WCDMA和WLAN向3G和后3G演進(jìn)

2019-11-03 09:14:09

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供稿：網(wǎng)友

談?wù)褫x　北方交通大學(xué)

　　摘要從2G GSM系統(tǒng)到3G WCDMA系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程中，高速率空中接口技術(shù)和核心網(wǎng)反映了兩代系統(tǒng)之間的基本變化。隨著高速率移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，基于WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)輔助WLAN技術(shù)會(huì)有利于加快向后3G系統(tǒng)演進(jìn)步伐。

　　關(guān)鍵詞 WCDMA WLAN 3G 后3G 演進(jìn)

1 前言

　　從應(yīng)用和業(yè)務(wù)角度看，不同代移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求之間可能存在著質(zhì)變，而空中接口之間卻存在著量變。3G和4G的區(qū)別主要是數(shù)據(jù)速率。4G在完全移動(dòng)時(shí)，應(yīng)至少支持100 Mbit/s寬域區(qū)內(nèi)峰值速率業(yè)務(wù)，而在低移動(dòng)時(shí)，應(yīng)至少支持1Gbit/s本域區(qū)內(nèi)峰值速率業(yè)務(wù)。

　　3G系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的分布如圖1。顯見(jiàn)，基于WLAN的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于基于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。

　　3G系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程并不嚴(yán)格要求所產(chǎn)生系統(tǒng)的反向兼容性，但需要考慮下述因素：

　　· 話音業(yè)務(wù)在未來(lái)業(yè)務(wù)和容量?jī)?yōu)化中占據(jù)重要位置；

　　· 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音數(shù)據(jù)兼?zhèn)錁I(yè)務(wù)在ip應(yīng)用中占據(jù)重要份額；

　　· 改進(jìn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的效率、時(shí)延、數(shù)據(jù)峰均速率來(lái)滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需求；

　　· 具有吸引力的多媒體終端將從辦公室、家庭發(fā)展到路邊，即高速高質(zhì)業(yè)務(wù)將遍布各處；

　　· 每比特傳輸成本隨數(shù)據(jù)容量的擴(kuò)大而下降，即用戶有能力負(fù)擔(dān)此業(yè)務(wù)。

2 WCDMA演進(jìn)

　　最初，3G中WCDMA空中接口支持2 Mbit/s速率的具有不同QoS的各種電信業(yè)務(wù)。現(xiàn)在，WCDMA在IP網(wǎng)上采用IP協(xié)議可實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸多個(gè)具有不同QoS要求的高性能比特流業(yè)務(wù)。

　　從2G GSM系統(tǒng)到3G WCDMA系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程中，高速率空中接口技術(shù)和核心網(wǎng)反映了兩代系統(tǒng)之間的基本變化。GSM系統(tǒng)不能支持終端多業(yè)務(wù)需求，如E-mail下載，而WCDMA能同時(shí)支持多個(gè)具有不同QoS要求的高比特流業(yè)務(wù)。GSM系統(tǒng)采用WCDMA無(wú)線接入技術(shù)，GSM系統(tǒng)的容量可接近WCDMA系統(tǒng)的指標(biāo)。隨著高速率移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，WCDMA被作為公眾無(wú)線接入滿足在通信熱區(qū)在線平滑接入的技術(shù)。在不占有移動(dòng)通信系統(tǒng)終端容量的條件下，WCDMA與WLAN相結(jié)合還可給移動(dòng)終端提供額外容量和較高帶寬。

　　從3GPP R99 和3GPP R4 到后3G，WCDMA的演進(jìn)過(guò)程可分成三個(gè)階段，第一階段就是正在進(jìn)行的3GPP標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程，其他兩個(gè)階段主要顯示未來(lái)潛在發(fā)展，某些成果已在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中可見(jiàn)。下面分述演進(jìn)過(guò)程的三個(gè)階段。

2.1 第一階段：高速下行分組接入（2001年）

　　2000年3月通過(guò)的高速數(shù)據(jù)分組接入（HSDPA，High Speed Data Packet access）的可行性研究已以3GPP R4公布于眾。與3GPP R4相比，WCDMA演進(jìn)過(guò)程第一階段大大地增強(qiáng)下行鏈路的峰值速率和吞吐量。HSDPA的規(guī)范說(shuō)明在2001年末以3GPP R5公布。

　　第一階段可行性研究的重點(diǎn)是定義高速下行共享信道（HS DSCH，High Speed Downlink Shared Channel），它基本上繼承了3GPP R99定義的許多性能。HS DSCH中技術(shù)增強(qiáng)部分有：

　　· 自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC，Adaptive Modulation and Coding）；

　　· 快速混合自動(dòng)重復(fù)申請(qǐng)（FHARQ，F(xiàn)ast Hybrid Automatic Repeat Request）；

　　· 快速小區(qū)選擇（FCS，F(xiàn)ast Cell Selection）；

　　AMC屬于一種無(wú)線鏈路自適應(yīng)技術(shù)，而且對(duì)測(cè)量誤差和時(shí)延較敏感。其調(diào)制等級(jí)和信道編碼方法隨接收信號(hào)質(zhì)量而變，在時(shí)變信道條件下，AMC可提供隱含鏈路自適應(yīng)特性。

　　FCS可潛在降低干擾，作為增加系統(tǒng)容量技術(shù)。移動(dòng)終端采用FCS可在指定最佳小區(qū)的下行鏈路上，通過(guò)上行鏈路的信令來(lái)提供業(yè)務(wù)。

　　HS DSCH的峰值速率可達(dá) 10Mbit/s，小區(qū)的吞吐量與3GPP R99相比可成倍增加。3GPP R5中包括若干類似AMC和FHARQ的基本解決方案。與頻分雙工（FDD）相比，時(shí)分雙工（TDD）可使數(shù)據(jù)高速率的必要性成為可能。3GPP R5中還包括時(shí)分雙工的HSDPA和若干基本技術(shù)改進(jìn)方案。

　　除了上述外，還有可明顯改善系統(tǒng)性能的多輸入多輸出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）分集。

2.2 第二階段：上行高速數(shù)據(jù)，TDD模式的高速接入（2003年）

　　空中接口技術(shù)優(yōu)化的重點(diǎn)是支持高數(shù)據(jù)率下行鏈路，上行鏈路數(shù)據(jù)速率的優(yōu)化可改善終端文件傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)和降低移動(dòng)終端的輸出功率。

　　第二階段內(nèi)容還包括：在頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）中，采用FCS 和MIMO改進(jìn)HSDPA性能。

2.3 第三階段：上下行鏈路容量改進(jìn)和提高其數(shù)據(jù)速率（2005年）

　　隨著更高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，增強(qiáng)型WCDMA可達(dá)到10 Mbit/s速率，這就需要擴(kuò)展新頻率帶寬。

3 其他系統(tǒng)演進(jìn)

3.1 WLAN演進(jìn)

　　WLAN（如WLAN和Blue Tooth）的發(fā)展趨勢(shì)集中在公眾、辦公室和室內(nèi)環(huán)境中微微區(qū)和個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。現(xiàn)有WLAN可支持11 Mbit/s數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)，下一代基于IEEE 802.11a 和HIPERLAN/2標(biāo)準(zhǔn)的WLAN可支持54 Mbit/s數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)。

　　目前，WLAN的研究為：

　　· 尋找通過(guò)Internet骨干網(wǎng)接入信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的有效途徑，解決大容量E-mail附件下載需要更高頻率帶寬和更高速率的傳輸容量。　　· 要求WLAN成為公眾無(wú)線接入系統(tǒng)，覆蓋與數(shù)據(jù)有關(guān)的應(yīng)用需求，并平滑在線接入相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

　　以WLAN的高數(shù)據(jù)率蜂窩接入和非許可特定頻帶接入的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有蜂窩通信基礎(chǔ)設(shè)施和WLAN的漫游和計(jì)費(fèi)管理，給蜂窩通信運(yùn)行商提供額外的系統(tǒng)容量和移動(dòng)終端的較高帶寬。基于WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)輔助WLAN技術(shù)會(huì)有利于向后3G演進(jìn)，其他技術(shù)，如UTRAN TDD與WCDMA FDD 配合能解決雙模移動(dòng)終端成本與效率的矛盾。

3.2 ITU演進(jìn)

　　ITU研究后3G系統(tǒng)，重點(diǎn)在后3G系統(tǒng)的目標(biāo)。其中之一是后3G系統(tǒng)所需新頻譜的設(shè)置。除2 GHz頻帶外，WRC 2000 把806~960 MHz中部分頻帶分配給IMT-2000系統(tǒng)。

4 后3G（4G）系統(tǒng)

　　真正完全換代的通信系統(tǒng)實(shí)際上是不可取的，而是伴隨在系統(tǒng)的業(yè)務(wù)、應(yīng)用和核心網(wǎng)等若干方面重要革命性變革而演進(jìn)。后3G（4G）系統(tǒng)主要是3G系統(tǒng)在空中接口技術(shù)革命的產(chǎn)物。

　　說(shuō)明向未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)演進(jìn)中，2G / 3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、WLAN等采取的革命性步驟，所標(biāo)年份為系統(tǒng)問(wèn)世時(shí)間。可見(jiàn)，GSM的多方向演進(jìn)過(guò)程均采用WCDMA。cdma 2000-1x的下一步演進(jìn)為高比特?cái)?shù)據(jù)率的1xEV-DO和高比特?cái)?shù)據(jù)和話音率的1xEV-DV。

　　未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求將對(duì)空中接口技術(shù)提出更嚴(yán)格的要求，如支持IP 和基于IP業(yè)務(wù)。假如滿足上述要求的技術(shù)和頻譜沒(méi)有解決，那么4G系統(tǒng)將難以實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)2010年誕生的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)目標(biāo)是，寬區(qū)域覆蓋下，完全移動(dòng)100Mbit/s數(shù)據(jù)率和本地區(qū)域覆蓋下，約束移動(dòng)1Gbit/s數(shù)據(jù)率。

參考文獻(xiàn)

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----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》