（信号与信息处理专业论文）3g系统中混合信道分配技术的性能分析.pdf

摘要 移动通信技术的高速发展给人们带来了越来越多的便利，与此同时人们的 需求也在不断地提高。资源的挖掘并不能完全满足日益增长的业务需求。如何 有效且合理分配有限的资源日益成为现代移动通信系统中的一个重要课题。本 文着重在一定的条件下对固定信道分配( f c a ) ，动态信道分配( d c a ) 及混合信 道分配( h c a ) 这三种信道分配方式进行性能上的分析。通过分析的结果可以比 较得出各类信道分配方式在性能上的优劣。 在第三代移动通信系统中，d c a 有着取代f c a 的趋势。而h c a 是一种比较 折中的方案，它兼有f c a 和d c a 的优点，是本文的重点讨论对象。业界对h c a 的讨论并不多，而本文通过建立q b d 模型的数学方法来分析h c a 的性能，试图 在性能分析方法上有所突破。本论文的主要工作为：在第三代移动通信系统， 特别是在t d - s c d m a 环境中，对上述提到的三种信道分配方式建立生灭过程或拟 生灭( q b d ) 过程的数学模型，在建模过程中本文选择切换保留混合优先级算法， 以提高信道资源利用率，通过模型平稳分布的求解得出这三种信道分配方式性 能的结果，结果显示h c a 略差于d c a ，但明显优于f c a 。 关键词： t d s c d m a 系统，信道分配技术，混合信道分配，q b d 过程，性能分析 a b s tr a c t t h ed e v e l o p m e n to ft h em o b il ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb r i n g sm u c h c o n v e n i e n tt op e o p l e sl i f e m e a n w h i l e ，t h er e q u i r e m e n to fp e o p l e s 1 i f ei su p g r a d i n gc o r r e s p o n d i n g l y t h ep r o b l e mi st h a tt h ed e v e l o p m e n t o ft h ew i r e l e s sr e s o u r c e sd o e sn o tm e e tt h ee v e r 。i n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t o ft h es e r v i c e s h o wt om a k et h eli m it e dr e s o u r c e st ob eu s e dm o r e e f f i c i e n t l ya n dm o r er e a s o n a b l yw i l lb e c o m ea ni m p o r t a n ti s s u ei nm o d e r n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ep e r f o r m a n c e a n a l y s i so ft h r e ew a y so fa s s i g n m e n to ft h ec h a n n e lr e s o u r c e sw h i c ha r e ： f ix e dc h a n n e la 1l o c a ti o n ( f c a ) ，d y n a m i cc h a n n e la 1l o c a ti o n ( d c a ) a n d h y b r i dc h a n n e la 1 l o c a t i o n ( h c a ) ，a n dg e t t i n gt h er e s u l t sb yc o m p a r i s o n i nt h e3 州g e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m s ，d c ai sg o i n gt ot a k e t h ep o s i t i o no ff c a ，w h il eh c ai sb e t w e e nt h et w om e n t i o n e da b o v eb u t s e e m st oe n j o yt h ea d v a n t a g e so fb o t ha n di sa ni m p o r t a n tt o p i ci nt h i s t h e sis o u rm a inw o r kin clu d e s ：p e r f o r m a n c ea n a ly siso ft h et h r e ec h a n n e l a ll o c a t i o ns t r a t e g i e sm e n t i o n e da b o v eb ys e t t i n gu pm o d e l sb a s e do nb i r t h a n dd e a t hp r o c e s so rt h eq u a s ib i r t ha n dd e a t hp r o c e s s ( q b d ) i nt h e 、 e n v i r o n m e n to ft h e3 “g e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m se s p e c i a l l yi n t d s c d m a t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fc h a n n e lr e s o u r c e su s a g e ，t h i s t h e s i ss e l e c t sh y b r i dh a n d o f fc h a n n e lr e s e r v a t i o na l g o r i t h mi na l lk i n d s o fh a n d o f fp r i o r i t ys t r a t e g i e s t h er e s u l ts h o w st h a th c ah a sa1 i t t l e w o r s ep e r f o r m a n c et h a nd c a ，b u tm u c hb e tt e rt h a nf c a k e y w o r d s ： t d s c d 姒s y s t e m ，c h a n n e la 1 l o c a t i o nt e c h n o l o g y ，h y b r i dc h a n n e l a 1 l o c a t i o n ，q b dp r o c e s s ，p e r f o r m a n c ea n a l y s i s 3 g 3 g p p a l p s b s s c b p c d c d m a 缩略语注释表 3 一g e n e r a t i o n 第三代移动通信 3 州g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 第3 代合作伙伴计划 a d v a n c e dm o b il ep h o n es y s t e m b a s es t a ti o ns u b s y s t e m c a llb l o c k i n gp r o b a b i1i t y c o d ed i v i s i o n 先进移动电话系统 基站子系统 呼叫受阻概率 码分 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址 c d m a 一2 0 0 0c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 一2 0 0 0 码分多址一2 0 0 0 c n c s d c a d l d s d w p t s e d g e f b f c a f c c f d f d c a f d d f d m a g d s a g m s c g p r s c o r en et w o r k c i r c u its w it c h e d d y n a m i cc h a n n e la 1 l o c a t i o n d o w n li n k d i r e c ts p r e a d i n g d o w n li n kp il o tt i m es l o t e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n f ix e db o u n d a r y 核心网 电路交换 动态信道分配 下行链路 直接扩频 下行导频时隙 全球移动通信系统演进的增强数据速率 固定边界 f i x e dc h a n n e la 1 l o c a t i o n 固定信道分配 f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n 美国联邦通信委员会 f r e q u e n c yd i v i s i o n频分 f a s td y n a m i cc h a n n e la il o c a ti o n 快速动态信道分配 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x频分双工 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s频分多址 g e n e r a ld i s t r i b u t i o ns m a r ta n t e n n a 通用分布式智能天线 g a t e w a ym o b i l es e r v i c e sc e n t r e网关移动交换中心 g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e v 通用分组无线业务 g p s g s m h c a h d p h d r h s c s d h s d p a g l o b a lp o s iti o ns y s t e m 全球定位系统 g l o b a ls y s t e mf o rm o b il ec o m m u n i c a t i o n 全球移动通信系统 h y b r i dc h a n n e la 1 l o c a t i o n h a n d o f fd r o p p i n gp r o b a b ilit y h i g hd a t ar a t e h i g hs p e e dc i r c u its w it c h e dd a t a h i g hs p e e dd o w n li n kp a c k e ta c c e s s 混合信道分配 话音切换失败概率 高速数据速率 高速电路交换数据 高速下行分组接入 i m t 2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lm o b il et e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 i m t s i t u l c r m a i m b m c m i m o m s c m t n e t m t s n m t n u f c a o f d m o v s f p s p d p p d c q b d q o s 国际移动通信- 2 0 0 0 i m p r o v e dm o b il et e l e p h o n es e r v i c e改进型移动电话业务 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n 国际电信联盟 l o wc h i pr a t e m u l t i p l ea c c e s s i n t e r f e r e n c e m o v a bleb o u n d a r y m u l t i p l ec a r r i e r m u lti p l e 。i n p u tm u l ti p l e o u t p u t m o b il es e r v i c e s c e n t r e m o bil et r a c k in gn e t w o r k m o b il et e l e p h o n es y s t e m 低码片速率 多址干扰 可动边界 多载波 多输入多输出 移动交换中心 数字移动通信模拟试验网 移动电话系统 n o r d i cm o b il et e l e p h o n es y s t e m 北欧移动电话系统 n o n u n i f o r mf i x e dc h a n n e la 1 l o c a t i o n 非均匀固定信道分配方案 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd iv isi o nm u lti p l e x i n g正交频分复用 o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r 正交可变扩频因子 p a c k e ts w i t c h i n g p a c k e t sd r o p p i n gp r o b a b i l i t y p e r s o n a ld i g i t a lc e l l u l a r q u a s i 。b i r t ha n dd e a t hp r o c e s s q u a li t yo fs e r v i c e v 1 分组交换 分组丢失概率 个人数字蜂窝电话 拟生灭过程 服务质量 r a n r n c r n s r u s s b f c a s d s f s d c a s g s n t a c s t c p i p t d t d d t d m a r a d i oa c c e s sn e t w o r k r a d i on e t w o r kc o n t r o ll e r r a d ion e t w o r ks u b s y s t e m r e s o u r c eu n it s 无线接入网 无线网络控制器 无线网络子系统 资源单元 s i m p l eb o r r o w i n gf i x e dc h a n n e la 1l o c a t i o n s t a ri o n a r yd is t r i b u ti o n s p r e a d in gf a c t o r 静态信道借用分配方案 平稳分布 扩频因子 s l o wd y n a m i cc h a n n e la 1 l o c a t i o n 慢速动态信道分配 s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e服务型通用分组无线业务支持节点 t o t a la c c e s sc o m m u n i c a ti o n ss y s t e m 全入网通信系统技术 t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c o l t i m ed i v i s i o n t i m ed i v i s i o nd u p l e x 传输控制协议互联网协议 时分 时分双工方式 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 时分多址 t d s c d m at i m ed i v i s i o n 。s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t s t s m u e u f c a u l u m t s u p p t s u t r a n t i m es l o t t d s c d m as y s t e mf o rm o bil e u s e re q u i p m e n t 时分一同步码分多址 时隙 移动t d - s c d m a 系统 用户设备+ u n if o r mf i x e dc h a n n e la ll o c a ti o n 均匀固定信道分配方案 u p l i n k上行链路 u n i v e r s a lm o b il et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m u p li n kp il o tt i m es l o t u m t st e r r e s t r i a lr a d i 0a c c e s sn e t w o r k 通用移动通信系统 上行导频时隙 通用移动通信系统陆地无线接入网 w c d m a w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址 v i i 南京邮电大学论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮 电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：日期： 南京邮电大学论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期 内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部和部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办 王早。 研究生签名：导师签名： 1 1 移动通信系统概述 第一章绪论 移动通信是指通信双方或至少一方在运动状态中进行信息传递的通信方式。移动通 信系统是移动用户之间、移动用户和定点用户之间，以及定点用户与移动用户之间，能 够建立许多信息传输通道的通信系统，它包括无线传输、有线传输和信息的收集、处理 和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、交换控制设备和移动终端设备n 引。 1 2 第三代移动通信系统 在经历了第一代模拟通信，第二代数字蜂窝式通信，现在我们迎来了第三代移动通 信( 3 r dg e n e r a t i o nm o b il ec o m m u n i c a t i o n s ，简称为3 g ) 的使用阶段。第三代移动 通信系统是为多媒体通信设计的，开发第三代移动通信系统的工作始于国际电信联盟 ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ，简称为i t u ) 下的世界无线电管理大会 1 9 9 2 年会议，在此次会议中，2 g h z 附近的频率被指定给第三代移动通信系统使用。i t u 制定国际移动通信2 0 0 0 ( i n t e r n a ti o n a lm o b il et e l e c o m m u n i c a ti o n 一2 0 0 0 ，简称为i m t 一 2 0 0 0 ) 的最初目标是建立一个能够提供高速数据接入的单一的、通用的和全球性的标准。 但是，各方在自身利益的驱动下，第三代移动通信系统最后形成了基于扩频的3 个主流标 准：宽带码分多址( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，简称为w c d m a ) 、码分 多址- 2 0 0 0 ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s - 2 0 0 0 ，简称为c d m a 2 0 0 0 ) 和时分一同步 码分多址接入( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，简称 为t d - s c d m a ) 。这三项技术在后面3 4 4 节会有详细介绍。 1 3 信道与信道分配技术 信道( c h a n n e l ) 是指通信传输的媒介和载体，本文中所指的信道，是无线资源的统 称，无线资源经划分后分配给不同的用户使用，这个过程就叫做信道分配。为了实现信 道的划分，可以采用频分( f r e q u e n c yo i v i s i o n ，简称为f d ) ，时分( t i m ed i v i s i o n ， 直瘟噬盥厶堂亟：量班荭生堂位i 金塞蔓= 童绪j 金 简称为t d ) ，码分( c o d ed i v i s i o n ，简称为c d ) 等技术。在f d 中，频谱被划分为不连 续的频率带宽，此时信道特指频带。在t d 中，信道的获得是通过时隙的划分来实现的； 而在c d 下，通过使用不同的扩频码可以实现信道的划分心刳。所以在不同的情况下，信 道的具体含义是不同的。信道分配的作用在于提高系统资源的频谱利用率，增加了系统 容量。在无线蜂窝移动通信系统中，信道的分配技术主要有三类：固定信道分配( f i x e d c h a n n e la il o c a t i o n ，简称为f c a ) ，动态信道分配( d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n ，简称 为d c a ) 和混合信道分配( h y b r i dc h a n n e la il o c a ti o n ，简称为h c a ) 睡m 1 。 1 4 衡量信道分配技术好坏的标准 衡量一个信道分配方式的好坏，主要看它的信道资源利用率，即信道资源是否被有 效地利用。合适的信道分配可以使无线通信系统资源得到高效地管理和使用，在3 g 业 务环境中获得比较好的频谱效率，这对于节约有限的极为珍贵的无线信道资源具有十分 重要的意义。除此以外还要看实际的通信性能指标，如呼叫阻塞率，切换失败率，数据 用户排队长度等汹1 ，具体的意义在第五章会详细讨论。 1 5 课题研究的内容和意义 本文结合第三代通信系统，对不同的信道分配方式分别建立数学模型，并借助于该。 模型对系统的性能进行分析。课题在性能分析过程中，利用随机过程中的生灭过程和拟 生灭过程( q u a s i - b i r t ha n dd e a t hp r o c e s s ，简称为q b d 过程) 啪1 来建立基于固定， 动态及混合的信道分配模型，进而得到相应的q 矩阵，通过对q 矩阵平稳分布等的求解， 获得性能分析的数学结果】。本课题的意义一方面是在信道分配特别是h c a 的性能分析 上提供新的数学方法，此方法在分析现代通信中信道分配问题上有一定的参考价值，而 另一方面在于通过性能分析比较得出不同信道分配方式的性能差异。 2 第二章第三代移动通信 2 i 移动通信的发展过程 人类于1 9 世纪末探索到运动中的无线通信的可能性后，就开始了移动通信的发展 历程。到目前为止，世界移动通信的发展大致分为以下六个阶段。 第一阶段( 2 0 世纪初至4 0 年代) 。 这个阶段是专用移动通信的起步阶段。在几个短波频段上开发出专用的移动通信系 统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统，工作频率为2 m h z ，到4 0 年代提 高到3 0 - - - 4 0 e - l z 。这个阶段有系统容量有限，工作频率较低等特点。 第二阶段( 2 0 世纪4 0 年代中期至6 0 年代初期) o 这个阶段是公用移动通信起步阶段。公用移动通信业务开始问世，1 9 4 6 年，根据美 国联邦通信委员会( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，简称为f c c ) 的计划，美国 贝尔实验室在圣路易斯研制成功并建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系 统”。当时使用三个频道，间隔为1 2 0 k h z ，通信方式为单工。随后，西德( 1 9 5 0 年) 、法 国( 1 9 5 6 年) 和英国( 1 9 5 9 年) 等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室 完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段特点是从专用移动网向公用移动网过渡，人 工接续，网络容量较小。 第三阶段( 2 0 世纪6 0 年代中期至7 0 年代中期) 。 在这个阶段大区制蜂窝移动通信开始起步。美国推出了改进型移动电话业务 ( i m p r o v e dm o b i l et e l e p h o n es e r v i c e ，简称为i m t s ) 系统，使用1 5 0 m h z 和4 5 0 m h z 频段，采用大区制，中小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。 德国也推出了同等技术水平的b 网。这一阶段特点是采用大区制，中小容量，使用4 5 0 m h z 频段，实现自动选频与自动接续。 第四阶段( 2 0 世纪7 0 年代中期至8 0 年代中期) 。 在这段时间，移动通信蓬勃发展，进入了小区制蜂窝网阶段。1 9 7 8 年底，美国贝尔 实验室研制成功先进移动电话系统( a d v a n c e dm o b il ep h o n es y s t e m ，简称为a m p s ) ， 建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量，到1 9 8 5 年3 月在美国已扩展到4 7 个 地区，约1 0 万移动用户。日本在1 9 7 9 年推出8 0 0 m h z 汽车电话系统h a m t s ，在东京、大 3 直塞整电厶堂亟班宜竺堂僮论塞笙三重蕴三岱整动通位丕统 阪及神户等地投入商用。英国在1 9 8 5 年开发出全入网通信系统技术( t o t a la c c e s s c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，简称为t a c s ) 。法国开发出4 5 0 m h z 的4 5 0 系统。加拿大推出 4 5 0 m h z 移动电话系统( m o b il et e l e p h o n es y s t e m ，简称为m t s ) 等等。这一阶段的特 点有如下几点。 1 、随着大规模集成电路的发展，微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发 展，这使通信设备的小型化、微型化成为现实，为大型通信网的管理与控制提供了技术 手段。 2 、随着用户量迅猛增加，大区制能提供的容量很快饱和。贝尔实验室在7 0 年代提 出蜂窝网的概念，采用频率再用技术，小区制建立蜂窝网，解决了公用移动通信系统要 求容量大与频率资源有限的矛盾，形成移动通信新体制。 3 、采用频分多址( f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，简称为f d m a ) 的多址 接入技术。 第五阶段( 2 0 世纪8 0 年代中期至9 0 年代末) 。 这一阶段是数字移动通信系统即第二代蜂窝移动通信网发展和成熟的阶段。以a m p s 和t a c s 为代表的模拟蜂窝网络系统被称为第一代( 1 g ) 蜂窝移动通信网络系统，虽然 当时获得很大的成功，但也有体制复杂，频谱利用率低，不能提供数据业务，设备昂贵 等缺点。为克服上述局限性，上世纪8 0 年代中期至9 0 年代中期，各国开发出数字的第 二代( 2 g ) 蜂窝移动通信网络系统。它们都是在组网时采用多址接入技术。t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) f d m a 系统的典型代表是欧洲的g s m ，日本的p d c ( p e r s o n a l d i g i t a lc e l l u l a r ) 和北美的d - a m p s ，c d m a 系统的典型代表是美国的i s 一9 5 a b 。g s m 有三种模式：g s m 9 0 0 ( 9 0 0 m h z ) ，g s m l 8 0 0 ( 1 8 0 0 m h z ) 和g s m l 9 0 0 ( 1 9 0 0 m h z ) ，前两种在 欧洲和中国使用，后一种主要在美国和加拿大使用。 在后期发展过程中，g s m 提出了2 5 g 的通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ，简称为g p r s ) 技术。g p r s 基于分组交换技术，能像局域网一样可以实现现有 的t c p i p 应用，能提供i n t e r n e t 和其他分组网络的全球性接入。g p r s 是g s m 网迈向 3 g 重要的一步。g s m 9 9 版提出了2 7 5 g 的g s m 演进的增强数据速率( e n h a n c e dd a t ar a t e f o rg s me v o l u t i o n ，简称为e d g e ) 技术，主要能提供宽带业务。 从1 9 9 1 年g s m 开始使用以来，目前欧洲和非洲所有国家，南美和亚洲主要国家的 移动电话系统都采用g s m 技术。在我国，目前主流仍然是g s m 。 第六阶段( 2 0 世纪9 0 年代末开始) 。 1 9 9 9 年1 1 月5 日在芬兰赫尔辛基召开的i t ut g 8 1 第十八次会议上最终确定了共 4 直塞整盟厶堂绣班究生堂僮i 金塞笙三至笙三岱整动通值丕统 有5 种技术标准成为第三代移动通信的基础，其中w c d m a ，c d m a 2 0 0 及t d - s c d m a 是3 g 的主流标准。i t u 在2 0 0 0 年5 月批准了针对3 g 网络的i m t 一2 0 0 0 无线接口的5 种技术标 准。关于3 g 的特点将在第三章具体阐述。 后3 g 发展( 2 0 1 0 年以后) 隋刳。 在3 g 开发和商用正在如火如荼地进行时，移动通信业界有关后i 婀一2 0 0 0 ( b e y o n d i m t - 2 0 0 0 ) 的研究已经悄然进行了。由于目前3 g 还没有被大规模商用，本身又有很大 的发展空间，所以i t u 强烈呼吁不要使用4 g 这个术语，因此将用后3 g ( b e y o n d3 g ) 术 语取代。i t u 又给b 3 g 另一个名字i m t - a d v a n c e d ，表明它跟i m t 一2 0 0 0 是并列的，属于 同一个分支。b 3 g 是比3 g 更为复杂的系统，或许是3 g 的下一代技术，是3 g 在未来l o 年甚至更久以后才会实现商用的技术，目前还处于科研阶段初期。所以，b 3 g 的推进完 全不会影响到3 g 的部署。b 3 g 的未来发展目标是，为用户提供在高速与低速移动环境下 峰值速率达到l o o m b i t s 和1 g b i t s 的无线传输能力。 下面的图2 1 概括了从第一代到第三代移动通信系统所使用的技术h 1 。 图2 1 移动通信中使用的技术和规范 2 2 移动通信系统的发展目标和发展趋势 移动通信的发展目标是向个人通信发展，即5 个w ，任何人( w h o e v e r ) 在任何地方 5 直塞邮电厶堂亟l 硒宜生堂位i 金塞筮二重箜三岱整磕亟值苤筮 ( w h e r e v e r ) 任何时间( w h e n e v e r ) 可以同任何人( w h o m e v e r ) 进行任何形式( w h a t e v e r ) 的通信。 移动通信的发展趋势如下： 1 、 网络业务数据化、分组化，移动互联网逐步形成： 2 、 网络技术数字化、宽带化； 3 、 网络设备智能化、小型化； 4 、应用于更高的频段，要求更高的频谱利用率； 5 、移动网络的综合化、全球化、个人化； 6 、 各种网络的融合； 、 7 、 移动网络的高速率、高质量和低费用。 于是移动通信未来的发展趋势可以概括为：数字化、宽带化、分组化、智能化、个 人化、多网业务融合的多元化和综合化及移动网络无缝覆盖的全球化。 2 3 第三代移动通信系统的基本构成 第三代移动通信系统最早是由i t u 在1 9 8 5 年提出的，考虑到该系统于2 0 0 0 年左右 进入商用，并且其工作频段也在2 0 0 0 m h z ，因此，1 9 9 6 年第三代移动通信系统正式更名 为i m t - 2 0 0 0 。 i m t - 2 0 0 0 系统构成如图2 2 所示n 引，它主要有四个功能子系统构成，即核心网( c o r e n e t w o r k ，简称为c n ) 、无线接入网( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，简称为r a n ) 、移动台( m t ) 和用户识别模块( u i m ) 组成。分别对应于g s m 系统的交换子系统( s s s ) 、基站子系统( b a s e s t a t i o ns u b s y s t e m ，简称为b s s ) 、移动站( m o b i l es t a t i o n ，简称为m s ) 和s i m 卡。 i m t - 2 0 0 0 系统是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信 和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。它可以向公众提供前两代产品所不能提供的各种 宽带信息业务，如高速数据、慢速图片与电视图像等，传输速率高达2 m b i t s ，带宽可达 2 m h z 以上。i m t - 2 0 0 0 技术标准，是一种真证意义上的“宽频多媒体全球数字移动电话 技术”，并与改进的g s m 网兼容。 6 u i mm t * 1 3镕口u n ir a n _ ( t n # 口月镕5 日镕口n n i 图22i m t 一2 0 0 0 系统构成图 2 4 第三代移动通信系统的特点和基本特征 第三代移动通信系统主要特点可以概括为： l 、区别于现有的第一代和第二代移动通信系统，它是一个全球普及和全球无缝漫 游的系统；第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是 个在全球范围内覆盖和使用的系统，将使用共同的频段。 2 、具有支持多媒体业务的能力特别是支持i n t e r n e t 业务：现有的g s m 移动通信 系统主要以提供话音业务为主，随着数据业务的发展，一般也仅能提供1 0 0 k b s 2 0 0 k b s 的数播务，o s m 演进到最高阶段的速率能力为3 8 4 k b s 。而第三代移动通信 的业务能力将比第二代有明屁的改进。它应能支持从话音到分组数据再到多媒体业务： 应能根据需要，提供带宽。i t k 规定的第二代移动通信无线传输技术必须满足在以下三 个环境的三种要求，即：快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b s ；室外到室内或步行环境， 最高速率达3 8 4 k b s ：室内环境，最高速率达2 m b s 。 3 、便于过渡、演进：由于第三代移动通信引厶时，第二代网络已具有相当规模， 所以第= 代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，井应与固网兼 容。 4 、除此以外还有高频谱效率、高服务质量、低成本和高保密性等。 2 5 第三代移动通信系统的频谱规划 现有的第二代移动通信技术及其使用的频谱不能满足发展需求，蜂窝移动电话以提 供话音业务为主，只满足各国及部分区域性漫游。而第三代移动通信系统是频谱利用率 煎塞邮盥厶堂亟班究生堂丝淦塞 箍二童簋三岱整曲通岱丕统 更高、通信容量更大和通信质量更好的移动通信系统；能提供更广泛的业务，尤其是图、 文、声、像的多媒体业务和接入高速因特网业务等，并能提供全球漫游：电磁辐射小， 能提供2 m b i t s 甚至更高的信息传输速率，具有兼容和扩展能力。 无线电频谱是一种特殊的自然资源，既是国家所有，也是人类共享的。电磁波的频 谱是相当宽的，包括红外线、可见光、x 射线等，但作为无线电通信使用的资源，i t u 定义3 0 0 0 g h z 以下的电磁频谱称为无线电磁波的频谱。再由于频率划分使用政策、技术 和可用的无线电设备方面的限制，i t u 当前只划分了9 k h z 4 0 0 g h z 的范围，实际上目前 使用的较高频段只是在几十吉赫兹( g h z ) 。因此无线电频谱资源是非常有限的。此外， 尽管可以通过频率、时间和空间这三维相互关联的要素进行频率的多次复用来提高频率 利用率，但就在某一频率或频段而言，在一定区域、一定时间和一定条件下，是非常有 限的口1 。 i m t 一2 0 0 0 对频谱划分的原则是：合理、有效，节约使用频率资源，按业务分类规划 频率；适应发展，灵活规划，分布实施，便于调整；有利于开发利用先进技术和成熟、 可靠的技术标准体系。目前各国由于采用不同的第三代通信技术方案，对频率划分的使 用计划差异很大田1 。 2 6 第三代移动通信的三大主流方案 在世界各国商用中公认采用的三种主流标准为：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。如 表2 1 所示慨驯： 表2 13 g 中三大主流方案的基本比较 方案 w c d m a c d m a 2 0 0 0 t d - s c d m a 提交方欧洲和日本美国中国 基本码片速率 3 8 4 m c h i p s3 6 8 m c h i p s1 2 8 m c h i p s 网络层协议 g s mm a pa n s i - 4 1g s mm a p 向下兼容情况与g s m 兼容与i s - 9 5 兼容与g s m 兼容 2 6 1c d m 【a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 是i m t - 2 0 0 0 的三大主流技术之一。它采用c d m a 的宽带扩频接口，其网络 8 匿盛邮血叁堂亟硒宜生堂僮j 金室箍三童蓥三监整曲逼岱丞蕴 系统在室内环境中、室内外步行环境中、车载环境中，均可达到或超过i m t - 2 0 0 0 的指 标，室内最高速率达2 m b i t s ，步行环境最高数据速率达3 8 4 k b i t s ，车载环境最高数 据速率达1 4 4 k b i t s ：同时支持从2 g 网络系统向3 g 网络系统的演进。 c d m a 2 0 0 0 是从c d m ao n e 演进而来的3 g 技术，c d m a 2 0 0 0 标准是一个体系结构，称 为c d m a 2 0 0 0f a m i l y ，含一系列的子标准，其标准由3 g p p 制定，正式标准于2 0 0 0 年3 月通过，表2 2 中归纳了c d m a 2 0 0 0 系列的主要技术特点汹1 。 表2 2c d m a 2 0 0 0 系列的主要技术特点 占用带宽( 姗z )1 2 53 7 57 ，51 1 51 5 无线接口来源丁i s - 9 5 网络接口来源于系统i s - 4 1 业务演进来源于 i s 一9 5 最火用户数据速率( b i t s )3 0 7 2 k1 0 3 6 8 m2 0 7 3 6 m2 4 5 7 6 m 码片速率( m c h i p s ) 1 2 2 8 8 3 6 8 6 4 7 3 7 2 81 1 0 5 9 2 1 4 7 4 5 6 帧的时长( m s ) 典型为2 0 m s ，也可选5 m s ，用于控制 同步方式 i s 一9 5 ( 使用g p s ，使基站之间严格同步) 导频方式i s - 9 5 ( 使用公共导频方式，与业务码分复用) 2 6 2w c d m a w c d m a 意为宽频码分复用多址接入技术n4 1 ，它采用直接序列扩频( d i r e c ts p r e a d i n g ， 简称为d s ) 码分多址技术。w c d m a 标准的最初的提出者是欧洲电信标准组织e t s i ，后来 与日本的w - c d m a 技术融合，成为i t u 制定的3 g 五种技术中的三大主流技术之一。该系 统的核心网基于g s m j i l a p ，同时通过网络扩展方式提供在基于a n s i - 4 1 核心网上运行的 能力。这套系统能够架设在现有的g s m 网路上，对于系统商而言可以较容易进行相容与 过渡。因此w c d m a 的主要支持者是以g s m 系统为主的欧美和日本厂商及公司，如爱立信、 阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电、以及日本的n t t 、富士通和夏普等。 w c d m a 系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务( 如p s t n ，i s d n 网) 、分组交换 业务( 如i p 网) 。灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户支持语音、数据和多媒体 业务，通过透明或非透明的传输块来支持实时、非实时业务。业务质量可通过延迟、误 比特率和误帧率等参数进行调整。 o 直塞蜜e 虫太堂亟：班究尘堂位i 金塞 簋三童墓三岱整劬通信丕统 w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 这两类宽带c d m a 技术不属于频分双工(