3G傳輸技術的比較及其演進策略

　　一 CDMA與TDMA

　　ITU-R通過的5個無線傳輸技術的3G技術規(guī)范中有3個是基于CDMA技術的，有2個是基于TDMA技術的�；�于CDMA技術的技術規(guī)范有IMT-2000
CDMA DS（WCDMA、cdma2000DS）、IMT-2000 CDMA MC（cdma2000 MC）、IMT-2000 CDMA
TDD（TD-SCDMA、TD-CDMA）；基于TDMA技術的技術規(guī)范有IMT-2000 TDMA SC（uwc136）、IMT-2000
TDMA MC（DECT）。

　　1．CDMA是發(fā)展趨勢

　　CDMA即碼分多止是由美國Qualcomm公司首先提出的技術。其原理基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴昆再經(jīng)載波調制后發(fā)送出去，接收端由使用完全相同的偽隨機碼與接收的寬帶信號做相關處理，以恢復信息數(shù)據(jù)，與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優(yōu)點。歸納起來CDMA應用于數(shù)字移動通信的優(yōu)點有：

　　（1）系統(tǒng)容量大，在CDMA系統(tǒng)中所有用戶共用一個無線信直當用戶不講話時，該信道內的所有其他用戶會由于干擾減小而得益。因此利用人類話音特點的CDMA系統(tǒng)可大幅降低相互干憂增大其實際容量近3倍。CDMA數(shù)字移動通信網(wǎng)的系統(tǒng)容量理論上比模擬網(wǎng)大20倍，實際上比模擬網(wǎng)大10倍、比GSM大4～5倍。

　�。�2）系統(tǒng)通信質量更佳。軟切換技術（先連接再斷開）可以克服硬切換容易掉話的缺點，CDMA系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上比TDMA系統(tǒng)更容易實現(xiàn)軟切換技術，從而提高通信質量。CDMA系統(tǒng)采用確定聲碼器速率的自適應閾值技術、強有力的誤碼糾錯、軟切換技術和分離多徑分集接收帆可提供TDMA系統(tǒng)不能比擬的、高質量的數(shù)據(jù)。

　　（3）頻率規(guī)劃靈活，用戶按不同的序列碼區(qū)分不同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內使用，因此CDMA網(wǎng)絡的頻率規(guī)劃靈活，擴展簡單。CDMA網(wǎng)絡同時還具有建造運行費用低，基站設備成本低的特氟因而用戶的費用也較低。

　�。�4）頻帶利用率高，CDMA是一種擴頻通信技木盡管擴頻通信系統(tǒng)抗干擾性能的提高是以占用頻帶帶寬為代價的，但是CDMA允許單一頻率在整個系統(tǒng)區(qū)域內可重復使用，使許多用戶共用這一頻帶同時進行通稻大大提高了頻帶利用率，這種擴頻CDMA方式雖然要占用較寬的頻帶，但按每個用戶占用的平均頻帶來計算，其頻帶利用率是很高的。CDMA系統(tǒng)還可以根據(jù)不同信號速率的情況，提供不同的信道頻帶利用形式，使給定頻帶得到更有效的利用。

　�。�5）適用于多媒體通信系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)能方便地使用多CDMA信道方式和多CDMA幀方式傳送不同速率要求的多媒體業(yè)務信息，處理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式靈活、簡便，有利于多媒體通信系統(tǒng)的應用，比如可以在提供話音服務的同時提供數(shù)據(jù)服務使得用戶在通話時也可以接收尋呼消息。

　�。�6）CDMA手機的待機時間更長。低平均功率、高效的超大規(guī)模集成電路設計和先進的鋰電他的結合，顯示了CDMA在便攜式電話應用中的突破。用戶可以長時間地待機也可在不掛機的情況下接收短消息。

　　然而，寬帶CDMA系統(tǒng)的應用也還面臨一些技術困難。多址干擾的降低和抵消是CDMA的基本課題，也是提高寬帶CDMA系統(tǒng)容量。發(fā)揮寬帶CDMA系統(tǒng)特長的重要課題。多用戶、多CDMA信道方式和多CDMA幀方式的信號檢測，對提高系統(tǒng)容量十分重要。

　　2．CDMA的關鍵技術

　　a.功率控制技術

　　功率控制技術是CDMA系統(tǒng)的核心技術。CDMA系統(tǒng)是一個自擾系統(tǒng)所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，CDMA功率控制的目的就是使系統(tǒng)既能維護高質量通信，又不對其他用戶產(chǎn)生干擾。

　　b.PN碼（偽隨機碼）技術

　　PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能，CDMA信道的區(qū)分是靠PN碼來進行的，因而要求PN碼具有自相關性好、互相關性弱、實現(xiàn)和編碼方案簡單等特征。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的m序列——m序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。

　　c.RAKE接收技術

　　移動通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術就是分別接收每一路的信號進行解調，然后疊加輸出來增強接收效果，在CDMA系統(tǒng)中多徑信號不再是一個不利因氛而且變成了一個可供利用的有利因素。

　　d.聲碼器速率的自適應閾值技術

　　CDMA系統(tǒng)使用了確定聲碼器速率的自適應閾底自適應閾值可以根據(jù)背景聲學噪音電平的變化改變聲碼器的數(shù)據(jù)速率，這些閾值的使用壓制了背景聲學噪聲，因而在噪聲環(huán)境下也能提供清晰的話音。

　　二 TD-SCDMA技術

　　1．中國的TD-SCDMA技術

　　近幾年來國家投入了3億元從事第三代移動通信的技術研究和開發(fā)。于2000年11月5日有了重大突破，我國提出的第三代移動通信TD-SCDMA標準建議終于被國際電聯(lián)正式采納，成為第三代移動通信標準（IMT-2000）系列中的重要標準之一。這是我國百年電信史上中華民族首次完整地提出自己的標準，并成為國際標準。這也標志著我國的通信技術的發(fā)展程度已經(jīng)由單純的跟蹤轉到創(chuàng)新的階段，是一個開創(chuàng)性的轉變。

　　2．TD-SCDMA技術的特點

　　TD-SCDMA是采用時分雙工（TDD）模式的第三代移動通信系統(tǒng)其主要的技術特點為：采用智能天線技術、采用上行同步方式、采用接力切換方式、采用低碼片速率。

　　TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天線的第三代移動通信系統(tǒng)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于采用了TDD模式，上、下行鏈路采用同一頻率，在同一時刻上下行鏈路的空間物理特性是完全相同的，因此，只要在基站端依據(jù)上行數(shù)據(jù)進行空間參數(shù)的估底再根據(jù)這些估值對下行鏈路的數(shù)據(jù)進行數(shù)字賦形，就可以達到自適應波束賦形的目的，充分發(fā)揮智能天線的作用。

　　CDMA系統(tǒng)中多個用戶的信號在時域和頻域上是混疊的，接收時需要把各個用戶的信號分離開來。理想情況下，利用擴頻碼的正交特性可以保證解調時能無偏差地解調出用戶數(shù)據(jù)。而實際系統(tǒng)中由于同步的不準確、空間信道的多徑特性等造成的影響，導致備用戶信號之間不能維持理想的正交特性。這時對某一特定用戶而言，所有工作在同頻段的其他用戶的信號都是干擾信號，隨著用戶數(shù)目的增多，干擾逐漸增大，系統(tǒng)用戶數(shù)增加到一定數(shù)量時，干擾將增大到無法將有用信號提取出來，因此，CDMA系統(tǒng)是個干擾受限的系統(tǒng)對于CDMA系統(tǒng)而言，提高系統(tǒng)的容量是一個很重要的指標。

　　采用智能天線和上行同步技術后，可顯著地降低多址干擾，只有來自主瓣方向和較大副瓣方向的多徑才對有用信號帶來干擾，因此，可有效地提高系統(tǒng)容量，從而明顯提高了頻譜利用率。智能無線的采用，也可有效地提高天線的增益。同時，由于智能天線可以采用多個小功率的線性功率放大器來代替單一的大功率性放大器，而單一大功率線性放大器的價格遠高于多個小功率線性放大器的價格，所以智能天線可大大降低基站的成本。智能天線帶來的另一好處是提高了設備的冗余度，因智能天線系統(tǒng)中8臺收發(fā)信機共同工作，任何一臺收發(fā)信機的損壞并不影響系統(tǒng)的基本工作特性。

　　智能天線的采用可大致定位用戶的方位和距離，因此，基站和基站控制器可采用接力切換方式，根據(jù)用戶的方位。距離信息來判斷手機用戶現(xiàn)在是否移動到了應該切換給另一基站的臨近區(qū)域，如果進入切換區(qū)，便可通過基站控制器通知另一基站做好切換的準備，達到接力切換的目的。接力切換可提高切換的成功率，降低切換時對鄰近基站信道資源的占用。

　　TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mb／s的碼片速率，只需占用單一的11Mb／s頻帶寬度，就可傳送2Mb／s的數(shù)據(jù)業(yè)務而其他的3G
FDD（頻分雙工）的方案，要傳送2Mb／s的數(shù)據(jù)業(yè)務均需要2×5Mb／s的帶寬即需兩個對稱的5Mb／s帶寬分別作為上、下行頻段，且上下行頻段間需要有幾十兆的頻率間隔作為保護，在目前頻譜資源十分緊張的情況下要找到符合要求的對稱頻段非常困難，而TD-SCDMA系統(tǒng)可以“見縫插針”只要有滿足一個載彼的頻段（1.6Mb／s）就可使用，可以靈活有效地利用現(xiàn)有的頻率資源。

　　TD-SCDMA是TDD工作模式，上下行數(shù)據(jù)的傳輸通過控制上、下行的發(fā)送時間來決定，發(fā)送時段內不接收，接收時段內不發(fā)送，而且可以靈活控制和改變發(fā)送和接收的時段長短比例，對于Internet等非對稱業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸，下行數(shù)據(jù)量是遠大于上行數(shù)據(jù)量的，這時可控制增加下行的時段時間，縮短上行的時段時間，以達到高效率傳送非對稱業(yè)務的目的。

　　根據(jù)上述特點，TD-SCDMA系統(tǒng)適合用于大中城市及城鄉(xiāng)結合部。在這些地區(qū)人口密度高、頻率資源緊張、移動速度不要很高（200km／h以內），但需要大量小半徑、高容量的小區(qū)覆蓋；同時在這些地區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務特別是Internet等非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務的需求比較大，能充分發(fā)揮TD-SCDMA的技術優(yōu)勢。

　　三 3G演進策略

　　1．從1G、2G過渡到3G的通信技術

　　簡單地說，從1G、2G過渡到3G的過程如（GSM網(wǎng)的傳輸速率為9.6kb／s→利用GPRS技術使GSM網(wǎng)絡的傳輸速率達115kb／s→EDGE（改進數(shù)據(jù)率GSM服務）技術的應用再次提升GSM網(wǎng)絡傳輸速率達到384kb／s，使高質量圖像傳輸成為可能→3G時代的真正來臨，WCDMA和MPEG-4技術結合達到2Mb／s傳輸速率，帶來真實的動態(tài)圖像。

　　在向第三代過渡的過程中，還必須提到的就是“藍牙”。藍牙是一種微型無線網(wǎng)絡技術，用于個人區(qū)域網(wǎng)絡的低成本、低功率無線接口，實時傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)和語音信號，它是由移動通信公司與計算機公司聯(lián)合開發(fā)的傳輸范圍約為10米左右的短距離無線通信標底具有傳輸速率高、安全性強、價格較低等優(yōu)點，可以使便攜式計算機、移動電話以及其他的移動設備相互進行無線通信。

　　在過渡中第一步的GPRS技術是一種極其經(jīng)濟高效的分組數(shù)據(jù)技術。它在普通GSM網(wǎng)絡的傳統(tǒng)電路交換中增加了分組交換數(shù)據(jù)功肖已數(shù)據(jù)被分割成數(shù)據(jù)包而不是以穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流進行運輸。按每數(shù)據(jù)比特的發(fā)送和接收來收費的能力將確�？蛻糁恢Ц妒褂觅M用，這樣費用就會大大降低。實現(xiàn)GPRS功能也是一項巨大的工程，除了要改造全網(wǎng)的基站，基站控制器外，還要新增GPRS手機及SGSN、GGSN網(wǎng)絡關口設備。

　　EDGE是一種有效提高GPRS信道編碼效率的高速移動數(shù)據(jù)標準，它允許高達384kb／s的數(shù)據(jù)傳輸速或可以充分滿足未來無線多媒體應用的帶寬需求，
EDGE提供了一個從GPRS到第三代移動通信的過渡性方氛從而使現(xiàn)有的網(wǎng)絡運營商可以最大限度地利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡設備，在第三代移動網(wǎng)絡商業(yè)化之前提前為用戶提供個人多媒體通信業(yè)務。由于EDGE是一種介于現(xiàn)有的第二代移動網(wǎng)絡與第三代移動網(wǎng)絡之間的過渡技術，因此也有人稱它為“二代半”技術。EDGE同樣充分利用了現(xiàn)有的GSM資源，保護了對GSM作出的投資，目前已有的大部分設備都可以繼續(xù)在EDGE中使用。

　　WCDMA帶來了最高2Mb／s的數(shù)據(jù)傳輸速曳在這樣的條件（現(xiàn)在計算機中應用的任何媒體都能通過無線網(wǎng)絡輕松地傳遞。WCDMA通過有效地利用寬頻帶，不僅能順暢地處理聲音、圖像數(shù)據(jù)以及與互聯(lián)網(wǎng)快速連接，而且WCDMA和MPEG-4技術結合起來還可以處理真實的動態(tài)圖像。

　　2．適合中國國情的3G演進策略

　　中國選擇什么樣的3G演進策略，應充分考慮中國現(xiàn)在的國情。中國移動通信的國情特點是，現(xiàn)在移動電話的人口普及率才4.5％，仍然面臨著高速增長的、以話音業(yè)務為主的用戶需求。因此，新建的3G網(wǎng)必須與GSM網(wǎng)有很好的后向兼容性充分利用已有的GSM網(wǎng)；選擇頻譜利用率高的制式，應該是我國第三代移動通信建設考慮的重點。中國受經(jīng)濟條件的限制，難以像建設GSM網(wǎng)一樣，在短時間內用大規(guī)模全覆蓋的方式，再重建一個完整的第三代移動通信網(wǎng)。具體他說，中國第三代移動通信的演進策略應該如下。

　　a.依托900MHz GSM網(wǎng)，采用雙頻雙模終端

　　鑒于我國有移動高速數(shù)據(jù)業(yè)務需求的用戶主要集中在大城市及經(jīng)濟發(fā)達的中、小城市因此中國第三代移動通信網(wǎng)的建設，只可能先在一些有需求的大、中城市建孤島式的第三代移動通信覆蓋區(qū)。例如廣東省，由于整個珠江三角洲經(jīng)濟都較發(fā)達，可以建一個小型的第三代移動通信覆蓋網(wǎng)。

　　在初期，應考慮雙頻雙模組網(wǎng)方式，3G的終端為GSM／3G雙頻雙模終端。在3G的覆蓋區(qū)內，用戶的雙頻雙模終端可得到3G的高速數(shù)據(jù)業(yè)務的服務也可得到話音業(yè)務的服務。在某一3G孤島內注冊的用戶終端，到達另一3G覆蓋的孤島時，仍可得到3G高速數(shù)據(jù)業(yè)務及話音業(yè)務的服務。當3G的雙頻雙模終端到達無3G覆蓋而只有900MHz
GSM網(wǎng)覆蓋的區(qū)域時，3G的雙頻雙模用戶終端仍可得到900MHz GSM話音業(yè)務的支持，并可享有漫游、切換功能。采用這種方式建3G網(wǎng)，既可充分利用己建好的全國900MHz
GSM大網(wǎng)，又可用較少的代價為用戶提供3G業(yè)務。隨著3G的業(yè)務需要不斷增力比3G覆蓋的孤島不斷增多、擴大，將逐步形成局部區(qū)域或城市全覆荒最終形成全國覆蓋的3G網(wǎng)。

　　b.采用3G基站子系統(tǒng)進行GSM網(wǎng)的擴容

　　由于3G的基站與2G或2.5G的基站相比，2G或2.5G的終端不能在3G網(wǎng)中得到前向兼容的支持，因此，在3G網(wǎng)開始大規(guī)模建設后，在中國將形成GSM2G（或2.5G）與3G的兩大獨立的無線網(wǎng)絡（基站子系統(tǒng)）并存的局面。由于3G的業(yè)務速率、頻譜利用率遠遠高于GSM，且單位成本（每用戶、每赫茲）低于GSM，所以，隨著時間的推移，3G網(wǎng)絡的用戶數(shù)將越來越多，最終將遠遠超過GSM的用戶數(shù)，到那時，由于GSM
2G和2.5G的用戶不能在3G網(wǎng)中使用，其處境與現(xiàn)在模擬網(wǎng)的用戶不能在GSM網(wǎng)中使用的情景很相似。

　　因此，在3G的基站子系統(tǒng)及終端成熟后，應盡早先用于GSM階來取代GSM基站子系統(tǒng)的擴容，而不用等到第三代的核心網(wǎng)建成后，才開始使用3G的基站子系統(tǒng)設備。這樣，既可滿足高速增長的移動話音及數(shù)據(jù)用戶的需求，又可在3G規(guī)模建設的前期，避免與3G不前向兼容的2G和2.5G基站子系統(tǒng)的大量建設投入，盡可能減少2G向36演進中帶來的損失。

　　c.充分利用TD-SCDMA的特點，與WCDMA混合組網(wǎng)

　　TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)具有頻譜利用率高，僅需單一1.6Mb／s的頻帶就可提供速率達2Mb／s的3G業(yè)務需求的特點，而且非常適合非對稱業(yè)務的傳輸。在TD-SCDMA的終端及基站子系統(tǒng)的設計中，均考慮了GSM／TD-SCDMA雙頻雙模的使用，完全符合前面所述的依托900MHz
GSM網(wǎng)，以孤島形式逐步建設3G網(wǎng)的要求。因TD-SCDMA能同時滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口的要FIY ，所以TD-SCDMA的基站子系統(tǒng)既可作為2G和2.5G
GSM基站的擴容，又可作為3G網(wǎng)中的基站子系統(tǒng)能同時兼顧現(xiàn)在的需求和長遠未來的發(fā)展。也就是說，TD-SCDMA 3G系統(tǒng)能同時滿足前面所述的兩條演進策略。

　　TD-SCDMA為TDD模式，在應用范圍內有其自身的特點：一是終端的移動速度受現(xiàn)有DSP運算速度的限制只能做到240km／h；二是基站覆蓋半徑在15km以內時頻譜利用率和系統(tǒng)容量可達最佳，在用戶容量不是很大的區(qū)域，基站最大覆蓋可達30～40km。所以，TD-SCDMA適合在城市和城郊使用。

　　d.3G核心網(wǎng)的演進策略

　　原900MHz、1600MHz GSM的核心網(wǎng)是電路交換型的，數(shù)據(jù)傳送速率只有9.6kb／s為滿足高速率數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸，先要經(jīng)過GPRS升級，每個基站控制器BSC要升級成具有GPRS功能的E-BSC，除話音業(yè)務和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務繼續(xù)通過A接口到MSC外，分組型數(shù)據(jù)業(yè)務可通過Gb接口到SGSN，在GPRS網(wǎng)中最高數(shù)據(jù)業(yè)務速率可達115kb／s，進一步提高數(shù)據(jù)業(yè)務速率的限制在物理層的基帶處理。而Gb接口和SGSN的能力可支持384kb／s甚至2Mb／s的數(shù)據(jù)業(yè)務速率。

　　因此，通過GPRS升級后，核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)承載能力已大幅提高，這時可用TD-SCDMA基站子系統(tǒng)來擴容GSM網(wǎng)的基站子系統(tǒng)，直接接入GPRS網(wǎng)的A接口和Gb接口，分別提供話音業(yè)務和2Mb／s以內的數(shù)據(jù)業(yè)務。這時的基站控制器已稱為RNC，除支持A接口和Gb接口外，還支持Iub、Iu、IuR等3G網(wǎng)的接口。由于Iub、Iu、IuR接口的標準還在不斷完善，待3GPP的標準R99和R00完善后，RNC可用Iub、Iu、IuR接口與3G核心網(wǎng)互聯(lián)，從而演進成完整的第三代核心網(wǎng)。

　　總之，第三代移動通信網(wǎng)無論是基站子系統(tǒng)，還是核心網(wǎng)，都是通過逐步演進而實現(xiàn)的，要充分依托已有的、龐大的GSM網(wǎng)絡，使得在演進過程中，最大限度地保護已有的投資保證用戶業(yè)務的連續(xù)性。

　　綜上所述，TDMA技術將不是第三代移動通信的主流技術，因此TDMA SC和TDMA MC只會作為區(qū)域性標準分別用于IS-136和DECT系統(tǒng)的升級。而基于CDMA技術的3個RTT技術規(guī)范將成為第三代移動通信的主流技術，也稱為一個家族、三個成員。
CDMA DS和CDMA MC都是FDD模式，CDMA TDD是TDD模式，ITU-R分別為3G的FDD模式和TDD模式劃分了獨立的頻段。TD-SCDMA和LAS-CDMA（大區(qū)域碼分多址聯(lián)接）技術系統(tǒng)適合用于大中城市及城鄉(xiāng)結合部，因為在這些地區(qū)人口密度高，頻率資源緊張，因容量的原因，小區(qū)半徑一般都在15km以內，移動速度不要很高（200km／h以內）。同時，這些地區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務特別是Internet等非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務的需求比較大，能充分發(fā)揮兩種技術的優(yōu)勢。而在農(nóng)村及大區(qū)全覆蓋時，用WCDMA
FDD方式則較合適的。因此，在3G中FDD和TDD是相互補充的關系。