1、第3章 3G移动通信系统3.1 CDMA2000移动通信移动通信系统系统3.2 WCDMA 移动通信移动通信系统系统3.3 TD SCDMA 移动通信系统移动通信系统 3.1 3.1 CDMA2000CDMA2000移动通信移动通信系统系统3.1.1 CDMA20003.1.1 CDMA2000概述概述 CDMA2000(CodeDivisionMultipleAccess2000)也称为 CDMA Multi Carrier,是一个3G移动通信标准,国际电信联盟ITU 的IMT 2000标准认可的无线电接口,也是2GCDMA One标准的延伸。CDMA2000代表厂商有高通、朗讯、摩托罗拉和
2、北方电讯。这一标准由美国高通北美公司为主导提出,是基于IS 95CDMA 的宽带CDMA 技术,可以保护基于IS 95的窄带CDMA 的投资,受到了 CDMA 发展集团、宽带扩频数字技术电信工业委员会等协会和标准化组织的支持。这套系统是从窄频 CDMA One数字标准衍生出来的,可以从原有的 CDMA One结构直接升级到3G。其技术特点是反向信道连续导频、相干接收,前向发送分集,电磁干扰影响小,建设成本低廉。其中从 CDMA20001x之后均属于第三代技术。但目前使用 CDMA的地区只有日、韩、北美和中国,所以相对于 WCDMA 来说,CDMA2000的适用范围要小些,使用者和支持者也要少些
3、。不过CDMA2000的研发技术却是目前3G 各标准中进度最快的,许多3G 手机已经率先面世。CDMA2000根本的信令标准是IS 2000。CDMA2000与另两个主要的3G 标准 WCDMA 及 TD SCDMA 不兼容。在同步方式上,沿用 CDMAIS 95方式采用 GPS使基站间严格同步,以取得较高的组网与频谱利用率,有效地使用无线资源。与现存的 TIA/EIA 95B系统具有无缝的互相操作性和切换能力,可实现 CDMAOne向 CDMA2000系统平滑过渡演进。核心网协议可使用IS 41、GSM MAP以及IP骨干网标准。前向发射分集。前向和反向空中接口的快速功率控制。采用 Turb
4、o编码。辅助导频信道。灵活帧长,可变帧长的分组数据控制信道操作(5ms和20ms)。前向和反向同时采用导频辅助的相干解调。可选择较长的交织器。3.1.2 CDMA2000标准发展历程标准发展历程作为第三代移动通信技术的一个主要代表,CDMA2000由 CDMA One演进而来。它是美国向ITU T 提出的第三代移动通信空中接口标准的建议,同时也是IS95标准向第三代移动通信系统演进的技术体制方案。图31为 CDMA 网络系统演进过程示意图。一般认为,IS95A/B标准属于第二代移动通信技术标准。IS95A 是1995年5月由美国电信工业协会(TIA)正式颁布的窄带 CDMA 标准。1999年3
5、月,IS 95B标准制定完成,它是IS95A 的进一步发展,其主要目标是满足更高比特速率业务的需求。IS95B可提供的理论最大比特速率为115kb/s,实际只能实现64kb/s。IS95A 和IS95B均是系列标准,其总称为IS95。CDMA One是基于IS95标准的各种 CDMA 产品的总称,即所有基于 CDMA One技术的产品,其核心技术均以IS95作为标准。图31 CDMA 网络系统演进过程示意图1.CDMA20001xCDMA20001x标准是由 CDMAIS 95标准演进而来的,其语音容量为IS 95系统的2倍,并提供高达307.2kb/s(A 版本)的峰值速率,同时在无线信道类
6、型、物理信道调制和无线分组接口功能上都有很大的增强。CDMA20001x是一种成熟的、经过商用验证的技术,目前全球用户数量已超过11800万。CDMA20001x是 CDMA2000移动通信系统的第一个阶段,其主要特点就是与现有的IS 95A/B系统后向兼容。由于CDMA20001x具有快速寻呼信道的功能,因而极大地减少了终端的电源消耗,终端的待机时间提高了近50%。网络部分则根据数据传输的特点引入了分组交换机制,支持移动IP业务,支持 QoS,能适应更多、更复杂的第三代业务。CDMA20001x0是 CDMA20001x的最初版本,于1999年7月公布,它为多载波模式定义了物理层,可实现大容
7、量的语音和分组数据业务,其数据速率可达153kb/s。0版本采用了质量指示器位(QIB)模式的前向快速功率控制和观察时间差(OTD)模式的前向发送分集技术,支持快速寻呼信道和反向导频信道,并可为用户同时提供多种类型的业务。2000年3月公布的 A 版本,数据速率可达307.2kb/s,其前向快速功率控制采用 QIB模式,前向发送分集为同步传输信号(STS)模式,支持辅助导频,支持 QoS功能。它在0版本的基础上 增 加 了 新 的 公 共 信 道(F BCCH,F CCCH,F CACH,F CPCCH,R EACH和 R CCCH),采用了无线链路协议(RLP)来保证全速率数据业务的可靠传输
8、,支持并发业务和增强型的加密协议,同时提供对多媒体业务的信令支持。2002年4月公布的 B版本与 A 版本基本相同,主要增加了“援救”信道,以提高通话的可靠性,降低掉话率。CDMA20001xC版本公布于2002年5月,在前向链路(从基站到移动台)中引入了高速数据支持能力,前向链路最大数据速率可达3.1 Mb/s。CDMA20001xD 版本公布于2004年3月,其反向链路(从移动台到基站)最大数据速率可达1.8 Mb/s。CDMA20001xC版本和 D版本又称为1xEV DV。2.1xEV DO目前 CDMA20001xEV DO 发布了两个版本,即 Release0和 ReleaseA,
9、两个版本在功能特点和信道结构方面相差很大。Release0支持的前、反向峰值速率分别为2.4Mb/s和153.6kb/s,而 ReleaseA 在 Release0的基础上通过对前、反向链路的改进,增强和引入新技术,使得前向链路支持的峰值速率达到3.1Mb/s,反向链路支持的峰值速率达到1.8Mb/s。迄今为止,3GPP2关于1xEV DORelease0的相关标准都已经发布,我国 CDMA20001xEV DORelease0系列的参考性技术文件也已经发布,相应的行业标准已经报批通过,主要包括空中接口技术要求、A 接口技术要求、设备技术要求、测试方法等。3.1xEVDV1xEVDV 系统提供
10、混合高速数据和话音业务。1xEV DV 与 CDMA2000系列标准完全后向兼容,与 ANSI41核心网标准也兼容。1xEVDV 对应有 CDMA20001xC版本和CDMA20001xD版本两套标准,C版本主要改进和增强了CDMA20001x的前向链路,前向最高峰值速率达到3.1Mb/s。在此基础上,D 版本改进和增强了反向链路,使反向最高峰值速率达到1.8Mb/s,而在C版本中反向峰值速率只有230.4kb/s。在3GPP2会议上,与 CDMA20001xEVDV 相关的标准系列(空中接口技术要求、A 接口技术要求、设备技术要求、测试方法)已经陆续出台,现在进行的只是文字或细节上的修订。与
11、 CDMA20001xB 之 前 的 版 本 相 比,CDMA20001xC 版 本 中 增 加 了 许 多 新特性。CDMA20001xC版本结合了诸多的新技术,如自适应调频和编码(AMC),混合自动请求重传(HARQ)和采用 TDM/CDM 混合技术的高速分组数据信道(F PDCH),使前向数据传输速度可高达3.1Mb/s。在 CDMA20001xC版本中,通过多个业务信道的组合,可支持多种不同 QoS要求的业务。CDMA2000制定1xEVDV 标准的一个目标是必须继续支持语音及其他已有的业务;网络方面,运营商可以由 CDMA20001x系统平滑演进到1xEV DV;终端方面,由于1xE
12、VDV 的后向兼容性,用户也可保证使用同一手机在整个网络中得到服务。3.1.3 CDMA2000的优势的优势CDMA2000能实现对IS95系统的完全兼容,技术延续性好,可靠性较高,同时其也成为从第二代向第三代移动通信过渡最平滑的选择。由于所采用的基本技术始终为CDMA,单个载波信道占用的带宽始终为1.25MHz,因此IS95、CDMA20001x、1xEV的演进路线是清晰的。无论是移动终端还是基站,都能够前、后向兼容,是一种真正意义的平滑过渡。所以,CDMA2000技术是一种最大程度考虑了运营商投资利益的技术标准,它可以使现有IS 95的运营商从中获取最大程度的投资保护而非常平滑地过渡到第三
13、代移动通信系统,并针对不同的最终用户群体提供灵活的业务选择,使他们可以各取所需,从而给运营商带来最大的投资回报。在这里我们比较一下另一种第三代移动通信技术 UMTS(W CDMA)的演进之路,由于 GSM 采用的是 TDMA(时分多址)调制方式,而 W CDMA 采用了 CDMA(码分多址)调制方式,二者存在本质差异,其空中信道无法兼容,因而在由 GSM 向 W CDMA 的过渡中,数量最大、成本最高的基站子系统无法兼容。因此,升级到第三代技术后,基站必须更换或新增,所谓平滑过渡至少在基站方面是无法实现的。因此 GSM 手机无法在 WCDMA 网络中使用,而 W CDMA 手机也无法在 GSM
14、 网中使用,只有使用双模、多频手机,才能跨网互通。为要达到系统升级和支持用户跨代互通,运营商与用户都要付出非常高的代价。而对于 CDMA2000的演进来说,由于空中接口标准的兼容及载频的重合,IS95的终端可以漫游到 CDMA20001x及1xEV 系统,CDMA2000的终端在IS95的系统中也能够正常使用,即对用户来说,购买终端的投资得到了最大程度的保护。对运营商而言,系统升级可按需求逐步实施,经济效益较高。3.1.4 CDMA2000系统未来发展演进系统未来发展演进CDMA2000演进目标主要包括:提升宽带无线终端用户体验;支持演进的 MMD/IMS服务;提升端到端服务质量保证;进一步提
15、高语音用户容量;支持总宽带到20 MHz和多载波;提高峰值传输速率和系统容量;降低系统时延;支持灵活的频谱分配;支持动态信道分配;最小化控制和信令开销;降低资本支出和运营支出的每比特开销;支持与其他无线接入网络之间的无缝切换;短期演进应支持后向兼容。总之,基本目标是在保护现有投资和后向兼容的前提下,提高峰值速率和系统容量,在领导市场的同时提升用户体验。CDMA 的演进主要分为两个阶段:第一阶段:实现多载波,载波数 N 为115(其中 N 等于1是为了保证后向兼容),使用 SDMA(空 分 多 址)、发 送/接 收 分 集 和 天 线 阵 列 等 技 术,前 向 峰 值 速 率 可 以 达 到4
16、6.5Mb/s,反向达到27 Mb/s。目前,与此有关的 EV DO Rev.B标准的制定工作正在3GPP2中紧锣密鼓的进行。第二阶段:目标是进一步提高 频 谱 利 用 率 和 峰 值 数 据 速 率,并 降 低 时 延;使 用 干扰消除(IC,InterferenceCancellation)等技 术 增 强 NxEV DO 系 统 性 能;新 的 空 中 接口工作频带大于20 MHz,并在频 率 选 择 信 道 状 况 下 具 有 良 好 的 性 能,前 向 峰 值 数 据速率可 提 高 到 100 Mb/s1Gb/s,反 向 达 到 50 Mb/s100 Mb/s;可 引 入 OFDM、
17、MIMO 等技术。3.2.1 WCDMA概述概述我国拥有世界上最大的 GSM 网络,而 WCDMA 有极强的兼容性,运营商只需在网络上增添一些软硬件即可使现有的 GSM 升级为 WCDMA,所以采用 WCDMA 可以保护已经对 GSM 的投资。与 GSM 移动通信方式相比,WCDMA 在技术上的先进性体现在多个方面,具有以下技术特点。3.2 WCDMA 移动通信系统移动通信系统(1)高系统容量。WCDMA 属于宽带系统,抗衰落性能好;同时,采用快速功率控制技术,使发射机的发射功率总是处于最小水平,能够较好的克服快速衰落等不利因素对无线信道的影响,保证信道传输质量,从而减少多址干扰。(2)多业务
18、种类。与第二代移动通信系统相比,WCDMA 系统可以依托高速数据传输提供和开展更加丰富的业务种类。从技术实现的角度将主要业务分为两大类:电路域业务(CS)和分组域业务(CS)。其中,电路域业务主要包括普通语音业务和增强型语音业务(如视频电话、VOIP等);分组域业务主要包括移动互联网业务(如网页浏览、文件下载等)、移动消费类业务(如多媒体邮件、移动 QQ、多媒体短消息(MMS)、基于位置类的业务(如交通导航和合法跟踪等)和个人服务类业务(如音视频点播、移动支付、股票信息等)。(3)高数据速率。现有的第二代移动通信系统(以 GSM 和IS95为代表)主要以提供语音业务为主,即使演进到2.5G 代
19、,即 GSM 演进到 GPRS或者IS95演进到 CDMA20001x后,也只能提供有限的数据传输速率(307.2kb/s)。而 WCDMA 的数据速率将比第二代有大幅度的改进,支持语音、分组数据和多媒体业务,能够满足最高速率达2Mb/s的数据吞吐量,当演进到 HSDPA 之后,其峰值速率能达到14.4Mb/s。(4)更可靠的无线传输。无线传播环境是复杂的,无线信道也是较恶劣的通信介质。由于它的特性难以预测,一般根据实际测量的数据以统计的方法来表征无线信道模型。通常认为无线信道具有莱斯或瑞利特性,其中瑞利衰落信道是最恶劣的无线信道。同时,频率选择性衰落和多径也是无线传输过 程 中 面 临 的
20、普 遍 现 象。由 于 WCDMA 是 宽 带 信 号(信 号 带 宽 是 5 MHz),WCDMA 宽带信号可以更好地抗频率选择性衰落,保证传输性能。另外,由于 WCDMA发射信号带宽比信道的相干带宽更宽,可以采用 RAKE 接收机对多径分量进行分离和合并,使得 WCDMA 具有更好的多径接收处理能力。此外,WCDMA 通过采用发射分集技术,可以更有效地保证无线传输质量。(5)更高的语音质量。WCDMA采用 AMR(自适应多速率)语音编码技术,语音传输速率最高达到12.2kb/s。WCDMA 的带宽达到5MHz,使得其具有更大的扩频因子,从而带来更高的处理效益;同时,宽带使其具有更强的多径分
21、辨能力,改善 RAKE接收机性能,通过交织和卷积编码技术也可有效克服传输误码。通过采用这些技术,使得 WCDMA 网络语音质量可接近固定网络的语音质量。(6)更低的传送功率。WCDMA 系统具有更高的接收灵敏度,终端需要的发射功率可以降到很低。另外,通过采用快速功率控制技术,可以有效降低发射功率。软切换性能也能提高上行信道的处理增益,同时进一步降低对终端发射功率的要求。一,WCDMA 语音终端的最大发射功率为21dB(毫 瓦 分 贝),在 信 道 较 好 的 条 件 下 进 行 实 测,其 发 射 功 率 一 般 小 于 0dBm(1mW),而 GSM900的终端最大发射功率则为33dBm(约
22、为2 W)。可见,与 GSM 终端相比,WCDMA 终端的电磁辐射少,对人身体影响很小,是真正意义上的绿色手机。同时由于发射功率低,使得其待机时间更长。3.2.2 WCDMA标准发展历程标准发展历程根据3GPP的发展和目前的计划,WCDMA 的发展将经历几个阶段,可以用3GPP的版本号来区别,如图32所示:图32 WCDMA的技术演进路线3GPP的 R99版本在2000年3月冻结,它最大限度地保护了 GSM 网络在电路域的投资,实现充分的向下兼容,网络的规划和建设与传统的电路网相同。对既有的 GSM 网络运营商而言,这种方式可能带来投资的节省,但系统由于经过一次编/解码转换,增加了语音时延和语
23、音质量的损伤。R4版本在2001年3月冻结,它在电路域引入了软交换,实现了承载与控制相分离的网络结构,实现了类似于 NGN 开放式的网络架构,由 MSC 服务器和 MGW 媒体网关配合,实现了传统的节点式交换机的呼叫接续和控制功能。R5版本在2002年8月功能冻结,在无线接口上引入了高速下行分组接入(HSDPA,HighSpeedDownlinkPacketAccess)技术,使得下行传输速率理论上能够达到14.4Mb/s。在核心网的分组域引入了IP多媒体子系统(IMS,IP MultimediaSubsystem)。R6版本在2005年3月功能冻结,在无线接口上引入了用于增强上行分组域数据速
24、率的高速上行分组接入(HSUPA,HighSpeedUplinkPacketAccess)技术。在核心网的分组域进一步完善了IMS系统的接口功能。R7阶段延续 R6工作,完善无线接入网络、核心网、空中接口和业务。在无线接口和无线接入网络侧,增加了对2.6GHz,900MHz、1.7GHz等新频段的支持,特别对 TDD复用方式子集进行增强,包括 TDD下采用新的码片速率和对上行信道的增强。采用 MIMO多天线技术提高无线链路增益,增加了系统容量,并对 HSDPA/HSUPA 支持游戏业务进行了定义。开放天线塔与基站之间的接口,研究了分组数据用户在线问题。另外,通过优化信令、减小包头等方式缩短 C
25、S和 PS呼叫建立时延和传输时延。在核心网络,增加 CCCF实体实现 CS与IMS之间语音呼叫连续性,引入新的功能实体PCRF实现 QoS策略控制和计费系统的融合,在 UE 和 GGSN 之间的用户平面直接建立隧道进行对接。对 MBMS、IMS多媒体电话、SMS、VGCS、紧急数据呼叫等业务也进行了严格定义,使IMS业务得到大大丰富。R8阶段力图 在 现 有 系 统 基 础 架 构 和 空 口 技 术 下,通 过 采 用 高 阶 调 制、OFDM 和MIMO,增强 NodeB对切换和无线资源管理的能力、用户平面采用单隧道、增加 NodeB与核心网络接口等方式达到与 LTE基本相似的系统延时和传
26、输速率,LTE的峰值速率为上行50Mb/s,下行100Mb/s。3.2.3 WCDMA优势优势WCDMA 源于欧洲和日本几种技术的融合,它是基于 GSM 的第三代主流技术,相比其他系统而言,具有如下优势:WCDMA 具有很强的兼容性,运营商只需在网络上增添一些软硬件即可使现有的GSM 升级为 WCDMA,所以采用 WCDMA 可以保护已经对 GSM 的投资。WCDMA系统是宽带直接序列扩展码分多址(DS CDMA)系统,即用户的信息比特和来自CDMA扩频码序列集的伪随机序列比特(也称为码片)相乘,得到频域内的宽带信号。WCDMA系统采用了变扩频因子和多码传输技术,实现高速的物理连接(达2Mb/
27、s)。WCDMA 系统的码片速率达3.84 Mc/s,载波带宽约5 MHz。WCDMA 的带宽特性支持高速的用户数据传送和更好的多径分集效果。网络运营商可以用多个小区层的方式实现多个5 MHz的带宽以增加容量。按照载波间干扰的大小,实际载波的宽度在4.45MHz间选择,载波间的空白频带是200kHz的倍数。WCDMA 支 持 变 用 户 速 率 传 输,即 可 以 实 现 带 宽 点 播(BoD,BandwidthonDemand)业务,每10ms的用户帧内的速率保持恒定,但是帧与帧间所承载的用户信息量可以变化。这种快速无线容量分配技术由网络控制,以优化分组数据业务的流量。WCDMA支持频分复
28、用(FDD)和时分复用(TDD)。在FDD模式下,上行链路和下行链路各占用5MHz的频带,而在 TDD模式下,上行链路和下行链路时分复用5MHz的频带。WCDMA的基站间采用准同步方式,使得网络拓展到室内和微蜂窝环境时的成本低。WCDMA 系统因为采用了导频符号和公共导频信道,所以上行链路和下行链路都采用相关检测。在上行链路上采用相关检测,可以带来上行链路容量和覆盖范围的增加。WCDMA 的空中接口定义有助于使用多用户检测和智能天线技术等新技术,网络运营商可以通过在系统中配置新技术来增加容量和覆盖范围。WCDMA 网络支持与 GSM 网络的接口。采用软件无线电先进技术,实现智能天线和多用户检测
29、等基带数字信号处理,是系统可以灵活使用新技术的关键,同时也可以降低产品开发周期和成本。3.2.4 WCDMA系统未来发展演进系统未来发展演进1)WCDMA 的技术发展未来 WCDMA 技术的发展与 UMTS技术体系紧密联系,因此提到 WCDMA 总免不了需要先介绍下 UMTS技术体系。所谓 UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem,通用移动通信系统),指的是欧洲电信标准协会 ETSI提出的3G 技术体系。作为一个完整的3G 移动通信技术体系,UMTS技术体系中最重要的组成部分是空中接口,但是并不仅限于空中接口,它的主体还包括无线接入网络和分组化的
30、核心网络。UMTS形成了一个庞大而内部又相对独立的技术体系。UMTS技术体系中定义了三种空中接口:基于 FDD工作方式的 WCDMA、基于 TDD工作方式的 TD CDMA 及 TD SCDMA。其中,WCDMA 是 UMTS技术体系中最主要的空中接口。由 于 空 中 接 口 技 术 决 定 了 移 动 通 信 系 统 的 特 性,因 此 我 们 通 常 把 采 用WCDMA 技术的 UMTS系统简称为 WCDMA 系统,不光包括无线网络,还包括核心网络,下文中也使用这样的简便称呼。UMTS技术体系由3GPP(3rdGenerationPartnershipProject,3G 伙伴项目)组织
31、负责进行 标 准 化 工 作。3GPP 是 一 个 全 球 范 围 的 标 准 化 组 织,主 要 担 负 GSM 演 进 为WCDMA 过程中标准的研究工作。3GPP为 UMTS技术体系制定了一系列的规范,这些规范按时间划定了不同的版本,每个版本都包含相应的功能。UMTS技术体系到2010年已经划定了8个版本,按时间顺序分别定名为 R99、R4、R5、R6、R7、R8、R9和 R10。2)UMTS技术体系的长期发展 除 了 在 WCDMA 技 术 上 持 续 发 展 外,为 了 应 对 诸 如 WiMAX等竞争技术的挑战以及面向未来的4G 技术,3GPP还制定了 UMTS技术体系的长远发展计
32、划。2004年3GPP启动了三项长期的研究计划,以保持 UMTS技术体系在未来10年的技术领先实力。这三项长期的研究计划就是 AIPN(AllIPNetwork,全IP网络)、LTE(LongTermEvolution,长期演进标准)和 SAE(System ArchitectureEvolution,系 统 架 构 演 进)。OTS(OneTunnelSolution,单一隧道方案)是SAE的第一阶段,将在 RNC和 GGSN 之间建立直接的业务连接,这对提升处理宽带多媒体数据的效率,提高数据业务的吞吐率大有好处。当然,其中最值得关注的是与无线网络相关的 LTE。LTE最显著的特点是采用 O
33、FDM 技术,并使用最大达20MHz的带宽,同时结合 HSPA+中已经采用的 MIMO、高阶调制以及干扰抵消技术,以期达到下行100Mb/s和上行50Mb/s的目标。UMTS技术体系中无线技术部分的发展规划如图3.3所示,图中还一并展示了 HSPA 和 HSPA+技术的发展历程。此外,从网络结构上看,LTE无线网络取消了无线网络的中间节点,各个基站直接与核心网络连接,网络结构扁平化。因此,虽然从名称上看 LTE还是声称为演进,但是从网络架构上看其实 LTE是对 WCDMA 技术的一种颠覆。图33 UMTS无线技术发展规划观察 UMTS技术体系中无线技术的发展方向后,我们可以明显地体会到3GPP
34、稳健发展的一面,也就是新技术往往都是在比较成熟甚至已经商用的情况下引入的。比如,CDMA 技术引入 UMTS是在IS95已经商用的情况下,HSDPA 技术的引入是在1xEVDO 已经商用的背景下进行的,而 OFDM 技术是 WiMAX 已经商用的情况下引入的。当然,3GPP也对各项技术做了针对性的调整和改进。另外,我们也可以看到,为了实现共同的传输高速数据的目标,各种技术方案和技术体系从实现方案上都逐渐趋同,殊途同归了。目前,LTE的标准化过程正在进行中,3GPP从 UMTS的 R8开始(也就是2008年),就已经纳入了 LTE 的相关规范,并也有 R9和R10等后续版本。2010年是 LTE
35、 的商用元年,北欧等地已经有 LTE 的商用网络,美国Verizon也于该年底实现了 LTE的商用;2011年3月,第一款支持 LTE 的手机也正式面市,LTE的发展也就此正式起步。3)LTE与4G3G 技术之后就是4G 技术,随着3G 技术的广泛应用,4G 技术也逐渐浮出水面。移动通信从3G 技术发展到4G 技术,需要先经过后3G 这个阶段。后3G 移动通信技术种类也有不少,除LTE外,还有 WiMAX(IEEE802.16e)等。近年来,随着各大运营商对后3G 移动通信技术的选择日益明朗,其他技术或停止发展,或向 LTE 技术靠拢,以 LTE 为代表的技术逐步取得了后3G 技术的主流地位。
36、例,CDMA20001x技术体系原计划从1xEV DO 发展到UMB(UltraMobileBroadband,超级移动宽带),但是目前已经放弃该计划,转而直接采用 LTE作为后续技术。各种3G 制式演进到 LTE 的过程如图34所示,其中 LTE又分为 TDD与 FDD两种双工方式。图34 各种3G制式演进到 LTE的过程3.3 TD SCDMA移动通信移动通信系统系统3.3.1 TD SCDMA概述概述TD SCDMA 的全称是时分同步码分多址接入(TimeDivision SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)系统,如图35所示。TD SCDMA 系
37、统的多址方式很灵活,可以看做是 FDMA、TDMA、CDMA 的有机结合。图35 TD SCDMA 多址技术TD SCDMA 的技术特点主要有:(1)系统采用时分双工(TDD)、TDMA/CDMA 多址方式工作,基于同步 CDMA、智能天线、多用户检测(JD)、正交可变扩频系数、Turbo编码技术、CDMA 等新技术,工作于2010MHz到2025MHz之间。(2)系统基于 GSM 网络,使用现有的 MSC,对 BSC只进行软件修改,使用 GPRS技术。系统可以通过 A 接口直接连接到现有的 GSM 移动交换机上,支持基本业务并通过 Gb接口支持数据包交换业务。(3)系统基站采用高集成度、低成
38、本设计,采用 TD SCDMA 的物理层和基于修改后的 GSM 二、三层,并支持基本的 GPRS业务。(4)采用双频双模(GSM900和 TD SCDMA)终端,支持 TD SCDMA 系统内切换,并支持 TD SCDMA 到 GSM 系统的切换。在 TD SCDMA 系统覆盖范围内优先选用TD SCDMA 系统,在 TD SCDMA 系统覆盖范围以外采用现有的 GSM 系统。3.3.2 TD SCDMA标准发展标准发展历程历程图36 TD SCDMA 标准发展历程TD SCDMA 的演进特点如下:(1)自主的知识产权,可以避免西方国家的技术壁垒;(2)TD SCDMA 的发展可以拉动上下游经
39、济;(3)TD SCDMA 可以保障国家的通信安全;(4)TD SCDMA 可以保证技术的可持续性发展。TD SCDMA 的演进可分为如图37所示的三个阶段,其中:(1)HSDPA:在下行链路中引入自适应调制与编码、快速混合自动重传、短时隙结构、快速调度等新技术。在不改变现有网络结构的情况下,通过对 UMTS系统平滑升级,可以将下行链路峰值提高到10.8Mb/s14.4Mb/s,并通过减少延迟来提高服务质量。HSDPA 标准化工作已于2004年6月基本完成,2006年开始商用。基于 TD SCDMA 的 HSDPA 标准化工作已经结束,多家设备厂商推出了商用系统。2005年1月,第一个 HSD
40、PA 商用化端对端呼叫完成。(2)HSUPA:利用多码传输、基站控制调度、快速混合重传、短时隙结构等新技术对上行传输链路进行扩充,可达5.76Mb/s。标准化工作于2005年6月冻结。尚没有商用报告。图37 TDSCDMA 演进的三个阶段3.3.3 技术比较技术比较首先介绍一下 WCDMA 和 CDMA2000的技术特点。(1)WCDMA 的技术特点主要有:基站同步方式:支持异步和同步的基站运行方式,组网方便、灵活。支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s,室内走动时2Mb/s),支持可变速传输,帧长为10ms,码片速率为3.84Mc/s。接入方式:DS CDMA 方式。高码片速率(3.84
41、Mc/s),能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销,也提供了RAKE接收的可能。快速功率控制大大减少了系统的多址干扰,提高了系统容量,同时也降低了传输功率。核心网络基于 GSM/GPRS网络的演进,并保持与GSM/GPRS网络的兼容性。支持软切换和更软切换。切换方式包括三种:扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。(2)CDMA2000的技术特点主要有:采用1.2288Mc/s直接扩频的方式。射频带宽从1.25MHz到20MHz可调。信道采用64Walsh码划分。采用相同 M 序列加扰,通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户。核心网络采用 ANSI41网络的演进,并保持与AN
42、SI41网络的兼容性。支持软切换和更软切换。快速前向和反向功率控制的采用使得语音容量相对于IS95大幅提升(IS95的单载波大约20个用户,CDMA2000大约36个用户)。表33 WCDMA、CDMA2000、TD SCDMA技术比较1.用户量比较用户量比较(1)WCDMA 和 CDMA2000都是干扰受限的系统,实际的用户数小于码道资源。(2)TD SCDMA 由于采用了联合检测和智能天线 技 术,实 际 的 用 户 数 接 近 码 道资源。(3)WCDMA 和 CDMA2000采用的是软切换技术,消耗部分网络资源,在容量上须考虑网络软切换比例。(4)TD SCDMA 采用类似硬切换的接力
43、切换,所以无需考虑软切换比例,但是没有软切换增益。2.覆盖范围比较覆盖范围比较(1)基站的覆盖范围主要由上、下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般通过上、下行链路预算来估算基站的覆盖范围,由于 TDSCDMA 采用 TDD方式,在覆盖上受 GP(上下行保护时隙)影响,所以超远覆盖的基站需要牺牲容量得以实现。(2)WCDMA和 CDMA2000中不同速率业务的覆盖半径不同,速率越高,覆盖半径越小。(3)TDSCDMA 不同速率的业务覆盖半径比较接近。3.网络规格比较网络规格比较(1)WCDMA、TD SCDMA、CDMA20001x的覆盖规划流程基本相同。(2)链路预算中三者不同
44、之处在于 WCDMA 和CDMA2000的各种速率业务的覆盖半径不同,规划当中需要考虑。(3)TD SCDMA 中各种不同业务速率的覆盖半径接近,所以规划相对简单。3.3.4 TD SCDMA优势优势TD SCDMA 是 TDD与CDMA、TDMA 技术的完美结合,它所提供的高性能主要体现在 TDSCDMA 有最高的频谱利用率上,通过采用时分、频分、码分以及空分多址技术,其频率利用率、系统容量得以大幅度提高。此外,TDSCDMA 还是一种低成本系统。实现高性能和低成本的主要原因是使用了如下技术:(1)采用时分双工(TDD)技术,只需一个1.6 MHz带宽,而以 FDD 为代表的 CDMA200
45、0需要1.25 MHz2 MHz带 宽,WCDMA 需 要 5 MHz2 MHz才 能 通 信。另外,TD SCDMA 无需成对频段,适合多运营商环境,同时不需要双工器,可简化射频电路,系统设备和手机成本较低。(2)采用智能天线、联合检测和上行同步等大量先进技术,可以降低发射功率,减少多址干扰,提高系统容量,简化基站硬件,降低无线基站成本;采用“接力切换”技术,可克服软切换大量占用资源的缺点。(3)采用 TDMA 更适合传输下行数据速率高于上行的非对称因特网业务。(4)采用先进的软件无线电技术,实现了智能天线和多用户检测等基带数字信号处理,这是系统可以灵活使用新技术的关键,同时也可以降低产品开
46、发周期和成本。3.3.5 TD SCDMA系统未来发展演进系统未来发展演进1.可视电话业务可视电话业务移动可视电话是一种同时使 用 视 频 和 话 音 的 点 对 点 通 信 业 务,在 两 个 移 动 终 端、移动终端和固定视频电话或者 PC机之间实现视频、音频的双 向 实 时 交 流,如 图 3 8所示。图38 TDSCDMA 可视电话业务2.移动银行业务移动银行业务如果附近的地方既没有银行,也没有计算机,而又急于给家里人汇款的时候该怎么办?这时只需拿出口袋里的手机,按几个键就能轻松解决。将具有IC芯片的手机放在银行的现金自动提款机前,即可与现金卡一样取出现金,而且仅仅靠键盘操作就可以进行
47、账户确认与转移。这些便捷新颖的金融服务是靠在手机里安装专用芯片,使账户确认、转移、取现金等银行业务在不受时间与空间限制的情况下就可以进行。这类服务还可以用在信用卡、check卡、交通卡等上面,如图39所示。图39 TD SCDMA 移动银行业务3.移动流媒体业务移动流媒体业务流媒体是指用户通过网络或者特定数字信道边下载、边播放多媒体数据的一种工作方式。流媒体应用的一个最大好处是用户不需要花费很长时间将多媒体数据全部下载到本地后才能播放,而仅需将起始几秒的数据先下载到本地的缓冲区中就可以开始播放,后面收到的数据会源源不断输入到该缓冲区,从而维持播放的连续性。手机电视、视频点播、现场监控等都是典型
48、的流媒体业务,如图310所示。图310 TD SCDMA 移动流媒体业务4.定位业务定位业务基于位置的业务(LBS,Location BasedServices)又称移动位置业务或定位业务,是指移动网络通过特定的定位技术获取移动终端的地理位置信息(经纬度坐标),提供给移动用户本人、通信系统或第三方,并借助一定的电子地图信息的支持为移动用户提供与其位置相关的呼叫或非呼叫类业务。例如就近服务、移动黄页、交通信息、物流(即长途水、陆、客、货运)、交通、公安、政府等服务以及车船监控等,如图311所示。图311 TDSCDMA 定位业务5.多媒体会议业务多媒体会议业务利用移动手机的彩色的、具有 QoS(服务质量)保证的多媒体会议具有预约和计划功能,用户可拨号预约参加会议,也可自动预约(即媒体服务器呼叫每一个计划中的参加者,然后在约定的时间建立自动的会议呼叫)。此外,用户可选择与呈现业务相结合的会议,即媒体服务器自动邀请会议参加者,一旦他们的呈现状态显示他们可以参加后,就可建立会议,如图312所示。图312 TD SCDMA 多媒体会议业务
