3G移動(dòng)通信主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)討論

　　摘要：就3G通信的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討，并對(duì)它們進(jìn)行了比較，分析了采用三種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，最后針對(duì)我國(guó)目前3G移動(dòng)通信現(xiàn)狀提出發(fā)展建議。
　　關(guān)鍵詞：3G；WCDMA；CDMA2000；TD-SCDMA；智能天線
　　相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)（1G）和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)（2G），3G通信的名稱繁多，國(guó)際電聯(lián)規(guī)定為“IMT-2000”（國(guó)際移動(dòng)電話2000）標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的電信業(yè)巨頭們則稱其為“UMTS”通用移動(dòng)通信系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，移動(dòng)終端以車速移動(dòng)時(shí)，其傳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)速率為144kbps，室外靜止或步行時(shí)速率為384kbps，而室內(nèi)為2Mbps。但這些要求并不意味著用戶可用速率就可以達(dá)到2Mbps，因?yàn)槭覂?nèi)速率還將依賴于建筑物內(nèi)詳細(xì)的頻率規(guī)劃以及組織與運(yùn)營(yíng)商協(xié)作的緊密程度。
　　一、國(guó)際電聯(lián)接受的3G通信的三大主流標(biāo)準(zhǔn)
　　國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）確定3G通信的三大主流標(biāo)準(zhǔn)分別是WCDMA（寬頻分碼多重存?。?、CDMA2000（多載波分復(fù)用擴(kuò)頻調(diào)制）和TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址接入）。
　　1.WCDMA。WCDMA是一種由3GPP具體制定的，基于GSM MAP核心網(wǎng)，UTRAN（UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)）為無(wú)線接口的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。WCDMA（寬帶碼分多址）是一個(gè)ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）標(biāo)準(zhǔn)，它是從碼分多址（CDMA）演變來(lái)的，在官方上被認(rèn)為是IMT-2000的直接擴(kuò)展，與現(xiàn)在市場(chǎng)上通常提供的技術(shù)相比，它能夠?yàn)橐苿?dòng)和手提無(wú)線設(shè)備提供更高的數(shù)據(jù)速率。WCDMA采用直接序列擴(kuò)頻碼分多址（DS-CDMA）、頻分雙工（FDD）方式，碼片速率為3.84Mcps，載波帶寬為5MHz.基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的帶寬內(nèi)，提供最高384kbps的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率。WCDMA能夠支持移動(dòng)/手提設(shè)備之間的語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)以及視頻通信，速率可達(dá)2Mb/s（對(duì)于局域網(wǎng)而言）或者384Kb/s（對(duì)于寬帶網(wǎng)而言）。
　　但值得我們注意的是WCDMA系統(tǒng)的容量、覆蓋、質(zhì)量三者之間的關(guān)系是相互影響相互制約的，它們?nèi)哂种苯佑绊懼ňW(wǎng)的投資。在規(guī)劃中確定了要滿足的通信質(zhì)量要求之后，需要解決的就是覆蓋與容量間的平衡問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商在規(guī)劃階段的最大挑戰(zhàn)就是容量與覆蓋間的取舍。為了很好地解決WCDMA系統(tǒng)覆蓋與容量之間的矛盾，消除干擾，提升系統(tǒng)容量，滿足用戶業(yè)務(wù)需求，在WCDMA的后續(xù)發(fā)展中產(chǎn)生了許多新技術(shù)。其中最值得關(guān)注的就是高速下行分組接入（HSDPA）。HSDPA是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上／下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不對(duì)稱的需求而提出的一種調(diào)制解調(diào)算法，它可以在不改變已經(jīng)建設(shè)的WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下，把下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率提高到10Mbps。該技術(shù)是WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后期提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。
　　HSDPA采用的關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）和混合自動(dòng)重復(fù)（HARQ）。AMC根據(jù)信道的質(zhì)量情況，選擇最合適的調(diào)制和編碼方式。HSDPA技術(shù)增加了高速下行共享信道（HS－DSCH），并依靠HARQ和AMC對(duì)信道變化進(jìn)行適應(yīng)。不同的用戶在時(shí)分和碼分上共享HS－DSCH信道。為了承載下行信令，還增加了共享控制信道（HS－SCCH），與HS－DSCH相關(guān)的上行采用DPCCH－HS信道，承載HARQ的ACK／NACK信息和信道質(zhì)量測(cè)量指示（CQI）。同時(shí)在NodeB增加了MAC－h(huán)s實(shí)體，該功能實(shí)體包含HARQ和HSDPA的調(diào)度功能以及對(duì)HS－DSCH的控制功能。HSDPA提高下行數(shù)據(jù)速率的一種方法是采用多天線發(fā)射和多天線接收（MIMO）技術(shù)。其他技術(shù)也對(duì)WCDMA網(wǎng)絡(luò)性能的提升提供幫助，比如智能天線SA和多用戶檢測(cè)MUD。前者能顯著提高系統(tǒng)的容量和覆蓋性能，提高頻譜利用率，從而降低運(yùn)營(yíng)商成本，后者通過(guò)對(duì)多個(gè)用戶信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，從而盡可能地減小多址干擾來(lái)達(dá)到提高容量或覆蓋的目的。
　　2.CDMA2000。CDMA2000是由窄帶CDMA（CDMA IS95）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的寬帶CDMA技術(shù)，由美國(guó)主推，該標(biāo)準(zhǔn)提出了從CDMA IS95（2G）——CDMA20001x——CDMA20003x（3G）的演進(jìn)策略。采用的是頻分雙工模式，即上先行鏈路采用不同頻點(diǎn)，這一點(diǎn)與GSM是一樣的。其次，CDMA2000采用的是多載波技術(shù)，即用多路載波傳輸信號(hào)，可以抗多徑效應(yīng)和碼間干擾，從而提高空中接口傳輸速率。
　　3.TD-SCDMA。TD-SCDMA（time-division synchronous code division multiple access），即時(shí)分—同步碼分多址存取，是由我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院提出，與德國(guó)西門子公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。主要技術(shù)特點(diǎn)：時(shí)分雙工技術(shù)、智能天線技術(shù)和軟件無(wú)線電技術(shù)。
　　（1）時(shí)分雙工技術(shù)。在TDD（時(shí)分同步）模式下，TD-SCDMA采用在周期性重復(fù)的時(shí)間幀里傳輸基本TDMA突發(fā)脈沖的工作模式（與GSM相同），通過(guò)周期性轉(zhuǎn)換傳輸方向，在同一載波上交替進(jìn)行上下行鏈路傳輸。
　?。?）智能天線技術(shù)。智能天線系統(tǒng)由一組天線及相連的收發(fā)信機(jī)和先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理算法構(gòu)成，能有效產(chǎn)生多波束賦形，每個(gè)波束指向一個(gè)特定終端，并能自動(dòng)跟蹤移動(dòng)終端。
　　在接收端，通過(guò)空間選擇性分集，可大大提高接收靈敏度，減少不同位置同信道用戶的干擾，有效合并多徑分量，抵消多徑衰落，提高上行容量；在發(fā)送端，智能空間選擇性波束成形傳送，降低輸出功率要求，減少同信道干擾，提高下行容量。
　　智能天線改進(jìn)了小區(qū)覆蓋，智能天線陣的輻射圖形完全可用軟件控制，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要調(diào)整等使原覆蓋改變時(shí)，均可通過(guò)軟件非常簡(jiǎn)單地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。此外，智能天線降低了無(wú)線基站的成本，智能天線使等效發(fā)射功率增加，用多只低功率放大器代替單只高功率放大器，可大大降低成本，降低對(duì)電源的要求及增加可靠性。
　　智能天線無(wú)法解決的問(wèn)題是時(shí)延超過(guò)碼片寬度的多徑干擾和高速移動(dòng)多普勒效應(yīng)造成的信道惡化。因此，在多徑干擾嚴(yán)重的高速移動(dòng)環(huán)境下，智能天線必須和其它抗干擾的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)同時(shí)使用，才可能達(dá)到最佳效果。這些數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)包括聯(lián)合檢測(cè)、干擾抵消及Rake接收等。
　　（3）軟件無(wú)線電技術(shù)。軟件無(wú)線電是利用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基帶信號(hào)，通過(guò)加載不同的軟件，可實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。
　　二、三個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較
　　WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA都屬于寬帶CDMA技術(shù)。寬帶CDMA進(jìn)一步拓展了標(biāo)準(zhǔn)的CDMA概念，在一個(gè)相對(duì)更寬的頻帶上擴(kuò)展信號(hào)，從而減少由多徑和衰減帶來(lái)的傳播問(wèn)題，具有更大的容量，可以根據(jù)不同的需要使用不同的帶寬，具有較強(qiáng)的抗衰落能力與抗干擾能力，支持多路同步通話或數(shù)據(jù)傳輸，且兼容現(xiàn)有設(shè)備。WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA都能在靜止?fàn)顟B(tài)下提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，但三者的一些關(guān)鍵技術(shù)仍存在著較大的差別，性能上也有所不同。
　　1.雙工模式。WCDMA與CDMA2000都是采用FDD（頻分?jǐn)?shù)字雙工）模式，TD-SCDMA采用TDD（時(shí)分?jǐn)?shù)字雙工）模式。FDD是將上行（發(fā)送）和下行（接收）的傳輸使用分離的兩個(gè)對(duì)稱頻帶的雙工模式，需要成對(duì)的頻率，通過(guò)頻率來(lái)區(qū)分上、下行，對(duì)于對(duì)稱業(yè)務(wù)（如語(yǔ)音）能充分利用上下行的頻譜，但對(duì)于非對(duì)稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如互聯(lián)網(wǎng)）時(shí)，由于上行負(fù)載低，頻譜利用率則大大降低。TDD是將上行和下行的傳輸使用同一頻帶的雙工模式，根據(jù)時(shí)間來(lái)區(qū)分上、下行并進(jìn)行切換，物理層的時(shí)隙被分為上、下行兩部分，不需要成對(duì)的頻率，上下行鏈路業(yè)務(wù)共享同一信道，可以不平均分配，特別適用于非對(duì)稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如互聯(lián)網(wǎng)）。TDD的頻譜利用率高，而且成本低廉，但由于采用多時(shí)隙的不連續(xù)傳輸方式，基站發(fā)射峰值功率與平均功率的比值較高，造成基站功耗較大，基站覆蓋半徑較小，同時(shí)也造成抗衰落和抗多普勒頻移的性能較差，當(dāng)手機(jī)處于高速移動(dòng)的狀態(tài)下時(shí)通信能力較差。WCDMA與CDMA2000能夠支持移動(dòng)終端在時(shí)速500公里左右時(shí)的正常通信，而TD-SCDMA只能支持移動(dòng)終端在時(shí)速120公里左右時(shí)的正常通信。TD-SCDMA在高速公路及鐵路等高速移動(dòng)的環(huán)境中處于劣勢(shì)。
　　2.碼片速率與載波帶寬。WCDMA（FDD-DS）采用直接序列擴(kuò)頻方式，其碼片速率為3.84Mchip/s。CDMA20001x與CDMA20003x的區(qū)別在于載波數(shù)量不同，CDMA20001x為單載波，碼片速率為1.2288Mchip/s，CDMA20003x為三載波，其碼片速率為1.2288×3＝3.6864Mchip/s。TD-SCDMA的碼片速率為1.28Mchip/s。碼片速率高能有效地利用頻率選擇性分集以及空間的接收和發(fā)射分集，可以有效地解決多徑問(wèn)題和衰落問(wèn)題，WCDMA在這方面最具優(yōu)勢(shì)。
　　載波帶寬方面，WCDMA采用了直接序列擴(kuò)譜技術(shù)，具有5MHz的載波帶寬。CDMA20001x采用了1.25MHz的載波帶寬，CDMA20003x利用三個(gè)1.25MHz載波的合并形成3.75MHz的載波帶寬。TD-SCDMA采用三載波設(shè)計(jì)，每載波具有1.6M的帶寬。載波帶寬越高，支持的用戶數(shù)就越多，在通信時(shí)發(fā)生網(wǎng)塞的可能性就越小。在這方面WCDMA具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mchip/s的碼片速率，采用TDD雙工模式，因此只需占用單一的1.6M帶寬，就可傳送2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而WCDMA與CDMA2000要傳送2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，均需要兩個(gè)對(duì)稱的帶寬，分別作為上、下行頻段，因而TD-SCDMA對(duì)頻率資源的利用率是最高的。
　　3.越區(qū)切換技術(shù)。WCDMA與CDMA2000都采用了越區(qū)“軟切換”技術(shù)，即當(dāng)手機(jī)發(fā)生移動(dòng)或是目前與手機(jī)通信的基站話務(wù)繁忙使手機(jī)需要與一個(gè)新的基站通信時(shí)，并不先中斷與原基站的聯(lián)系，而是先與新的基站連接后，再中斷與原基站的聯(lián)系，這是經(jīng)典的CDMA技術(shù)?！败浨袚Q”是相對(duì)于“硬切換”而言的。FDMA和TDMA系統(tǒng)都采用“硬切換”技術(shù)，先中斷與原基站的聯(lián)系，再與新的基站進(jìn)行連接，因而容易產(chǎn)生掉話。由于軟切換在瞬間同時(shí)連接兩個(gè)基站，對(duì)信道資源占用較大。而TD-SCDMA則是采用了越區(qū)“接力切換”技術(shù)，智能天線可大致定位用戶的方位和距離，基站和基站控制器可根據(jù)用戶的方位和距離信息，判斷用戶是否移動(dòng)到應(yīng)切換給另一基站的臨近區(qū)域，如果進(jìn)入切換區(qū)，便由基站控制器通知另一基站做好切換準(zhǔn)備，達(dá)到接力切換目的。接力切換是一種改進(jìn)的硬切換技術(shù)，可提高切換成功率，與軟切換相比可以減少切換時(shí)對(duì)鄰近基站信道資源的占用時(shí)間。
　　在切換的過(guò)程中，需要兩個(gè)基站間的協(xié)調(diào)操作。WCDMA無(wú)需基站間的同步，通過(guò)兩個(gè)基站間的定時(shí)差別報(bào)告來(lái)完成軟切換。CDMA2000與TD-SCDMA都需要基站間的嚴(yán)格同步，因而必須借助GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）等設(shè)備來(lái)確定手機(jī)的位置并計(jì)算出到達(dá)兩個(gè)基站的距離。由于GPS依賴于衛(wèi)星，CDMA2000與TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)布署將會(huì)受到一些限制，而WCDMA的網(wǎng)絡(luò)在許多環(huán)境下更易于部署，即使在地鐵等GPS信號(hào)無(wú)法到達(dá)的地方也能安裝基站，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫覆蓋。而且GPS是美國(guó)的系統(tǒng)，若將移動(dòng)通信系統(tǒng)建立在GPS可靠工作的基礎(chǔ)上，將會(huì)受制于美國(guó)的GPS政策，有一定的風(fēng)險(xiǎn)。
　　4.與第二代系統(tǒng)的兼容性。WCDMA由GSM網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡而來(lái)，雖然可以保留GSM核心網(wǎng)絡(luò)，但必須重新建立WCDMA的接入網(wǎng)，并且不可能重用GSM基站。CDMA20003x從CDMA IS95、CDMA20001x過(guò)渡而來(lái)，可以保留原有的CDMA IS95設(shè)備。TD-SCDMA系統(tǒng)的的建設(shè)只需在已有的GSM網(wǎng)絡(luò)上增加TD-SCDMA設(shè)備即可。三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，WCDMA在升級(jí)的過(guò)程中耗資最大。
　　三、結(jié) 語(yǔ)
　　三種主流的3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，在技術(shù)上各有千秋，從我國(guó)目前的情況來(lái)看，不會(huì)出現(xiàn)哪種標(biāo)準(zhǔn)“一統(tǒng)江湖”的局面，而至于誰(shuí)能在3G時(shí)代占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，關(guān)鍵是看哪個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更符合市場(chǎng)需求和競(jìng)爭(zhēng)的需要，更能充分發(fā)揮3G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。與2G相比，3G最大的優(yōu)勢(shì)是能夠提供至少384Kbps的高速數(shù)據(jù)接入，除可承載原有的話音業(yè)務(wù)和短信業(yè)務(wù)外，它還能夠開(kāi)設(shè)許多新的業(yè)務(wù)。作為全球最大的移動(dòng)通信市場(chǎng)，中國(guó)3G的發(fā)展無(wú)疑將對(duì)世界移動(dòng)通信市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，因此中國(guó)3G的未來(lái)發(fā)展走向必然備受關(guān)注。
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