第三代移動(dòng)通信IMT-2000的無線傳輸技術(shù)

宋國文 柴遠(yuǎn)波 葛寶忠



　　由ＩＴＵ－Ｔ提出的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)ＵＭＴＳ／ＦＰＬＭＴＳ（ＩＭＴ－２０００），是工作在２ＧＨｚ頻段上的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，計(jì)劃２０００年左右投入試驗(yàn)和運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)化。ＩＭＴ－２０００系統(tǒng)模型，采用模塊化概念，在交換網(wǎng)絡(luò)與無線接入網(wǎng)之間定義了一個(gè)明確的無線網(wǎng)絡(luò)接口。該接口允許未來多種無線系統(tǒng)連接到多種現(xiàn)存的核心網(wǎng)絡(luò)和ＩＭＴ－２０００的核心網(wǎng)絡(luò)。



　　無線接入網(wǎng)由無線承載公用功能（ＲＢＣＦ－Ｒａｄｉｏ Ｂｅａｒ Ｃｏｍｍｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）和無線傳輸特定功能（ＲＴＳＦ—Ｒａｄｉｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）兩個(gè)部分組成。ＲＢＣＦ完成控制和傳輸功能；ＲＴＳＦ完成無線接入技術(shù)功能，主要為無線傳輸技術(shù)（ＲＴＴ－－Ｒａｄｉｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）和無線傳輸適配功能（ＲＴＡＦ－－ Ｒａｄｉｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）。在交換網(wǎng)一側(cè)，ＩＭＴ－２０００通過合適互通功能或適配功能與現(xiàn)有的核心網(wǎng)絡(luò)互連。ＩＭＴ－２０００的競爭焦點(diǎn)集中在地面無線傳輸技術(shù)上。



第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本特點(diǎn)


　　·第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)為多功能、多業(yè)務(wù)和多用途的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，是在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的。它根據(jù)特定的環(huán)境提供從１４４ｋｂｉｔ／ｓ到２Ｍｂｉｔ／ｓ的個(gè)人通信，支持全球無縫漫游和提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)；使用共同的頻段（ＷＲＣ分配給ＩＭＴ－２０００使用的頻段為１８８５－２０２５ＭＨｚ，２１１０－２２００ ＭＨｚ），全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。


　　·支持從話音到分組數(shù)據(jù)進(jìn)而到多媒體業(yè)務(wù)，根據(jù)需要提供帶寬。ＩＴＵ對第三代無線傳輸技術(shù)的最低要求為：快速移動(dòng)環(huán)境，最高速率達(dá)１４４ｋｂｉｔ／ｓ；室外到室內(nèi)或步行環(huán)境，最高速率達(dá)３８４ｋｂｉｔ／ｓ；室內(nèi)環(huán)境，最高速率達(dá)２Ｍｂｉｔ／ｓ。


　　·兼容第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榈诙�代移�?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，為便于過渡，第三代移動(dòng)通信一定要兼容第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。


　　·性能價(jià)格比優(yōu)，具有強(qiáng)大的競爭能力。


　　·頻譜效率高。


　　·服務(wù)質(zhì)量好。


　　·保密系統(tǒng)完善。


　　根據(jù)以上要求，目前，提交到ＩＴＵ的地面無線傳輸技術(shù)共有１０種。這１０個(gè)技術(shù)的雙工方式、應(yīng)用環(huán)境、多址方式、碼片速率、幀長和提交者等。


　　在表１的１０個(gè)地面建議中，歐洲ＤＥＣＴ無線接入標(biāo)準(zhǔn)（序號１０）作為ＩＭＴ－２０００的微小區(qū)／微微小區(qū)組成部分，適合無線ＰＢＸ等應(yīng)用。事實(shí)上，ＤＥＣＴ 使用了第三代移動(dòng)通信的頻譜，能夠滿足ＩＴＵ室內(nèi)和步行環(huán)境的帶寬要求，即固定用戶為２Ｍｂｉｔ／ｓ，在校園或工作環(huán)境中的移動(dòng)用戶則使用３８４ｋｂｉｔ／ｓ，但由于ＤＥＣＴ并非為廣域無線網(wǎng)絡(luò)用戶而設(shè)計(jì)，因此不能滿足１４４ｋｂｉｔ／ｓ車輛用戶的快速移動(dòng)要求。


　　ＵＷＣ－１３６（序號９）是一個(gè)純ＴＤＭＡ技術(shù)，是在北美ＩＳ－１３６ ＴＤＭＡ（Ｄ－ＡＭＰＳ）技術(shù)的基礎(chǔ)上提交的。北美ＩＳ－１３６ ＴＤＭＡ（Ｄ－ＡＭＰＳ）是第二代數(shù)字系統(tǒng)的主要技術(shù)之一，其用戶規(guī)模與ＩＳ－９５相當(dāng)，因此，ＵＷＣ－１３６將被ＩＳ－１３６的運(yùn)營者繼續(xù)采用。


　　其它８個(gè)建議都是基于ＣＤＭＡ技術(shù)，也就是說寬帶ＣＤＭＡ技術(shù)是第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)。Ｗ－ＣＤＭＡ和ｃｄｍａ２０００為第三代移動(dòng)通信的主流技術(shù)。


　�。祝�ＣＤＭＡ實(shí)際上有兩個(gè)獨(dú)立的建議：日本無線工業(yè)廣播協(xié)會(huì)（ＡＲＩＢ）支持的純Ｗ－ＣＤＭＡ和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ＥＴＳＩ）制定的ＵＴＲＡ；ＵＴＲＡ實(shí)際上是以日本的Ｗ－ＣＤＭＡ技術(shù)和歐洲第三代ＧＳＭ使用的最初ＵＭＴＳ平臺(tái)為基礎(chǔ)的混合標(biāo)準(zhǔn)。目前，這兩個(gè)建議正在進(jìn)一步融合。


　�。悖洌恚幔玻埃埃笆腔�于窄帶ＩＳ－９５ＣＤＭＡ技術(shù)的寬帶ＣＤＭＡ技術(shù)。ｃｄｍａ２０００和ＩＳ－９５采用的基本技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)如功率控制、軟切換、ＲＡＫＥ接收等是很類似的，性能上也沒有太大的差異。


　　Ｗ－ＣＤＭＡ和ｃｄｍａ２０００兩種寬帶ＣＤＭＡ的主要區(qū)別為：


　　·碼片速率（Ｃｈｉｐ ｒａｔｅ）：ｃｄｍａ２０００使用目前的ＰＣＳ 頻段，強(qiáng)調(diào)與ＩＳ－９５的后向兼容。其基本思路是采用多載波方式，碼片速率是窄帶１．２２８８Ｍｃｐｓ的整數(shù)倍，初期為１倍或３倍，即１．２２８８Ｍｃｐｓ或３．６８６４Ｍｃｐｓ，也就是說在５ＭＨｚ的帶寬上采用３．６８６４Ｍｃｐｓ的碼片速率。而Ｗ－ＣＤＭＡ采用直接序列擴(kuò)頻，碼片速率為４．０９６Ｍｃｐｓ。目前，ＩＴＵ－Ｔ仍在嘗試就５ＭＨｚ的帶寬內(nèi)采用３．８４Ｍｃｐｓ的碼片速率進(jìn)行折中，但未能達(dá)成一致。ｃｄｍａ２０００反對折中，因?yàn)椴捎昧耍常�８４Ｍｃｐｓ的碼片速率，ｃｄｍａ２０００就無法與ＩＳ－９５后向兼容。


　　·基站同步方式：ｃｄｍａ２０００采用ＩＳ－９５系統(tǒng)所采用的方式，即采用ＧＰＳ使基站之間嚴(yán)格同步。Ｗ－ＣＤＭＡ則采用異步方式。雖然日本也提出了同步方式可作為選項(xiàng)，但仍采用異步方式的３步捕捉同步的方式，只是省略了第３步。其同步方式和ｃｄｍａ２０００的同步方式相差甚遠(yuǎn)。


　　·導(dǎo)頻信道方式：Ｗ－ＣＤＭＡ采用專用導(dǎo)頻符號，與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流時(shí)分復(fù)用。ｃｄｍａ２０００仍然采用ＩＳ－９５系統(tǒng)所采用的公共導(dǎo)頻信道方式。導(dǎo)頻信道方式差異較大，難以達(dá)到統(tǒng)一。


　　上述三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)得不到統(tǒng)一，因此，兩種寬帶技術(shù)難以融合。


　　我國提出的建議—時(shí)分同步ＣＤＭＡ（ＴＤ－ＳＣＤＭＡ），采用時(shí)分雙工方式和時(shí)分同步碼分多址接入。工作頻段為２．０１～２．０２５ＧＨｚ，每個(gè)信道１．２ＭＨｚ帶寬，其中保護(hù)帶寬約為１００ｋＨｚ。每個(gè)射頻信道幀由８個(gè)可動(dòng)態(tài)分配的ＴＤＭＡ?xí)r隙組成，每個(gè)ＴＤＭＡ?xí)r隙又分為１６個(gè)ＣＤＭＡ碼分信道。每個(gè)碼分信道經(jīng)過一個(gè)特定的Ｗａｌｓｈ碼與一個(gè)公共的偽隨機(jī)碼相乘后彼此分開。ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)中，每幀的長度為５ｍｓ（８個(gè)時(shí)隙），碼片速率為１．１１３６ Ｍｃｐｓ，接入信道的擴(kuò)頻增益為１６，業(yè)務(wù)信道的擴(kuò)頻增益為１６或３２。采用ＤＱＰＳＫ方式調(diào)制，可選８ＰＳＫ或１６ＱＡＭ方式。話音業(yè)務(wù)采用卷積編碼，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用級連編碼，并進(jìn)行相應(yīng)的交織處理。ＴＤ－ＳＣＤＭＡ與Ｗ－ＣＤＭＡ和ｃｄｍａ２０００沒有多大的關(guān)系，它的設(shè)計(jì)更像一種低移動(dòng)性的ＷＬＬ技術(shù)，采用的ＴＤＭＡ和ＣＤＭＡ混合接入方案與同樣采用這兩種技術(shù)的ＵＴＲＡ合作有良好的基礎(chǔ)。



第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)


　　通信協(xié)議分為三層，分別為：


　　·第一層為物理層，定義了無線頻譜的管理，通過無線鏈路傳遞數(shù)據(jù)，它是由一系列下行物理信道和上行物理信道組成。


　　·第二層為鏈路層，它由媒體接入控制（ＭＡＣ）子層和鏈路接入控制（ＬＡＣ）子層兩個(gè)子層組成；ＭＡＣ子層根據(jù)ＬＡＣ子層不同業(yè)務(wù)實(shí)體的要求對物理層的資源進(jìn)行管理和控制，并負(fù)責(zé)提供ＬＡＣ子層業(yè)務(wù)實(shí)體所需的ＱｏＳ級別。ＬＡＣ子層負(fù)責(zé)提供ＭＡＣ子層所不能提供的更高級別的ＱｏＳ控制，這種控制可以通過ＡＲＱ等方式來實(shí)現(xiàn)，以滿足來自更高層業(yè)務(wù)實(shí)體的傳輸可靠性。


　　·第三層為高層，它集ＯＳＩ模型中的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表達(dá)層和應(yīng)用層為一體。高層實(shí)體主要負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的呼叫信令處理，話音業(yè)務(wù)（包括電路類型和分組類型）和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括ＩＰ業(yè)務(wù)、電路、分組數(shù)據(jù)和短消息等）的控制與處理等。


　　分層結(jié)構(gòu)（見圖２）中的Ｃ－平面為控制平面，Ｕ－平面為用戶信息平面。


　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的兩個(gè)主要技術(shù)路線：


　　從以上的分析可看出，在已提交ＩＴＵ－Ｔ的ＩＭＴ－２０００的建議中，主要有兩種技術(shù)的發(fā)展路線，其一為以歐洲為代表的以ＧＳＭ為核心網(wǎng)的歐洲派的技術(shù)路線，另一個(gè)為以美國為代表的以Ｄ－ＡＭＰＳ為核心網(wǎng)的北美派的技術(shù)路線，二者都有很大的影響力，直接影響著第三代移動(dòng)通信的最終發(fā)展，且已給ＩＴＵ構(gòu)成了威脅。


　　·ＧＳＭ ＭＡＰ＋ＵＴＲＡ—３ＧＰＰ路線


　　３ＧＰＰ是以歐洲ＥＴＳＩ發(fā)起的，日本ＡＲＩＢ、ＴＴＣ、韓國ＴＴＡ和美國ＴＩ參加的第三代伙伴計(jì)劃。目的是制定以ＧＳＭ ＭＡＰ為核心網(wǎng)、ＵＴＲＡ（ＦＤＤ：Ｗ－ＣＤＭＡ，ＴＤＤ：ＴＤ－ＣＤＭＡ）為無線接口的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。


　　·Ｄ－ＡＭＰＳ＋ｃｄｍａ２０００—３ＧＰＰ２路線


　�。常牵校校彩怯擅绹鴩�家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ＡＮＳＩ發(fā)起的，日本ＡＲＩＢ、ＴＴＣ、韓國ＴＴＡ參加的另一個(gè)第三代伙伴計(jì)劃。目的是制定以Ｄ－ＡＭＰＳ為核心網(wǎng)、ｃｄｍａ２０００為無線接口的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。



關(guān)于ＩＭＴ－２０００的幾點(diǎn)說明


　　·ＦＤＤ和ＴＤＤ


　�。疲模暮停裕模脑诩夹g(shù)上各有自己的特色。ＦＤＤ在蜂窩系統(tǒng)的應(yīng)用中較為成熟，但無法解決頻率不對稱的問題。ＴＤＤ方式能解決頻率不對稱的問題，能夠很好的適應(yīng)未來Ｉｎｔｅｒｎｅｔ瀏覽問題。但ＴＤＤ技術(shù)在蜂窩系統(tǒng)中尚未取得完全的成功，一些關(guān)鍵技術(shù)尚需得到驗(yàn)證。


　　·空中接口技術(shù)和移動(dòng)交換技術(shù)


　　初期的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的最高傳輸速率為１４４ｋｂｉｔ／ｓ（最多不超過３８４ｋｂｉｔ／ｓ），這種速率無論是分組模式還是電路模式，對于移動(dòng)交換機(jī)而言均談不上高速，移動(dòng)交換機(jī)可能存在的困難在于如何支持３Ｇ系統(tǒng)所需的并發(fā)多業(yè)務(wù)�？紤]到國內(nèi)在交換方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢，實(shí)施３Ｇ交換機(jī)的難度應(yīng)遠(yuǎn)低于空中接口部分。因此，空中接口技術(shù)成為發(fā)展第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。


　　·關(guān)鍵技術(shù)的復(fù)用


　　無論是ＷＣＤＭＡ還是ｃｄｍａ２０００，無論是ＦＤＤ還是ＴＤＤ，均有大量共性關(guān)鍵技術(shù)（如功率控制、ＲＡＣＫ接收機(jī)、信道編譯碼器等）。


　　·新型技術(shù)的應(yīng)用


　　類似于多用戶檢測、智能天線、新型信道編譯碼等新型關(guān)鍵技術(shù)并不是初期第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)所必需的，但這些技術(shù)的突破將會(huì)很大程度上提高系統(tǒng)性能。


　　·芯片支持問題


　　毫無疑問，專用集成電路（ＡＳＩＣ）芯片對于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化是必需的，擁有我們自己獨(dú)立產(chǎn)權(quán)的ＡＳＩＣ的開發(fā)應(yīng)同步進(jìn)行。


　　·標(biāo)準(zhǔn)的選擇


　�。桑停裕�２０００的發(fā)展尚有許多不確定的因素，這些因素有來自技術(shù)方面的，也有來自其它方面的。目前較為公認(rèn)的主流標(biāo)準(zhǔn)為歐洲的Ｗ－ＣＤＭＡ標(biāo)準(zhǔn)（ＵＴＲＡ）和北美的ｃｄｍａ２０００標(biāo)準(zhǔn)。考慮我國擁有較為龐大的ＧＳＭ蜂窩通信系統(tǒng)，且國內(nèi)傳統(tǒng)上較易接受歐洲標(biāo)準(zhǔn)，選擇歐洲的Ｗ－ＣＤＭＡ標(biāo)準(zhǔn)作為主攻方向是必要的。但另一方面，北美的ｃｄｍａ２０００標(biāo)準(zhǔn)較為成熟，北美的ＣＤＭＡ運(yùn)營組織ＣＤＧ號稱有能力在兩年之內(nèi)推出ｃｄｍａ２０００－１ｘ商用系統(tǒng)。由于ｃｄｍａ２０００－１ｘ系統(tǒng)必須與已有的ＩＳ－９５系統(tǒng)兼容，因此一些關(guān)鍵參數(shù)與ＩＳ－９５系統(tǒng)相同，而且國內(nèi)已建有ＣＤＭＡ商用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，并有較好的ＩＳ－９５ＣＤＭＡ研究基礎(chǔ)，通過對ＩＳ－９５ＣＤＭＡ的改造，相對較易在短時(shí)期內(nèi)完成ｃｄｍａ２０００－１ｘ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，因此，選擇北美的ｃｄｍａ２０００標(biāo)準(zhǔn)作為主攻方向也是很有必要的。另外，由于未來移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)巨大，在國內(nèi)采用兩種或兩種以上的標(biāo)準(zhǔn)也是完全可能的。


　　·體制標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新和研究。主要考慮以下三個(gè)方面：在技術(shù)上最大程度地使關(guān)鍵技術(shù)能夠復(fù)用（考慮與ＩＳ－９５、ＧＳＭ的兼容與復(fù)用）；減少系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度；最大程度地占有知識產(chǎn)權(quán)。


　　第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（如ＡＭＰＳ和ＴＡＣＳ等）是采用ＦＤＭＡ制式的模擬蜂窩系統(tǒng)，其主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低、系統(tǒng)容量小、業(yè)務(wù)種類有限。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（如ＧＳＭ、Ｄ－ＡＭＰＳ及ＩＳ－９５等）則是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。雖然其容量和功能與第一代相比有很大的提高，其業(yè)務(wù)主要限于話音和低速率數(shù)據(jù)（小于９．６ｋｂｉｔ／ｓ），不能滿足新業(yè)務(wù)種類和高傳輸速率的要求。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)以其能與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，能提供多種類型的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，并以小型便攜終端在任何時(shí)候、任何地方都能進(jìn)行通信的諸多優(yōu)勢，具有巨大的吸引力。





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