移動通信課程設計---3g主流技術的分析與比較

1、<p>　　3G主流技術的分析與比較</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　毫無疑問，當今最值得關注的通信業(yè)、網絡業(yè)詞匯就是3G。隨著我國3G(第三代移動通信)技術的不斷深入和3G牌照的發(fā)放，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA這三個標準在中國的競爭愈加凸現。本文主要介紹3大熱門標準在技術上的實現，并比較各自在技術上以及實際

2、建網過程中的優(yōu)缺點，結合中國的實際國情，讓3G技術更好的為我國的移動通信服務。</p><p>　　關鍵字 3G WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　近幾年，全球移動通信迅速發(fā)展，發(fā)達國家的移動電話普及率已經達到70％以上，有的地區(qū)甚至接近100％。在我國截止到20

3、03年7月底，移動用戶數量已經達到2.4億，且仍然具有良好的發(fā)展勢頭。由于頻率資源的緊張和對更多業(yè)務的需要，2G網絡已經不能滿足需要，3G是發(fā)展的必然趨勢。ITU針對3G規(guī)定了五種陸地無線技術，其中WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是三種主流技術。</p><p><b>　　正文</b></p><p><b>　　綜述</b>&l

4、t;/p><p>　　從移動通信技術發(fā)展趨勢和可實現業(yè)務功能分析，基于CDMA制式的3種標準被普遍看好，分別對應CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA三種技術，這三種技術成為了未來3G的三大主流應用技術。其共同特點是都應用碼分多址技術實現信道共享，并采用擴頻通信技術提高系統(tǒng)質量，但在具體系統(tǒng)參數選取上各不相同，因此各具特點。</p><p>　　綜觀這三大主流技術，就發(fā)展背景而言，CD

5、MA2000和WCDMA以成熟的二代CDMA/FDD技術為基礎，源于歐洲及北美兩大移動通信陣營，均有世界知名運營和制造業(yè)廠商作支撐，具有強大的研發(fā)及產業(yè)化優(yōu)勢，其主要優(yōu)勢在于已有二代的成功運營經驗和高度的市場認知度，在技術上較TD-SCDMA成熟，另外FDD技術在滿足終端高速移動方面優(yōu)勢明顯，缺點是由于采用5MHz標稱射頻帶寬，頻譜利用率及抗干擾能力較TD-SCDMA低，設備成本較高。相對而言，TD-SCDMA，作為一種TDD方式的3G

6、標準得到了業(yè)界的廣泛關注，其主要優(yōu)勢采用1.7MHz射頻帶寬，通過采用TDMA+CDMA方式，實現了時隙碼復用，巧妙地提高系統(tǒng)容量，頻譜利用率高，設備成本低，并可適時分配上下行時隙，特別適合于非對稱業(yè)務傳輸，缺點是系統(tǒng)同步要求較高，終端移動速度受限，由于應用了智能天線、聯(lián)合檢測等新技術，技術成熟性有待提高。從目前3G發(fā)展現狀看，CDMA2000因具有較好的兼容性，勢頭最為強勁，優(yōu)勢突出，得到了全球主要運營商及制造商的廣泛支持和認可，有可

7、能在未來3G網絡中處于主導地位；WCDMA發(fā)展中遇到了一些問題，進展相對遲緩，業(yè)</p><p><b>　　2. 3G主流技術</b></p><p><b>　　2.1 WCDMA</b></p><p>　　WCDMA是歐洲和日本提出的3G候選方案最終融合的標準，同屬CDMA/FDD體制，它是建立在窄帶CDMA技術基

8、礎上的一種異步寬帶CDMA技術。WCDMA只采用直擴方式，并選用4.096Mcps高速率碼片，擴頻碼采用GOLD長碼擴頻序列，依靠不同長碼序列區(qū)分大小區(qū)和用戶，基站間采用準同步方式，GPS同步方式為可選項目。WCDMA在下行信道采用時分復用專用導頻方式進行相干解調；業(yè)務信道分為單碼傳送和多碼傳送兩種結構，可將多種速率的不同業(yè)務分配給同一個5MHz載波上的多個用戶。</p><p>　　2.2 TD-SCDMA&l

9、t;/p><p>　　TD-SCDMA是由中國提出的3G體制標準，它與前兩個標準最大不同之處是采用了TDD雙工方式，并將TDMA與CDMA技術結合應用，優(yōu)勢在于節(jié)省頻譜資源，不需要成對的頻率，能很好地實現非對稱數據傳輸，由于上下行傳播特性相同，可以使智能天線技術得到最佳應用，同時它還應用了軟件無線電、聯(lián)合檢測等新技術。</p><p>　　2.3 CDMA2000</p><

10、;p>　　CDMA2000源于美國IS-95體系，是北美3G體制標準的代表，屬CDMA/FDD體制，主要沿用IS-95技術，屬同步寬帶CDMA技術。CDMA2000主要特點是：在下行信道傳輸中，定義直擴和多載波傳輸兩種方式，碼片速率分別為3.6864Mcps和1.22Mcps，多載波方式能很好地兼容IS-95網絡；在同步方式上CDMA2000與IS-95相同，基站間同步采用GPS方式；在擴頻碼選擇采用相同M序列，通過不同的相位偏置

11、區(qū)分不同的小區(qū)和用戶；此外在下行信道中采用公共連續(xù)導頻方式進行相干檢測，提高系統(tǒng)容量。CDMA2000設計了兩類碼復用業(yè)務信道，基本信道用于傳送語音、信令和低速數據，是一個可變速率信道，補充信道用以傳送高速率數據，在分組數據傳送上應用了ALOHA技術，改善傳輸性能；另外CDMA2000射頻帶寬從1.25MHz到20MHz可調。</p><p>　　3. 3G主流技術的分析與比較</p><p&

12、gt;<b>　　3.1 綜合比較</b></p><p>　　在三種技術中，WCDMA和CDMA2000采用頻分雙工（FDD）方式，需要成對的頻率規(guī)劃。WCDMA即寬帶CDMA技術，其擴頻碼速率為3.84MchIP/s，載波帶寬為5MHz，而cdma2000的擴頻碼速率為1.2288Mchip/s，載波帶寬為1.25MHz；另外，WCDMA的基站間同步是可選的，而CDMA2000的基站間同

13、步是必需的，因此需要全球定位系統(tǒng)（GPS），以上兩點是WCDMA和CDMA2000最主要的區(qū)別。除此以外，在其它關鍵技術方面，例如功率控制、軟切換、擴頻碼以及所采用分集技術等都是基本相同的，只有很小的差別。</p><p>　　TD－SCDMA采用時分雙工（TDD）、TDMA/CDMA多址方式工作，擴頻碼速率為1.28Mchip/s，載波帶寬為1.6MHz，其基站間必須同步，與其他兩種技術相比采用了智能天線、聯(lián)合

14、檢測、上行同步及動態(tài)信道分配、接力切換等技術，具有頻譜使用靈活、頻譜利用率高等特點，適合非對稱數據業(yè)務。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)比較</b></p><p>　　表1 3G三大主流技術標準比較</p><p>　　3.2.1 標準穩(wěn)定性</p><p>　　WCDMA標準由3GPP組織制訂，目前已經有四

15、個版本，即R99、R4、R5和R6，其中R99版本已經穩(wěn)定，目前處于完善過程中。它的主要特點是無線接入網采用WCDMA技術，核心網分為電路域和分組域，分別支持話音業(yè)務和數據業(yè)務，并提出了開放業(yè)務接入（OSA）的概念，目前的設備多基于R99版本，最高下行速率可以達到384kbit/s。R4版本是向全分組化演進的過渡版本，與R99比較其主要變化在電路域引入了軟交換的概念，將控制和承載分離，話音通過分組域傳遞，另外，R4中也提出了信令的分組化

16、方案，包括基于ATM和IP的兩種可選形式。R5和R6是全分組化的網絡，在R5中提出了高速下行分組接入（HSDPA）的方案，可以使最高下行速率達到10Mbit/s，目前標準仍在制訂中。</p><p>　　CDMA2000標準由3GPP2組織制訂，版本包括Release0、ReleaseA、EV－DO和EV－DV，Release0的主要特點是沿用基于ANSI－41D的核心網，在無線接入網和核心網增加支持分組業(yè)務的網

17、絡實體，此版本已經穩(wěn)定。聯(lián)通即將開通的CDMA二期工程采用的就是這個版本，單載波最高上下行速率可以達到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加強，單載波最高速率可以達到307.2kbit/s，并且支持話音業(yè)務和分組業(yè)務的并發(fā)。EV－DO采用單獨的載波支持數據業(yè)務，可以在1.25MHz標準載波中支持平均速率為600kbit/s、峰值速率為2.4Mbit/s的高速數據業(yè)務，到EV－DV階段，可在一個1.25MHz的標

18、準載波中，同時提供語音和高速分組數據業(yè)務，最高速率可達3.1Mbit/s。</p><p>　　TD－SCDMA標準也由3GPP組織制訂，目前采用的是中國無線通信標準組織（ChinaWirelessTelecommunicationStandard，CWTS）制訂的TSM（TD－SCDMAoverGSM）標準，基于TSM標準的系統(tǒng)其實就是在GSM網絡支持下的TD－SCDMA系統(tǒng)。TSM系統(tǒng)的核心思想就是在GSM的

19、核心網上使用TD－SCDMA的基站設備，其A接口和Gb接口與GSM完全相同，只需對GSM的基站控制器進行升級。一方面利用3G的頻譜來解決GSM系統(tǒng)容量不足，特別是在高密度用戶區(qū)容量不足的問題，另一方面可以為用戶提供初期最高達384kbit/s的各種速率的數據業(yè)務，所以基于TSM標準的TD－SCDMA系統(tǒng)對已有GSM網的運營商是一種很好的選擇。以后TD－SCDMA將融入3GPP的R4及后續(xù)標準中。</p><p>

20、　　在標準的完整性方面，三種技術在無線接入技術方面都有完整的定義和提高速率的方案，在核心網技術方面，都有向分組化演進的路線，但3GPP在標準規(guī)范方面的思路更清晰。在業(yè)務、網管、計費相關規(guī)范方面，3GPP的定義更嚴謹、更完善。</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)性能</p><p>　　系統(tǒng)性能主要表現為系統(tǒng)容量和覆蓋，對于蜂窩系統(tǒng)來說，單純從理論上計算單小區(qū)的容量是沒有實際意義的，只能作

21、為參考，必須從蜂窩組網的情況來考察，一般系統(tǒng)容量可以通過系統(tǒng)仿真和實測來獲得，下面主要對這兩個方面進行比較:</p><p><b>　　1）首先是容量</b></p><p>　　在討論無線系統(tǒng)的容量時，不能脫離具體的業(yè)務和無線環(huán)境，因此在采用CDMA技術的系統(tǒng)中，空中接口的容量與業(yè)務的Eb/I0（比特能量與干擾功率密度之比）、增益處理、其它小區(qū)的干擾、基站發(fā)射功率

22、和信道碼的數量均有關系，下面分別說明對于話音業(yè)務和高速分組數據業(yè)務，三種技術的容量差別。</p><p>　　對于話音業(yè)務，由于三種系統(tǒng)載波帶寬不同，一般比較單位帶寬內的平均容量。雖然不同公司在進行系統(tǒng)仿真時設定的條件不完全相同，但是WCDMA和CDMA2000的結果相近，TD－SCDMA也沒有大的差別。對于數據業(yè)務容量，一般用系統(tǒng)的單位帶寬內的數據吞吐量來表示，3G引入了多種速率的數據業(yè)務，即使是對同一系統(tǒng)，不

23、同的業(yè)務組合也會產生不同的數據吞吐量。一般對數據吞吐量的比較都針對同一小區(qū)內用戶均使用相同速率的數據業(yè)務，從仿真的結果看，對于中低速數據，WCDMA和CDMA2000是基本相當的，但是WCDMA在高速數據業(yè)務上具有優(yōu)勢。TD－SCDMA由于其技術特點，在理論上具有較高的頻譜效率，適合提供數據業(yè)務，但還需要得到更多試驗的驗證。</p><p><b>　　2）其次是覆蓋</b></p&g

24、t;<p>　　基站的覆蓋范圍主要由上下行鏈路的最大允許損耗和無線傳播環(huán)境決定。在工程上一般通過上下行鏈路預算，來估算基站的覆蓋范圍，在相同的頻帶內，WCDMA和CDMA2000的覆蓋基本相同。由于TD－SCDMA采用TDD方式，在覆蓋上要遜于采用FDD方式的其它兩種技術。</p><p>　　總之，WCDMA和CDMA2000同為FDD的CDMA技術，技術上沒有本質差別，許多仿真和現場試驗結果反映

25、系統(tǒng)性能基本相當。TD－SCDMA與其它兩種技術有較大差別，要做更多的仿真和試驗驗證其性能。</p><p>　　3.2.3 業(yè)務提供能力</p><p>　　目前業(yè)務的競爭已經成為現有運營商的競爭焦點，對于新的移動運營商也不例外，只有能夠提供全方位的大眾業(yè)務和特色業(yè)務，才能更多地爭取用戶，提高競爭力。</p><p>　　3GPP和3GPP2都對業(yè)務分類和業(yè)務生成

26、機制進行了規(guī)范，在業(yè)務種類方面二者基本相同，包括基本話音業(yè)務、補充業(yè)務以及多種數據業(yè)務。在業(yè)務生成機制方面，3GPP中定義了多種業(yè)務生成機制，例如基于網絡的OSA和用戶化應用移動網絡增強邏輯、移動執(zhí)行環(huán)境和USAT等。這些機制都著眼于能使運營商方便快速地提供業(yè)務，并本著業(yè)務的提供和基礎網絡相分離的原則，使得業(yè)務可以由運營商以外的第三方提供，在業(yè)務和網絡之間采用開放的標準接口，業(yè)務的開發(fā)主要由IT開發(fā)人員來完成，運營商負責網絡的運營和對眾

27、多的業(yè)務提供商的組織和管理。3GPP2也提出了相應的業(yè)務理念，在智能網方面有WIN規(guī)范，在開放業(yè)務體系方面，目前并無相關規(guī)范，打算采用3GPP的OSA概念。所以3GPP2在開放業(yè)務體系方面起步較晚，沒有3GPP完善。</p><p>　　總之，3GPP組織在業(yè)務規(guī)范上更完善，目前除了基于CAMEL的智能網業(yè)務以外，其他業(yè)務方式還未得到廣泛應用，但它們?yōu)閷淼臉I(yè)務開發(fā)奠定了良好的基礎。目前，高通公司推出的BREW（

28、BinaryRuntimeEnvironmentforWireless）業(yè)務是一種非標準化的業(yè)務，它為無線業(yè)務提供了端到端的解決方案，包括向應用開發(fā)者提供BREW軟件開發(fā)工具包，向設備制造商提供BREW應用平臺，向運營商提供控制和管理BREW的分發(fā)系統(tǒng)，向最終用戶提供應用下載能力，BREW目前主要應用于CDMA2000系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.4 設備成熟度</p><p>　

29、　設備成熟度是運營商建設網絡要考慮的一個重要因素，它關系到網絡運行的穩(wěn)定性、可靠性。從目前的情況看，CDMA2000是最成熟的，尤其在終端方面，商用終端種類達到一百多種（使用頻段在800MHz～1.9GHz），用戶可以有更多的選擇。CDMA2000已經在韓國、日本、美國、加拿大等國家運營，截止到2002年底用戶總數達到2700萬。WCDMA的R99版本的系統(tǒng)產品也基本成熟，終端仍是開展業(yè)務的瓶頸，目前商用終端種類只有十種左右（使用頻段為

30、2GHz）。已經開通的商用網絡主要是日本NTTDoCoMo和2002年底剛剛開通的J－phone的網絡，用戶數在15萬左右。</p><p>　　目前，不論在系統(tǒng)還是終端方面，TD－SCDMA的產品成熟度都落后于WCDMA和CDMA2000，尚無商用網絡開通，還缺少網絡規(guī)劃和測試的工具。在系統(tǒng)方面，預計2003年將先推出基于TSM的產品，基于3GPPR4核心網的產品尚在研發(fā)；在終端方面，有推出多模終端的計劃，但將

31、先推出GSM/TD－SCDMA雙模終端，GSM/WCDMA/TD－SCDMA三模終端的推出時間將會更晚。</p><p>　　3.2.5 漫游能力</p><p>　　良好的全球漫游能力有利于與其他運營商的合作和吸引高端用戶，影響漫游能力的主要因素包括運營商的采用情況、使用頻段以及信令的互通性。從運營商的選擇看，雖然CDMA2000的商用早于WCDMA和TD－SCDMA，而且應用范圍也較廣

32、，但是從全球主要運營商的選擇來看，80％的運營商選擇WCDMA技術，這就為WCDMA的漫游能力提供了良好的發(fā)展機會。</p><p>　　從使用的頻段看，CDMA2000多采用帶內演進的方式實現，即多數運營商使用cdmaOne的800MHz頻段，WCDMA多采用ITU規(guī)定的2GHz頻段。在我國，信息產業(yè)部已經公布了3G的頻率規(guī)劃，可以看出，對于FDD和TDD方式都是首先啟用2GHz頻段。</p>&

33、lt;p>　　從信令互通性看，在核心網方面，WCDMA基于GSM的移動應用協(xié)議（MAP），用戶識別使用和GSM系統(tǒng)相同的IMSI（國際移動用戶識別），實踐證明具有良好的互通性。CDMA2000采用基于cdmaOne的ANSI－41協(xié)議，用戶識別使用基于MIN的IMSI，雖然在技術上實現互通不成問題，但要對系統(tǒng)進行升級，實踐證明這些都影響了漫游能力。TD－SCDMA目前還沒有商用網絡，其漫游將有賴于多模終端的出現。</p>

34、;<p>　　4. 3G市場發(fā)展　 未來3G網絡，受體制標準及商業(yè)利益影響，初期將是“家族式”多元化網絡，其成員應包括三大主流應用技術及衛(wèi)星移動通信的應用，各成員間相互提供漫游服務，同時兼容現有2G網絡。3G運營環(huán)境將是多層次結構，基本話音業(yè)務主要還用2G網絡承載，只是在有3G業(yè)務需求的地區(qū)，疊加3G網絡，提供3G移動多媒體業(yè)務，降低初期網絡成本。但隨著技術的融合，業(yè)務需求的增長，最終3G將全面取代2G網絡。<

35、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉繼寧，朱齊鳴，寧靜《3G中之民族標準—TD-SCDMA技術》，電子科技，2003.1</p><p>　　[2] 李小文，李貴勇等《TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實現》，人民郵電出版社,2006.2.12</p><p>　　[3] 魯艷玲

36、，龔平《智能天線在CDMA網絡規(guī)劃與優(yōu)化中的應用》，3G時常觀察，2005.5</p><p>　　[4] 周寰《作為第三代移動通信主要技術之一的TD-SCDMA及其演進策略》，大唐電信,2010.6</p><p>　　[5] 李旋波《WCDMA標準的現狀和發(fā)展》，人民郵電報</p><p>　　[6] 徐菲《第三代移動通信的標準化工作》，電信工程技術與標準化，2