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1第1章绪论1.1CDMA系统的发展历程自从20世纪70年代末出现蜂窝通信以来，世界各地的移动通信业得到了迅猛发展，蜂窝通信的技术本身也有了长足的进步，移动通信网络已经从模拟蜂窝网发展到了数字蜂窝网。D.H.Ring在1947年提出蜂窝概念，在20世纪60年代对此进行了系统的实验，60年代末，70年代初开始出现了第一个蜂窝电话系统。蜂窝的意思是将一个大区域划分为几个小区，相邻的小区使用不同的频率进行传输，以避免互相干扰。在70年代末，半导体技术的发展和微处理器的出现，解决了困扰移动通信的终端小型化和系统设计等关键问题，进一步推动了蜂窝移动通信系统的发展。但是随着用户数量的急剧增加，传统的大区制移动通信系统很快就达到饱和状态，无法满足服务要求。针对这种情况，贝尔实验室提出了小区制的蜂窝式移动通信系统的解决方案，1978年开发了先进移动电话系统AMPS(AdvanceMobilePhoneService)，欧洲推出了全地址通信系统TACS(TotalAccessCommunicationSystem)，日本的电报和电话系统（NAMTS）,北欧移动电话系统（NMTS）和原联邦德国的（NETZ-C），然而以AMPS,TACS为代表的蜂窝式模拟移动通信系统，称为第一代移动通信系统，第一代模拟蜂窝网采用频分多址（FDMA）方式。自从1981年第一代的以FDMA技术为基础的模拟移动通信系统建立和使用以来，蜂窝移动通信市场的发展和需求大大超过了乐观人士的原有预测。在短短几年里，模拟蜂窝系统就面临着阻塞概率高，呼叫中断率增高，蜂窝系统的干扰增大，蜂窝系统迫切需要增容的压力。并且由于模拟蜂窝系统本身的缺陷（频谱效率低，保密性差等），系统的设计容量远远不能满足需求。因此20世纪80年代中期，不少国家都在探索蜂窝网通信系统如何从模拟向数字方向转变的方法。1988年9月，美国蜂窝通信工业协会（CTIA）发布了一个称为《用户的性能要求（UPR）》的文件，提出了对下一代蜂窝网的技术要求。220世纪90年代起，以TDMA技术的第二代数字蜂窝移动通信系统（GSM,DAMPS,JDC）相继投入使用。第三代移动通信系统最初的研究工作开始于1985年，国际电信联盟无线通信委员会（ITU-R）成立临时工作组，提出了未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）。第三代移动通信系统所要达到的目的就是实现全球无缝隙的移动漫游。第三代移动通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率，多速率数据传输的能力，除了话音和数据传输外，还能传送高达2Mbit/s的高质量的活动图像，真正实现“任何人，在任何地方，任何时间，与任何人”都能便利通信这个目标。由于CDMA通信技术有抗多径衰减，软容量，软切换，系统容量比GSM系统大等优势，第三代移动通信主要采用宽带CDMA技术。现在第三代移动通信系统的无线传输技术主要由三种：欧洲和日本的WCDMA，北美提出的基于IS-95CDMA系统的cdma2000技术以及我国提出的具有自己知识产权的TD-SCDMA系统。这三种技术的比较见表1-1【1】表1-1三种宽带CDMA技术比较方案内容WCDMAcdma2000TD-SCDMA信道带宽（MHz）5/10/201.25/5/10/201.6码片速率（Mc/s）3.843.68641.28基站间同步异步/同步同步（需GPS）异步/同步帧长（ms）102010（子帧长5）双工技术FDD/TDDFDDTDD多址方式DS-CDMADS-CDMA/MC-CDMATD-SCDMA语音编码固定速率可变速率固定速率多速率可变扩频因子和多码可变扩频因子和多码RI可变扩频因子和3RI检测；高速率业务忙检测；低速率业务检测；低速率业务，事先预定好，需高层信令参与多码RI检测；FEC编码卷积码R=1/2,1/3,约束长度k=9；RS码(数据)卷积码R=1/2,1/3,约束长度k=9；Turbo码（数据）卷积码R=1/4~1,约束长度k=9；RS码（数据）功率控制FDD:开环+快速闭环（1500bit/s）；TDD:开环+慢速闭环开环+慢速闭环（800bit/s）开环+慢速闭环（20bit/s）交织卷积码：帧内交织RS码：针间交织块交织卷积码：帧内交织RS码：针间交织扩频方式反向：OVSF（信道化）+Gold序列218（区分小区）前向：OVSF（信道化）+Gold序列241（区分小区）反向：Walsh（信道化）+PN序列215（区分小区）前向：Walsh（信道化）+PN序列241-1（区分小区）反向：OVSF（信道化）+Gold序列218（区分小区）前向：OVSF（信道化）+Gold序列241区分小区）调制方式数据调制：QPSK/BPSK扩频调制：QPSK数据调制：QPSK/BPSK扩频调制：OQPSK数据调制：QPSK/16QAM扩频调制：DQPSK相干解调反向：专用导频信道（TDM）前向：专用导频信道反向：公共导频信道前向：专用导频信道前反响向均采用专用导频信道支持的核心网络协议MAP（GSM）IS-41(CDMA)MAP(GSM)表1-2移动通信系统的比较多方比较第一代移动通信系统（1G）第二代移动通信系统（2G）第三代移动通信系统（3G）4发展时间20世纪60年代末，70年代初20世纪80年代到90年代20世纪90年代代表系统美国AMPS欧洲TACS欧洲和世界各地普遍应用的GSM北美IS-136日本JDC和PDC欧洲和日本WCDMA北美cdma2000中国TD-SCDMA多址接入技术FDMATDMAWCDMA:DS-SCDMAcdma2000：DS-CDMA/MC-CDMATD-SCDMA：TD-SCDMA优点提供较好的话音质量和系统容量频谱利用率提高；系统容量增大；保密性能好；标准化程度高高质量业务；能支持面向电路和面向分组业务，工作在各种类型的地区；更高的频谱效率；网络结构可配置成不同形式；具有高级的移动性管理缺点频谱效率低；网络容量有限；保密性差；体制混杂；不能国际漫游；不能提供ISDN业务；设备成本高；手机体积大没有形成全球统一的标准系统；无法实现全球漫游；话音服务只能传递简短消；通信容量不足多径衰减；时延展宽；多址干扰；远近效应；体制问题1.2CDMA通信技术发展的状况1.2.1国内技术发展状况2001年，中国联通以空前的速度在短短半年多的时间里建成了覆盖全国的5CDMA网络，成为世界通信史上的壮举。2002年启动的二期工程继续加大了网络覆盖的范围，全国所有的县、东部和中部地区所有的乡镇、西部地区部分乡镇都已实现覆盖；在大中城市、主要旅游区以及交通干线等地方的室内也全面实现覆盖，全网升级为CDMA1X网，网络容量超过3500万户。围绕打造移动通信精品网络，中国联通目前正在抓紧网络建设，通过实施三期工程，继续扩大网络容量，改善网络覆盖，优化网络质量。目前在山东、浙江等省，CDMA网络质量已经可以与GSM网络相媲美，形成了旗鼓相当的竞争局面。中国联通在CDMA网络建设中，特别是系统设备、终端设备以及相关设备的采购中，优先扶持国内制造业。截止到目前，已经取得了丰硕的成果。其中，中兴通讯就是国内制造企业的佼佼者[2]。1.2.2国外技术发展状况国外3G发展经历了从朦胧、观望到大力发展的艰难道路。美国的设备创新、日本周到细致的服务、法国政策的支持等都为本国的3G发展奠定了坚实的基础，引领世界3G潮流。美国市场调查公司comScore2008年9月发布的统计结果表明，2007年6月至2008年6月的一年间，美国3G手机用户数量猛增80%，达到6420万，占移动通信用户总数的28.4%，而西欧诸国拥有3G设备的用户比例只有28.3%。目前在3G渗透率上仍超过美国的只有意大利和西班牙两个欧洲国家。基于美国移动通信市场消费习惯和特点，高速数据传输业务已经成为运营商追求的目标，运营商逐渐加大了对3G网络及未来无线宽带网络建设的投资。主要的3G移动运营商Verizon无线、Sprint-Nextel和Cingular无线等在3G网络建设方面都大有所为。日本3G产业非常成熟，据有关资料显示，在3G全球化的浪潮中，许多国家的3G运营仍在探索中，许多地区仍处于负盈利状态，而日本则做到了在3G产业上盈利。然而随着第四张3G牌照的发放，法国3G领域的竞争也将更加激烈，其业务发展也将进一步提速。61.3移动通信未来发展趋势虽然3G移动通信系统基本满足人们对快速传输数据业务的需要，但许多专家学者已把目光投入下一代移动通信系统的研究中。下一代移动通信系统还没有统一的称谓，有的称为超IMT-2000,有的称为第四代移动通信系统（4G）。但是，现在人们通过研究对4G的基本需求，技术支撑，网络体系等都有了一些明确的概念。1.3.1超IMT-2000的研究进展对于IMT-2000以及超IMT-2000的研究，WP8F开展较早，并已取得了阶段性成果，其研究报告对IMT-2000系统的未来发展进行了描述：对于陆地IMT-2000系统，在2005年左右，其有用数据的峰值总速率将会达到30Mbit/s，而卫星IMT-2000系统将进一步发展，能够提供广播，组播等补充业务。IMT-2000系统未来发展的关键特征是：系统能力能够稳定和连续不断的发展和增强，增强市场的稳定性，促使越来越多的业务得到应用。对于超IMT-2000系统，WP8F的研究认为，将有一种或多种新的无线接入技术和接口引入，有用峰值速率在高移动状态下应接近于100Mbiet/s,在低移动速率状态下应接近于1Gbit/s。不同的无线接入系统将被无缝的连接到一个共同的灵活的核心网中。而接入网的结构应该是一个分层互补的整体，可以在任意时间，任意地点实现最优的接入。总之，超IMT-2000系统的能力将涵盖并远远超过IMT-2000系统及与其进行互连的无线接入系统能力。1.3.24G的研究发展（1）欧洲积极完善4G研究体系欧洲较为著名4G的研究工作包括欧盟第六框架的WINNER研究计划和WWRF组织。WINNER项目组对于4G移动和无线通信系统技术研究课题的目标是实现“随时随地的最优化接入”。WINNER项目组已经把4G系统认定为一个综合的通信系统。7WINNER项目组第一阶段已于2005年底完成，主要是就各种4G关键技术进行了广泛的调研，形成系统化的研究结论；目前正在进行的是第二阶段4G的系统设计和性能评估过程，形成完善的技术方案；2008年开始第三阶段，主要进行演示系统的开发和实验。世界无线研究论坛(WWRF)于2001年8月成立，由欧洲的4家移动设备生产商—阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子组成。该论坛以3G以后的发展为研究方向，预计4G技术将在2010年开始投入应用。（2）日本提前规划技术标准2001年5月，日本政府宣布，政府和主要的移动通信企业已为4G技术制定了基础发展计划，4G技术将于2005年成形。同时日本总务省与NTTDoCoMo等日本移动通信业巨头在4G移动通信技术的基础性能要求方面达成共识。目前日本的4G研究是以mITF为主来进行的，近几年已经进行了很多项课题研究。到目前为止，mITF已经完成了4G技术的愿景（Vision）、系统要求和技术分析三个文档。目前正在进行的是系统和技术标准的制定，预计将在2007年底之前完成。以mITF的研究工作为基础，日本的企业也在进行着积极的研究，如NTTDoCoMo和KDDI等运营商都确定了4G的演进目标和发展思路。（3）韩国4G系统的技术规范略具雏形韩国的情报通信部（MIC）已经将4G列入政府的研究开发课题，并制定了中长期的发展计划，分两个阶段进行4G的研发活动。第一阶段的研究是以韩国电子通信研究院ETRI为主导，从2002年1月开始启动，到2007年研发出4G移动通信的主要核心技术和试验系统。韩国信息通信部MIC于2003年9月成立了下一代移动通信委员会NGMC来专门进行4G通信系统方面的研究。目前，韩国的各大企业和研究机构在MIC计划的指导下，各自制定了自己的4G发展计划，并积极开展4G技术的试验。2006年8月，韩国三星电子公司对自己开发的