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3G系统三种主流技术标准及其比较

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维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第3期 (总第3l期) 西安铁路职业技术学院学报 Journal of Xihn Railway Vocational&Technical Institute No.3.2007 Serial No.31 3 G系统三种主流技术标准及其比较 张重阳 (西安铁路职业技术学院,陕西西安710014) 摘要:本文介绍了3G移动通信系统(3G)的概念、设计目标和主要特征,简要介绍了3G系统中最具势力,也是最 有代表・I ̄ ̄j2-种主流技术标准,并对3G系统的三种主流技术标准从技术成熟性、频率利用率、频率适用性、全球漫 游能力和建网的经济性等方面进行了比较详细地比较。 关键词:3G;第三代移动通信;IMT一2000;W—CDMA;cdma2000;TD—SCDMA 中圈分类号:TN914 文献标识码:A  ’Three Main Technical Standards in 3 G System and their comparisons Zhang Chongyang ()【i,柚Railway Vocational&Technical Institute) Abstract:This article introduces the concept,the designing aim and the main features of 3G.It stresses on three major technical standards—WCDMA,cdma2000 and TD—SCDMA.It also shows speciifc comparisons of hte three in technical maturity,frequency operating factor,ferquency applicability,global roaming abiilty and the net—set— ting economy,etc. Key words:3G:the 3G mobile communication;WCDMA,cdma2000;TD—SCDMA 1 引言 即该系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达 2000 kb/s,大约在2000年左右得到商用。 3G是第三代移动通信系统的简称,是早在 从1997年开始,由于第二代移动通信系统的巨 1985年由国际电信联盟(rrU)率先提出并负责组织 大成功,用户的高速增长与有限的系统容量和有限 研究的,采用宽带码分多址(WCDMA)数字技术的 的业务之间的矛盾渐趋明显,第三代移动通信的标 新一代通信系统,是近20年来现代移动通信技术 准化工作开始逐渐进入实质阶段。与前两代系统 和实践的总结和发展。3G在当年提出时被命名为 相比,第三代的主要特征是可提供移动多媒体业 未来公共陆地移动通信系统(FPLM —一Futuristic 务,其中高速移动环境支持144kb/s,步行慢速移动 Public[and Mobile Telecommunication System), 环境支持384kb/s,是室内支持2Mb/s的数据传输。 1996年更名为IMT一2o00(International Mobile Tele— 其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统 communications 20oo)0 即国际移动通信—2o00,意 容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更 收稿日期:2007—4—17 作者简介:张重阳(1965一),女,陕西泾阳县人,讲师。 维普资讯 http://www.cqvip.com 张重阳:3G系统三种主流技术标准及其比较 25 好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及 多媒体等在内的多种业务,同时也要考虑与已有第 二代系统的良好的兼容性。 (1)基站同步方式:支持异步和同步的基站运 行方式,组网方便、灵活; (2)调制方式:上行为BPSK,下行为QPSK; (3)解调方式:导频辅助的相干解调; (4)接人方式:DS—CDMA方式; 3G系统中最具势力,也是最有代表性的三种主 流技术,是WCDMA、cdma2000和TD—SCDMA。下 面对三种主流技术进行简要介绍,并将三种主流技 术标准从技术成熟性、频率利用率、频率适用性、全 球漫游能力和建网的经济性等方面进行详细地比 =(5)三种编码方式:在话音信道采用卷积码(R 1/3,K=9)进行内部编码和Veterbi解码,在数据 信道采用ReedSolomon编码,在控制信道采用卷积 较。 2三种主流技术标准 2.1 WCDMA标准 WCDMA标准的全称为Wideband CDMA,也叫 CDMA Direct Spread,它所代表的含义为宽频分码多 重存取,这种标准是按照国际电气通信协会制定的 IMT一2000规格之一”IMT—DS”开发出来的新技 术。WCDMA标准的最初提出者是欧洲电信联盟协 会,它是基于现有GSM网络发展得来的,它与13本 提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步 融合,其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂 商,13本公司也或多或少参与其中,包括欧美的爱 立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及13本的 Nr兀'、富士通、夏普等厂商。 这套系统能够架设在现有的GSM网络上,对于 系统提供商而言可以较轻易地过渡,而GSM系统相 当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当 高。因此WCDMA具有先天的市场优势。 WCDMA系统的空中连接采用5MHz、IOMHz 或20MHz的无线信道,尽管一些运营商将在只有 5MHz的较窄的频谱宽度上提供3G业务,大多数的 运营商将分配更宽的频谱:l0、15、20MHz。WCDMA 与CDMA2000这两类宽带CDMA技术都属于FDD (频分数字双工)制式,大多数关键技术非常接近, 性能上也基本没有太大差别。 WCDMA继承了第二代移动通信GSM标 准化程度高和开放性好的特点,标准化进展顺利, 网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网 络设备和新业务,培育数据业务消费群体,逐步过 渡到3G。 WCDMA的主要技术指标是:支持高速数据传输 (慢速移动时384kb/s,室内走动时2Mb/s),异步BS, 支持可变速传输,帧长lOms,码片速率3.84Mb/s。其 主要特点如下: 码(R=1/2,K=9)进行内部编码和Veterbi解码; (6)适应多种速率的传输,可灵活地提供多种 业务,并根据不同的业务质量和业务速率分配不同 的资源,同时对多速率、多媒体的业务可通过改变 扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的 业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务) 的方式来实现; (7)上、下行快速、高效的功率控制大大减少了 系统的多址干扰,提高了系统容量,同时也降低了 传输的功率; (8)核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并 保持与GSM/GPRS网络的兼容性; (9)BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN 码,即BS可跟踪对方发出的PN码,同时MS也可 用额外的PN码进行捕获与跟踪,因此可获得同步, 来支持越区切换及宏分集,而在BTS之间无需进行 同步; (10)支持软切换和更软切换,切换方式包括三 种,即:扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切 换。 WCDMA是全球3G主导标准,迄今为止,全球 已发放了112个WCDMA牌照,占IrITU 3G核心频 段(2.1 GHz)上所有牌照的95%以上。WCDMA的 商用服务已经在13本、欧洲等地展开。国内3G牌 照的发放虽然还未明确,但3G试验早已进行, 国内几大电信商都有试验网。 WCDMA建网成本低,服务质量高,可提供音 频、视频等丰富多彩的多媒体业务,能够给运营商 带来真正的收益,因此,WCDMA前景可观。 2.2 cdma2000标准 cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的 以IS一95 CDMA为标准的制造商和运营公司,cd— ma2000作为宽带CDMA的一个重要实施标准,是 IS一95移动通信系统的发展,其第一阶段cd— ma2000 lx在技术上已经成熟,可同时提供话音和 维普资讯 http://www.cqvip.com 26 西安铁路职业技术学院学报 分组数据业务,物理层最大速率可达307.2kbps。 cdma2000 1X目前已经在韩国开始商用,这为Is一 95的第二代通信系统向第三代通信系统的过 渡跨出了稳健的一步,而cdma2000的理想发展模 式为从最初的窄带CDMA技术向cdma20001X技术 发展,然后向c ma20003X(3G)方向过渡。 cdma2000技术提供了多种带宽范围的选择来 支持从与TIA/EIA一95一B兼容的9.6Kbps到大 于2Mbps的数据业务(包括电路和分组数据业务), 允许运营商在很多方面实现最大的灵活性。cd— ma2000的信令既支持TIA/EIA一95一B的信令和 呼叫模式,也支持扩展的cdma2000上层结构支持 的宽范围的先进业务。该系统可以提供综合的业 务,并伴有一套完善的多业务同时操作的模式。新 一代cdma2000技术提供了业内最高水平的无线频 谱利用率,可以在现有CDMA数字无线网络上有效 地翻番语音容量,并为用户提供高速永不断线韵互 联网连接。 cdma2000继承了IS一95窄带CDMA系统的技 术特点,网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中 更换或增加部分网络设备过渡到3G。 cdma2000技术是从cdma One演进而来的。 cdma2000标准是一个体系结构,称为 c ma2000family,它包含一系列子标准。由cdma One向3G演进的途径为:cdmaOne--*(IS一95B一) cdma2000 Ix(3x)_+c a 2000 lxEV。其中从cd— ma2000 Ix之后均属于第三代技术。演进途径中各 阶段特点分别为: (1)IS一95B:通过捆绑8个话音业务信道,提 供64K数据业务。在多数国家,IS95B被跨过,直接 从CDMAOne演进为cdma 2000 Ix。 (2)cdma 2000 Ix:在IS一95的基础上升级空 中接口,可在1.25M带宽内提供307.2K高速分组 数据速率。 (3)cdma2000 3x:在5M带宽内实现2M数据 速率,后向兼容cdma2000 Ix及IS一95。 (4 cdma2000 Ix EV:增强型1X,包括EV—DO 和EV—DV两个阶段。 cdma2000主要技术特点如下: (1)前反向同时采用导频辅助相干解调; (2)在扩频码选择采用相同M序列,通过不同 的相位偏置区分不同的小区和用户; (3)射频带宽从1.25MHz到20MHz可调; (4)快速前向和反向功率控制; (5)下行信道中采用公共连续导频方式进行相 干检测,提高系统容量; (6)在下行信道传输中,定义直扩和多载波传 输两种方式,码片速率分别为3.6864Mops和1. 22Mops,多载波方式能很好地兼容IS一95网络;支 持F—QPCH,可延长手机待机时间; (7)核心网络给予ANSI一41网络的演进,并保 持与ANSI一41网络的兼容性; (8)支持软切换和更软切换; (9)设计了两类码复用业务信道,基本信道用 于传送语音、信令和低速数据,是一个可变速率信 道,补充信道用以传送高速率数据,在分组数据传 送上应用了ALOHA技术,改善传输性能; (1O)在同步方式上cdma2000与Is一95相同, 基站间同步采用GPS方式。 从传输速率来看,Is一95标准的速率集是cd- ma2000 IX速率集的一个子集(RCI,RC2)。同时, cdma2000提供增强速率集:前向RC3一RC9,反向 RC3一RC6,从而在满足第三代移动通讯高速分组 数据业务的同时实现了从Is一95的平滑过渡。cd- ma2000 IX能实现对CDMA(IS一95)系统的完全兼 容,技术延续性好,可靠性较高。同时也使cdma 2000成为从第二代向第三代移动通信过渡最平滑 的选择。 2.3 TD—SCDMA标准 TD—SCDMA(时分同步码分多址)是由我国原 邮电部电信科学技术研究院(cArrr)(现为大唐电 信集团公司)在原邮电部科技司的领导和支持下, 代表我国向国际电信联盟(ITu)提出的第三代移动 通信标准建议,是世界公认的最具竞争力的3G标 准技术规范之一,是中国电信百年来第一个完整的 通信技术标准。它成功结束了中国在电信标准领 域的历史空白,为扭转中国移动通信制造业长期以 来的被动局面提供了十分难得的机遇,标志着中国 在移动通信技术方面进入了世界先进行列。 TD—SCDMA的无线传输方案灵活地综合了 FDMA,TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与 联合检测相结合,它在传输容量方面表现非凡。通 过引进智能天线,容量还可以进一步提高。智能天 线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的 干扰,并通过更高的频率复用率来提供更高的话务 量。基于高度的业务灵活性,TD—SCDMA无线网 维普资讯 http://www.cqvip.com 张重阳:3G系统三种主流技术标准及其比较 27 络可以通过无线网络控制器(RNC)连接到交换网 超过260家。主要是因为在频谱利用率方面,TD— SCDMA具有明显的优势,会比FDD系统的容量高 4.8到5倍,其原因一方面是TDD方式能够更好地 络,如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定 义的那样。 在最终的版本里,计划让TD—SCDMA无线网 利用频率资源,另一方面在于,TD—SCDMA的设计 络与INTERNET直接相连。TD—SCDMA所呈现的 目标是要做到设计的所有码道都能同时工作,而在 先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称 这方面,目前WCDMA系统256个扩频信道中只有 和非对称的3G业务所设计的,它运行在不成对的 6O个可以同时工作。因此,有专家认为,TD—SCD— 射频频谱上。TD—SCDMA传输方向的时域自适应 MA是目前频谱利用率最高的技术。此外,TD—SC. 资源分配可取得于对称业务负载关系的频谱 DMA可以很好地支持不对称业务,也被认为是TD 分配的最佳利用率。因此,TD—SCDMA通过最佳 —SCDMA的一个重要优势,而FDD系统在支持不 自适应资源的分配和最佳频谱效率,可支持速率从 对称业务时,频谱利用率会降低,并且目前尚未找 8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。 到更为理想的解决方案。同时,专家们也阐述了TD TD—SCDMA较前两种技术标准略显稚嫩,其 —SCDMA许多其他的技术优势,如成本、频率灵活 主要技术特点如下: 性等等。 (1)信号带宽为1.23MHz; TD—SCDMA技术得到越来越多关注和认可的 (2)码片速率为1.28Mchip/s; 另一个重要原因在于人们越来越清晰地认识到,TD (3)采用智能天线技术,提高了频谱效率; —SCDMA技术在许多方面非常符合移动通信未来 (4)采用同步CDMA技术,降低上行用户间的 的发展方向。 干扰和保持时隙宽度; 从2000年3月起,IrIU—R WP8F工作组开始 (5)接收机和发射机采用软件无线电技术; 广泛讨论如何使用新技术来提高现有3G系统性能 (6)采用联合检测技术,降低多址干扰; 的可能性 比较一致的观点认为,智能天线技术、 (7)多时隙,具有上下行不对称信道分配能力, 软件无线电技术、下行高速包交换数据传输技术等 适应数据业务; 将可能是未来移动通信系统中普遍采用的技术。 (8)采用接力切换,降低掉话率,提高切换的效 显然,这些技术都已经不同程度地在TD—SCDMA 率; 系统中得到应用,而且TD—SCDMA也是目前唯一 (9)语音编码:AMR与GSM兼容; 明确将智能天线和高速数字调制技术设计在标准 (1O)核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并 中的3G系统。 保持与它们的兼容性; (11)基站间采用GPS或者网络同步方式,降低 3 三种主流技术标准的比较 基站间干扰。 下面对3G系统中的三种主流技术WCDMA、 目前,越来越多的国内外企业开始认可TD— cdma2000和TD—SCDMA标准的各方面的比较。 SCDMA技术。TD—SCDMA技术论坛的会员已经 3.1技术成熟性比较 、、—比较项目\ 、、、、、\三种技术  WCDMA cdma2oo0 TD—SCDMA 研究机构数量3GPP有众多标准机构与厂 3GPP机构较多,但3GPP较 相对更少,主要是中国和西 : 家参与 少 门子 标准的成熟性 99版本已经冻结,正在进行 cdma2000--1X已经冻结,但 在R4版本中才能完成基本 R4,R5版本制定 3X版本标准无人问津 标准 基本原理 基于IS一95CDMA,但引入 基于IS一95CDMA的改进 基于WLL SCDMA,但在移 的新技术还需在实践中验证 最成熟 动环境中没有被验证过 维普资讯 http://www.cqvip.com 西安铁路职业技术学院学报 、、\ 三种技术 比较项目\\、、、W℃DMA cdma20o0 rD—SCDMA \ 许多厂家有小型试验系统, 试验系统 日本 ̄COMO公司有多厂 韩国美国一些运营商有试 20o1年第二季度有基于 家试验系统 验系统,并打通第一个电话 GSM协议的试验系统 日本于20o1年春季开始商 预商用情况 用,欧洲一些运营商于2002 20o1年开始商用 商用时间取决于试验情况 年上半年开始商用 3.2频率利用率比较 ・ —、\三种技术 W℃DMA 比较项目、、、\ cdma20o0 rD—SCDMA 被已实践证明有较高的频率 基于IS基于CDMA和11的频率利用率还需在实践中 )MA,实际 一95CDMA,但还需 与WCDMA情况相同 和j用率 在实践中验证其利用率 验证 是否有明晰目标不断提高频 类似e ̄a2000,正在研究引 在lX中正在研究引入HDR 率利用率 入新技术,可将信息速率提 一1x Ⅱl息速率提高到2.e等新技术,4~5.2Mb/ 目前还没有 可将信 高到8Mb/s S左右 3.3频率适用性比较 —、\ 三种技术 比较项目、、、、、\ W℃DMA cdma20o0 rD—SCDMA 利用国际电信联盟分配的第 不同的国家可能采用不同的 初级阶段频段 三代频率FDD部分,我国也 频率 与WCDMA情况相同 保留了此频率 将来可扩展的频率 可在第一,第二代频率上演 与WCDMA情况相同 容易在任何频段扩展 进为第三代移动系统 3.4全球漫游能力比较 、、、\ 三种技术 比较项目、、、、、、、、、W℃DMA cdma20o0 rD—SCDMA \ 全球范围80%以上运营商 中国的运营商将选用,其它 有可能选用此标准,第二代 美洲,日本,亚太一些国家运 许多运营商处在观望阶段, 采用的国家数和运营商数量 GSM,PDH,IS136运营商及 营商有可能选用此标准,原 在欧洲的TD—ScDMA与中 部分edma One运营商将选 edma One运营商将选用 国的11)一SCDMA中进行选 用 择 生产厂家的数量 因为潜在市场大,国内厂家都在研制众多国际, 大多数国际,,厂家最多懂得3G标准 是支持 国内厂家都在 主要是大唐和西门子,不少 研制 厂家处在观望状态 (下转41页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 程民利:电子线路中电容的使用技巧 4l C C 2 C 3 C 4 C 5 承受大的电压,容易被击穿,为了防止这种现象,在 电路中接人均压电阻(2Mf ̄),均压电阻一般可以比 R1 2M 电容的绝缘电阻略小些,但不能太小,否则影响电 容正常工作。 R2 2M 实际应用电路千变万化,电路中电容的作用、 用法也多种多样,电容在电路中如何应用,没有定 R3 2M 式,如何巧妙的利用电容来实现更多的电路功能、 R4 2M 改善电路的性能,还需多实践、多思考、多总结、多 积累。这样电容才能更好的服务于你。 R5 2M 参考文献 [1] 图表细说电子元器件胡兵电子工业出版社2005 10 图6 [2] 电子元器件应用手册黄继昌人民邮电出版社 值得注意的是由于各电容的绝缘电阻的差异, [3]画说电子技术技能技巧任致程机械工业出版社 会造成电容分压不均,这样,绝缘电阻大的电容将 (上接28页) 3.5建网的经济性比较 —、、比较项目\ 、~、、\三种技术  WCDMA cdma20o0 TD—SCDMA 、\ 技术实现的难易 与edma2000没有太大差异 与cdma One很类似 难以预测 网络的平滑演进 基于GSM网络演进最平滑 基于cdma One网络演进最 与WCDMA情况相同 平滑: 市场的规模 最大 次之 暂不清楚 IPR 主要厂家间有交叉专利 主要掌握在高通公司手中 主要掌握在大唐公司手中 4 结论 参考文献 从以上分析可以看出,三种技术各有优缺点, [1] 高丽娟蒋太杰3G技术标准及其发展研究中国电信网 并没有一个单一的完美方案。另外,以上分析都基 [2]邓永红细说3G技术中国通信网 于现阶段的情况,有些因素会随时间推移而改变, [3] uT斯达康通讯有限公司网管部陈亚奇博士多标准 所以新运营商应根据网络建设开始的时间综合考 共组3G CHINA通信网 虑各种影响因素来选择具体技术。 [4] 大唐电信科技产业集团袁征杨骅第三代移动通信 和TD—SCDMA中国电信网 

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