使用W-CDMA(即UMTS-FDD模式)和UMTS-TDD無線進接網路的標準，它是一個工業組織的合資企業，且由來自歐洲 (ETSI)、美國(T1)、日本(ARIB)、韓國(TTA)、中國大陸(CWTS)等數個標準發展組織所支持；3GPP2負責制定以美國IS-41的核心網路和以cdma2000(包括1x、3x、MC、1xEV-DO、1xEV-DV)無線進接技術的標準。
3GPP在1999年12月釋出第一個UMTS版本(Release 99)，此版本定義兩種標準，包括UTRA-FDD與UTRA-TDD。這兩種標準具有互補性，也就是各自有優缺點： UTRA-FDD適用在小型或大型細胞，UTRA-TDD則含括小型，微型細胞與室內。為了提供在任何地點、任何時間無縫隙的服務，UTRA的這兩種模式可共存在一般的網路系統。
3GPP在2001年3月第二次釋出UTRA的標準，一般稱之為Release 4，3GPP對全球通訊共同體取得一致的意見且擴大TDD所使用的頻段。另外此版本亦將TD-SCDMA無線通訊技術的規格加入在UMTS空中介面的標準，根據Release 4，TD-SCDMA無線介面已被整合在3GPP的規範中，並以1.28 Mcps的選項列在UTRA-TDD模式，因此亦稱為UTRA-TDDLCR(TDD低碼率)。
現階段在UMTS系統，地面無線進接的標準包括以下幾個模式：
*UTRA-FDD：也就是一般所稱的W-CDMA，使用3.84 Mcps的碼率，通道頻寬為5 MHz
*UTRA-TDDHCR：使用3.84 Mcps的碼率，通道頻寬為5 MHz，無線介面稱為TD-CDMA
*UTRA-TDDLCR：使用1.28 Mcps的碼率，通道頻寬為1.6 MHz，無線介面稱為TD-SCDMA
UTRA-FDD的規格主要鎖定在小型或大型細胞之公眾場所圖3，並需要高移動性與對稱性的傳輸服務，基於傳統在直接序列的分碼多工(DS-CDMA)的理論，UTRA-FDD技術需使用一組頻寬為5MHz之對稱的頻段，而UTRA-TDDHCR則最適合在低移動性之小型或微型細胞之室內或室外的公眾場所。UTRA-TDDLCR(TD-SCDMA)相對來說，涵蓋所有應用的方案，這個技術是為了因應所有可能的通訊環境而設計，從鄉村到人口稠密的都會區與室內的應用，從靜止到高移動性的環境。
UTRA-TDDLCR為使用UTRA核心網路與TD-SCDMA的無線空中介面，然而若將TD-SCDMA的無線進接通道使用在GSM的核心網路(包含信號(signaling)與協定，如圖4)亦是可實現的，這種TD-SCDMA架構稱之為TSM(TD-SCDMA System for Mobile Communication)，它提供GSM系統另一個平順的系統升級方式，讓現有GSM系統營運商導入第三代行動網路與服務時仍然能保留原先之GSM基礎建設。兩種TD-SCDMA的架構，即TSM與UTRA-TDDLCR圖5、圖6，提供相同的資料傳輸率性能、頻譜效能、涵蓋、移動性與可靠度，基本上所有擁有TDD非成對頻帶的系統營運商，均可導入TD-SCDMA系統。
TD-SCDMA是提供第三代通訊在空中介面的一個創新的無線通訊標準，它是由中國電信技術研究所(China Academy of telecommunications Technology, CATT)與西門子公司(Siemens)共同合作開發，它已被國際電信聯盟(ITU)認定為新的3G標準並成為5個IMT-2000標準中之一，其標準被定義在3GPP規範第4版(Release 4)，也就是先前談到的UTRA-TDDLCR模式。
TD-SCDMA使用的是進階型的TDMA加上分時雙工(Time Division Duplex, TDD)的系統，並結合CDMA的技術操作於同步模式，其涵蓋的區域範圍可達40公里且可支援高速的移動(在最近舉行的現場展示中，已可到達移動速度已達到125Km/h)。而TD-SCDMA涵蓋所有無線電部署的環境：從鄉村地區至高人口密度的都會區；從微型細胞到大型細胞；從靜止到高移動性。此外，它也同樣地善於處理對稱性的電路交換的服務與非對稱的分封交換服務，完全適用於移動式的網際網路與多媒體應用等行動商務服務。
TD-SCDMA主要的優點之一就是相較於其他3G規範，它的建設花費成本是最低的，由於它有較高的頻譜效能且能相容於現有的GSM網路設備，因此讓一些系統營運商不用架設全新的基礎建設來提供3G的服務，使用TD-SCDMA主要的優點如下。
3G系統的頻寬是稀少且昂貴的，對於即將到來在數據傳輸話務需求的增加，每個系統營運商需要針對他的頻譜策略作優化，便以處理漸增的需求。未來的應用基於載具的服務(Bearer Services) ，即時的應用如語音、視訊會議影像或是其他的多媒體應用，需要非常小的傳輸延遲並且是屬於傳輸對稱性的話務，現今這類型的通訊服務是使用在電路交換的系統中。而針對非即時性的應用如電子郵件(E-mail)、網際網路與企業內的網路傳輸等，由於對傳輸時間的限制沒有那麼嚴謹，且此種服務的特性為非對稱性的資料傳輸，因此常使用在分封交換的系統。
針對所有這些使用上下鏈路分開頻段的無線傳輸技術如GSM、EDGE、W-CDMA或cdma2000，由於這些3G系統其上下鏈路各別在不同分開的頻帶 (即所謂的FDD對稱性頻帶)，針對這些無線通訊技術，當在傳送非對稱的資料時(如網際網路的服務)，部份的頻譜並未被使用，而這些閒置的資源無法被使用在其他的服務，導致於頻譜的使用效能低落。相反的，TD-SCDMA採用上下鏈路在單一頻帶上(即所謂的TDD非成對頻帶)，彈性的配置上下鏈的佔用時槽，適合當上下鏈路資料負載比不平均時，而在將來，同一個使用者可能會同時要求即時與非即時性混合的服務，例如在講電話時同時也在收發電子郵件。基於 TDMA/TDD的理論，利用適當的上下鏈路切換，TD-SCDMA同樣地適用在對稱與非對稱的話務。無線多媒體常需要高的資料傳輸率，因此TD- SCDMA提供最高2Mbps的傳輸率，有充分的資料傳輸流量，來處理多媒體與網際網路應用的話務。另外利用其本身在非對稱傳輸與高傳輸率的特性，以TD -SCDMA位基礎的系統，不管是TSM與TDDLCR均是提供3G新服務的最好的路徑。事實上，TD-SCDMA系統的應用，可涵蓋所有不管是語音或資料服務，電路交換與分封交換，對稱與非對稱的傳輸，甚至在微型、小型與大型涵蓋區域，定點或高速移動的環境均十分合適。
如同先前的敘述，數據的應用其傳輸通常為非對稱的特性，特別是在網際網路的應用上，佔據了上/下鏈路中大量的數據傳輸。因此，上下鏈路無線資源彈性的分配，相較於其他的3G系統，在有限的頻譜資源中提供較高的使用效能，是在TD-SCDMA系統中作為頻譜效能優化一個關鍵要素。另外，細胞式行動通訊系統的容量亦受限於細胞間與細胞內的干擾，因此將無線的干擾降低到最小，則是提高頻譜效能第二個的關鍵要素。
因此，它採用較高效率的技術來提升頻譜的使用率，例如智慧型天線(Smart Antenna)、聯合檢測(Joint Detection)與動態頻道配置(Dynamic Channel Allocation, DCA)等，這些都是在TD-SCDMA標準中可採用的技術，這技術特別是在降低與細胞間或鄰近細胞間甚至是細胞內用戶間的相互干擾，以至於凸顯出其頻譜使用的效率。從模擬的結果顯示，TD-SCDMA的頻譜效能針對在語音話務大約是GSM系統的3-5倍。
TD-SCDMA允許一個簡易的升級路線，從GSM/GPRS至TD-SCDMA。現有已建立的GSM系統可加入TD-SCDMA的無線進接系統來提供 3G的服務(所謂的TSM)，使得從2G昇級至3G的所有成本花費相較於其他3G系統大為降低，因而所有的投資風險亦降低，且針對已投資在添購GSM基礎建設上的風險亦變得較有保障。
系統營運商需要全面性的涵蓋來提供電話用戶話務，在廣大的鄉村地區與郊區只需要架設數個基地台即能涵蓋，而都會區中，由於有許多高樓大廈且話務密度需求較高，因此需要較多的基地站來作涵蓋。在都會區中的熱點(hot spots)或機場需要架設微型細胞提供高容量資料傳輸。
TD-SCDMA涵蓋所有這些的需求，大型細胞提供較大的涵蓋區域，它提供一個系統建設初期的方案。小型細胞則提供區域性的涵蓋，作為日後擴增話務容量的建設架構，除此之外，現有既存的大型細胞可分裂成數個小細胞，進行所謂的細胞分裂，以擴展其容量。
TD-SCDMA的1.6MHz載波頻寬提供高彈性的頻譜使用率與網路規劃，其提供的數據傳輸數率可從1.2kbps至2Mbps的範圍，而相較於W-CDMA的系統需要5MHz成對的頻譜，它有較高的頻譜使用彈性。
使用波束控制的智慧型天線讓直接功率只指向正在通話或使用的行動台，利用高方向性與高靈敏度的智慧型天線，行動台只在活動的時槽發射功率，這有助於降低行動台的功率消耗，讓電池的使用較為有效率。除此之外，由於基地台的天線只針對有活動的使用者方位發射功率，其訊號涵蓋的區域將大為降低，因此，對於細胞內各行動台間訊號相互干擾的情形，亦有降低的功效。
經由射頻網路的規劃，根據系統營運商的需求，計算所有可能的架構與所需的網路設備數量。涵蓋、容量與服務品質均被估算，基地台與核心網路元件的數量也被量化(dimensioned)。在傳統的CDMA系統，涵蓋與容量兩者常常與所需的品質及整體的建設花費間取捨。品質要高，則基地台建設數量則要多，建設成本則增加。TD-SCDMA利用聯合檢測、智慧型天線與精準的用戶端同步，並不需要倚賴軟性交遞(Soft handover)，相對的，其交遞方式如同GSM系統，使用傳統的方式，相較於其他3G標準，降低在固網專線的成本，有效地節省在專線的支出，進而降低複雜的無線網路規劃。
從傳統2G至以CDMA為主的3G系統，一旦資料傳輸速率或使用人數增加時，則系統話務負擔增加，因此要降低系統負載，就必須縮小細胞涵蓋區域，換言之，當細胞間的干擾增大，為維持系統容量，實際的細胞涵蓋區域會需要縮小，也就是細胞呼吸效應。因此在一般的系統中，當細胞話務增加時，系統供應商則需增設基地台以維持適當的細胞涵蓋與話務容量，在TD-SCDMA，每一載波中的每一時槽提供16個展頻碼，利用聯合檢測的方法可消除細胞間的干擾，而利用智慧型天線與動態頻道配置的技術可降低細胞間的干擾，因此話務負擔不需要利用降低細胞大小增加：因此細胞的呼吸效應不再是一個影響網路規劃的因素。這對於整個系統在設置基礎建設的成本花費有明顯的降低並且讓網路的規劃變得簡單。
第三代行動通信系統架構主要分成三個部分，即核心網路、無線進接網路和用戶端。若與其他3G系統比較，各系統之核心網路和用戶終端的成本基本相同。而在無線進接網路部分(主要是Node B，即基地台)，各個不同的系統有較大的差異。TD-SCDMA由於採用了智慧型天線、軟體無線電(Soft Radio)等技術，使得其基地台成本大幅下降。
為了保證無縫隙服務的連續性圖7，TD-SCDMA亦提供其他系統間的交遞(Handover)，如與UTRA-FDD(W-CDMA)系統或與 GSM/GPRS系統的交遞。這個交遞主要針對在細胞間不同系統與不同頻率間的交遞，並利用系統話務的負載狀況或是涵蓋或是無線資源作為觸發交遞的來源。
分時多重進接(Time Division Multiple Access, TDMA)結合分時雙工(Time Division Duplex, TDD)，利用無線網路資源來處理上下鏈路的網路話務，大大地改善了其性能。TD-STDMA 的碼框為5ms，其中包括7個話務時槽、一個上鏈路的導引時槽(pilot timeslot, PTS)、一個下鏈路的導引時槽及一段長度為96chips(75us)隔離時間(guard period, GP)，而話務時槽可彈性地分配給數個用戶或一個用戶使用。在7個話務時槽中，第1個話務時槽(TS0)為下鏈路使用，接下來為下鏈路的導引時槽、一段隔離時間與上鏈路的導引時槽。導引時槽為使用於訊號同步，隔離時間的用途則為上下鏈路瞬間切換時的緩衝地帶。第2個話務時槽(TS1)為上鏈路使用，至於 TS2至TS6則依據系統彈性的配置於上下鏈路間 ，在切換點(switching point)前的時槽為配置給上鏈路使用，之後的時槽為配置給下鏈路使用，詳細的架構圖可參考圖8：TD-SCDMA碼框架構。每個時槽(包括導引時槽) 均包含一小段隔離時間(不同於先前提到的96chips隔離時間)，用來提供緩衝地帶，以降低因行動台離基地台不同的距離，產生傳輸延遲所造成的干擾。
TDD的理論允許行動台在同一碼框，使用不同的時槽來傳送上、下鏈路的話務。針對使用在對稱性的服務，例如電話與影像電話(多媒體應用)，其上下鏈路傳輸的資料量可以說是相等，因此上下鏈路所使用的時槽數目幾乎相同，而針對非對稱性的服務，例如網際網路的進接或資料下載，大量的資料需要傳送至行動台，下鏈路比上鏈路所需要的時槽數目還來得多。因此TD-SCDMA可根據應用面的不同，來適當地調整其上下鏈路話務時槽數目的配置圖9、圖10。
根據資料的負載，調整上下鏈路的對稱性，以在單一個非成對的頻段來說，是有效優化無線介面使用的一個方式，因此頻譜的利用率較有效能。相對來說，分頻雙工 (FDD)的方式，為使用在傳統以CDMA的架構為3G標準的系統，其使用的是上下鏈路成對的頻譜，對於非對稱性的服務，一部分的頻譜資源並未真正的完全使用來作為資料的傳輸，而這個空閒的頻譜資源並不能作為其他的服務，造成無效率的頻譜使用。未來的行動通訊的應用將會需要一個在頻譜使用較有效率，且有處理大量非對稱資料話務的能力的無線介面。而TD-SCDMA為滿足這些需求且被認定為提供3G服務的理想技術之一。除了TDMA/TDD理論，TD- SCDMA還使用分碼多重進接(Code Division Multiple Access, CDMA) ，更進一步地來增加空中介面的容量。根據CDMA的理論，使用者的資訊位元利用乘上不同的隨機亂碼(或稱之為chips)被展開成一個寬頻的訊號，這個隨機碼又稱為CDMA展頻碼。在每一個時槽中， CDMA訊號傳送時其展頻碼長度最長為16，亦代表其最多可使用16組展頻碼在一個時槽中。而隨機亂碼的速率為1.28Mcps，其所產生的訊號頻寬大約是1.6MHz。根據頻率的使用執照，系統營運商可使用多個TD-SCDMA的1.6MHz載波。因此，利用特別時槽與特別的展頻碼在特定的在載波頻率上，即可用來作為辨識一個無線資源的方式。為了支援到達最高2Mbps的資料傳輸率，使用可變長度的展頻碼與多碼銜接(connection)是必要的圖 11。
TD-SCDMA系統中無線資源包括展頻碼、頻率、時槽和空間角度，其系統之所以頻譜利用率高，是因為它共使用了分時、分頻、分碼和分空間以及其它多種新技術表1。多用戶聯合檢測和上鏈路同步技術對多路徑干擾能有效的抑制，使TD-CDMA系統在相同處理增益下可同時容納更多的用戶。而TD-SCDMA系統利用軟體無線電結合空間與時域聯合處理的數位信號處理技術，可提高訊雜比(SNR)，降低時間擴展和多路徑衰減帶來的影響，進而提昇鏈路品質。鏈路性能的提高可以更輕鬆地提供各種新的服務，例如對誤碼率有較高要求的數據業務和無線網際網路服務。但採用智慧型天線等技術後，它勢必將涉及到許多網路功能的變化，如無線資源管理和移動性管理等。。由於無線資源的內容與類型的增加，系統的資源分配和管理處理方式比傳統的行動通信系統要彈性得多，同時也變得複雜。但是，TD-SCDMA系統在使用智慧型天線和聯合檢測等空間處理技術後，衍生出了新的邏輯和虛擬資源，系統資源的內容也因此增加，對多種無線資源進行有效的分配與管理，才能真正提高頻譜、時間與碼資源的重複使用率，進而達到系統的設計目標。
TD-SCDMA提供系統營運商平順且無縫隙的方式引進第三代行動網路與服務，當TD-SCDMA基地台連結至現有的GSM系統，結合3G的空中介面與既有穩定的GSM基礎建設，既有的傳輸鏈路亦可重複再使用，可縮短提供3G服務的建設時間，因此，當從既有的GSM網路出發，則技術上的風險降低。
另外，引用TD-SCDMA在既有穩定的GSM基礎建設，給了營運商不需設置全新的建設就能提供3G服務的一個機會，並讓從2G(GSM)升級至3G整體的成本較於其他3G系統的建設成本大大地降低，除此之外，投資成本被展延為長期的時間，使得整個投資風險被降低，同時針對已投資的GSM基礎建設亦被保障。第三代行動通訊剛進入發展期，系統運營商將開始建設完整的第三代網路，當網路中投資成本最大的基地台(Node B)在第一階段建設完畢後，唯一需要投入的費用就是無線進接網路設備的軟件升級，以滿足第三代行動通訊對無線網路控制器(Radio Network Controller, RNC)的要求。網路中不僅有TDD的基地台，也將有FDD的基地台，形成一個全國覆蓋、國際漫遊的完整3G網路，在不大量增加新投資的情況下，從第二代邁入第三代通訊系統。TD-SCDMA 相當受到中國大陸政府的支持，並在北京完成實驗性的測試，想必過不久就會有商用的網路系統出現。