第三代移動通信系統及其主要無線技術

第三代無線移動通信網，通常稱爲3G，正在被國內外移動通信界積極地研究和熱烈地探討着，並預期於2002年左右投入商用。國際電信聯盟（ITU）稱3G爲IMT－2000(International Mobile Telecommunications－2000)，在歐洲，該系統則被稱爲通用移動通信系統（UMTS）。IMT－2000將提供多種服務，尤其是多媒體通信以及高速數據分組交換業務。而近年來，作爲IMT－2000/UMTS空中接口多址接入方案之一的碼分多址接入（CDMA）系統似乎已經成爲第三代無線個人通信系統最強有力的備選方案。在歐洲，美國，日本以及韓國，對寬帶CDMA的研究也有很大的進展，這表明，寬帶CDMA將成爲“什麼是IMT－2000/UMTS最佳多址接入方案”最有可能的答案。
　　
　　 第三代移動通信系統空中接口的制定
　　
　　 如何能夠提供真正意義上的全球覆蓋，提供更高速的數據業務以及更有效的頻譜利用率已成爲推動第三代移動通信發展的主要動力。自1985年以來，國際電信聯盟就開始了IMT－2000的研究。IMT－2000早期被稱爲未來公共陸地移動電話系統（FPLMTS），在ETSI，UMTS的標準化則始於1900年子技術委員會SMG5成立時。IMT－2000空中接口方案的主要目標可簡要如下：
　　
　　 　 ?全覆蓋和移動時，比特速率爲144Kb/s，最佳可達384Kb/s
　　
　　 　　?有限覆蓋和移動時，比特速率爲2Mb/s
　　
　　 　　?與現有系統相比，有更高的頻譜利用率
　　
　　 　　?對新型業務有更好的兼容性
　　
　　 上述數據是根據綜合業務數字網（ISDN）的數據比特率來規定的。ISDN各種信道提供了多種不同的比特率，其2B＋D信道提供144Kb/s的數據速率，H0信道提供384Kb/s的數據速率，H12信道提供1920Kb/s的數據速率（儘管IMT－2000業務的上限採用2Mb/s，但實際業務規定爲1.92或2.048Mb/s）。雖然如此，IMT－2000的主要業務並不是基於ISDN的，這些數字也已成爲爭論的對象，最終，市場需求將決定在第三代移動通信系統的商業運營中提供怎樣的數據速率。
　　
　　 一些國家的主要地區性標準化組織也已經制定了IMT－2000的首選技術。1997年初，負責日本無線標準化的無線工業和商業協會（ARIB）決定繼續進行寬帶CDMA標準細節方面的制定，日本提出的技術加速了歐美標準化的工作，同年，日本的要害參數和歐洲寬帶CDMA建議取得一致，空中接口即爲通常所指的WCDMA。1998年1月，由於有強大的後盾，在ETSI中，WCDMA被選作FDD頻段的UMTS陸地空中接口方案。寬帶CDMA的選擇也得到了亞洲和北美GSM運營者的支持。對於TDD頻段，選擇了時分CDMA (TD－CDMA)的概念。1998年3月，美國負責IS－95標準化的通信工業協會（TIA）TR45.5委員會採用了一種後向兼容IS－95的寬帶CDMA框架，稱爲cdma－2000。負責IS－136標準化的TR45.3採用了基於TDMA方案的第三代建議UWC－136（全球無線通信），該建議是1998年2月提出，並建立在UWCC建議基礎之上。
　　
　　 寬帶CDMA方案
　　
　　 上述適合第三代無線系統的多址接入方案，即寬帶CDMA方案，基於UWC－136 TDMA方案和TD－CDMA方案中，我們將簡要介紹寬帶CDMA方案。
　　
　　 寬帶CDMA具有5MHz或更寬的帶寬。通常，所有第三代系統建議的帶寬均爲5MHz，選擇這一帶寬有很多原因。首先，144和384Kb/s的數據速率是第三代系統的主要目標，在5MHz帶寬內可以獲得這一速率並具有適當的容量，在限定條件下，甚至可以達到2Mb/s的峯值速度；第二，頻譜的缺乏要求採用合理的最小頻譜分配，尤其是當系統必須配置到已經被第二代系統佔用的現有頻帶內；第三，與較窄的帶寬相比，5MHz帶寬能更好的解決多徑問題，提高分集技術，改善系統性能。爲了更有效的支持更高的數據速率，已經提出了10，15和20MHz的帶寬。目前已經制定的幾種用於第三代無線系統的寬帶CDMA建議，總結如下：
　　
　　 　　?多速率業務
　　
　　 　　?分組數據
　　
　　 　　?複雜的擴頻技術
　　
　　 　　?相關的下行鏈路使用用戶專用的導頻信號
　　
　　 　　?上行鏈路附加導頻信道來進行波束形成
　　
　　 　　?無縫隙內部頻率切換
　　
　　 　　?下行鏈路快速功率控制
　　
　　 　　?可選的多用戶檢測技術
　　
　　 基於第三代空中接口方案的標準化重點放在了寬帶CDMA的以下兩個方面：網絡異步和同步。在網絡異步方案中，基站之間是不同步的；而在網絡同步方案中，基站之間是同步的，相差僅爲幾毫秒。正如要討論的，有兩種異步CDMA網絡建議：ETSI和ARIB中的WCDMA和具有類似參數的韓國的TTAⅡ[5]；以及一種同步寬帶CDMA網絡，該方案以被TR45.5（cdma－2000）所採納並正處於韓國的考慮之中（TTAⅠ）。此外，美國的T1P1也加入了WCDMA的開發，美國TR46.1開發的寬帶CDMA方案，無線多媒體和消息業務（WIMS），最近已經和WCDMA融合。由TR45.5（cdma－2000）提出的網絡同步寬帶CDMA方案，韓國正在作進一步的研究。所有的方案都瞄準了IMT－2000無線傳輸技術選擇的進程。除了上述主要的寬帶CDMA方案外，還有兩種很有發展前景的寬帶CDMA，它們是CODIT和IS－665 WCDMA。
　　
　　 爲了將不同的寬帶CDMA技術融合，需要尋找一個統一的全球空中接口，各個國家和地區性組織都已經作了很多的努力。然而由於當前系統的演化問題及其支持者巨大的商業利益問題，到目前爲止至少已有兩種寬帶CDMA標準。而且，在這些標準發展的過程中有些參數已經更改，關於不同寬帶CDMA方案無線傳輸技術的描述，可以參考。這裏我們僅討論WCDMA和cdma－2000的主要技術手段，它們的區別也適用於TTAⅠ和TTAⅡ。
　　
　　 　　1、WCDMA技術
　　
　　 在1997年下半年，ETSI和ARIB共同努力開發了WCDMA。ETSI WCDMA從歐洲的FMA2方案發展而來[7]，ARIB的WCDMA從日本的A核心方案發展而來。WCDMA方案的下行鏈路主要基於FMA2方案，上行鏈路主要基於A核心方案。
　　
　　 　　2、cdma－2000技術
　　
　　 標準委員會TIA TR45.5的子委會TR45.5.4負責基於cdma－2000概念的選擇。像其它寬帶CAMA方案一樣其目標是提供數據速率滿足IMT－2000的性能要求，即車載環境至少144Kb/s，步行環境384Kb/s，室內辦公環境2048Kb/s。該標準的重點是在5MHz帶寬下提供數據速率爲144Kb/s和384Kb/s的業務。
　　
　　 　　3.WCDMA與cdma－2000技術的比較
　　
　　 WCDMA與cdma－2000兩種方案在無線傳輸技術上有較大差別，其主要區別在於碼片速率，下行鏈路信道的結構和網絡同步。cdma－2000在5MHz的直接擴頻下行鏈路上採用3.6864Mchip/s的碼片速率，多載波方式下采用1.2288Mchip/s的碼片速率。WCDMA的直接擴頻方式採用4.096Mchip/s的碼片速率，多載波方式是由於cdma－2000與現有的IS－95載波頻率頻譜重疊造成的。與IS－95類似，cdma－2000的擴頻碼是由相同M序列的不同相位偏移產生的，由於cdma－2000是同步網絡，所以這種方式是可能的。而WCDMA爲異步網絡，所以它是採用不同的長碼而不是用同一碼的不同相位偏移來區分小區和用戶。碼的結構直接影響到碼同步的完成，小區的選擇和切換的同步。
　　
　　 結束語
　　
　　 在ITU RTT選擇無線傳輸技術的過程中，很多國家提交了許多不同的解決方案，與此同時，地區性標準化組織的活動將進一步改進這些提議中的技術參數，現有的兩種主要空中接口方案是否能夠融合爲一體將拭目以待。
　　
　　 得一提的是，本文提出的僅僅是陸地移動通信系統，對於能夠有效滿足第三代移動通信系統提出的更高性能要求的衛星空中接口方案的研究和開發也在加緊努力進行着。爲了跟上國際標準化組織的努力進展，基於CDMA的衛星無線接入方案也已經提交給ITU RTT。