第六课3G相关技术及过渡策略

第六课3G相关技术及过渡策略无线通信业前两代的发展特点主要表现在对提高业务质量的需求，提高频谱利用率以及对更大容量的需求。FDD、FDMA用于第一代（1G）无线系统的技术，主要侧重于模拟蜂窝电话业务。FDD、TDMA和FDD、CDMA用于第二代（2G）无线系统的技术，它将语音从模拟提高到数字蜂窝和PCS，面对语音与数据综合性多媒体无线通信设备的发展，无线互联网的发展要求高速数据传输，第三代无线通信将是移动IP标准化系统，这种系统需具备；更高的频谱效率和移动速度，以更好地支持“移动通信”以及不对称业务，更高的吞吐量和更少的延迟，以提高各项“IP”能力，在这种需求驱动下，各种技术涌现，到1998年6月30日，即第三代移动通信无线传输技术（RTT）标准征集截止日，ITU-R共收到16种3GRTT标准提案，其中有6种是卫星移动的RTT标准提案，其余10种是地面移动的3GRTT标准提案，这些提案分别来自于美、欧、中、日、韩等国家和地区。下面来看看各种3G技术的特点和相互比较。一、CDMA和TDMAITU-R通过的五个无线传输技术的3G技术规范中有三个是基于CDMA技术的，有二个是基于TDMA技术的：----基于CDMA技术的技术规范：IMT-2000CDMADS(WCDMA、CDMA2000)IMT-2000CDMAMC(CDMA2000MC)IMT-2000CDMATDD(TD-SCDMA、TD-CDMA)----基于TDMA技术的技术规范：IMT-2000TDMASCIMT-2000TDMAMC(DECT)1.CDMA将是3G发展趋势（1）高的数据传输率是移动通信系统具备强大功能的基础。尽管TDMA系统的业务综合能力较高，能进行数据和话音的综合，但是终端接入速率有限。（2）相比而言CDMA技术更具有系统容量大，话音质量好，抗干扰性强，保密性等优点。（3）细说CDMA----CDMA即码分多址，是由美国Qualcomm公司首先提出的技术，其原理基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去，接收端由使用完全相同的伪随机码与接收的带宽信号做相关处理，以实现信息通信，与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，归纳起来，CDMA应用于数字移动通信的优点有：----系统容量大，在CDMA系统中所有用户共用一个无线信道，当用户不讲话时，该信道内的所有其他用户会由于干扰减小而得益。因此利用人类话音特点的CDMA系统可大幅降低相互干扰，增大其实际容量近3倍。CDMA数字移动通信网的系统容量理论上比模拟网大20倍，实际上比模拟网大10倍，比GSM大4-5倍。----系统通信质量更佳，软切换技术（先连接再断开）可以克服硬切换容易掉话的缺点，CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，比TDMA系统更容易实现软切换技术，从而提高通信质量，CDMA系统采用确定声码器速率的自适应阈值技术，强有力的误码纠错，软切换技术和分离分多径分集接收机，可提供TDMA系统不能比拟的，极高的数据质量。----频率规划灵活，用户按不同的序列码区分，不同CDMA载波可以相邻的小区内使用，因此CDMA网络的频率规划灵活，扩展简单。CDMA网络同时还具有建造运行费用低，基站设备费用低的特点，因而用户的费用也较低。----频带利用率高。CDMA是一种扩频通信技术，尽管扩频通信系统抗干扰性能的提高是以占用频带带宽为代价的，但是CDMA允许单一频率在整个系统区域内可重复使用，使许多用户共用这一频带同时进行通话，大大提高了频带利用率。这种扩频CDMA方式，虽然要占用较宽的频带，但按每个用户占用的平均频带来计算，其频带利用率是很高的。CDMA系统还可以根据不同信号速率的情况，提供不同的信道频带利用动工，使给定频带得到更有效的利用。----适用于多媒体通信系统，CDMA系统能方便地使用多CDMA信道方式和多CDMA帧方式，传送不同速率要求的多媒体业务信息，处理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式灵活、简便、有利于多媒体通信系统的应用，比如可以在提供话音服务的同时提供数据服务，使得用户在通话时也可以接收寻呼信息。----CDMA手机的备用时间更长。低平均功率、高效的超大规模集成电路设计和先进的锂电池的结合显示了CDMA在便携式电话应用中的突破。用户可以长时间地使用手机接收电话，也可以在不挂机的情况下接收短消息。然而，宽带CDMA系统的应用也还面临着一些技术困难，多址干扰的降低和抵消是CDMA的基本课题，也是提高宽带CDMA系统容量，发挥宽带CDMA系统特长的重要课题。2.CDMA的关键技术（1）功率控制技术功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，CDMA功率控制的目的就是使系统即能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。（2）PN码技术PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量，抗干扰能力，接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而需求pn码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列----m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。（3）RAKE接收技术移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出来增强接收效果，在CDMA系统中多径信号不再是一个不利因素，而且变成了一个可供利用的有利因素。（4）声码器速率的自适应阈值技术CDMA系统使用了确定声码器速率的自适应阈值，自适应阈值可以根据背景声学噪音电平的变化改变声码器的数据速率。这些阈值的使用压制了背景声学噪声，因而在噪声环境下也能提供清晰的话音。二、TD-SCDMA技术1.GSM移动通信在发展中遇到的问题近几年来，中国GSM移动通信网发展势头强劲，移动用户数已超过1亿用户，且仍在高速增长。GSM网继续高速发展，面临的第一个问题是频率资源问题，例如我们广东的大多数城市人口密集，因此频率资源是制约移动通信高速发展的重要因素之一。可以用900M/1800M双频组网的方式来解决频率资源不足的问题。但1800M频率的衰减比900M差，因此，在城区1800MGSM的覆盖半径很小，不能完全与900MGSM基站同址建设，建设成本将增加。随着部分城区用户对高速移动数据业务需求的增长，单一用户所占频带宽度增加，中国加入WTO后，势必增加新的电信服务运营者，要将有限的频率资源分配给更多的运营者，这些都将进一步加剧移动通信频率资源紧张的矛盾。GSM网高速发展面临的另一个问题是数据业务传输速率的问题。随着因特网的高速发展，手机上网也越来越成为一种时尚需求。而现在GSM网的用户数据传输速率只有9.6kb/s，将成为手机上网业务发展的瓶颈。拓宽GSM网的数据业务传输速率的迫切性已成为急待解决的现实问题，除此之外，进一步提高用户的数据传输速率，仍是需要等待解决的问题。2.中国3G不落后近几年来，国家投入了数亿元从事第三代移动通讯的技术研究和开发。于去年11月5日有了重大突破，我国提出的第三代移动通信TD-SCDMA标准建议已被国际电联正式采纳，成为第三代移动通信标准（IMT-2000）系列中的重要标准之一。这是我国百年电信史上首次完整地提出自己的标准，并成为国际标准。这也标志着我国的通信技术的发展程度已经由单纯的跟踪转到创新的阶段，是一个开创性的转变。3.TD-SCDMA技术TD-SCDMA特点是采用时分双工模式（TDD）的第三代移动通信系统，其主要的技术特点为：----采用智能天线技术----采用上行同步方式----采用接力切换方式----采用低码片速率TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天线的第三代移动通信系统。在TD-SCDMA系统中，由于采用了TDD模式，上、下行链路采用同一频率，在同一时刻上下行链路的空间物理特性是完全相同的，因此，只要在基站端依据上行数据进行空间参数的估值，再根据这些估值对下行链路的数据进行数字赋形，就可以达到自适应波速赋形的目的，充分发挥智能天线的作用。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要把各个用户的信号分离开来。理想情况下，利用扩频码的正交特性可以保证解调时能无偏差的解调出户数据。而实际系统中由于同步的不准确，空间信道的多径特性等造成的影响，导致各用户信号之间不能维持理想的正交特性，这时对某一特定用户而言，所有工作在同频段的其他用户的信号都是干扰信号，随着用户数目的增多，干扰逐渐增大，系统用户数增加到一定数量时，干扰增大到无法将有用信号提取出来，因此，CDMA系统是个干扰受限的系统。采用智能天线和上行同步技术后，可极大的降低多址干扰，只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径才对有用信号带来干扰，因此，可有效地提高系统容量，从而明显提高了频谱利用率，智能天线的采用，也可有效的提高天线可以采用多个小功率的线性功率放大器来代替单一的大功率线性放大器，而单一大功率线性放大器的价格远高于多个小功率线性放大器的价格，所以智能天线可大大降低基站的成本。智能天线带来的另一好处是提高了设备的冗余度。智能天线的采用可大致定位用户的方位和距离，因此，基站和基站控制器可采用接力发换方式，根据用户的方位，距离信息来判断手机用户现在是否移动到了应该切换给另一基站的监近区域，如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换的准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换的成功率。TD-SCDMA系统仅采用1.28Mb/s的码片速率，只需占用单一的1.6M频带宽度，就可传送2Mb/s的数据业务，而3GFDD的方案，要传送2Mb/s的数据业务，均需要2*5M的带宽，即需两个对称的5M带宽，分别作为上、下行频段，且上下行频段间需要有几十M的频率间隔作为保护。在目前资源十分紧张的情况下，要找到符合要求的对称频段非常困难，而TD-SCDMA系统可以“见缝插针”，只要有满足一个载波的频段（1.6M）就可使用，可以灵活有效地利用现有的频率资源。TD-SCDMA是TDD工作模式，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间来决定，发送时段内不接收，接收时段内不发送，而且可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，对于因特网等非对称业务的数据传输，下行数据量是远大于上行数据量的，这时可控制增加下行的时段时间，缩短上行的时段时间，以达到高效率传送非对称业务的目的。根据上述特点，TD-SCDMA系统适合用于大中城市及城乡结合部。在这些地区人口密度高，频率资源紧张，移动速度不要很高（200km/h以内），但需要大量小半径、高容量的小区覆盖，同时在这些地区数据业务，特别是因特网等非对称数据业务的需求比较大，能充分发挥TD-SCDMA的技术优势。三、LAS-CDMA技术LAS-CDMA技术具有以下特点：----高于任何2G或3G技术的频谱效率；----优于各种不同速率数据服务；----LAS-CDMA技术适合未来“全IP系统（3.5G或4G）的要求”LAS-CDMA（大区域同步码分多址联接）在性能上的优点如下：（1）附加频谱。由于LAS-CDMA可提供比现有2G标准高20多倍的容量以及比CDMA2000高3至6倍的容量，所以可最大限度地减少附加网络的建设和开支，从而使电信公司能比较低的成本在市场上竞争，并以最经济的方式向客户提供新颖和改良的服务。（2）新型网络结构。从设计角度看，LAS-CDMA技术不仅能够强化当前的第二代网络，而且还能为3G提供前所未有的功能，并能成功的推动第四代（4G）无线网络的发展。（3）全球兼容性。世界各地所采用的无线电信技术不甚相同，现行的几种技术包括GSM、CDMA、TDM等。由于LAS-CDMA与所有现行和未来的标准兼容，故易于现有系统向LAS-CDMA过渡。此外，LAS-CDMA还能顺应各项可进一步提高系统性能和容量的先进技术。作为一项空中接口技术，LAS-CDMA可通过配置使用其作为一种增强模式与UTRA，IS-