第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)及其主要無線技術(shù)

2019-11-05 02:31:30

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供稿：網(wǎng)友

　　侯晶晶　張　輝
　　
　　侯晶晶：現(xiàn)為西安電子科技大學(xué)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(xué)教授。
　　
　　　　摘要：本文首先介紹了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(又稱IMT－2000)，然后通過對(duì)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(dòng)通信網(wǎng)的主要無線傳輸技術(shù)。
　　
　　　　要害詞：3G; IMT－2000; 寬帶CDMA; cdma－2000
　　
　　　　引　言
　　
　　第三代無線移動(dòng)通信網(wǎng)，通常稱為3G，正在被國內(nèi)外移動(dòng)通信界積極地研究和熱烈地探討著，并預(yù)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(dòng)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(gè)人通信系統(tǒng)最強(qiáng)有力的備選方案。在歐洲，美國，日本以及韓國，對(duì)寬帶CDMA的研究也有很大的進(jìn)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(dòng)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(dòng)第三代移動(dòng)通信發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＷ?985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(dòng)電話系統(tǒng)（FPLMTS），在ETSI，UMTS的標(biāo)準(zhǔn)化則始于1900年子技術(shù)委員會(huì)SMG5成立時(shí)。IMT－2000空中接口方案的主要目標(biāo)可簡要如下：
　　
　　　　?全覆蓋和移動(dòng)時(shí)，比特速率為144Kb/s，最佳可達(dá)384Kb/s
　　
　　　　?有限覆蓋和移動(dòng)時(shí)，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(duì)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(shí)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(duì)象，最終，市場需求將決定在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的商業(yè)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)化組織也已經(jīng)制定了IMT－2000的首選技術(shù)。1997年初，負(fù)責(zé)日本無線標(biāo)準(zhǔn)化的無線工業(yè)和商業(yè)協(xié)會(huì)（ARIB）決定繼續(xù)進(jìn)行寬帶CDMA標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)方面的制定，日本提出的技術(shù)加速了歐美標(biāo)準(zhǔn)化的工作，同年，日本的要害參數(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(qiáng)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(yùn)營者的支持。對(duì)于TDD頻段，選擇了時(shí)分CDMA (TD－CDMA)的概念。1998年3月，美國負(fù)責(zé)IS－95標(biāo)準(zhǔn)化的通信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）TR45.5委員會(huì)采用了一種后向兼容IS－95的寬帶CDMA框架，稱為cdma－2000。負(fù)責(zé)IS－136標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，在5MHz帶寬內(nèi)可以獲得這一速率并具有適當(dāng)?shù)娜萘浚谙薅l件下，甚至可以達(dá)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(dāng)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(fù)雜的擴(kuò)頻技術(shù)
　　
　　　　?相關(guān)的下行鏈路使用用戶專用的導(dǎo)頻信號(hào)
　　
　　　　?上行鏈路附加導(dǎo)頻信道來進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化重點(diǎn)放在了寬帶CDMA的以下兩個(gè)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(jìn)一步的研究。所有的方案都瞄準(zhǔn)了IMT－2000無線傳輸技術(shù)選擇的進(jìn)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(gè)統(tǒng)一的全球空中接口，各個(gè)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)。而且，在這些標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)TIA TR45.5的子委會(huì)TR45.5.4負(fù)責(zé)基于cdma－2000概念的選擇。像其它寬帶CAMA方案一樣其目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)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(kuò)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(kuò)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(kuò)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(shí)，地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織的活動(dòng)將進(jìn)一步改進(jìn)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(dòng)通信系統(tǒng)，對(duì)于能夠有效滿足第三代移動(dòng)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(jìn)行著。為了跟上國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的努力進(jìn)展，基于CDMA的衛(wèi)星無線接入方案也已經(jīng)提交給ITU RTT。

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