主流技術(shù)的分析與比較

1、課程設(shè)計(jì)移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 3G主流技術(shù)分析比較 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系1 3G移動(dòng)通信主流標(biāo)準(zhǔn)概述3G移動(dòng)通信主流標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA（寬帶碼分多址），CDMA2000（碼分多址）和TDSCDMA（時(shí)分同步碼分多址）。TDSCDMA為中國(guó)移動(dòng)的3G網(wǎng)絡(luò)模式，CDMA2000為中國(guó)電信的3G網(wǎng)絡(luò)模式，而WCDMA為中國(guó)聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)模式，其中TDSCDMA為中國(guó)技術(shù)，WCDMA為歐洲技術(shù)，而CDMA2000為美國(guó)技術(shù)。2 3G移動(dòng)通信三大標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介2.1WCDMA該技術(shù)方案主要源于歐洲的ETSI和日本的ARIB標(biāo)準(zhǔn)化組織，主要

2、倡導(dǎo)者有歐洲愛(ài)立信和諾基亞等公司。它的核心網(wǎng)基于GSM-MAP，同時(shí)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供基于ANSI-41的運(yùn)行能力。WCDMA系統(tǒng)能同時(shí)支持電路交換業(yè)務(wù)(如PSTN.ISDN)和分組交換業(yè)務(wù)(如IP網(wǎng))。該系統(tǒng)使用的靈活的無(wú)線協(xié)議可在一個(gè)載波內(nèi)同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，并通過(guò)透明或非透明傳輸來(lái)支持實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。其技術(shù)特點(diǎn)：為了與現(xiàn)行的GSM系統(tǒng)使用同一時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)WCDMA與GSM系統(tǒng)手機(jī)的雙模工作，是一種兼容的系統(tǒng);1) 可適應(yīng)多種速率、多種業(yè)務(wù);2) 上下行快速功率控制;3) 反向相干解調(diào);4) 支持不同載頻間切換;5) 基站之間無(wú)需同步，也不需要特別的同步參考源;6) WCD

3、MA的越區(qū)切換是采用移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的異步軟切換方式進(jìn)行的，基站需要確定在什么時(shí)間、什么位置為移動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)軟切換算法。WCDMA的移動(dòng)臺(tái)可在同一頻率下檢測(cè)到其他基站與本基站的信號(hào)，確定它們之間的時(shí)間差。檢測(cè)到的時(shí)間信息經(jīng)由本基站到達(dá)新的候選基站，候選基站調(diào)整它新的專用信道的發(fā)射時(shí)間，即在發(fā)送信息的時(shí)間上進(jìn)行調(diào)整，使不同基站在這個(gè)信息比特期間與下行碼道同步。7) 電磁干擾影響小;8) 適用于高速環(huán)境;9) 具有上行鏈路的多用戶檢測(cè)技術(shù)，多用戶檢測(cè)技術(shù)可通過(guò)測(cè)量各用戶擴(kuò)頻碼之間的非正交性，用矩陣求逆法或迭代來(lái)消除多用戶間的相互干擾表2-1 WCDMA無(wú)線接口基本參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值頻譜分配FDD模式：上行1

4、8501910 MHz，下行 21102170 MHz信道間隔5 MHz中心頻率200 KHz的整數(shù)倍上、下行頻帶間隔134.8245.2 MHz碼片速率3.84 Mc/s雙工模式FDD 或者 TDD用戶設(shè)備的發(fā)送功率21、24、27 或者 33 dBm接收機(jī)靈敏度誤碼率為0.001的情況下，基站-121dBm，用戶設(shè)備-117dBm功率控制步長(zhǎng)用戶設(shè)備1dB、2dB或者3dB,基站0.5dB或者1dB發(fā)送功率控制命令下可能的最大發(fā)射功率變化范圍用戶設(shè)備26dB,基站12dB數(shù)據(jù)速率鄉(xiāng)村室外高速移動(dòng)環(huán)境下144 kb/s,市區(qū)和郊區(qū)室外中，低速移動(dòng)環(huán)境下384 kb/s,室內(nèi)或者室外低速環(huán)境下

5、2 Mb/s2.2CDMA2000該方案即3GPP2提交的CDMA2000方案中多載波(MC)方案。它源于美國(guó)TIA(電話工業(yè)協(xié)會(huì))的TR45.5標(biāo)準(zhǔn)，由美國(guó)高盛公司提出。CDMA2000是從CDMA One發(fā)展而來(lái)的一種3G技術(shù)，目的是為現(xiàn)有的CDMA運(yùn)營(yíng)商提3G的途徑，其核心是Lucent,Motorola,Nortel和Qualcomm聯(lián)合提出的寬帶CDMA One技術(shù)。CDMA2000的一個(gè)主要特點(diǎn)是與現(xiàn)有的TIA/EIA-95-B標(biāo)準(zhǔn)向后兼容，并可與IS-95B系統(tǒng)的頻段實(shí)現(xiàn)共享或重疊，這樣就使運(yùn)營(yíng)商可以在IS-95B系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑地過(guò)渡，保護(hù)已有的投資。CDMA2000的核心網(wǎng)基

6、于ANSI-41，但通過(guò)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式，也可提供基于在GSM-MAP核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力。其技術(shù)特點(diǎn)是:1)反向信道連續(xù)導(dǎo)頻;2)相干接收;3)前向發(fā)送分集;4)電磁干擾影響小;5)與IS-95CDMA，及CDMA1x的兼容性好;6)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能較好。2.3 TD-SCDMATD-SCDMA是一種TDD模式技術(shù)，是多時(shí)隙TDMA與直擴(kuò)CDMA、同步CDMA技術(shù)合成的新技術(shù)。它是由中國(guó)無(wú)限通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（CWTS）提出并得到ITU通過(guò)的3G無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。1) 多址技術(shù)為了提高頻率、時(shí)間和正交擴(kuò)頻碼等資源的利用律，提高系統(tǒng)容量，并滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，同時(shí)使用了FDMA

7、、TDMA和CDMA三種多址技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，每一個(gè)單元的無(wú)線資源都是由特定的無(wú)線載頻、特定的時(shí)隙、以及特定的正交擴(kuò)頻碼所決定的。2) 智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)利用信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，達(dá)到抑制干擾、提取信號(hào)的目的。智能天線所形成的波束可實(shí)現(xiàn)空間濾波，在提高期望信號(hào)增益的同時(shí)，還可抑制干擾信號(hào)。在上行鏈路，如果在基站采用智能天線，則對(duì)小區(qū)外的干擾以相同的比率同時(shí)抑制。CDMA系統(tǒng)本身是干擾受限系統(tǒng)，對(duì)干擾的抑制必將轉(zhuǎn)化為容量的增加，這對(duì)于頻譜日益緊張的無(wú)線通信，益處是不言而喻的。采用智能天線技術(shù)，還可跟蹤強(qiáng)信號(hào)，減少或抵消干擾信號(hào)，提高信噪比，增加移動(dòng)通信系統(tǒng)容量，降

8、低信號(hào)發(fā)射功率，提高通信的覆蓋范圍，從而減少基站樹(shù)木，降低建設(shè)成本。3) 上行同步技術(shù)同步CDMA或上行同步，是降低多址干擾，簡(jiǎn)化基站接受機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)。TD-SCDMA系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路一樣，都采用正交碼擴(kuò)頻。移動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)往基站的發(fā)射時(shí)間，使上行信號(hào)主徑到達(dá)基站時(shí)保持同步，保證了上行信道信號(hào)的不相關(guān)，降低了碼間串?dāng)_。這樣，系統(tǒng)容量由于碼間串?dāng)_的降低而大大提高，同時(shí)基站接受機(jī)的復(fù)雜度也大為降低。4)動(dòng)態(tài)信道的分配信道分配算法可以分為固定信道分配（FCA）和動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）兩種。在動(dòng)態(tài)信道分配DCA中，小區(qū)和信道之間并沒(méi)有固定信道分配FCA那樣固定的關(guān)系。所有的信道都被集中到

9、一起分配，只要該信道能夠提供足夠的鏈路質(zhì)量，即大于最小載干比時(shí)，任何小區(qū)都可以將該信道分配給呼叫。在通信系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，DCA根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地將信道分配給某個(gè)小區(qū)。在一定的區(qū)域內(nèi)，幾個(gè)小區(qū)可用信道資源被集中起來(lái)，例如由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC管理。RNC將根據(jù)小區(qū)呼叫阻塞概率，候選信道的使用頻率，信道的再用距離等諸多代價(jià)函數(shù)，動(dòng)態(tài)地將信道分配給呼叫。動(dòng)態(tài)信道分配DCA的優(yōu)點(diǎn)是頻率利用率高，無(wú)須信道預(yù)規(guī)劃，無(wú)非常適合網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載變化大的情況，是TDD模式的優(yōu)勢(shì)之一。3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析本部分將著重對(duì)目前主要的三種3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA技術(shù)先

10、進(jìn)性進(jìn)行對(duì)比分析。3.1頻率利用率TD-SCDMA采用TDD模式，不需要對(duì)稱頻率，只需占用單一的1.6MHz頻帶寬度，就可傳送2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而WCDMA和CDMA2000則是采用FDD模式，需要對(duì)稱頻率，由于現(xiàn)今大量Internet業(yè)務(wù)都是上下行不對(duì)稱的，因此，F(xiàn)D在承載Internet業(yè)務(wù)時(shí)頻譜利用率較低。同時(shí)，在所有被ITU批準(zhǔn)的3G標(biāo)準(zhǔn)中，在同樣傳輸2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，TD-SCDMA所占用的頻帶最節(jié)省，其頻譜利用率大約是其他標(biāo)準(zhǔn)的45倍。相比之下，TD-SCDMA技術(shù)在頻率選擇上更加靈活，能夠充分利用零碎頻段，頻譜利用率最高。由于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)采用了智能天線，

11、有效降低了系統(tǒng)的多址干擾，極大地提高了系統(tǒng)的容量。在三個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)中，在占有同等帶寬的情況下，TD-SCDMA的系統(tǒng)容量明顯高于其他標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)容量，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)容量。它適用于城市及郊區(qū)局部覆蓋，以支持高話務(wù)密度業(yè)務(wù)。3.2小區(qū)覆蓋半徑小區(qū)覆蓋半徑的擴(kuò)大對(duì)于提高系統(tǒng)的整體覆蓋能力，以及降低基站設(shè)備成本，從而降低整體投資起到了至關(guān)重要的作用。研究結(jié)果顯示:由于采用智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，在同等功率條件下，TD-SCDMA的小區(qū)覆蓋半徑比其它第三代標(biāo)準(zhǔn)大出近一倍。根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)仿真的結(jié)果，他的小區(qū)半徑最高可以達(dá)到40km。在目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，系統(tǒng)能夠達(dá)到的小區(qū)半徑已經(jīng)高達(dá)21

12、km。3.3 QoSQoS的對(duì)比主要體現(xiàn)在最大數(shù)據(jù)流量的承受能力對(duì)比上，因?yàn)閃CDMA、CDMA2000及TD-SCDMA同作為主要3G標(biāo)準(zhǔn)，可能在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期一些QoS的指標(biāo)會(huì)著一些高低，比如象服務(wù)可用性、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率和信噪比等，但是隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的日益完善，網(wǎng)優(yōu)工作的逐步細(xì)致深入，這些純技術(shù)上的優(yōu)化環(huán)節(jié)最終都能夠得到解決，使它們處在同一水平上。然而，唯有對(duì)數(shù)據(jù)流量的承載卻不是單單技術(shù)能夠解決的，因?yàn)樗€受到可用信道的多少、無(wú)線資源等非技術(shù)因素的制約。在三種主要的3G標(biāo)準(zhǔn)中，TD-SCDMA由于擁有比另外兩種標(biāo)準(zhǔn)寬得多的頻帶，以及不需要對(duì)稱頻段，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要?jiǎng)討B(tài)分配所有頻段中的空閑

13、信道，因此在為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的時(shí)候，其性能更佳，用戶可以享受到更快、更迅捷的無(wú)線上網(wǎng)體驗(yàn)。3.4 全球漫游能力一個(gè)技術(shù)的全球漫游能力將更多地取決于世界上會(huì)有多少的運(yùn)營(yíng)商選擇相同的技術(shù)制式，也就是取決于該技術(shù)制式在全球的使用規(guī)模。對(duì)于不同的運(yùn)營(yíng)者，由于第二代網(wǎng)絡(luò)不同，發(fā)展的戰(zhàn)略、策略不同，對(duì)第三代標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有不同的選擇。在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，全球有將近80%的運(yùn)營(yíng)商選擇了GSM作為標(biāo)準(zhǔn)，因此它們?cè)谶x擇3G標(biāo)準(zhǔn)中勢(shì)必考慮到平滑過(guò)渡的問(wèn)題。由于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)線接入技術(shù)方面與第二代有著根本的區(qū)別，所謂平滑過(guò)渡的問(wèn)題主要集中在對(duì)信令協(xié)議和控制框架的繼承上，而在現(xiàn)有的

14、3G標(biāo)準(zhǔn)中，只有WCDMA和TD-SCDMA兩種技術(shù)是基于GSM網(wǎng)絡(luò)的，因此WCDMA和TD-SCDMA較CDMA2000在實(shí)現(xiàn)全球漫游上更具良好的基礎(chǔ)。表3-1 三大主流技術(shù)比較制式WCDMACDMA2000TDSCDMA采用國(guó)家和地區(qū)歐洲、美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)等美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等中國(guó)繼承基礎(chǔ)GSM窄帶CDMAGSM雙工方式FDDFDDTDD同步方式異步/同步同步同步碼片速率3.84 Mchip/s1.2288 Mchip/s1.28 Mchip/s信號(hào)帶寬2*5 MHz2*1.25 MHz1.6 MHz峰值速率384 kb/s153 kb/s384 kb/s核心網(wǎng)GSM MAPANSI-

15、41GSM MAP標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP3GPP213GPP載頻間隔5 MHz1.6 MHz1.25 MHz幀長(zhǎng)10 ms10 ms20 ms功率控制快速功控：上、下行1500 Hz0200 Hz反向：800 Hz前向：慢速、快速功控編碼方式卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼從表中可以看出，WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工方式（FDD，F(xiàn)requency Division Duplex）而TD-SCDMA屬于時(shí)分雙工方式（TDD，Time Division Duplex）。WCDMA和CDMA2000是上下行獨(dú)享相應(yīng)的帶寬，上下行之間需要頻率間隔以避免干擾；TD-SCD

16、MA是上下行采用同一頻譜，上下行之間需要時(shí)間間隔以避免干擾。4 TDSCMA特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)TD-SCDMA與WCDMA、CDMA2000相比，具有如下的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1）頻譜利用率高：TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技術(shù)，在傳輸中很容易針對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)設(shè)置上、下行鏈路轉(zhuǎn)換點(diǎn)，因而可以使總的頻譜效率更高。2）支持多種通信接口：TD-SCDMA同時(shí)滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口要求，基站子系統(tǒng)既可作為2G和2.5G的GSM基站的擴(kuò)容，又可作為3G網(wǎng)中的基站子系統(tǒng)，能同時(shí)兼顧現(xiàn)在的需求和未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。 3）頻譜靈活性強(qiáng)：TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜靈活性

17、強(qiáng)，僅需單一1.6M的頻帶就可提供速率達(dá)2M的3G業(yè)務(wù)需求，而且非常適合非對(duì)稱業(yè)務(wù)的傳輸。 4）系統(tǒng)性能穩(wěn)定：TD-SCDMA收發(fā)在同一頻段上，上行鏈路和下行鏈路的無(wú)線環(huán)境一致性很好，更適合使用新興的智能天線技術(shù)；利用了CDMA和TDMA結(jié)合的多址方式，更利于聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的采用，這些技術(shù)都能減少了干擾，提高系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。5）與傳統(tǒng)系統(tǒng)兼容性好：TD-SCDMA支持現(xiàn)存的覆蓋結(jié)構(gòu)，信令協(xié)議可以后向兼容，網(wǎng)絡(luò)不必引入新的呼叫模式，能夠?qū)崿F(xiàn)從現(xiàn)存的通信系統(tǒng)到下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的平滑過(guò)渡。 6）系統(tǒng)設(shè)備成本低：TD-SCDMA上下行工作于同一頻率，對(duì)稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術(shù)，這也可達(dá)到降低成本的目的；在無(wú)線基站方面，TD-SCDMA的設(shè)備成本也比較低。 7）支持與傳統(tǒng)系統(tǒng)間的切換功能：TD-SCDMA技術(shù)支持多載波直接擴(kuò)頻系統(tǒng)，可以再利用現(xiàn)有的框架設(shè)備