3g移動通信技術研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 早期研究中,對各種不同的接入技術包括TDMA、CDMA、OFDM等進行了實驗和評估。為WCDMA奠定了技術基礎。WCDMA支持384Kbps到2Mbps不等的數據傳輸速率,在高速移動的狀態,可提供384Kbps的傳輸速率,在低速或是室內環境下,則可提供高達2Mbps的傳輸速率。,固定線路Modem也只是56Kbps的速率,由此可見WCDMA是無線的寬帶通訊。此外,在同一些傳輸通道中,它還可以提供電路交換和分包交換的服務。因此,消費者可以同時利用交換方式接聽電話,然后以分包交換方式訪問因特網,這樣的技術可以提高移動電話的使用效率,使得我們可以超越在同一時間只能做語音或數據傳輸的服務的限制。在費用方面,WCDMA因為是借助分包交換的技術。所以,網絡使用的費用不是以接入的時間計算,而是以消費者的數據傳輸量來定[9]。 WCDMA的技術特點WCDMA的發起者主要是歐洲和日本的標準化組織和廠商，WCDMA繼承了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點，標準化進展順利。WCDMA支持高速數據傳輸（慢速移動時384kbit/s，室內走動時2Mbit/s），支持可變速傳輸。其主要特點如下：，從而將用戶信息擴展到較寬的帶寬上（可以根據具體速率要求，選用不同的擴頻因子）。其中FDD要求為上下行鏈路成對分配頻譜，而TDD可以使用不對稱頻譜供上下行鏈路共享，因此從某種意義上說，TDD可以更節省地使用頻譜資源。對于人口密集地帶可選用多個載波覆蓋。，但10ms幀之間用戶的數據容量可變。，擴大了覆蓋范圍。WCDMA空中接口包括先進的CDMA接收機，它利用了多用戶檢測和自適應智能天線技術，這些手段可以較好地提高系統覆蓋和容量。 ，支持系統間的切換。 ，故右避免音頻干擾。另外WCDMA 標準由第三代合作伙伴計劃組織（3GPP）制訂，目前有R9RR5 三個版本完成定稿，正在進行R6版本的制訂工作。每個版本都有獨特的性質，其標準規劃清晰，制定嚴謹。、穩定的R99。目前在全球已經安裝和試開通的WCDMA 網絡都是基于這個版本的。其最大的特征在于網絡結構上繼承了GSM/GPRS 核心網結構。與GSM 不同的是在無線接入網部分引入了全新的無線接口WCDMA，并采用了分組化傳輸，更有利于實現高速移動數據業務的傳輸。在接口方面引入了基于ATM的Iub、Iur和Iu 接口，該版本功能在2000年3月份被確定，目前標準已相當完善。R4 在核心網電路域部分針對R99 基于TDM 的電路核心網進行了很大改進，提出與承載無關的電路交換網絡BICSCN 的概念。R4電路域由MSCServer、GMSCServer、MGW 等實體組成，各實體之間提供標準化的接口；信令可使用IP 承載；語音分組化實現了網絡帶寬動態分配，并且對帶寬要求有所下降。 化的R5。 R5 在接入網部分通過引入IP 技術實現端到端的全IP化。這些技術包括HSDPA（高速下行分組接入，其峰值數據速率可高達10Mb/s，時延更小）和UE 定位增強功能（更多的支持定位業務的實現手段）。特別是在R5 階段引入了IP 多媒體子系統（IMS），疊加在分組域網絡之上，由CSCF（呼叫狀態控制功能）、MGCF（媒體網關控制功能）、MRF（媒體資源功能）和HSS（歸屬簽約用戶服務器）等功能實體組成。R5 在業務方面除原有的CAMEL、OSA 之外，新支持SIPAS。 R6 完成時間尚未確定，目前計劃的R6主要特性包括：UTRAN和CN傳輸增強，無線接口增強，IMSphase2，Presence，Push 業務，多媒體廣播和多播MBMS，LCS、MMS、MeXE、緊急呼叫等增強，數字權限管理DRM，WLAN－UMTS互通，優先業務，通用用戶信息GUP，網絡共享，不同網絡間的互通。 WCDMA的應用現狀及發展探討 截至2008年6月，有91個國家部署了211張WCDMA商用網絡，占3G網絡總數的72%。在中國發牌前，亞洲地區共計擁有12張WCDMA牌照。作為WCDMA技術發展的代表性國家，日本和韓國在WCDMA的發展和應用上起到了先鋒作用，但是歐洲用戶數已超過亞太地區。日本的NTTDoCoMo是全球第一個發展3G的運營商，也是目前全球提供WCDMA技術的最大的3G移動服務運營商。韓國是全球3G業務發展最快的市場之一，韓國三大運營商SKT、KTF和LGT都推出了3G業務。盡管SKT和KTF獲得的是WCDMA的運營許可證，并且也在2004年年初推出了商用業務，但是目前他們仍以CDMA2000的業務為主。歐洲市場的商用網絡部署更加突出。截至2007年底，歐洲就已經累計部署了111個WCDMA商用網絡、96個HSDPA商用網絡和18個HSUPA商用網絡。一些運營商的WCDMA網絡已經形成相當規模，TMobile在德國的WCDMA網絡覆蓋率超過50%，Vodafone在英國的WCDMA網絡覆蓋率達到40%，而Telef243。nica在瑞典的網絡覆蓋率達到了75%。2010年底，全球3G用戶數將接近8億，其中使用WCDMA的用戶數將占到用戶總數的75%。西歐的發展尤其令人矚目，新增移動用戶中WCDMA用戶超過30%。最早進入WCDMA領域是愛立信、摩托羅拉等國外設備商，憑借卓越的研發和市場化能力，他們贏得了WCDMA第一桶金。隨后，從R99版本到HSPA，WCDMA技術經歷了巨大的變化，在這一過程中，中國制造商擁有了后發優勢。綜合2007年以來的公開信息，伴隨中興、華為等國內設備廠商的快速崛起，部分傳統優勢廠商正在逐步衰落。除了北電、摩托羅拉之外，阿爾卡特朗訊和諾基亞西門子在歐洲的傳統優勢供應商地位也正在遭受國內設備商的挑戰。在比利時等地，華為替換了阿朗的WCDMA；羅馬尼亞運營商Zapp、巴西最大運營商BrT則選擇了中興作為UMTS網絡建設的合作伙伴。　　據Gartner統計數據分析，2007年中興通訊無線新增合同全球第一，GSM出貨量同比增長300%，WCDMA系統2007年至2008年間獲11個正式合同，其中4個來自歐洲市場。華為方面則表示，公司2007年無線收入達70億美元。這一成就的取得很大程度上得益于后發優勢。中國聯通此次建設WCDMA網絡，仍將首先給國內企業帶來機會，同時也將帶動WCDMA運營中心向亞洲回歸。中國聯通2008年7月開始的試驗網建設。在上海、深圳、佛山、柳州、鄭州、保定、無錫和武漢八地各進行約100個基站規模的外場測試。“中國聯通移動通信網升級改造項目”將在全國超過200個城市實施。首批招標規模將在7萬基站左右。在2009年的最后一天，中國聯通宣布，經過系列網絡驗證及大量業務驗證測試，WCDMA網絡二期建設的7省（區）50個城市均已具備正式商用條件， 50個城市近日啟動3G正式商用，對外向公眾放號。目前，中國聯通WCDMA網絡已經覆蓋了我國335個大中城市，基本覆蓋全國地市級以上城市（除西藏5個地市以外）、交通干線和重點旅游景區，網絡質量較為理想。 　　從獲得3G牌照到現在，中國聯通WCDMA網絡的建設速度、網絡規模已雙雙創下全球第一。而此前，中國聯通還創造了WCDMA網絡建設和業務開通時間的全球最快紀錄。 　　除了建設網絡外，正式商用以來，中國聯通推出了手機上網、手機電視、可視電話、手機音樂等3G業務，受到消費者青睞。中國聯通還在京發布了“樂媒”業務，該業務創新了傳統彩信業務的編輯發送模式，將多媒體內容編輯和發送融為一體，優化了文本、圖像、音頻和視頻多種媒體信息的相互分享，比傳統彩信操作更加便捷。據了解，目前已有約30款主流WCDMA 制式3G手機支持“樂媒”。這一業務在此時推出，對于3G業務節日市場的開發意義非凡[10]。4. 3G主流技術標準之TDSCDMA TDSCDMA概述TDSCDMA的全稱是Time DivisionSynchronous CodeDivision Multiple Access,即“時分同步碼分多址技術”,該項通信技術也屬于一種無線通信的標準技術,它是由中國第一次提出并在此無線傳輸技術(RTT)的基礎上與國際合作,完成了TD SCDMA標準,成為CDMA TDD標準的一員,這是中國移動通信界的一次創舉,也是中國對第三代移動通信發展的貢獻。在與歐洲、美國各自提出的3G標準的競爭中,中國提出的TDSCDMA已正式成為全球3G標準之一,這標志著中國在移動通信領域已經進入世界領先之列。該方案的主要技術集中在大唐公司手中,它的設計參照了TDD(時分雙工)在不成對的頻帶上的時域模式。TDD模式是基于在無線信道時域里周期地重復TDMA幀結構實現的。這個幀結構被再分為幾個時隙。在TDD模式下,可以方便地實現上/下行鏈路間的靈活切換。這一模式突出的優勢是,在上/下行鏈路間的時隙分配可以被一個靈活的轉換點改變,以滿足不同的業務要求。這樣,運用TDSCDMA這一技術,通過靈活地改變上/下行鏈路的轉換點就可以實現所有3G對稱和非對稱業務。合適的TDSCDMA時域操作模式可自行解決所有對稱和非對稱業務以及任何混合業務的上/下行鏈路資源分配的問題。TDSCDMA的無線傳輸方案靈活地綜合了FDMA,TDMA和CDMA等基本傳輸方法。通過與聯合檢測相結合,它在傳輸容量方面表現非凡。通過引進智能天線,容量還可以進一步提高。智能天線憑借其定向性降低了小區間頻率復用所產生的干擾,并通過更高的頻率復用率來提供更高的話務量。基于高度的業務性,TDSCDMA無線網絡可以通過無線網絡控制器(RNC)連接到交換網絡,如同三代移動通信中對電路和包交換業務所定義的那樣。在最終的版本里,計劃讓TDSCDMA無線網絡與INTERNET直接相連。TDSCDMA所呈現的先進的移動無線系統是針對所有無線環境下對稱和非對稱的3G業務所設計的,它運行在不成對的射頻頻譜上。TDSCDMA傳輸方向的時域自適應資源分配可取得獨立于對稱業務負載關系的頻譜分配的最佳利用率。因此TDSCDMA通過最佳自適應資源的分配和最佳頻譜效率,可支持速率從8kbps到2Mbps的語音、互聯網等所有的3G業務[11]。 TDSCDMA的技術特點TDSCDMA目前主要是中國大唐集團和鼎橋公司在開發，TDSCDMA技術進展迅速：在順利通過信息產業部MTnet一、二階段測試的同時，成功的戶外演示顯示出TDSCDMA走向最終商用的不可逆轉之勢；3G頻譜規劃的出臺，TDD獲得了總共155MHz的頻譜資源，結合TDSCDMA技術在頻譜利用率方面的優勢，必將為TDSCDMA在未來的發展上提供廣闊的空間；TDSCDMA試驗網的成功試運營，也進一步加速了TDSCDMA的產業化及商用進程。TDSCDMA的主要技術特點為：；；采用智能天線技術，提高了頻譜效率；采用同步CDMA技術，降低上行用戶間的干擾和保持時隙寬度；接受機和發射機采用軟件無限電技術；采用聯合檢測技術，降低多址干擾；多時隙，具有上下行不對稱信道分配能力，適應數據業務；采用接力切換，降低掉話率，提高切換的效率；核心網絡基于GSM/GPRS網絡的演進，并保持與他們的兼容性；基站間采用GPS或者網絡同步方式，降低基站間干擾。下面我們就TDSCDMA某些技術特點作具體分析和研究：智能天線是由若干空間分隔的同心圓形天線陣列組成，每個天線的輸出通過多輸入接收機組合在一起，本質上，它是采用數字波束成型技術的自適應天線陣。其突出優點呈現在二個方面:第一，可增加系統容量及覆蓋范圍，借助有用信號和干擾信號在入射角上的差異，選擇恰當的合并權值，將天線陣列方向圖主瓣對準和自適應跟蹤接收信號，而旁瓣或零陷對準主要的干擾信號，從而可有效地抑制干擾，更大比例地降低頻率復用因子。第二，可減少多徑效應，智能天線波束成型算法可將多徑傳播綜合考慮，克服了多徑傳播引起數字無線通信系統性能的惡化，從接收角度看，基站利用智能天線對來自移動臺的多徑電波方向進行波達方向(DOA)估計，并進行空間濾波，也成為上行波束成型，可抑制其它移動臺干擾和多徑干擾。 智能天線的現存問題主要有2個。 第一，在高速移動環境下，性能受到影響。移動通信本身是一個時變信道，終端用戶具有移動性，由于智能天線是由接收信號對上下行波束成型，因多譜勒頻移特性要求TDD的周期不能太長。例如，當移動用戶速度達到，100 Km/h時，其多譜勒頻移接近20 Hz，用戶端在10 ms內的位置變化達到28 CM, TDSCDMA工作在2GHz頻段，已超過一個波長，這對下行波束成型將帶來較大誤差。為此，就要將下TDD周期至少縮短一半，使收發間隔控制在子幀5 ms內，否則，無法保證智能天線的正常算法功能。 第二，在PLMN中，智能天線只能克服一個碼片間隔內的多徑干擾，而無法克服一個碼片時間外多徑時延引起的干擾。 同步CDMA指上行鏈路各終端用戶信號與基站解調器要求完全一致，其同步功能通過軟件設計和物理層幀結構設計實現。具體的實現是根據一定算法由基站向終端用戶發送一個“同步移動指令”。同步CDMA技術可讓使用正交擴頻碼的各個碼道在解擴時完全正交，相互間不會產生多址干擾，從而克服了異步CDMA多址技術存在的問題，大大提高了CDMA系統的容量和頻譜利用率。 同步CDMA技術的問題在于，系統對同步要求非常嚴格，上行同步要求為，1/8 Chip寬度，網絡同步要求為5 us。此外，在移動環境下實現嚴格同步存在難度，特別是高速移動環境中，基站到用戶的電波傳播時間不斷變化，實現嚴格同步更加困難。 聯合檢測技術(JD)是在多用戶檢測技術(MUD)基礎上提出的，TDSCDMA首次在CDMA上采用JD，實現了智能天線與JD技術的有機結合。由于TDSCDMA采用低碼片速率，擴頻增益較小，為了更好地解決智能天線主波束內多用戶干擾問題和克服多徑時延干擾問題，TDSCDMA引入JD算法。JD算法的核心問題是利用智能天線空域濾波的結果、小區內用戶的已知信息、信號估計的結果，對小區內所有用戶信號數據進行聯合檢測，以得到多個用戶的數據信息，從而提取有用用戶信息，并利用所有用戶的信道編碼和信道信息，消除符號間干擾(ISI)和用戶間多址干擾(MAI )。