第三代移动通信系统的研究现状和发展趋势

1、第三代挪动通信系统的研究现状和开展趋势摘要本文介绍了第三代挪动通信系统的研究现状，分析和比拟了分别以日本、美国和欧洲为主提出的-da、dane和td-da系统的技术特点，最后讨论了第三代挪动通信系统的开展趋势。关键词第三代挪动通信系统码分多址it-20001引言第三代挪动通信系统是指可以满足国际电联提出的it-2000/fplts系统要求的新一代挪动通信系统。国际电联于1995年提出了it-2000/fplts的评估标准，对将来蜂窝挪动通信系统提出了较详细的要求。it-2000系统的根本特征有以下几点：球范围设计的高度兼容性；t-2000中的业务与固定网络的业务兼容；质量；机体积很小，具有全球

2、遨游才能；用的频谱为885hz2025hz，2110hz2200hz共230hz1980hz2022hz，2170hz2200hz限于卫星使用动终端可以连接地面网和卫星网，可挪动使用也可固定使用；线接口的类型应尽可能得少，而且具有高度的兼容性。从而可以看出将来的第三代挪动通信系统要具有很好的网络兼容性，用户终端可在全球范围内几个不同的系统间实现遨游，不仅要为挪动用户提供话音及低速数据业务，而且要提供广泛的多媒体业务，这就对无线接口提出了较高的要求。itu已对it-2000的测试环境提出了详细要求，给出了表征it-2000系统的最低限度的参数，包括：支持的数据率范围，误码率要求，单向的时延要求，

3、激活因子和业务量模型。根据itu的要求，目前各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代挪动通信系统方案，主要以日本d公司为首提出的-da；美国luent、trla等公司提出的dane；欧洲西门子、阿尔卡特等公司提出的td-da。总体来说，在第三代挪动通信系统中采用da技术已达成共识，但各自实现方案还有较大差异，下面分别介绍并比拟。2三种方案的特点1-da系统由于欧洲的gs系统已经在数字挪动通信市场中占据了很大的份额，美国的窄带da系统is-95也正在迅速赶上来，而日本的第二代数字挪动通信系统pd仅限于国内使用，无法推广到其它国家，所以日本很早就开场从事第三代挪动通信系统的开发工作，分别提出了基于t

4、da时分多址和基于da码分多址的第三代挪动通信系统，希望在将来的市场中占据有利地位，尤其以d公司ntt的-da系统最有竞争力，目前d公司正在同爱立信、trla、luent，以及其它厂家合作，努力完善系统，争取在1998年完成样机，1999年进展商业试验。-da系统无线接口的根本参数为扩频方式：可变扩频比4256的直接扩频；载波扩频速率：4096hip/s；每载波带宽：5hz可扩展为10hz/20hz；载波速率：16kbit/s256kbit/s帧长度：10s；时隙长度功率控制组：0625s；调制方式：qpsk功率控制：开环自适应闭环方式功控速率16kbit/s-da系统中采用导频符号相干rak

5、e接收机技术，解决了反向信道的容量限制问题，每个无线帧长度为10s，分成16个时隙tieslt，每个时隙长度为0625s，在每个时隙的前部插入全“1或全“0的导频符号进展信道参数估计，这种方法在其它系统的调制中也有采用的，但-da系统将从导频符号得到的衰落信道的振幅和相位信息，作为rake接收机最大比值合并的加权系数，获得了很好的效果。与is-95不同，-da系统不采用gps准确定时方式，不同基站间不采用准确定时，优点是摆脱了美国gps系统的控制，可采用较为自由的信道管理方式。缺点是需要快速实现小区搜索。自适应阵列天线技术可以增加系统容量，而干扰消除技术可以减少高速率用户对系统造成的干扰。虽然

6、这两种技术在实际应用中还有许多问题尚未解决，但日本正努力在-da系统中采用这两项技术。自适应阵列天线技术已经有很多文章阐述过，这里不再介绍。干扰消除技术实际上是多用户检测技术的一种实现方式。采用23级干扰消除器，容量可增加30。另外，-da系统采用了准确的功率控制，即采用基于sir信噪比的开环闭环的功率控制方式，在业务信道帧中插入功率控制比特，插入速率16kbit/s，比is-95的功控速率增加一倍，可以跟踪一般的快衰落过程。2dane系统dane是luent、trla、nrtel、qual和三星结合提出的第三代挪动通信系统方案，是从is-95和is-41的标准开展而来，因此它与aps、dap

7、s和is-95均有较好的兼容性。同时，又由于它采用了一些新技术，使其能完全满足第三代挪动通信系统即it-2000/fplts的要求，其无线接口参数如下：载波带宽：5hz可扩展为10/20hz扩频方式：采取直接扩频或多载波扩频；扩频速率：36864hip/s；扩频码长度：可根据无线环境和数据速率而变化；帧长度：20s；时隙长度功率控制组：125s；调制方式：下行qpsk，上行bpsk；功率控制：开环闭环方式功控速率800bit/s。dane扇区内采用连续导频信道播送，能提供独立于传输速率的功控、定时和相位纠正，能以较小的复杂度提供基站的快速捕获和邻近基站的快速搜索。与is-95一样的短码构造加上

8、alsh函数使信道之间正交，高速800bit/s前向链路功控使前向链路平均发射功率最小化。调制方式采取多载波方式和直扩方式。这两种方式有一样的信息传送率和实现复杂度。多载波da链路在5hz带宽内有3个125hzda载波，10hz带宽那么有10个125hz载波。多载波da前向链路信号与is-95前向链路信号正交，编码后的信息符号同时在多个da载波上传送，由此带来的频域分集等效于将信号扩展到整个带宽。导频信号在is-95与多载波业务信道重叠时可以共享，在一样的频段允许前向链路容量在is-95和宽带用户之间动态共享，继续支持低本钱/低功耗的is-95用于话音和低速数据业务。直接扩频链路扩频速率为36

9、864hip/s，采用256位的alsh码。alsh码的长度可根据无线环境和数据速率而变化，在信道速率为96kbit/s或者144kbit/s时采用256位alsh码；快速挪动的用户可限制alsh码长大于等于16位；用户在无线信道情况较好时，可采用4位的alsh码以实现最高的数据速率。3td-dauts是etsi针对第三代挪动通信系统it-2000提出的解决方案，目前又分为2个子方案即由德国的kaiserslautern大学、西门子公司、阿尔卡特公司提出并得到gs网络运营者支持的td-da系统和由nttd、爱立信公司、诺基亚公司提出的-da系统。td-da可以单独运营以满足etsi/uts和i

10、tu/it-2000的要求也可双模工作向后兼容gs900和ds1800，使第二代gs900、ds1800系统可以平滑过渡至it-2000，从而可以利用现有的gs网络设备，节约了投资，其无线接口参数如下：每载波带宽：16hz；每载波时隙数：8slt；帧长度：4615s；时隙长度：577s；单位时隙信道数：8个；单位时隙传信率：8/16kbit/s；特征码扩频码长度：16bit；单位载波信道数：64个。从td-da的接入方式可以看出其兼有tda和da的特点，是以tda为根本框架在每个时隙传送具有正交特征码的多用户信号，好处是能利用tda、da的优点并克制各自的缺点且与gs有较好的兼容性。tda的优

11、势是已经通过了大量用户的试验和有全球最大的用户数；而da的优势是可灵敏提供可变速率业务和多径分集才能。单位载波信道数的增加所带来的好处是对于同样的小区用户数而言，收发信机个数降低，最多可达8倍，从而可降低基站设备的投资。td-da中的扩频调制不同于ds-da，它具有很强的适应性，既可适应于gs中所采用的qpsk/gsk方式，又可适应于多载波da和脉冲压缩pulsepressinda，从而确保了对gs系统的兼容性和对新技术的开放性。由于td-da系统接入方式的特殊性，从时域上已大幅度降低了多址干扰，加上小区复用系数为3，又从空间上隔离了局部多址干扰，仅考虑上述2项就比直扩da要优越。另外，由于t

12、d-da用户数少，每时隙最多为8个信道，共有16个特征码字表示的信道，多用户信号是同步的，从而决定了结合检测即多用户检测容易实现，且可进展最大似然检测以到达多用户检测的性能极限，大大降低了多址干扰。而在直扩da中如is-95，由于反向信道异步和用户数多的特点使得多用户检测难以实现。3三种方案的性能比拟这三种方案都是根据itu的it-2000系统框架要求，结合原有的系统及近几年挪动通信领域的新技术，可以在2000年左右推出商用的挪动多媒体通信系统。下面我们从几方面比拟一下这三种方案。1利用da技术的程度da技术主要有以下几个优点：小区复用系数为1，利用多径才能，可变扩频增益，多用户检测，软切换，

13、软容量。td-da、-da、dane对da技术的利用程度各不一样，如表1所示。总的来说，td-da较差，这是因为td-da系统要与gs系统兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率，并且因为扩频带宽只有16hz，所以并不能充分利用多径，降低了系统效率，并且软切换和软容量才能实现起来很困难，但因为每个时隙内最多只有8个用户，所以采用结合检测相对来说要容易一些，对干扰抵消才能强。表1三种方案的比拟-dadanetd-da小区复用系数113利用多径才能好好差软切换好好困难扩频增益4256425616多用户检测困难困难容易软容量可以实现可以实现无法实现2同步方式，功率控制和支持高速业务才能目前商用的da

14、系统is-95，采用64位alsh正交扩频码序列，反向信道采取非相干接收方式，成为限制系统容量的主要问题，所以在第三代系统中反向链路普遍采用相干接收方式。-da系统采用内插导频符号辅助相干接收技术，两者详细性能目前还较难比拟，涉及到接收机的构造及实际环境限制，但前者在车辆挪动速度较快时，会跟踪不上快衰落变化，性能恶化。另外，dane系统需要gps准确定时，小区间要保持同步，对定时系统要求较高；而-da和td-da系统那么不需要小区间的同步，可适应环境的变化，可在室外、室内、甚至地铁中使用。td-da系统继承了gs900和ds1800正反向信息同步的特点，从而克制了反向信道限制容量的瓶颈效应，而

15、同步意味着正反向信道均可采用正交码，从而克制了远近效应，降低了对功率控制的要求。dane系统采用与is-95系统一样的开环加闭环功率控制方式，功控速率为800bit/s，-da系统采用开环加自适应闭环功控方式，功控速率增加到1600bit/s，效果有较大进步，可以抵消一般快衰落的影响。td-da采用了结合检测进一步消除了多用户干扰，使得上行链路用户之间功率相差很大时仍能有效地解调信息即克制了远近效应，带来的好处是为了克制瑞利衰落快衰落的快速功率控制不是必须的，而消除对数正态衰落慢衰落的慢速功率控制仍有必要，其目的是为了节约功率、延长挪动台的电池使用寿命和进步业务质量。由于对抗快衰落的才能较强，

16、td-da可以支持高达每小时500k的挪动体的通信，这在现代挪动通信中是至关重要的。而直扩da对于高速挪动通信的支持才能较差。-da系统在5hz带宽中可提供16kbit/s、32kbit/s、64kbit/s、128kbit/s等多个传输速率。当信息速率超过128kbit/s时，-da系统可分配多个码分信道给用户进展复用，采用并行传送方式可提供384kbit/s128kbit/s3，并且可容易地实现室内2bit/s的信息传送。dane系统可通过多载波传送或复用码信道，实现较高速率的信息传送。td-da提供综合业务是通过无线电资源的复用，可采用在每个时隙内的多码传输和时隙合并方式，为了到达2bi

17、t/s的峰值速率需采用16进制的qa调制方式，当挪动台的传信率较高时需要较高的发射功率，又因为采用与gs系统一样的tda时隙分配方式，所以无法充分利用系统资源，造成浪费。3与已有系统的兼容性dane系统将is-95从一个话音、低速数据系统改良为一个无线多媒体系统，使之能提供根本满足it-2000要求的容量和效劳，优化了话音和数据业务，能支持高速率的电路和分组业务，提供平滑地向后兼容性与is-95，其网络构造和软件均从is-95系统开展而来，n125hz信道带宽与is-95已经使用的频带兼容。td-da系统与gs有一样的帧长度和时隙长度，将gs或ds1800的网络作相应扩大，即可实现与td-da

18、系统的兼容，在与公网的接口上那么向at过渡，进步了市场竞争才能。-da系统，与第二代及在第二代根底上开发的ps及pn系统不兼容，需要单独的基站和挪动台子系统，需要全面安装系统设备，所以初期投资要大一些。4将来的开展趋势itu为it-2000/fplts系统提出的时间表是：1998年底完成无线传输技术的选择，1999年完成标准的制定，2000年以后开场商用。如今以日本、欧洲和美国电信公司为主的联盟已分别提出了各自的第三代挪动通信系统，决定最终结果的不仅是技术的先进，还有本钱、系统的复杂性和市场需求，详细如下：1市场需求。it-2000商用系统将在2000年左右推出，会在以后十年内逐渐占领市场，所以要研究今后几年人们对挪动通信业务需求，it-2000应可以提供那些业务。2本钱和系统复杂性。本钱取决于系统