第三代移動通信系統(tǒng)及其主要無線技術(shù)

侯晶晶　張　輝



侯晶晶：現(xiàn)為西安電子科技大學通信工程專業(yè)碩士研究生。



張　輝：現(xiàn)為西安電子科技大學教授。





　　摘 要：本文首先介紹了第三代移動通信系統(tǒng)(又稱IMT－2000)，然后通過對歐洲和日本的WCDMA技術(shù)以及北美的cdma－2000技術(shù)的比較，向讀者闡述了第三代移動通信網(wǎng)的主要無線傳輸技術(shù)。



　　關(guān)鍵詞：3G; IMT－2000; 寬帶CDMA; cdma－2000



　　

引　言



第三代無線移動通信網(wǎng)，通常稱為3G，正在被國內(nèi)外移動通信界積極地研究和熱烈地探討著，并預期于2002年左右投入商用。國際電信聯(lián)盟（ITU）稱3G為IMT－2000(International Mobile Telecommunications－2000)，在歐洲，該系統(tǒng)則被稱為通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）。IMT－2000將提供多種服務(wù)，尤其是多媒體通信以及高速數(shù)據(jù)分組交換業(yè)務(wù)。而近年來，作為IMT－2000/UMTS空中接口多址接入方案之一的碼分多址接入（CDMA）系統(tǒng)似乎已經(jīng)成為第三代無線個人通信系統(tǒng)最強有力的備選方案。在歐洲，美國，日本以及韓國，對寬帶CDMA的研究也有很大的進展，這表明，寬帶CDMA將成為“什么是IMT－2000/UMTS最佳多址接入方案”最有可能的答案。





第三代移動通信系統(tǒng)空中接口的制定



　　如何能夠提供真正意義上的全球覆蓋，提供更高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及更有效的頻譜利用率已成為推動第三代移動通信發(fā)展的主要動力。自1985年以來，國際電信聯(lián)盟就開始了IMT－2000的研究。IMT－2000早期被稱為未來公共陸地移動電話系統(tǒng)（FPLMTS），在ETSI，UMTS的標準化則始于1900年子技術(shù)委員會SMG5成立時。IMT－2000空中接口方案的主要目標可簡要如下：



　　·全覆蓋和移動時，比特速率為144Kb/s，最佳可達384Kb/s



　　·有限覆蓋和移動時，比特速率為2Mb/s



　　·與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，有更高的頻譜利用率



　　·對新型業(yè)務(wù)有更好的兼容性



　　上述數(shù)據(jù)是根據(jù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）的數(shù)據(jù)比特率來規(guī)定的。ISDN各種信道提供了多種不同的比特率，其2B＋D信道提供144Kb/s的數(shù)據(jù)速率，H0信道提供384Kb/s的數(shù)據(jù)速率，H12信道提供1920Kb/s的數(shù)據(jù)速率（盡管IMT－2000業(yè)務(wù)的上限采用2Mb/s，但實際業(yè)務(wù)規(guī)定為1.92或2.048Mb/s）。雖然如此，IMT－2000的主要業(yè)務(wù)并不是基于ISDN的，這些數(shù)字也已成為爭論的對象，最終，市場需求將決定在第三代移動通信系統(tǒng)的商業(yè)運營中提供怎樣的數(shù)據(jù)速率。



一些國家的主要地區(qū)性標準化組織也已經(jīng)制定了IMT－2000的首選技術(shù)。1997年初，負責日本無線標準化的無線工業(yè)和商業(yè)協(xié)會（ARIB）決定繼續(xù)進行寬帶CDMA標準細節(jié)方面的制定，日本提出的技術(shù)加速了歐美標準化的工作，同年，日本的關(guān)鍵參數(shù)和歐洲寬帶CDMA建議取得一致，空中接口即為通常所指的WCDMA。1998年1月，由于有強大的后盾，在ETSI中，WCDMA被選作FDD頻段的UMTS陸地空中接口方案。寬帶CDMA的選擇也得到了亞洲和北美GSM運營者的支持。對于TDD頻段，選擇了時分CDMA (TD－CDMA)的概念。1998年3月，美國負責IS－95標準化的通信工業(yè)協(xié)會（TIA）TR45.5委員會采用了一種后向兼容IS－95的寬帶CDMA框架，稱為cdma－2000。負責IS－136標準化的TR45.3采用了基于TDMA方案的第三代建議UWC－136（全球無線通信），該建議是1998年2月提出，并建立在UWCC建議基礎(chǔ)之上。





寬帶CDMA方案



　　上述適合第三代無線系統(tǒng)的多址接入方案，即寬帶CDMA方案，基于UWC－136 TDMA方案和TD－CDMA方案中，我們將簡要介紹寬帶CDMA方案。



　　寬帶CDMA具有5MHz或更寬的帶寬。通常，所有第三代系統(tǒng)建議的帶寬均為5MHz，選擇這一帶寬有很多原因。首先，144和384Kb/s的數(shù)據(jù)速率是第三代系統(tǒng)的主要目標，在5MHz帶寬內(nèi)可以獲得這一速率并具有適當?shù)娜萘�，在限定條件下，甚至可以達到2Mb/s的峰值速度；第二，頻譜的缺乏要求采用合理的最小頻譜分配，尤其是當系統(tǒng)必須配置到已經(jīng)被第二代系統(tǒng)占用的現(xiàn)有頻帶內(nèi)；第三，與較窄的帶寬相比，5MHz帶寬能更好的解決多徑問題，提高分集技術(shù)，改善系統(tǒng)性能。為了更有效的支持更高的數(shù)據(jù)速率，已經(jīng)提出了10，15和20MHz的帶寬。目前已經(jīng)制定的幾種用于第三代無線系統(tǒng)的寬帶CDMA建議，總結(jié)如下：



　　·多速率業(yè)務(wù)


　　·分組數(shù)據(jù)



　　·復雜的擴頻技術(shù)



　　·相關(guān)的下行鏈路使用用戶專用的導頻信號



　　·上行鏈路附加導頻信道來進行波束形成



　　·無縫隙內(nèi)部頻率切換



　　·下行鏈路快速功率控制



　　·可選的多用戶檢測技術(shù)



　　基于第三代空中接口方案的標準化重點放在了寬帶CDMA的以下兩個方面：網(wǎng)絡(luò)異步和同步。在網(wǎng)絡(luò)異步方案中，基站之間是不同步的；而在網(wǎng)絡(luò)同步方案中，基站之間是同步的，相差僅為幾毫秒。正如要討論的，有兩種異步CDMA網(wǎng)絡(luò)建議：ETSI和ARIB中的WCDMA和具有類似參數(shù)的韓國的TTAⅡ[5]；以及一種同步寬帶CDMA網(wǎng)絡(luò)，該方案以被TR45.5（cdma－2000）所采納并正處于韓國的考慮之中（TTAⅠ）。此外，美國的T1P1也加入了WCDMA的開發(fā)，美國TR46.1開發(fā)的寬帶CDMA方案，無線多媒體和消息業(yè)務(wù)（WIMS），最近已經(jīng)和WCDMA融合。由TR45.5（cdma－2000）提出的網(wǎng)絡(luò)同步寬帶CDMA方案，韓國正在作進一步的研究。所有的方案都瞄準了IMT－2000無線傳輸技術(shù)選擇的進程。除了上述主要的寬帶CDMA方案外，還有兩種很有發(fā)展前景的寬帶CDMA，它們是CODIT和IS－665 WCDMA。



　　為了將不同的寬帶CDMA技術(shù)融合，需要尋找一個統(tǒng)一的全球空中接口，各個國家和地區(qū)性組織都已經(jīng)作了很多的努力。然而由于當前系統(tǒng)的演化問題及其支持者巨大的商業(yè)利益問題，到目前為止至少已有兩種寬帶CDMA標準。而且，在這些標準發(fā)展的過程中有些參數(shù)已經(jīng)更改，關(guān)于不同寬帶CDMA方案無線傳輸技術(shù)的描述，可以參考。這里我們僅討論WCDMA和cdma－2000的主要技術(shù)手段，它們的區(qū)別也適用于TTAⅠ和TTAⅡ。



　　1、WCDMA技術(shù)



　　在1997年下半年，ETSI和ARIB共同努力開發(fā)了WCDMA。ETSI WCDMA從歐洲的FMA2方案發(fā)展而來[7]，ARIB的WCDMA從日本的A核心方案發(fā)展而來。WCDMA方案的下行鏈路主要基于FMA2方案，上行鏈路主要基于A核心方案。



　　2、cdma－2000技術(shù)



　　標準委員會TIA TR45.5的子委會TR45.5.4負責基于cdma－2000概念的選擇。像其它寬帶CAMA方案一樣其目標是提供數(shù)據(jù)速率滿足IMT－2000的性能要求，即車載環(huán)境至少144Kb/s，步行環(huán)境384Kb/s，室內(nèi)辦公環(huán)境2048Kb/s。該標準的重點是在5MHz帶寬下提供數(shù)據(jù)速率為144Kb/s和384Kb/s的業(yè)務(wù)。



　　3.WCDMA與cdma－2000技術(shù)的比較



WCDMA與cdma－2000兩種方案在無線傳輸技術(shù)上有較大差別，其主要區(qū)別在于碼片速率，下行鏈路信道的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)同步。cdma－2000在5MHz的直接擴頻下行鏈路上采用3.6864Mchip/s的碼片速率，多載波方式下采用1.2288Mchip/s的碼片速率。WCDMA的直接擴頻方式采用4.096Mchip/s的碼片速率，多載波方式是由于cdma－2000與現(xiàn)有的IS－95載波頻率頻譜重疊造成的。與IS－95類似，cdma－2000的擴頻碼是由相同M序列的不同相位偏移產(chǎn)生的，由于cdma－2000是同步網(wǎng)絡(luò)，所以這種方式是可能的。而WCDMA為異步網(wǎng)絡(luò)，所以它是采用不同的長碼而不是用同一碼的不同相位偏移來區(qū)分小區(qū)和用戶。碼的結(jié)構(gòu)直接影響到碼同步的完成，小區(qū)的選擇和切換的同步。





結(jié)束語



　　在ITU RTT選擇無線傳輸技術(shù)的過程中，很多國家提交了許多不同的解決方案，與此同時，地區(qū)性標準化組織的活動將進一步改進這些提議中的技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)有的兩種主要空中接口方案是否能夠融合為一體將拭目以待。



　　得一提的是，本文提出的僅僅是陸地移動通信系統(tǒng)，對于能夠有效滿足第三代移動通信系統(tǒng)提出的更高性能要求的衛(wèi)星空中接口方案的研究和開發(fā)也在加緊努力進行著。為了跟上國際標準化組織的努力進展，基于CDMA的衛(wèi)星無線接入方案也已經(jīng)提交給ITU RTT。




摘自《通信市場》