G系统关键技术的研究

3G系统关键技术的研究摘要：第三代移动通信系统（3G）的目标主要是全球化、综合化和个人化，可以提供各种各样的更为丰富多彩的业务。在未来，随着各种先进信息技术的融合，3G信息将是会有互相取长补短的功能。发展第三代移动通信系统在全球也形成共识，本文先分析了移动通信的发展趋势，重点阐述了3G系统关键技术及其特点，并讨论了3G在中国的应用，对未来移动通信系统做了展望。关键词：3G系统功率控制分集接收智能天线OFDM技术课程设计的教学目的1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。2）巩固所学的移动通信技术知识，培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力，培养初步的独立设计能力；3）掌握文献资料的检索与运用，并学会撰写严谨流畅的设计文档。1移动通信的发展趋势第一代移动通信系统（如AMPS和TACS等）是采用FDMA制式的模拟蜂窝系统，其主要缺点是频谱利用率低、系统容量小、业务种类有限，不能满足移动通信飞速发展的需要。第二代移动通信系统（如采用TDMA制式的欧洲GSM/DCS1800，北美IS-54和采用CDMA制式的美国IS-95等）则是数字蜂窝系统。虽然其容量和功能与第一代相比有了很大的提高，但其业务主要限于话音和低速率数据（9.6kb/s），远不能满足新业务和高传输速率的需要。第三代移动通信系统简称3G系统，它最早是国际电联（ITU-R）于1985年提出的，当时命名为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)。由于当时预期该系统在2000年使用，并工作在2000MHZ频段，故于1996年正式改名为IMT-2000。根据IMT-2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM）。其中核心网和无线接入网是第三代移动通信系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制订中最难办的技术内容。

第三代移动通信系统大致目标是全球化、综合化和个人化。全球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖，支持全球漫游业务；综合化就是提供多种话音和非话音业务，特别是多媒体业务；个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。23G标准国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。2.1W-CDMA也称为WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日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，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。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。预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高，因此W-CDMA具有先天的市场优势。2.2CDMA2000CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。该标准提出了CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。2.3TD-SCDMA全称为TimeDivision-SynchronousCDMA(时分同步CDMA)，该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD—SCDMA标准。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。2.4WiMAXWiMAX的全名是微波存取全球互通，又称为802·16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。33G系统的关键技术3.1功率控制技术3.1.1功率控制的基本概念功率控制技术是指在满足网络连通度BD235的前提下，通过节点功率控制或动态调整节点的发射功率，精简节点间的无线通信链路，保留生成一个高效的数据转发网络拓扑结构，在保证网络拓扑结构连通的基础上，使得网络中节点的能量消耗最小。典型的功率控制技术主要研究关键传输距离问题。3.1.2功率控制的作用因为CDMA系统是一个干扰受限系统，所有用户共享频段和空间时间，相对于某一个特定的用户，其他所有用户的功率跟背景干扰一起组成了噪音。基站跟手机之间的信息交互以帧为单位，为了保证控制一定的误帧率FER水平，就必须保证帧信息到达对方的时候功率不能太弱，但是也不能太强，因为会给其他用户造成干扰而降低系统容量。所以，功率控制就是要在保证FER的前提下，使每一个用户都使用尽可能低的发射功率，而且使每一个用户到达基站的功率都相等。3.1.3功率控制的应用情况的传输介质中。3.4.2OFDM技术的原理OFDM技术，实际上OFDM是MCM（Multi-CarrierModulation），多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。3.4.3OFDM技术的作用在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM，W-OFDM，F-OFDM，MIMO-OFDM，多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。3.4.4OFDM技术的应用情况2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波)FDMA。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过，经过讨论后，最后上行还是采用了SC-FDMA方式。拥有我国自主知识产权的3G标准——TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD—CDM—OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。而OFDM技术也将扮演重要的角色。4我国3G产业发展现状2009年1月7日，中国工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信牌照。中国移动使用我国具有自主知识产权的3G标准TD-SCDMA，中国电信获得CDMA2000牌照，中国联通获得WCDMA牌照。2009年成为中国3G正式商用元年。

中国3G发展相对先进国家比较晚，2009年我国才正式迈进3G时代。在经济危机低迷的状态下，我国3G发展需要借助行业发展来拉动内需，同时刺激消费来实现经济结构转变，这对于3G来说，是一个莫大的挑战。

未来全球3G市场将纵深发展，中国3G商用将在电信业务增长、移动宽带发展、TD完善、运营市场均衡和共建共享五个方面全面推进。估计到2009年底，以大规模用户放号为标志，中国通信业将全面进入3G时代，届时3G将全面开始商用。2-3年后，3G用户发展将进入高峰期，预计5年内将有一半的移动用户成为3G用户。中国的3G蛋糕非常之大，发展前景广阔，中国3G发展也将极大地推动全球3G的发展。5总结通过此次对3G系统关键技术的研究，我进一步了解了移动通信系统的发展以及3G系统的标准和关键技术。3G系统的关键技术是系统能够实现有效通信的重要保证，通过分析研究我掌握了关键技术在系统中的作用，及各关键技术在不同3G标准中的应用情况。随着3G技术的快速发展，越来越多的传统互联网用户开始使用移动互联网服务，甚至于一些不用互联网的用户也开始享用移动互联网服务。因为移动互联网的出现正在极大的改变人们在信息时代的社会生活。移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、GPS定位等丰富多彩的移动互联网应用正在飞速的发展。通过本次课程设计，不仅让我巩固了课堂所学知识，通过各种方式广泛查阅相关资料，独立、自主的进行设计及文档的撰写，还使我丰富了自己，做到理论与实际相结合，继承与创新相结合，使自己懂的了许多相关知识，这样不仅提高了自己，还扩展了自己的知识面，为以后学习和工作都奠