第三代移动通信系统IMT的无线传输技术

1、第三代移动通信系统IMT-2000的无线传输技术C 2003年6月23日10:40通信世界网宋国文柴远波葛宝忠由ITUT提出的第三代移动通信系统UMTS/FPLMTS(IMT200 0),是工作在2 GHz频段上的宽带移动通信系统，计划2 0 0 0年左右投入试验和运营 的标准化。IMT 2 0 0 0系统模型(图1),采用模块化概念，在交换网络与无线接入 网之间定义了一个明确的无线网络接口。该接口允许未来多种无线系统连接到多种现存的核 心网络和IMT 2 0 0 0的核心网络。无线接入网由无线承载公用功能(RBCF Radio Bear Common F unctionality)和无线传输

2、特定功能(RTSF Radio Transm ission Specific Functionality)两个部分组成。RBCF 完成控制和传输功能；RTSF完成无线接入技术功能，主要为无线传输技术(RTT Radio Transmission Technology)和无线传输适配功能(R TAFRadio Transmission Adaptation Functionality)。在交换网一侧，IMT 2 0 0 0通过合适互通功能或适配功能与现有的核心网络互连。IMT 2 0 0 0的竞争焦点集中在地面无线传输技术上。第三代移动通信系统的基本特点第三代移动通信系统为多功能、多业务和多用途

3、的数字移动通信系统，是在全球范围 内覆盖和使用的。它根据特定的环境提供从14 4kbit/s到2Mbit/s的个人通 信，支持全球无缝漫游和提供宽带多媒体业务；使用共同的频段(WRC分配给IMT2 0 0 0 使用的频段为 1885 2025MHz，2110 2200 MHz)，全球统 一标准。支持从话音到分组数据进而到多媒体业务，根据需要提供带宽。ITU对第三代无线 传输技术的最低要求为：快速移动环境，最高速率达14 4kbit/s ；室外到室内或步 行环境，最高速率达3 8 4 kbit/s ；室内环境，最高速率达2Mbit/s。兼容第二代移动通信网络。因为第二代移动通信网络发展已具有相当

4、的规模，为便于 过渡，第三代移动通信一定要兼容第二代移动通信系统。性能价格比优，具有强大的竞争能力。频谱效率高。服务质量好。保密系统完善。根据以上要求，目前，提交到ITU的地面无线传输技术共有10种。这10个技术的 双工方式、应用环境、多址方式、码片速率、帧长和提交者等见表1。在表1的10个地面建议中，欧洲DECT无线接入标准（序号10）作为IMT2 0 0 0的微小区/微微小区组成部分，适合无线PBX等应用。事实上，DECT使用了 第三代移动通信的频谱，能够满足ITU室内和步行环境的带宽要求，即固定用户为2Mb it/s,在校园或工作环境中的移动用户则使用3 8 4 kbit/s，但由于DE

5、CT并 非为广域无线网络用户而设计，因此不能满足144kbit/s车辆用户的快速移动要 求。UWC13 6C序号9）是一个纯TDMA技术，是在北美IS136 TDMA （DAMPS）技术的基础上提交的。北美IS136 TDMACDAMPS）是 第二代数字系统的主要技术之一，其用户规模与IS 95相当，因此，UWC136将 被IS136的运营者继续采用。其它8个建议都是基于CDMA技术，也就是说宽带CDMA技术是第三代移动通信的 主要技术WCDMA和cdma 2 0 0 0为第三代移动通信的主流技术。WCDMA实际上有两个独立的建议：日本无线工业广播协会（ARIB）支持的纯 WCDMA和欧洲电信

6、标准协会（ETSI ）制定的UTRA；UTRA实际上是以日本 的WCDMA技术和欧洲第三代GSM使用的最初UMTS平台为基础的混合标准。目 前，这两个建议正在进一步融合。cdma 2 0 0 0是基于窄带IS95CDMA技术的宽带CDMA技术。cdma 2 0 0 0和IS 95采用的基本技术和关键技术如功率控制、软切换、RAKE接收等是 很类似的，性能上也没有太大的差异。WCDMA和cdma 2 0 0 0两种宽带CDMA的主要区别为：码片速率（Chip rate）：cdma20 0 0使用目前的PCS频段，强调 与IS 95的后向兼容。其基本思路是采用多载波方式，码片速率是窄带1 .2 2

7、 8 8 M cps的整数倍，初期为1倍或3倍，即1 .2288Mcps或3.6864Mcps， 也就是说在5 MHz的带宽上采用3. 6 8 6 4 Mcps的码片速率。而WCDMA采用 直接序列扩频，码片速率为4.0 9 6 Mcps。目前，ITUT仍在尝试就5 MHz的 带宽内采用3.8 4Mcps的码片速率进行折中，但未能达成一致cdma 2 0 0 0反 对折中，因为采用了 3.84Mcps的码片速率，cdma 2 0 0 0就无法与IS 95 后向兼容。基站同步方式：cdma20 00采用IS 9 5系统所采用的方式，即采用GPS 使基站之间严格同步。WCDMA则采用异步方式。虽然

8、日本也提出了同步方式可作为选 项，但仍采用异步方式的3步捕捉同步的方式，只是省略了第3步。其同步方式和cdma 2000的同步方式相差甚远。导频信道方式：WCDMA采用专用导频符号，与业务数据流时分复用cdma 2 0 0 0仍然采用IS 95系统所采用的公共导频信道方式。导频信道方式差异较大，难以达到统一。上述三个关键参数得不到统一，因此，两种宽带技术难以融合。我国提出的建议一时分同步CDMA（TD-SCDMA），采用时分双工方式和时分 同步码分多址接入。工作频段为2. 0 1- 2. 0 2 5 GHz,每个信道1. 2 MHz带宽， 其中保护带宽约为100kHz。每个射频信道帧由8个可动

9、态分配的TDMA时隙组成， 每个TDMA时隙又分为16个CDMA码分信道。每个码分信道经过一个特定的Wais h码与一个公共的伪随机码相乘后彼此分开。TD-SCDMA系统中，每帧的长度为5m s（8个时隙），码片速率为1 .113 6 Mcps，接入信道的扩频增益为16,业务 信道的扩频增益为16或3 2。采用DQPSK方式调制，可选8PSK或16QAM方式。 话音业务采用卷积编码，数据业务采用级连编码，并进行相应的交织处理TDSCDM A与WCDMA和cdma 2 0 0 0没有多大的关系，它的设计更像一种低移动性的WL L技术，采用的TDMA和CDMA混合接入方案与同样采用这两种技术的UT

10、RA合作有 良好的基础。第三代移动通信系统的分层结构通信协议分为三层，分别为：第一层为物理层，定义了无线频谱的管理，通过无线链路传递数据，它是由一系列下 行物理信道和上行物理信道组成。第二层为链路层，它由媒体接入控制（MAC）子层和链路接入控制（LAC）子层 两个子层组成；MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理层的资源进行管理和 控制，并负责提供LAC子层业务实体所需的QoS级别。LAC子层负责提供MAC子层 所不能提供的更高级别的QoS控制，这种控制可以通过ARQ等方式来实现，以满足来自 更高层业务实体的传输可靠性。第三层为高层，它集0SI模型中的网络层、传输层、会话层、表达层和应

11、用层为一 体。高层实体主要负责各种业务的呼叫信令处理，话音业务（包括电路类型和分组类型）和 数据业务（包括IP业务、电路、分组数据和短消息等）的控制与处理等。分层结构（见图2）中的C平面为控制平面，U平面为用户信息平面。第三代移动通信系统的两个主要技术路线：从以上的分析可看出，在已提交ITUT的IMT 2 0 0 0的建议中，主要有两种 技术的发展路线，其一为以欧洲为代表的以GSM为核心网的欧洲派的技术路线，另一个为 以美国为代表的以DAMPS为核心网的北美派的技术路线，二者都有很大的影响力，直 接影响着第三代移动通信的最终发展，且已给ITU构成了威胁。GSM MAP+UTRA3GP P路线3

12、GPP是以欧洲ETSI发起的，日本ARIB、TTC、韩国TTA和美国TI参 加的第三代伙伴计划。目的是制定以GSM MAP为核心网、UTRA（FDD：WC DMA，TDD：TD CDMA）为无线接口的第三代移动通信标准。D-AMPS+cdma 2 0 0 03GP P2路线3GPP2是由美国国家标准协会ANSI发起的，日本ARIB、TTC、韩国TTA参加的另一个第三代伙伴计划。目的是制定以DAMPS为核心网、cdma 2 0 0 0 为无线接口的第三代移动通信标准。关于IMT 2 0 0 0的几点说明FD D和 TDDFDD和TDD在技术上各有自己的特色。FDD在蜂窝系统的应用中较为成熟，但无

13、 法解决频率不对称的问题。TDD方式能解决频率不对称的问题，能够很好的适应未来In ternet浏览问题。但TDD技术在蜂窝系统中尚未取得完全的成功，一些关键技术尚 需得到验证。空中接口技术和移动交换技术初期的第三代移动通信系统的最高传输速率为144kbit/s（最多不超过384 kbit/s），这种速率无论是分组模式还是电路模式，对于移动交换机而言均谈不上高 速，移动交换机可能存在的困难在于如何支持3G系统所需的并发多业务。考虑到国内在交 换方面的传统优势，实施3G交换机的难度应远低于空中接口部分。因此，空中接口技术成 为发展第三代移动通信系统的关键部分。关键技术的复用无论是WCDMA还是c

14、dma 2 0 0 0,无论是FDD还是TDD，均有大量共性关 键技术（如功率控制、RACK接收机、信道编译码器等）。新型技术的应用类似于多用户检测、智能天线、新型信道编译码等新型关键技术并不是初期第三代移动 通信系统所必需的，但这些技术的突破将会很大程度上提高系统性能。芯片支持问题毫无疑问，专用集成电路（ASIC ）芯片对于第三代移动通信系统的产业化是必需的， 拥有我们自己独立产权的ASIC的开发应同步进行。标准的选择IMT 2 0 0 0的发展尚有许多不确定的因素，这些因素有来自技术方面的，也有来 自其它方面的。目前较为公认的主流标准为欧洲的WCDMA标准（UTRA）和北美的 cdma 2

15、 0 0 0标准。考虑我国拥有较为庞大的GSM蜂窝通信系统，且国内传统上较易 接受欧洲标准，选择欧洲的WCDMA标准作为主攻方向是必要的。但另一方面，北美的 cdma 2 0 0 0标准较为成熟，北美的CDMA运营组织CDG号称有能力在两年之内推 出cdma 2 0 0 0 lx商用系统。由于cdma 2 0 0 0 lx系统必须与已有的IS 95系统兼容，因此一些关键参数与IS95系统相同，而且国内已建有CDMA商用 实验网，并有较好的IS 95CDMA研究基础，通过对IS95CDMA的改造，相 对较易在短时期内完成cdma 2 0 0 0 lx实验系统，因此，选择北美的cdma20 0 0标准作为主攻方向也是很有必要的。另外，由于未来移动通信产业巨大，在国内采用两 种或两种以上的标准也是完全可能的。体制标准的创新和研究。主要考虑以下三个方面：在技术上最大程度地使关键技术能 够复用（考虑与IS 95、GSM的兼容与复用）；减少系统实现的复杂度；最大程度地 占有知识产权。第一代移动通信系统（如AMPS和TACS等）是采用FDM