（信号与信息处理专业论文）基于格型图的预测算法在wcdma功率控制中应用的研究.pdf

天津大学硕士毕鼗论文 摘要 a b s t r a c t a tt h eb e g i n n i n go ft h i sp a p e r , t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m l m i c a t i o n s y s t e mi m t - 2 0 0 0i si n t r o d u c e db r i e f l y , t h et w ol e a d i n gt e c h n o l o g i e s w c d m aa n d c d m a 2 0 0 0 w h i c ha r ei nt h ei mt - r s p ca r es t u d i e d 1 ti sw e l lk n o w nt h a te 蕊c i e n t p o w e rc o n t r o li sa m o n gt h em o s te s s e n t i a im e t h o d sf o rt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o no f w i d e b a n dc d m a s y s t e m st or e d u c ei n t c r f e r e n c ea n de f f e c t si n d u c e db yr a y l e i g h f a d i n g ，a n dc o n s e q u e n t l y ，t h eg o a lo fh i g hc a p a c i t ya n dm u l t i p l es e r v i c et r a n s m i s s i o n i nt h es y s t e r n sc a nb ea c h i e v e d t h ep o w e rc o n t r o lf o rw c d m a s y s t e mh a sb e e n t h o r o u g h l ys t u d i e d i nt h i s p a p e r , a n d at r e l l i s b a s e d p o w e rc o n t r o la l g o r i t h m i s p r o p o s e df o rw c d m as y s t e mi nar a y l e i g hf a d i n ge n v i r o n m e n t r e l t i s b a s e dp o w e rc o n t r o ia l g o r i t h mh a sb e e na p p l i e dt ot h en a r r o w - b a n d c d m as y s t e m sr e c e n t l y t h et h e o r i e so ft h i sa l g o r i t h ma r ei n t r o d u c e db e f o r e - , v e a p p l yt h i sp o w e rc o n t r o ls c h e m et o t h ew c d m as y s t e mo nt h eb a s i so fp o w e r d i s t r i b u t i o n t h ec o m p l e t ep r o g r e s so f p o w e r c o n t r o l nw c d m a s y s t e mi ss i m u l a t e d b yu s i n g m o d u l a rc p r o g r a m m i n g ，t h e s i m u l a t i o nf o r m st h eb a s e so ft h e i m p l e m e n t a t i o ni nh a r d w a r e t h es i m u l a t i o ns o f t w a r e w h i c hi sd e v e l o p e du n d e rt h e v i s u a lc + 5 0d e v e l o ps t u d i o t u r n so u tt ob ee m c i e n ta n dc o n v e n i e n t a t i e r v e r i f i e db yi o t so f s i m u l a t i o nr u n s 。i th a sb e e np r o v e dt h a tt h es i m u l a t i o ns o f t w a r ec a n b er u np r o p e r l ya n dh a sf r i e n d l yi n t e r f a c e s i nt h e p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n t h ep o w e rc o n t r o le v e n t sa r em o d e l e du n d e r v a r i o u so fc o n d i t i o n s ，a n dt h ec a p a b i l i t yo f s y s t e mi s o b t a i n e d t h e s ec o n c l u s i o n s n o t o n l y a r eb e n e f i c i a it ot h e o r e t i c a l r e s e a r c h ，b u ta l s oc a nb er e f e r r e di nt h e a p p l i c a t i o n i ti sv e r i f i e d b ys i m u l a t i o n r u n st h a tt r e l l i s b a s e d p o w e rc o n t r o l a l g o r i t h mi se f f i c i e n ta n dt h ec a p a c i t yo fw i d e b a n dc d m as y s t e m sc a nb ei n c r e a s e d b yu s i n gt h i sp o w e r c o n t r o ls c h e m e k e yw o r d s ：w c d m a p o w e rc o n t r o i r a y l e i g hf a d i n g t r e l l i s b a s e dp r e d i c t i o na l g o r i t h m 天津大学硕士毕业论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 移动通信的发展现状及趋势 在过去十年里，由于在数字、射频电路制造技术、v l s i 和电路小型化技术 的进步以及强大的用户需求推动下，无线通信系统获得了巨大的发展。先进的 数字交换技术又推动了移动通信网络的进步和发展。自7 0 年代第一代模拟蜂窝 移动通信系统问世以后，不过十年，第二代数字蜂窝移动通信系统就已经诞生， 并迅速以其强大的优势取代第一代系统。如今，随着通信网的宽带化、综合化、 智能化、移动化、个人化的发展大趋势，国际电联组织i t u rt g 8 1 工作组于 1 9 9 5 年9 月提出新建议草案m 【8 1 x b 】“p r o c e d u r ef o re v a l u a t i o n o fr a d i o t r a n s m i s s i c nt e c h n o l o g i e sf o rf p l m t s ”，后经过几次修改，最终由h u - r 第8 组全体会议讨论通过，形成了m1 2 2 5 建议，即“g u i d e l i n e sf o z e v a l u a t i o no f t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e sf o r1 m t 一2 0 0 0 ”。这个建议就是人们近几年经常在各 种场合谈论的第三代移动通信系统的建议。 第一代的移动通信系统采用模拟制，全自动，双工工作于8 0 0 9 0 0 m h z 频 段，多址方式采用f d m a ，它于8 0 年代中期发展并成熟起来，并很快成为世 界公用移动电话网的主要模式，但由于模拟制式存在着频率利用率低、系统容 量少、业务种类少、信息不安全、体制杂乱等诸多问题，随着通信发展的数字 化潮流，第二代全数字移动通信网迅速出现，由于数字信号具有更好的抗干扰 能力，它所要求的信号干扰比值较模拟信号低，因而缩短了频率复用的距离， 使容量大大增加。目前世界上已形成的标准体制主要有三种，分别为： 泛欧g s m d c s l 8 0 0 标准 它是1 9 8 2 年山欧洲邮政与电信管理联合会( c e p t ) 提出的，目的是为解决 漫游，统一欧洲制式，与i s d n 兼容，开放接口和个人通信问题。它采用t d m a 技术工作于9 0 0 m h z ( d c s 1 8 0 0 则工作于1 8 0 0 m h z ) 。c s m 系统以其系统 设计周密完善而广受欢迎，全世界已有一百多个国家和地区采用g s m 体制。 1 9 9 4 年中国邮电部决定选择g s m 作为国家暂行标准，并在国内推广。 北美i s 一5 4 标准 它是由美国电子工业协会( e i a ) 标准，也采用t d m a 多址方式。 统兼容。 同本的数字蜂窝标准( p d c ) 和电信工业协会制定的数字蜂窝移动通信 其主要特点是可以与原来的模拟a m p s 系 它是由同本邮政省于1 9 8 9 年制定的数字蜂窝通信空中接口标准，1 9 9 1 年定 名为个人数字蜂窝( p d c ) 系统，其许多性能指标与北美i s - 5 4 标准相类似， 同样采用t d m a 方式。 1 9 9 3 年，由于美国q u a l c o m m 公司提出的码分多址( c d m a ) 技术的兴起， e i a q i a 在此基础上又提出了采用c d m a 多址方式的i s 9 5 标准。该标准不同 于上面的三种标准，往往被人们看成是介于第二代和第三代之间的标准，是第 二代移动通信系统向第三代移动通信系统的过渡。 在第二代移动通信系统日趋成熟的同时，人们开始期望能实现任何人在任 天津大学硕士毕业论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 移动通信的发展现状及趋势 在过去十年里，由于在数字、射频电路制造技术、v l s i 和电路小型化技术 的进步以及强大的用户需求推动下，无线通信系统获得了巨大的发展。先进的 数字交换技术又推动了移动通信网络的进步和发展。自7 0 年代第一代模拟蜂窝 移动通信系统问世以后，不过十年，第二代数字蜂窝移动通信系统就已经诞生， 并迅速以其强大的优势取代第一代系统。如今，随着通信网的宽带化、综合化、 智能化、移动化、个人化的发展大趋势，国际电联组织i t u rt g 8 1 工作组于 1 9 9 5 年9 月提出新建议草案m 【8 1 x b 】“p r o c e d u r ef o re v a l u a t i o n o fr a d i o t r a n s m i s s i c nt e c h n o l o g i e sf o rf p l m t s ”，后经过几次修改，最终由h u - r 第8 组全体会议讨论通过，形成了m1 2 2 5 建议，即“g u i d e l i n e sf o z e v a l u a t i o no f t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e sf o r1 m t 一2 0 0 0 ”。这个建议就是人们近几年经常在各 种场合谈论的第三代移动通信系统的建议。 第一代的移动通信系统采用模拟制，全自动，双工工作于8 0 0 9 0 0 m h z 频 段，多址方式采用f d m a ，它于8 0 年代中期发展并成熟起来，并很快成为世 界公用移动电话网的主要模式，但由于模拟制式存在着频率利用率低、系统容 量少、业务种类少、信息不安全、体制杂乱等诸多问题，随着通信发展的数字 化潮流，第二代全数字移动通信网迅速出现，由于数字信号具有更好的抗干扰 能力，它所要求的信号干扰比值较模拟信号低，因而缩短了频率复用的距离， 使容量大大增加。目前世界上已形成的标准体制主要有三种，分别为： 泛欧g s m d c s l 8 0 0 标准 它是1 9 8 2 年山欧洲邮政与电信管理联合会( c e p t ) 提出的，目的是为解决 漫游，统一欧洲制式，与i s d n 兼容，开放接口和个人通信问题。它采用t d m a 技术工作于9 0 0 m h z ( d c s 1 8 0 0 则工作于1 8 0 0 m h z ) 。c s m 系统以其系统 设计周密完善而广受欢迎，全世界已有一百多个国家和地区采用g s m 体制。 1 9 9 4 年中国邮电部决定选择g s m 作为国家暂行标准，并在国内推广。 北美i s 一5 4 标准 它是由美国电子工业协会( e i a ) 标准，也采用t d m a 多址方式。 统兼容。 同本的数字蜂窝标准( p d c ) 和电信工业协会制定的数字蜂窝移动通信 其主要特点是可以与原来的模拟a m p s 系 它是由同本邮政省于1 9 8 9 年制定的数字蜂窝通信空中接口标准，1 9 9 1 年定 名为个人数字蜂窝( p d c ) 系统，其许多性能指标与北美i s - 5 4 标准相类似， 同样采用t d m a 方式。 1 9 9 3 年，由于美国q u a l c o m m 公司提出的码分多址( c d m a ) 技术的兴起， e i a q i a 在此基础上又提出了采用c d m a 多址方式的i s 9 5 标准。该标准不同 于上面的三种标准，往往被人们看成是介于第二代和第三代之间的标准，是第 二代移动通信系统向第三代移动通信系统的过渡。 在第二代移动通信系统日趋成熟的同时，人们开始期望能实现任何人在任 天津大学硕士毕业论文 第一章绪论 何时间、任何地点可以和他人进行任何方式的通信，即实现“个人通信”的要 求。于是以实现个人全球通信为目的的第三代移动通信系统就被提到了日程上 来。国际电联在1 9 8 5 年即丌始实施其标准化工作，到1 9 9 7 年已进入了实质性 工作阶段。1 9 9 7 年以来，国内外有关第三代移动通信的研究逐渐成为移动通信 领域的研究热点。按照h u 的既定时间表，1 9 9 9 年3 月完成第三代移动通信标 准i m t - - 2 0 0 0r t t 关键参数的选定，1 9 9 9 年底完成包括上层协议在内的完整的 无线接口标准制定工作，2 0 0 0 年底完成核心网全部标准的制定工作。由于移动 通信在未来信息产业占有举足轻重的地位，发达国家的政府部门、电信运营及 制造商均不遗余力，积极参与有关第三代移动通信标准制定及其科研开发工作， 以期在未来的竞争中占据有利地位。 同本是第三代移动通信的最积极的倡导者，他们急切希望通过第三代移动 通信产品的推出，以改变日本在第二代移动通信所处的不利局面。 以爱立信和诺基亚为代表的欧洲移动通信厂商也是第三代移动通信的积极 参与者，他们在第二代移动通信系统g s m 的研究、生产与制造中占尽先机， 获取了极为丰厚的市场回报。他们希望通过第三代移动通信系统的研制来抵御 来自北美i s - 9 5c d m a 技术的强劲挑战，并保持他们在移动通信方面的领先地 位。 北美在第三代移动通信研究方面推出了能与i s - 9 5c d m a 系统兼容的第三 代移动通信标准c d m a 2 0 0 0 。他们拟采取平稳过渡的方针，先行推出与i s 一9 5 c d m a 兼容的c d m a 2 0 0 0 - 1 x 系统，使系统容量达到原来的两倍，并能提供6 4 k p b s 至1 4 4 k p b s 的移动多媒体和i n t e m e t 业务。 我国有关第三代移动通信系统的研究始于1 9 9 7 年。j 9 9 7 年5 月召开的黄 山会议是国内第一次关于第三代移动通信的专题研讨会，会上对我国开展第三 代移动通信研究的迫切性和必要性达成共i j 。同年7 月我国8 6 3 计划启动了第 三代移动通信的前期研究项目；1 9 9 7 年7 月邮电部i m t 一2 0 0 0r t t 技术评估 协调组正式成立。目前世界上不少国家f 在大力研究开发有关i m t 一2 0 0 0 的技 术：欧洲在g s m 标准完成后便着手转向以个人通信为目标的d c s l 8 0 0 微小区 蜂窝系统标准的制定，其长期目标是实现u m t s 。美国则采用竞争机制，些 大公司和工业组织分别提出了各种各样的系统作为备选方案。 可见，第三代移动通信系统的到来是不可避免的，这是一个世界范围内的 合作和竞争。要想改变我国通行领域落后于国外的现状，必须在这次跨世纪的 机遇中把握好自身，迎头赶上。 1 2 功率控制的重要性及研究现状 第三代移动通信系统里面包含的技术层次很多，范围很广。可以说它融合 ，当今信息技术的所有方面。在第三代移动通信系统里，其中一种最重要的多 址方式是宽带c d m a 方式。宽带c d m a 有许多f d m a 、t d m a 所不能比拟的 优点( 后面第二章将会介绍) 。而宽带c d m a 本身又是一项新的技术，要想达 到实用的程度，必须要解决好的一个问题就是功率控制算法问题。 电磁波沿地面传播所产生的损耗近似与传播距离的四次方成比例。信号经 过不j 司传播距离时，其损耗会有非常大的差异。例如，距离的比值为1 0 0 时， 天津大学硕士毕业论文 第一章绪论 何时间、任何地点可以和他人进行任何方式的通信，即实现“个人通信”的要 求。于是以实现个人全球通信为目的的第三代移动通信系统就被提到了日程上 来。国际电联在1 9 8 5 年即丌始实施其标准化工作，到1 9 9 7 年已进入了实质性 工作阶段。1 9 9 7 年以来，国内外有关第三代移动通信的研究逐渐成为移动通信 领域的研究热点。按照h u 的既定时间表，1 9 9 9 年3 月完成第三代移动通信标 准i m t - - 2 0 0 0r t t 关键参数的选定，1 9 9 9 年底完成包括上层协议在内的完整的 无线接口标准制定工作，2 0 0 0 年底完成核心网全部标准的制定工作。由于移动 通信在未来信息产业占有举足轻重的地位，发达国家的政府部门、电信运营及 制造商均不遗余力，积极参与有关第三代移动通信标准制定及其科研开发工作， 以期在未来的竞争中占据有利地位。 同本是第三代移动通信的最积极的倡导者，他们急切希望通过第三代移动 通信产品的推出，以改变日本在第二代移动通信所处的不利局面。 以爱立信和诺基亚为代表的欧洲移动通信厂商也是第三代移动通信的积极 参与者，他们在第二代移动通信系统g s m 的研究、生产与制造中占尽先机， 获取了极为丰厚的市场回报。他们希望通过第三代移动通信系统的研制来抵御 来自北美i s - 9 5c d m a 技术的强劲挑战，并保持他们在移动通信方面的领先地 位。 北美在第三代移动通信研究方面推出了能与i s - 9 5c d m a 系统兼容的第三 代移动通信标准c d m a 2 0 0 0 。他们拟采取平稳过渡的方针，先行推出与i s 一9 5 c d m a 兼容的c d m a 2 0 0 0 - 1 x 系统，使系统容量达到原来的两倍，并能提供6 4 k p b s 至1 4 4 k p b s 的移动多媒体和i n t e m e t 业务。 我国有关第三代移动通信系统的研究始于1 9 9 7 年。j 9 9 7 年5 月召开的黄 山会议是国内第一次关于第三代移动通信的专题研讨会，会上对我国开展第三 代移动通信研究的迫切性和必要性达成共i j 。同年7 月我国8 6 3 计划启动了第 三代移动通信的前期研究项目；1 9 9 7 年7 月邮电部i m t 一2 0 0 0r t t 技术评估 协调组正式成立。目前世界上不少国家f 在大力研究开发有关i m t 一2 0 0 0 的技 术：欧洲在g s m 标准完成后便着手转向以个人通信为目标的d c s l 8 0 0 微小区 蜂窝系统标准的制定，其长期目标是实现u m t s 。美国则采用竞争机制，些 大公司和工业组织分别提出了各种各样的系统作为备选方案。 可见，第三代移动通信系统的到来是不可避免的，这是一个世界范围内的 合作和竞争。要想改变我国通行领域落后于国外的现状，必须在这次跨世纪的 机遇中把握好自身，迎头赶上。 1 2 功率控制的重要性及研究现状 第三代移动通信系统里面包含的技术层次很多，范围很广。可以说它融合 ，当今信息技术的所有方面。在第三代移动通信系统里，其中一种最重要的多 址方式是宽带c d m a 方式。宽带c d m a 有许多f d m a 、t d m a 所不能比拟的 优点( 后面第二章将会介绍) 。而宽带c d m a 本身又是一项新的技术，要想达 到实用的程度，必须要解决好的一个问题就是功率控制算法问题。 电磁波沿地面传播所产生的损耗近似与传播距离的四次方成比例。信号经 过不j 司传播距离时，其损耗会有非常大的差异。例如，距离的比值为1 0 0 时， 天津大学硕士毕业论文第一章绪论 损耗的比例达( 1 0 0 ) 4 = 1 0 8 ，这相当于两个发射机辐射相等的功率，而因为传 播距离的不同，到达同一接收机的信号功率相差8 0 d b 。显然，近地强信号将压 制远地弱信号。在c d m a 系统中，因为许多电台共用一个频率发送信号或接收 信号，因而近地强信号压制远地弱信号的现象更容易发生，这种现象称为“远 近效应”。在c d m a 系统中，远近效应和信道的衰落是比较突出的问题，主要 发生在反向链路上。因此，c d m a 系统必须有高速、精确的功率控制，尤其是 反向功率控制，否则整个系统将不能很好地工作甚至崩溃。反向功率控制是宽 带c d m a 系统中的关键问题，有效的反向功控对提高c d m a 系统的通信容量 和反向容量都有很大的意义。可以说，到目前为止，宽带c d m a 功率控制算法 大多数是基于测量同频信道信噪比s i r 的，而预测型的功率控制算法的研究尚 处于探索的阶段。预测型的功率控制算法比起传统的基于s i r 的功率控制算法 有许多优越性。因此，本文在充分研究欧洲第三代移动通信标准w c d m a 系统 以后，在传统c d m a 系统功率控制算法的基础上，提出了一种基于格型图的预 测型功率控制算法，并将该算法应用于w c d m a 的功率控制中。 1 3 本论文的主要工作 本文主要研究宽带c d m a 系统中反向功率控制算法。 本文主要做了以下几方面的工作： 在w i n d o w s 系统下，采用v i s u a lc + + 5 0 语言开发了一套仿真软件，该软件 可用于w c d m a 系统的功率控制仿真。此系统软件界面友好，使用方便。 根据屏幕提供的菜单和提示，即使非专业的用户也可以很方便地使用。 在详细研究了w c d m a 系统功率控制技术的主要细节的基础上，结合功率 分配方案和业务接入控制的方法，首次将基于格型图的预测型功率控制算 法应用于适合多业务的宽带c d m a 系统中。 通过计算机仿真实现基于格型图的预测型功率控制算法在第三代移动通信 系统w c d m a 功率控制中的应用，并对该算法性能进行了分析，得出各种 条件下的系统性能曲线，证明了该算法的良好性能。 对新的方案的不足之处进行分析，并提出以后的工作方向 由于本人水平有限，论文中的错误和不足之处，望各位老师批评指正。 天津大学硕士毕业论文第一章绪论 损耗的比例达( 1 0 0 ) 4 = 1 0 8 ，这相当于两个发射机辐射相等的功率，而因为传 播距离的不同，到达同一接收机的信号功率相差8 0 d b 。显然，近地强信号将压 制远地弱信号。在c d m a 系统中，因为许多电台共用一个频率发送信号或接收 信号，因而近地强信号压制远地弱信号的现象更容易发生，这种现象称为“远 近效应”。在c d m a 系统中，远近效应和信道的衰落是比较突出的问题，主要 发生在反向链路上。因此，c d m a 系统必须有高速、精确的功率控制，尤其是 反向功率控制，否则整个系统将不能很好地工作甚至崩溃。反向功率控制是宽 带c d m a 系统中的关键问题，有效的反向功控对提高c d m a 系统的通信容量 和反向容量都有很大的意义。可以说，到目前为止，宽带c d m a 功率控制算法 大多数是基于测量同频信道信噪比s i r 的，而预测型的功率控制算法的研究尚 处于探索的阶段。预测型的功率控制算法比起传统的基于s i r 的功率控制算法 有许多优越性。因此，本文在充分研究欧洲第三代移动通信标准w c d m a 系统 以后，在传统c d m a 系统功率控制算法的基础上，提出了一种基于格型图的预 测型功率控制算法，并将该算法应用于w c d m a 的功率控制中。 1 3 本论文的主要工作 本文主要研究宽带c d m a 系统中反向功率控制算法。 本文主要做了以下几方面的工作： 在w i n d o w s 系统下，采用v i s u a lc + + 5 0 语言开发了一套仿真软件，该软件 可用于w c d m a 系统的功率控制仿真。此系统软件界面友好，使用方便。 根据屏幕提供的菜单和提示，即使非专业的用户也可以很方便地使用。 在详细研究了w c d m a 系统功率控制技术的主要细节的基础上，结合功率 分配方案和业务接入控制的方法，首次将基于格型图的预测型功率控制算 法应用于适合多业务的宽带c d m a 系统中。 通过计算机仿真实现基于格型图的预测型功率控制算法在第三代移动通信 系统w c d m a 功率控制中的应用，并对该算法性能进行了分析，得出各种 条件下的系统性能曲线，证明了该算法的良好性能。 对新的方案的不足之处进行分析，并提出以后的工作方向 由于本人水平有限，论文中的错误和不足之处，望各位老师批评指正。 天津大学硕士毕业论文 第二章第三代移动通信系统简介 第二章第三代移动通信系统简介 2 1 引言 移动通信系统在全球范围内得到了迅速发展，目前，基于f d m a 、t d m a 以及窄带c d m a 的第二代移动通信系统正在全球各地成功的运行。随着宽带业 务、高速业务需求的不断增长，世界各国正在加紧研究适应宽带多媒体传输的 第三代移动通信系统。第三代移动通信系统是建立在i t ui m t - 2 0 0 0 建议基础上 且工作在2 g h z 频段的宽带移动通信系统，预期在2 0 0 2 年左右投入商用。目前 有关i m t - - 2 0 0 0 的概念和原则、要求和结构以及技术评估和选择程序的建议均 已通过，技术体制与规范的制定工作已经进入了实质性阶段。i m t 一2 0 0 0 是 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n2 0 0 0 的缩写。它集蜂窝、无绳、 1 1 星移动通信为一体：提供包括视频业务( 压缩编码) 在内的多种业务的多媒 体综合化服务：能与i s d n 和p s t n 互连；为i n t e r n e t 的接入提供高速、灵活、 方便的服务：信令接口标准按开放式系统互连模式建立，具有完善的保密和身 份验证系统等。其基本目标为： 全球化：多种环境、多种技术、统一频率、统一标准；所谓全球化，即实 现全球范围的自动漫游。全球范围包括四种环境：室内环境( 至少2 m b p s ) 、 室内外步行移动环境( 至少3 8 4 k b p s ) 、室外车辆运动环境( 至少1 4 4 k b p s ) 、 卫星移动环境( 至少9 6 k b p s ) ： 综合化：多种业务( 语音、宽带数据、多媒体) ，适应信息化社会： 个人化：足够的容量潜力和多种用户管理能力。 2 2 第三代移动通信系统的标准化 2 2 1 提交i t u 的备选方案及其特点 在i m t - - 2 0 0 0 的标准化工作中，最重要的是无线传输技术的选择。i m t 一 2 0 0 0 对无线传输技术的要求为 高速传输支持多媒体业务： 室内环境至少2 m b p s 室内、外步行环境至少3 8 4 k b p s 室外车辆运动中至少1 4 4 k b p s 卫星移动环境至少9 6 k b d s 传输速率的按需分配： 上、下行链路的不对称需求。 1 9 9 8 年1 月，欧洲电信技术标准协会e t s i - - s m g 就第三代通用移动通信 系统u m t s ( u n i v e r s a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 的地面无线接入u t r a ( u m t st e r r e s t r i c a lr a d i oa c c e s s ) 达成如下一致意见：“在u m t s 的成对频段 天津大学硕士毕业论文 第二章第三代移动通信系统简介 第二章第三代移动通信系统简介 2 1 引言 移动通信系统在全球范围内得到了迅速发展，目前，基于f d m a 、t d m a 以及窄带c d m a 的第二代移动通信系统正在全球各地成功的运行。随着宽带业 务、高速业务需求的不断增长，世界各国正在加紧研究适应宽带多媒体传输的 第三代移动通信系统。第三代移动通信系统是建立在i t ui m t - 2 0 0 0 建议基础上 且工作在2 g h z 频段的宽带移动通信系统，预期在2 0 0 2 年左右投入商用。目前 有关i m t - - 2 0 0 0 的概念和原则、要求和结构以及技术评估和选择程序的建议均 已通过，技术体制与规范的制定工作已经进入了实质性阶段。i m t 一2 0 0 0 是 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n2 0 0 0 的缩写。它集蜂窝、无绳、 1 1 星移动通信为一体：提供包括视频业务( 压缩编码) 在内的多种业务的多媒 体综合化服务：能与i s d n 和p s t n 互连；为i n t e r n e t 的接入提供高速、灵活、 方便的服务：信令接口标准按开放式系统互连模式建立，具有完善的保密和身 份验证系统等。其基本目标为： 全球化：多种环境、多种技术、统一频率、统一标准；所谓全球化，即实 现全球范围的自动漫游。全球范围包括四种环境：室内环境( 至少2 m b p s ) 、 室内外步行移动环境( 至少3 8 4 k b p s ) 、室外车辆运动环境( 至少1 4 4 k b p s ) 、 卫星移动环境( 至少9 6 k b p s ) ： 综合化：多种业务( 语音、宽带数据、多媒体) ，适应信息化社会： 个人化：足够的容量潜力和多种用户管理能力。 2 2 第三代移动通信系统的标准化 2 2 1 提交i t u 的备选方案及其特点 在i m t - - 2 0 0 0 的标准化工作中，最重要的是无线传输技术的选择。i m t 一 2 0 0 0 对无线传输技术的要求为 高速传输支持多媒体业务： 室内环境至少2 m b p s 室内、外步行环境至少3 8 4 k b p s 室外车辆运动中至少1 4 4 k b p s 卫星移动环境至少9 6 k b d s 传输速率的按需分配： 上、下行链路的不对称需求。 1 9 9 8 年1 月，欧洲电信技术标准协会e t s i - - s m g 就第三代通用移动通信 系统u m t s ( u n i v e r s a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 的地面无线接入u t r a ( u m t st e r r e s t r i c a lr a d i oa c c e s s ) 达成如下一致意见：“在u m t s 的成对频段 天津大学硕士毕业论文 第二章第三代移动通信系统简介 ( 频分双工f d d ) 上，将采用宽带直接序列码分多址技术( w c d m a ) ；在非 成对单频段( 时分双工t d d ) 上，将采用时分一码分多址技术( t d - - - c d m a ) ”。 可以看出，第三代移动通信系统i m t - - 2 0 0 0 是以“系统家族”的概念为基 础的。所谓“系统家族”，实际上就是对各种移动通信的用户，提供服务的联合 体。从技术上讲，就是在统一频率和统标准的前提下，多种技术系统的综合 体。这概念目前己得到国际上各有关标准组织的认可。 国际电联( i t u ) 规定的r t t 标准的方案提交截止同是1 9 9 8 年6 月3 0 日， 截止到这一天，i t u 共收到了1 m t - - 2 0 0 0 的第三代移动通信无线传输技术 ( r t t ) 候选方案共有1 5 个，其中1 0 个提案属于陆地移动通信系统，另外五 个属于卫星移动通信系统。有关陆地移动通信系统的提案，参见表2 - 1 。 表2 - 1 各国向i t u 提出的i m t - - 2 0 0 0 的i 汀t 传输方案。 候选方案提交组织说明 u t r a 欧洲e t s iw c d m a 、u m t s 地面无线接入 j ：w c d m a同本a r i bw c 1 3 i m a w i m sw c d m a 美国t i a t r 4 6 w c d m a n a ：w c d m a美国t i p l 一a t i s北美w c d m a w c d m a1 1 ai i 韩国n a与e t s i a r i bw c d m a 相近 c d m a 2 0 0 0 美国t i a t r 4 5 5c d m a ( 与i s 9 5 ) 兼容 w c d m a t t a i 韩国t 1 a与c d m a 2 0 0 0 相近 u w c 1 3 6 美国t i a t r 4 5 3t d m a ( 与i s - 1 3 6 ) 兼容 t d 。s c d m a 中国c a t t时分同步c d m a e p d e c t 欧洲e t s i无3 gr 阿建议，但工作于1 m t 。2 0 0 0 频段 由上表可以看出，虽然各方案有所差别，但其中大多数是在c d m a 技术的 基础上提出的，也就是说宽带c d m a 技术是第三代移动通信系统的主要技术， 其中w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 将是第三代移动通信系统的主流技术。 与欧洲w c d m a ( 方案1 5 ) 类似的提案共有五个。以欧洲e t s lu t r af d d 、 日本a r i bw c d m a 为代表，同时还有韩国r i t ac d m a i i ，美国t i w c d m a n a 和t i at r 4 6 的w i m sw c d m a 。这五种提案基本参数类似。提出与北美 c d m a 2 0 0 0 ( 方案6 - 7 ) 类似提案的有两种，包括美国t i rt r 4 5 和韩国的t t a 。 u w c - 1 3 6 是一种纯t d m a 技术，是在北美i s 1 3 6t d m a ( d a m p s ) 技术的 基础上提交的。我国提交的t d s c d m a 技术，有可能与其它t d d 方式进行融 合，特别是欧洲的u t r at d d 方式。e p d e c t 是由于使用了第三代移动通信 频谱而提交，一般不引起人们的重视。 2 2 2 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的主要区别及融合情况 w c d m a 为欧洲提出的宽带c d m a 技术，它与日本提出的宽带c d m a 技 术基本相同，目前双方正在进一步融合。c d m a 2 0 0 0 是基于窄带i s 9 5 c d m a 技 术的宽带c d m a 技术。这两类宽带c d m a 技术采用的基本技术和关键技术， 天津大学硕士毕业论文 第二章第三代移动通信系统简介 ( 频分双工f d d ) 上，将采用宽带直接序列码分多址技术( w c d m a ) ；在非 成对单频段( 时分双工t d d ) 上，将采用时分一码分多址技术( t d - - - c d m a ) ”。 可以看出，第三代移动通信系统i m t - - 2 0 0 0 是以“系统家族”的概念为基 础的。所谓“系统家族”，实际上就是对各种移动通信的用户，提供服务的联合 体。从技术上讲，就是在统一频率和统标准的前提下，多种技术系统的综合 体。这概念目前己得到国际上各有关标准组织的认可。 国际电联( i t u ) 规定的r t t 标准的方案提交截止同是1 9 9 8 年6 月3 0 日， 截止到这一天，i t u 共收到了1 m t - - 2 0 0 0 的第三代移动通信无线传输技术 ( r t t ) 候选方案共有1 5 个，其中1 0 个提案属于陆地移动通信系统，另外五 个属于卫星移动通信系统。有关陆地移动通信系统的提案，参见表2 - 1 。 表2 - 1 各国向i t u 提出的i m t - - 2 0 0 0 的i 汀t 传输方案。 候选方案提交组织说明 u t r a 欧洲e t s iw c d m a 、u m t s 地面无线接入 j ：w c d m a同本a r i bw c 1 3 i m a w i m sw c d m a 美国t i a t r 4 6 w c d m a n a ：w c d m a美国t i p l 一a t i s北美w c d m a w c d m a1 1 ai i 韩国n a与e t s i a r i bw c d m a 相近 c d m a 2 0 0 0 美国t i a t r 4 5 5c d m a ( 与i s 9 5 ) 兼容 w c d m a t t a i 韩国t 1 a与c d m a 2 0 0 0 相近 u w c 1 3 6 美国t i a t r 4 5 3t d m a ( 与i s - 1 3 6 ) 兼容 t d 。s c d m a 中国c a t t时分同步c d m a e p d e c t 欧洲e t s i无3 gr 阿建议，但工作于1 m t 。2 0 0 0 频段 由上表可以看出，虽然各方案有所差别，但其中大多数是在c d m a 技术的 基础上提出的，也就是说宽带c d m a 技术是第三代移动通信系统的主要技术， 其中w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 将是第三代移动通信系统的主流技术。 与欧洲w c d m a ( 方案1 5 ) 类似的提案共有五个。以欧洲e t s lu t r af d d 、 日本a r i bw c d m a 为代表，同时还有韩国r i t ac d m a i i ，美国t i w c d m a n a 和t i at r 4 6 的w i m sw c d m a 。这五种提案基本参数类似。提出与北美 c d m a 2 0 0 0 ( 方案6 - 7 ) 类似提案的有两种，包括美国t i rt r 4 5 和韩国的t t a 。 u w c - 1 3 6 是一种纯t d m a 技术，是在北美i s 1 3 6t d m a ( d a m p s ) 技术的 基础上提交的。我国提交的t d s c d m a 技术，有可能与其它t d d 方式进行融 合，特别是欧洲的u t r at d d 方式。e p d e c t 是由于使用了第三代移动通信 频谱而提交，一般不引起人们的重视。 2 2 2 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的主要区别及融合情况 w c d m a 为欧洲提出的宽带c d m a 技术，它与日本提出的宽带c d m a 技 术基本相同，目前双方正在进一步融合。c d m a 2 0 0 0 是基于窄带i s 9 5 c d m a 技 术的宽带c d m a 技术。这两类宽带c d m a 技术采用的基本技术和关键技术， 丕堡查兰堡主兰些堡苎 笙三兰! 堕垡堡塑望笪墨竺! ! ：生 如功率功率控制、软切换是很类似的，性能上也没有太大的差别。由于在第二 代移动通信系统中，9 2 ne t s i 提出的g s m 标准在全球范围内获得了广泛地推 广，并且e t s i 在1 9 9 8 年1 月又通过了其u m t s 标准，所以e t s i 在其方案中 采用的w c d m a 技术就获得了广泛地关注，被视为最有发展前途的技术。 表2 2 列出两种宽带c d m a 技术的主要区别，其中最主要的三个区别是： 码片速率( c h i pr a t e ) ：由于北美的c d m a 2 0 0 0 业务需使用目前p c s 频段， 因而特别强调与1 s 9 5 的后向兼容性，其码片速率必须是窄带系统的l 倍或3 倍，即1 2 2 8 8 m c p s 或3 6 8 6 m c p s 。所以c d m a 2 0 0 0 在5 m h z 的带宽上米用 3 6 8 6 4 m c d s 的码片速率，而w c d m a 采用直接序列扩频，码片速率为 4 0 9 6 m c d s 。经过i t u 和运营者融合组织的