通信原理论文

关键词：3G 发展 无线传输 移动通信摘要： 随着通讯原理的发展，它被运用到越来越多的方面。其中非常重要的一部分就是通信原理在移动通信上的应用。移动通信(Mobile communication)是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动通信是通信领域中最具活力、最具发展前途的一种通信方式，它是当今信息社会中最具个性化特征的通信手段。它的发展与普及改变了社会也改变了人类的生活方式。我们目前用的是第三代移动通信，它包含WCDMA、CAMA2000、TDSCDMA，但我国用的最多的是前两种。正文：一、引言随着通讯原理的发展，它被运用到越来越多的方面。其中非常重要的一部分就是通信原理在移动通信上的应用。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,图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加,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,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的3G标准有三个:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,这里主要从各个方面做WCDMA和CDMA2000的对比研究。二 、移动通信的发展历程 如果说无线通信的历史是频率使用效率提高的历史，则移动通信的历史就是频率使用效率提高和用户“位移”扩大的历史。这是符合要实现随时、随地、任何人之间，用任何业务进行通信目标的。众多的复杂的技术发展，归根结底，就是如何更充分地使用有限的、宝贵的频率资源以及实现更高密度的全球活动通信。 提高频率使用效率技术，主要属于信息传输技术范畴（但不仅仅是传输技术），如多址接收技术、调制解调、抗干扰编解码等等，扩大“位移”技术主要属于网络技术范畴（但不仅仅是网络技术），如信息交换、存贮、处理等等，这两大类技术相互发展交叉结合，在市场动力促进下到某个时期出现了具有某种更为鲜明技术特征的应用，这就是所谓“第 X代 ”移动通信了。（参考文献2） 第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量密度低活动范围受限的问题。 第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输的种种优点。 第三代移动通信按目前通行的概念是宽带多媒体蜂窝系统。按 ITU众多要求中可以看到，主要是使用频率使用效率更高的体制，能提供高质量宽带多媒体综合业务，并能实现全球覆盖。技术上从第二代到第三代并无重大的变迁。属于一种平滑过渡，因此也就有了什么 “二代半 ”等出现。 虽然，第三代要解决众多的传输和网络技术问题，但它的“定义”并无反映鲜明的技术特征。更多的是商业应用特征。 鉴于第三代移动通信仍需一个强大的移动“核心网”，其功能能否会被也在不断发展有线智能网取代，这就是正有人研究的“第四代”问题了，如果能取代，在实现全球覆盖上大有好处。第四代移动通信的技术特征就很可能是“网络”性的了。 下表为各代典型移动通信系统特性比较： 第几代 典型 技术 特性数据速率 第一代 AMPS 小区制蜂窝系统 模拟话音/ 第二代 GSM 数字蜂窝 数字话音 9.6kb/s 第二代半 GPRS通用分组数字蜂窝 数据在线连接 115kb/s 第三代 W-CDMA 宽带码分多址实现宽带多媒体业务 2Mb/s 第四代 EMBS ATM 面 无核心网宽带多媒体综合业务 155Mb/s三、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,许多的思想都是源于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,能同广泛使用的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,核心网和大部分的无线设备都可用。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。1.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。(1)这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点: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。系统都支持开环发射分集,信道编码采用卷积码和Turbo码。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。WCDMA 工作频段:19002025MHz频段分配给FDD上行链路使用,21102170MHz频段分配给FDD下行链路使用,21102170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用19002025MHz频段(上行),21102170MHz(下行)。(2)两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点: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。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。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。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。2.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。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.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较(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。(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-95AIS95BIS-95CIMT2000。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。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64kbit/s。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。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。三、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体制的第三代系统演进,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,运营者独立性强;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