3G无线传输技术的研究汇总

摘 要

上世纪70年代末，诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工FDMA模拟调频系统，但由于模拟系统固有的先天缺陷，在90年代初被以TDMA为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代，相对FDMA系统有诸多优点，如频谱利用率高，系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以CDMA为基础的数字蜂窝通信系统，相比TDMA系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。

随着网络的广泛普及，人们对通信业务多样化的要求也与日俱增，而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求，所以诞生了第三代移动通信技术。

关键词：3G， WCDMA， CDMA2000

Abstract

The late 70s of last century, was born to be known as the first generation of cellular mobile communication system duplex FDMA analog FM system, but because of birth defects inherent in analog systems, in the early 90s was to TDMA-based second-generation digital cellular mobile replaced by communication system, the relative FDMA system has many advantages, such as high spectrum efficiency, system capacity, confidentiality and good. At the same time had to CDMA-based digital cellular communications system, compared to TDMA systems with low transmit power, channel capacity, soft capacity, soft handoff, using a variety of diversity techniques and so on.

With the wide spread of network, people are demanding a variety of communication services is growing, and generation of second generation systems can not satisfy these needs of users, so the birth of the third generation mobile communication technology.

Key words: 3G, WCDMA, CDMA2000

目 录

1绪论 ............................................................ 1 2关于3G的概述 ................................................... 2 2.1 系统构成 ..................................................... 2 2.2 技术标准 ..................................................... 2 2.3 3 G网络主要技术 .............................................. 2 2.4 在 W C D M A 中的应用 ........................................ 3 2.5 智能天线技术 ................................................. 3 2.6 系统组成 ..................................................... 4 2.7 在 T D — SCDMA中的使用 ..................................... 4 3 WCDMA和CDMA2000的综合比较 ................................. 5 3.1 WCDMA与CDMA2000网络接口的比较 .......................... 6 3.2 WCDMA和CDMA2000网络演进的比较 ........................... 7 4 WCDMA和CDMA2000在我国的前景 ............................... 8 5总结 ............................................................ 9 致 谢 ............................................................ 10 参考文献 ......................................................... 11

1 绪论

当前,随着通信技术和计算机技术、话音业务和数据业务的日趋融合，移动互联网技术日趋成熟，呈现出爆发的趋势。正是互联网技术与移动通信技术相互融合发展，形成了移动互联网技术的快速发展,被称为第三代移动通信技术，简称为3G技术，是目前移动互联网技术的一个新发展与应用，实现了手机等移动通信终端通过互联网的数据与信息连续交换。随着我国3G牌照的正式下发,移动互联网业务将会有更大发展，3G移动互联网将把我们带入一个前所未有的移动互联空间。3G手机不仅能进行语音通讯,还能用未上网浏览、收发电子邮件、传输文字和图像资料、开展电子商务等，堪称继报刊、广播、电视、网络之后的第五大媒体，新媒体也因此而诞生。

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2 关于3G的概述

2.1 系统构成

3 G系统是以2G的GSY和CDMA网络为基础,平滑过渡演进的系统，采用快速功率控制、多用户信号检测、智能天线、软件无线电等先进的新技术。1996年第三代移动通信系统正式更名为国际移动通信即IMT—2000，IMT—2000系统分为终端侧和网络侧。终端侧包括用户识别模块UIM和移动终端MT，网络侧设备分为两个网，即无线接入网RAN和核心网CN 。 2.2 技术标准

经过各国标准化组织的多次融合和ITU—RTG8／1多次会议的讨论以及OHG组织的协调，制定了5种3G技术标准。其中,三种主要的标准为：欧洲ETSI和日本ARIB提出的WCDMA：美国TIA提出的CDMA2000；以及我国CWTS提出TD—SCDMA。TD—SCDMA技术是由中国提出，得到国际组织的接纳并且成为国际移动通信主流的技术标准 。TD—SCDMA核心网基于GSM／GPRS网络的演进。信号带宽1.23 ~ fitz ，载波间隔为1.6 ~ fltz,码片速率为1.28Mcps。无线传输方案是FDM A 、TDMA和CDMA三种基本传输技术的灵活结合应用。此外还应用了空分多址(SDMA)技术，使系统降低了小区间的干扰。由于采用TDD方式 ，频谱利用率远远高于采用FDD方式的其他 3G技术。在提供上下行非对称的高速数据方面有很大的优势。可提供分组交换的非对称业务，具有多时隙、非对称的分组数据交换业务，面向有连接和无连接的混合业务。是一个不管对称还是非对称业务都能显示出最佳性能的系统。 2.3 3G网络主要技术

功率控制技术在CDMA蜂窝移动通信中,存在远近效应和边缘问题，为了解决这两个问题,获得高质量的通信，就要采用功率控制技术。在分类上，若从通信的下行、上行信道角度来划分，可分为上行功率控制和下行功率控制；若从实现功控的方式来考虑，可划分为集中式功率控制和分布式功率控制；若从功率控制

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环路的类型来划分，又可分为开环功率控制、闭环功率控制、内环功率控制和外环功率控制。开环功率控制为一个实体来决定功率控制闭环功率控制为两个或以上的实体交流信息来决定功率控制 。内环是指移动台和基站之间的控制环路。外环是指基站控制器和移动台之间的控制环路。实现过程，有上行功率控制(分布式)上行功率太低无法保证通信质量，虽然功率太高能保证通信质量，但增加干扰。上行功率控制用来控制各移动台的发射功率的大小，使基站接收到的所有移动台发射到基站的信号功率或信号干扰噪声比基本相等上行开环功率控制：移动台根据测量基站发来的信号强度，调整功率大小，通过“接入尝试”，逐渐增大功率，使功率大小最合适，上行闭环( 内环)功率控制：基站根据检测移动台发来信号的强度 ，通过功率调整指令通知移动台调整功率大小，上行闭环(外环)功率控制：通过基站控制器调整移动台高速移动时的SIR值，达到调整功率大小的目的 。下行功率控制(集中式)使移动台在小区中收到基站发来的信号电平都恰好达到信干比要求的门限值。避免基站发射功率过大。下行开环功率控制：基站通过收到的功率估算下行链路传输损耗，调节发射功率。下行闭环(内环)功率控制：移动台根据收到的信号强度，发出调整请求，基站做出调整。下行闭环(外环)功率控制：在移动台中通过BLER调整SIR目标值实现功率调整。 2.4 在 W C D M A 中的应用

功率控制是WCDM A系统的关键技术之一。由于远近效应和白干扰问题， 功率控制是否有效直接决定了WCDMA系统是否可用，并且很大程度上决定了W C D M A 系统性能的优劣，对于系统容量、覆盖、业务的QOS(系统服务质量) 都有重要影响。功率控制的作用首先是提高单用户的发射功率以改善该用户的服务质量，但由于远近效应和自干扰的问题，提高单用户发射功率会影响其他用户的服务质量，所以功率控制在WCDMA系统中呈现出矛盾的两个方面。 · 2.5 智能天线技术

智能天线是致力于空域资源开发，解决目前频谱资源缺乏，无线系统容量不足的有效途径。技术原理上，智能天线基于自适应天线阵原理，通过数字信号处理，使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形。相当于为每个用户形成了一个

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可跟踪的高增益天线，既可以进行全方位通信，又可以用较小的发射功率覆盖相同的范围，对于移动通信系统，一般只考虑在基站使用智能天线。 2.6 系统组成

每个天线阵元都连接到相应的收发信机上，收发信机的功能是把收到的射频信号解调到基带上，经过A／D 转换器变为数字信号进入智能信号处理器，或者将智能处理器送出的基带信号经过D／H转换，然后调制到射频上。智能处理器所起到的作用是自适应的调整权值以便实现所需的空间和频率的滤波，它是智能天线处理系统的核心。

2.7 在 T D — S C D M A中的使用

TD—SCDMA中智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性而获得。同时，智能天线不仅可以减小小区间干扰，也可以减小小区内干扰 。TD—SCDMA系统采用的智能天线阵列是8个天线单元组成圆形阵列，直径为25cm，各阵元间距为半个载波波长，同全方向天线相比，它可以获得较大的增益，其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图，使用DSP数字信号处理器使主瓣自适应地指向移动台方向，就可达到提高信号的载干比，降低发射功率等目的，智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用，使频谱效率得以显著地提高。由于每个用户在小区中的位置不同，因此一方面要求天线具有多向性，另一方面则长期作用于大角焊缝，就有可能造成大角焊缝撕裂。为避免由此产生的事故，应在油罐大修时仔细检查。其他安全变形不会对油罐安全运行产生影响，但此类变形也属于罐几何形体变形的一种，且对罐其它方面(如计量罐容积)使用也有一些影响，所以也应了解这种变形。油罐一旦建成后，这种变形是不受人为因素所影响的。

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3 WCDMA和CDMA2000的综合比较

由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统，许多的思想是源于CDMA系统，因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处：从双工方式上看，WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求，支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟，能同广使用的GSM系统兼容；相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务；而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分，无线侧设备可以共用的很少。CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容，能够从窄带CDMA系统平滑升级，只需增加新的信道单元，升级成本较低，核心网和大部分的线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍，手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较。

WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异，由于考虑出发点不

同，造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性；CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为几点。

第一，内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统，因此为了提高

系统容量，应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰，这意味着同一小区内可容纳更多的用户数，即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。第二，系统都支持开环发射分集，信道编码采用卷积码和Turbo码。第三，系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性，大大减少切换造成的掉话。

第四，WCDMA 工作频段：1900～2025MHz频段分配给FDD上行链路使用，

2110～2170MHz频段分配给FDD下行链路使用，2110～2170MHz频段分配给TDD

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双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900～2025MHz频段(上行)，2110～2170MHz(下行)。

两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点：

第一，扩频码片速率和射频带宽。WCDMA 根据ITU关于5 MHz 信道基本带宽

的划分规则，将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上，能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案，即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务，并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s，步行环境384kb/s，车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频，射频带宽为1.25MHz。

第二，支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容，所以它

把GSMMAP协议作为上层核心网络议；CDMA2000要求兼容窄带CDMA，因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。

第三，WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍，能保证更好的信号质

量，并支持多用户。

第四，为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业

务，为了完善新的数据话音网络，CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。

3.1 WCDMA与CDMA2000网络接口的比较

3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别

提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同，两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps，显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升，在CDMA2000系统中则不会如此。

WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密，而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS- 95厂家设备难以互通，给运营商设备选型带来了较大问题；3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游，这是至关重

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要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游，没有这些基本要素，3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题，更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹，它支持全球漫游，全球移动用户均有唯一标识，而CDMA2000尚不能很好做到这一点。

3.2 WCDMA和CDMA2000网络演进的比较 3.2.1 WCDMA 的网络演进技术

现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD（高速电路交换数据）方式；此后出现了GPRS（通用分组无线业务），首次在核心网中引入了分组交换的方式，可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制，这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE；WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。 3.2.2 CDMA2000网络演进技术

主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95A→IS95B→IS-95C→IMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s，为了提供更高的速率，1999年部分厂商开始采用IS-95B标准，理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍，最后升级为CDMA2000。

窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。

第一，目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A，其支持的数据速率为14.4kbit/s，由IS295A升级到IS295B，可支持kbit/s。

第二，窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统，以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口)，窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较，GSM是先有A接口标准，然后厂家依据标准开发；窄带CDMA是厂家各自开发，然后广泛宣传，最后凭借自身影响修改标准。 第三，窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后，从IS241A到IS241B到IS241C，我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础，IS241D规范在1999年底发布，目前IS241E规范还未正式发布。

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4 WCDMA和CDMA2000在我国的前景

对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度，还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看，两种标准最后不能融合成一种，但可以共存。

在我国，GSM MAP网络已形成巨大的规模，欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性，在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容，向WCDMA的第三代系统演进，从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统，对GPS依赖较大；在小区站点同步方面，CDMA2000基站通过GPS实现同步，将造成室内和城市小区部署的困难，而WCDMA设计可以使用异步基站，运营者性强；对于电信设备制造行业，我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟，而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。

WCDMA采用全新的CDMA多址技术，并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务，却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的，因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板，并将系统软件升级，即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。

由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存，鹿死谁手？尚未分晓

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5 总结

中国3G 市场不容乐观。中国人的电信消费和发达国家是截然不同的主要需求是语音和短信。而且中国移动和联通巨资建设的GPRS和CDMA 等2.5G网络尚未充分推广应用。还有较大的盈利潜力。对运营商来说。建设全面商用3G弼络的成本非常巨大，并可能摧毁仍在增值的2G／2.5G投资，深陷泥潭的可能性依然存在所以。3G市场的成熟并非取决于自我技术(TD—SCDMA标准以及通信制造技术)的成熟与否．而是取决于需求市场是否存在和成熟。分析3G市场前景可知：3G何时启动不是技术问题 ，也不是采用什么标准的问题，而是市场问题即3G业务是否适应了市场需求与发展趋势这才是3G产业问题的关键所在，同时也是3G所应努力的方向通信产业界对此应有清醒的认识。我国发展3G是必要的，但时间上并不紧迫，要根据市场、技术、资金等选择推出3G的最佳时机。我们应该在培育3G市场的同时促进中国3G技术的成熟。

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致 谢

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参考文献

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