（通信与信息系统专业论文）wcdma系统容量分析与仿真.pdf

摘要 本文描述了w c d m a 系统的链路特性和小区容量性能。w c d m a 可以实现从 g s m 到3 g 系统的平滑过渡，因此是一种适合我国国情的3 g 方案。 研究w c d m a 的链路特性是对w c d m a 系统容量分析的前提，其主要方法是 通过仿真得到上下行链路中，不同数据速率的业务为达到b e r 要求而所需的 最0 值。本文中采用了3 g p p 建议的无线传播模型和仿真步骤，并结合链路 模型的搭建通过仿真得到了所需的磊。值。从中可以看出w c d m a 中编码技 术的使用使其在高速率下有较好的链路特性，并且下行链路性能优于上行链 路。 ， 其次，本文讨论了在w c d m a 小区布局中几个重要参数的取值与计算，并 在此基础上通过仿真计算了w c d m a 小区中，上下行链路分别可以容纳的各业 务用户的最大数目。从中得到结论，高数据速率的用户将会占用更多的系统 资源，当数据业务增多时，小区用户数下降很快；邻近小区的干扰与正交性 的优劣也是影响小区容量的熏要因素；下行链路可以比上行链路容纳更多的 用户，因此w c d i 雌系统的容量将受限于上行链路。 本文将重点讨论w c d m a 小区中多业务时的容量性能。为此，我们将引入 话音、后台、流业务共存的小区业务模型，通过仿真考查不同类型业务负荷 改变对小区容量带来的影响。可以看到在数据业务量增大时，小区容量下降 很快。为了改善小区容量性能，我们提出了一种基于各业务时延敏感度的接 纳控制算法，其基本思想是在小区容量受限时，将已有用户中对时延敏感度 较低的业务暂时阻塞，以接纳更多的新用户，当系统有可用的资源时，再将 被暂时阻塞的用户重新接入系统，否则若其等待的时间超过允许的最大延时， 则将其丢弃。引入算法后，我们将使用阻塞率和中断率共同评估系统性能的 改善，通过仿真可以看出该算法的引入使得小区容量性能得到了有效的改善。 但系统的中断率与阻塞率是一对矛盾的关系，要使系统性能达到最佳必须合 理选择接纳控制算法中的参数，最佳参数的选择也需要通过仿真来验证。l “ 关键词：w c d m a 岁小区容量岁垩豸时延敏感度，移劫通馐j i a b s t 队c t t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e sl i n kc h a r a c t e r i s t i c sa n dc e l lc a p a c i t yo fw c d m a s y s t e m w c d m as y s t e ms u p p o r t sh a n d o v e rf r o mg s m t ou m t s ，s oi ti sa c o m p e t i t i v e3 g r 订s c h e m e t h i sd i s s e r t a t i o nd e s c r i b e sl i n kc h a r a c t e r i s t i c so fw c d m a s y s t e mf i r s t l y , i n c l u d i n gc o d i n ga n dm o d u l a t i n gt e c h n o l o g y t h e n 甄o f o rd i f f e r e n tb i tr a t e s e r v i c e sw i t hs p e c i f i e db e r r e q u i r e m e n t sf o ru p l i n ka n dd o w n l i n ka r es i m u l a t e d r e s p e c t i v e l y t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tw c d m as y s t e mh a sag o o d p e r f o r m a n c e u n d e r h i g h b i tr a t es e r v i c eb e c a u s eo ft h e a d v a n c e d c o d i n g t e c h n o l o g y , a n d t h i sp e r f o r m a n c ei sb e t t e ri nd o w n l i n kt h a nt h a ti nu p l i n k s e c o n d l y , t h i s d i s s e r t a t i o nd i s c u s s e sh o wt oc h o o s ea n d c o m p u t e s o m e i m p o r t a n tp a r a m e t e r sf o rw c d m a d i m e n s i o n i n gp u r p o s e s o nt h eb a s i so f t h e s e p a r a m e t e r s t h ec e l lc a p a c i t yf o rd i f f e r e n ts e r v i c e sa r eg o t t h r o u g hs i m u l a t i o n 。t h e c e l lc a p a c i t yd e c r e a s e sd r a m a t i c a l l yu n d e rh i 曲b i tr a t es e r v i c e ；t h ei n t e r f e r e n c e f a c t o ro fa d j a c e n tc e l l sa n dt h eo r t h o g o n a lf a c t o ra r ca l s oi m p o r t a n t p a r a m e t e r st o i n f l u e n c et h ec e l lc a p a c i t y ；t h ed o w n l i n kc a l la c c e p tm o r eu s e r st h a nu p l i n k ，s o t h ec a p a c i t yo f w c d m a s y s t e mi sl i m i t e db yu p l i n k t h ec e l lc a p a c i t yu n d e rm i x e ds e r v i c e si sd i s c u s s e di nd e t a i l f o rt h i sp u r p o s e ， w ee s t a b l i s ham u l t i - s e r v i c e sm o d e lf o rv o i c e ，b a c k g r o u n da n ds t r e a m i n gc l a s s e s s e r v i c e s t h eb l o c k p o s s i b i l i t yo f t h es y s t e mu n d e rd i f f e r e n tt r a f f i cl o a di n c r e a s e s r a p i d l yw h e n t h e r ea r em o r ea n dm o r ed a t au s e r s i no r d e rt oi m p r o v et h ec e l l c a p a c i t y , a na d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m b a s e do nt i m e d e l a ys e n s i t i v i t yi s p r o p o s e d ，t h eb a s i ci d e ao f t h i s a l g o r i t h mi st h a tw h e nt h ec a p a c i t yo ft h ec e l l r e a c h e si t sl i m i t ，u s e r sw h oa r en o tv e r ys e n s i t i v et ot h el i m ed e l a ya r eb l o c k e d t h u s ，t h es y s t a mc o u l da c c e p tm o r en e w u s e r s w h e nt h es y s t e mr e l e a s e sr e s o u r c e ， t h eb l o c k e du s e rc a l lg e ti n t ot h es y s t e ma g a i n ；i fi t sw a i t i n gt i m eh a se x c e e d e d t h em a x i m a lt h r e s h o l dv a l u e ，t h ec a l li sb l o c k e d b 1 6 c kp o s s i b i l i t ya n d o u t a g e p o s s i b i l i t ya eu s e dt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m b l o c k p r o b a b i l i t y i l a n d o u t a g ep o s s i b i l i t ya r ec o n t r a d i c t o r y , t h e ys h o u l d k e e p b a l a n c e k e y w o d 3 ：w c d m a ，c e l l c a p a c i t y , m u l t i s e r v i c e s ，t i m ed e l a y s e m i t i v i 哆 m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，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 获得电子科技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已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 崮翟 日期：2 。1 1 3 年岁月后e t 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 f等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 奄攀 导师签名： 日期：叼年j 月胁e l 电子科技大学硕士论文 第一章绪论 1 1 对w c d m a 技术研究的意义 移动通信从8 0 年代初投入商用系统以来，已经经历了从模拟通信向数字 通信的转变。随着移动通信的飞速发展，传统的以话音业务为主的第二代地 面移动通信系统以逐渐不能满足人们的要求，而新兴的数字业务，如e m a i l 、 视频传输、文件下载等将成为移动通信中不可或缺的业务组成。因此，各大 移动运营商都在积极地部署第三代移动通信系统，国外已有3 g 系统投入商 用。在作为3 g 标准的候选方案中，主要有三个方案，即c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 和t d s c d m a 。这其中，t d s c d m a 是由我国提出，并享有自主知识产 权的方案，因而受到国家的重视，欧洲提出的w c d m a 则是为了实现与g s m 网络的兼容和从g s m 平滑过渡到3 g 系统而设计的。截止2 0 0 2 年底，我国 移动通信用户数已到达两亿，而其中绝大部分是g s m 网络用户。移动运营 商在部署3 g 的时候，期望能够实现与现有系统的兼容和平滑过渡，以节约 投资。因此，w c d m a 对于我国是一个具有竞争力的候选方案。 1 2 第三代移动通信系统在国内、外的研究现状 欧洲、美国、日本以及韩国、中国都在积极开展第三代移动通信系统的 研究工作。 在欧洲，有关第三代移动通信系统的标准化工作主要在e t s i ( 欧洲电信 标准化协会) 内进行，由s m g ( s p e c i a lm o b i l eg r o u p ) 负责。e t s i 定义的 第三代移动通信网络称为u m t s ( 通用移动通信系统) ，具有与i m t 一2 0 0 0 基本 相同的功能。最早实行的r a c e ( r e s e a r c ha n da d v a n c e dc o m m u r f i c a t i o n t e c h n o l o g i e si ne u r o p e ) 计划，是第三代移动通信系统的基础研究。1 9 9 5 年，欧洲又提出了a c t s ( a d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sa n d s e r v i c e s ) 计划，以支持移动通信系统的研究和开发。r a c e 和a c t s 在第三代 移动通信系统方面的研究成果为e t s i 制定相应的标准提供了重要的参考。 e t s is m g 的工作重点在无线传输技术( r t t ) 及网络结构方面，对r t t 的研 究包括w c d m a ( 由e r i c s s o n 公司提出) 和t d m a c d m a ( 由s i e m e n s 公司提出) 。 电子科技大学硕士论文 w c d m a 和t d m a c d 姒都作为u m t s i m t 一2 0 0 0 的r t t 候选方案，其中w c d m a 用 于f d d ( 频分双工) 方式，而t d m a c d m a 用于t d d ( 时分双工) 方式。 日本的第三代移动通信系统的标准化研究工作主要由a r i b ( t h e a s s o c i a t i o nf o rr a d i oi n d u s t r i e sa n db u s i n e s s ，对应于i t u - r ) 和t t c ( t h e t e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc o m m i t t e e ，对应于i t u t ) 负责。a r i b 通过 对几种r t t 方案的比较，最终选择w c d m a ，其绝大部分参数与e t s i 的w c d m a 一致。不过，a r i b 的w c d 姒既可用于f d d ，也可用于t d d 。 在美国，第三代移动通信系统的标准化工作主要由t i a ( t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 和t i p i 负责，另外c d g ( c d m a d e v e l o p m e n tg r o u p ) 也在参与对c d m a 的标准化工作。t i p i 提出的w - c d m an a ， 与欧洲e t s i 、日本a r i b 的w c d m a 有很多相似之处。t i a4 5 3 提出了u w c 1 3 6 ， t i a4 5 5 提出了c d m a 2 0 0 0 ( 由i s - 9 5 演变而来) 。除此之外，t i at r 4 6 1 还 提出了一种和第二代网络无任何联系的r t t 方案w i m sw - c d m a 。由t i p i 提出 的w - c d m an a 与t r 4 6 1 提出的w i m sw - c d m a 合并，形成w p c d m a 方案。 韩国由t t a ( t h et e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya s s o c i a t i o n ) 负责第 三代移动通信系统的标准化工作，t t a 提出了两套方案，一是t t a i ，二是t t a 2 。 t t a i 对应于多带同步w c d m a ，与e t s i ，a r i b ，t i p i 的w c d 姒相似：t t a 2 对 应于异步w c d m a ，与t r 4 5 5 的c d m a 2 0 0 0 相似。为研究w c d 姒和c d m a 2 0 0 0 ， 分别成立了3 g p p 和3 g p p 2 。 中国的第三代移动通信系统的标准化由c a t t 负责，提出了具有自主知识 产权的t d s c d m a 方案，被i t u r 正式接纳，正在完成3 g p p 的标准化工作。 我国提出的另一项标准l a s - c d m a 正在被列为3 g p p 2 的增强型数据业务三种候 选方案之一。 1 3 本文研究的具体内容、意义及课题来源 对w c d n i a 系统的研究是一个复杂且范围广泛的领域。本文对于 w c d m a 的链路层性能和其蜂窝小区的规划及容量进行了研究。对于蜂窝移 动通信，一个重要的研究项目即是小区的布局，这涉及到链路预算以及对小 区的容量的分析。本文所作的研究分析均针对w c d m a 的上行链路和下行链 路分别进行。着重分析了在话音、数据多业务混合的情况下的小区性能，并 提出一中基于各业务时延敏感度的呼叫接纳策略以提高小区容量。各个部分 2 电子科技大学硕士论文 均给出了计算及仿真结果。本文的研究成果对于w c d m a 系统的性能分析和 小区规划具有一定的借鉴意义。 本文所作的研究属于本教研室的“i pq o s 算法、结构与实现”项目，该 项目由中兴公司资助。我负责w c d m a 系统的物理层仿真，其他项目组成员 负责网络层的性能分析及仿真。 电子科技大学硕士论文 第二章w c d m a 系统简介 2 1 c d m a 蜂窝移动通信的发展 自从8 0 年代初a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m ) 系统在美国投 入商用以来，移动通信技术随着通信与电子技术水平的提高，得到了飞速发 展。为满足用户对移动通信不断增长的数量和质量的需求，各国均采用最先 进的技术，扩展新频段，有效利用现有频率资源，先后研制并投产了各种移 动通信系统，如t a c s 、g s m 、n m t 、d a m p s 、i s 一9 5 等。 码分多址( c d m a ) 是一项卓越的数字式技术，与以前的蜂窝电话系统相 比，c d m a 系统有很多的优点，例如频谱效率显著提高，系统容量增大，链路 质量提高，移动发射机功率显著降低和电池使用寿命相应延长，以及软切换 技术的应用，大大消除了呼叫中断、衰落和话音质量差等问题。此外，c d m a 系统还具有许多运行方面的优点，例如消除频率规划问题和大量减少实现有 效覆盖所需的基站数目。在1 9 8 9 年蜂窝电信工业协会( c e l l u l a r t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ya s s o c i a t i o n ，简称c t i a ) 批准了t d m a 作为 数字蜂窝标准后的仅仅三个月，o u a l c o m m 公司推出了c d m a ，并一边通过现场 演示证明c d m a 所声称的优异性能，一边加紧进行改进c d m a 技术的艰苦奋斗。 为了使人们尽快地认识并接受c d m a 这项技术，q u a l c o m m 公司于1 9 9 1 年1 1 月在圣地亚哥进行了以5 个基站、7 0 个移动台为基础的8 0 0 m 1 - i z 数字蜂窝移 动通信c d m a 系统的试验，结果表明：在相同的环境下，c d m a 系统容量是a m p s 系统的1 0 2 0 倍，是t d m a 系统的5 倍左右。同年1 2 月，o u a l c o 册公司正 式向c t i a 公布了满意的c d m a 试验结果和系统测试数据。1 9 9 3 年7 月o u a l c o m m 公司提供的c d m a 蜂窝移动通信系统的空中接口规范，美国t i a ( 通信工业协 会) 公布为i s 一9 5 标准。1 9 9 4 年对i s 一9 5 作稍微的修改，又公布了i s 一9 5 a ，同年在i s 一9 5 一a 的基础上成立了c d g ( c d m a 开发集团) ，参加成员为 参见c d m a 的开发、推广和应用的生产厂和无线运营商，i s 一9 5c d 姒蜂窝移 动通信运营公司有美国的1 4 家、韩国的1 家、还有其他9 家美国电信公司及 韩国的e t r i ( 电子研究所) ，在1 9 9 6 年后陆续还有厂商、科研机构和蜂窝移 动通信运营公司参加。1 9 9 5 年1 0 月在香港由和记黄埔公司开通运行了第一 个i s 一9 5c d y a 商用系统。在北美地区i s 一9 5c d m a 系统得到很广泛的采用， 另外比较突出的是韩国。 4 电子科技大学硕士论文 2 2 第三代移动通信系统的发展历程 第二代数字移动蜂窝系统只能提供和低速数据业务的服务。因为在信息 时代，图象、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量将会大 大增加，所以人们对通信业务多样化的要求与日俱增。第二代蜂窝移动通信 系统不仅不能满足未来用户的业务需求，而且随着用户数的迅猛增加，现在 的系统也远远不能满足用户容量的发展需要。所以新一代的移动通信系统的 研究和发展成为电信领域的一个新的研究问题。 为了满足更多更高速率的业务以及更高的频谱效率的要求，同时减少目 前存在的各大网络之间的不兼容性，早在1 9 8 5 年i t u - - r ( c c i r ) 就成立了 i w p 8 1 3 工作组，开始研究全球范围内运营的f p l 肼s ( f u t u r ep u b l i cl a n d m o b i l et e l e p h o n es y s t e m ) 。1 9 9 1 年正式成立了t g 8 i 工作组，专门负责 f p l m t s 标准的制定工作。1 9 9 2 年国际电联i t u 的世界无线电行政会议w a r c ( w o r l da d i n i s s i o nr a d i oc o n f e r e n c e ) 为f p l m t s 确定了2 g h z 周围的频谱： 1 8 8 5 2 0 2 5 姗z 和2 1 i 0 2 2 0 0 蛐z ，频谱宽度共2 3 0 瑚z 。1 9 9 4 年，i t u t 和 i t u r 合作研究f p l m t s ：i t u t 负责网络标准化工作，i t u r 负责无线接 口的标准化工作。1 9 9 5 年，f p l m t s 又被正式更名为国际移动电信2 0 0 0 系统 ( i m t 一2 0 0 0 ) 。i f r - 2 0 0 0 支持的网络称为第三代移动通信系统，简称3 g ， 它支持速率高达2 m b i t s 的业务，而且种类将涉及话音、数据、图像以及多 媒体等业务。 国际电联的最初考虑是：第三代移动通信系统要将各种业务结合起来， 用一个单一的全功能网络来实现，与现有的第一代和第二代移动通信系统相 比，其主要特点可以概括为： 1 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是一个全球范围内覆盖和使用的系统。它 将使用共同的频段，全球统一标准； 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：现有的移 动通信系统主要以提供话音业务为主，即使改进一般也近提供l o o k b i t s 2 0 0 k b i t s 的数据业务，g s m 演进到最高阶段的速率能力为3 8 4 k b i t s 。而第 三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它应能支持从话音到分 组数据到多媒体业务；应能根据需要，提供带宽。i t u 规定的第三代移动通 信无线传输技术的最低要求中，必须满足下面三种速率要求： 电子科技大学硕士论文 3 快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b i t s ：室外到室内或步行环境，最 高速率达到3 8 4 k b i t s ；室内环境，最高速率达到2 m b i t s ： 4 便于过渡、演进：由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相 当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代的基础上逐渐灵活演进而成， 并应与固定网兼容； 5 高频谱效率； ， 6 高服务质量： 7 低成本； 8 高保密性。 同时，还要将综合宽带网的业务尽量延伸到移动环境中，能够传送速率 高达2 m b i t s 的高质量图像，真正实现“任何人，在任何地点、任何时间与 任何人”都能便利地通信。 从1 9 9 6 年开始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，各国对第三代移动通信的研究都进人了实质性的研究阶段，特别是i t u 在1 9 9 7 年4 月向全世界发出了征集l l d t - - 2 0 0 0 无线传输技术规范的通函，并 制订了详细的i 婀一2 0 0 0r t t 步骤和时间表。按照i t u 的原有时间表，1 9 9 9 年3 月将完成第三代移动通信标准i k , t t - - 2 0 0 0 的选定，1 9 9 9 年底完成i m t 2 0 0 0 的无线传输技术规范，2 0 0 0 年完成包括上层协议在内的完整标准的制订 工作。 为了在未来的全球化标准中占据一席之地，体现自己的利益，各个国家、 组织和公司纷纷提出自己的建议和标准。我国也积极参与了第三代移动通信 技术的研究和标准的制定，并成立了无线通信标准研究组( c 1 盯s ) ，专门负责 标准的研究和制定，已向i t u 提交了中国自己的标准t d s c d m a 。被i t u 接 受的候选标准多达1 0 种之多。截止到1 9 9 8 年6 月3 0 曰，提交到i t u 的地面 第三代移动通信无线传输技术( r t t ) 共有1 0 种，见表2 1 。其中欧洲提出 的w c d 舱和北美提出的c d m a 2 0 0 0 最为大家看好；中国t d - - s c d m a 由于得到了 中国政府和产业界的支持，加之中国巨大的市场潜力，因此也格外引入注目。 表2 1l o 种i m t - - 2 0 0 0 地面无线传输技术提案 序号提交技术双工方式应用环境提交者 1j ：w c d l i af d dt d d所有环境日本：a r i b 2e t s i - u t r a u 姗sf d dt d d所有环境欧洲：e t s i 3w i m sw c d 姒f d d所有环境 美国：t i a 6 电子科技大学硕士论文 4w c d m a n a f d d 所有环境美国：t i p i 5g 1 0 b a lc d m ai if d d 所有环境韩国：t t a 6t d - s c d m at d d 所有环境中国：c w t s 7c d m a 2 0 0 0f d dt d d 所有环境美国：t i a 8g l o b a lc d m aif d d 所有环境韩国：t t a 9u w c 一1 3 6f d d - 所有环境美国：t i a 室内、室外欧洲：e t s i 1 0e p d e c tt d d 到室内d e c t 计划 w c d m a 为欧洲e t s i 提出的宽带c d m a 技术，它与日本a r i b 提出的宽带c d m a 技术基本相同，双方的标准化组织经过进一步的融合形成了欧日统一的第三 代移动通信无线接口建议w c d m a ，开始它的码片速率( c h i p r a t e ) 为 4 0 9 6 m c h i p s ，后由于o h g ( o p e r a t o r sh a r m o n i z a t i o ng r o u p 运营者融合 组) 组织的建议，现码片速率定为3 8 4 m c h i p s 。c d m a 2 0 0 0 是由美国的t i a 提出的，基于窄带i s 一9 5c d m a 技术的宽带c d m a 技术，兼容i s - - 9 5c d m a ， 既可采用直扩又可采用多载波方式，码片速率一般是窄带1 2 2 8 8 m c h i d s 的1 倍或3 倍，即1 2 2 8 8 m c h i p s 或3 6 8 8 4 9 c h i p s ( 相应的系统分别 被称为c d m a 2 0 0 0 - - i x 和c d m a 2 0 0 0 - - 3 x ) ，但还可扩充到9 倍及1 1 倍。 经过各国标准化组织的多次融合和i t u - rt g 8 l 多次会议的讨论以及 o h g 组织的协调，在i t u rt g 8 i 赫尔辛基会议上通过了“i m t - - 2 0 0 0 无线 接口技术规范建议”( i m t r s p c ) ，表明t g 8 1 在制定第三代移动通信系统 无线接口技术标准方面的工作基本完成，第三代移动通信系统的开发和应用 进人实质性阶段。 地面部分建议是第三代无线接口技术规范建议的主要组成部分，分为 c d m a 和t d m a 两类体制，具体包括以下5 种无线传输技术： i m t 一2 0 0 0c d m ad s ：u t r a w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 d s ： i m t - - 2 0 0 0c d m am c ：c d m a 2 0 0 0 m c ： i m t 一2 0 0 0c d m at d d ：t d _ c d 姒和u t r at 肋： i m t 一2 0 0 0t d m as c ：u w c l 3 6 ； i m t _ 一2 0 0 0t d m am c ：d e c t 。 7 电子科技大学硕士论文 2 3w c d l i a 的发展 日本对i m t - - 2 0 0 0 的研究非常重视，是第三代移动通信的最积极的倡导 者之一，这是因为日本在第二代移动通信上采取了自成体系的政策，先后推 出的j d c ( 后改为p d c ) 蜂窝系统及p h s 无绳电话系统。虽然在日本市场非常 普及，但却未能成为国际主流产品，从而使得日本移动通信厂商在国际市场 竞争中几乎未占领任何本土之外的市场份额。日本急切希望通过第三代移动 通信产品的推出，改变这种不利的局面。从1 9 9 3 年开始，日本便进行i m ，卜- 2 0 0 0 的研究，1 9 9 4 年1 0 月日本开始征集无线传输技术，1 9 9 7 年初已基本定 为w c d m a 技术。在研究过程中，具体的标准制定和技术开发工作由a r i b 和t t c 负责，a r i b 主要负责无线部分的研究，t t c 主要负责网络方面技术的 研究。 欧洲早在2 0 世纪8 0 年代中期已经开始研究第三代移动通信系统，1 9 8 7 年正式提出了u m t s 的概念，并且欧共体有很多大的研究计划，如：基于欧洲 先进的通信研究计划r a c e 、先进通信技术和业务计划a c t s 以及科研领域合 作计划c o s t 等。u 岍s 的标准化工作主要由e t s is m g 负责，s 的u 岍s 标 准化工作分三步走：第一步以欧洲技术报告( e t r ) 的形式提出目标；第二步 提出详细的要求和框架文件；第三步提出详细的标准，包括测试标准在内。 1 9 9 7 年中，方案也逐步缩小在两个主要的候选技术，即w c d m a 和t d c d m a 技术之间。1 9 9 8 年初己确定i j m t s 的无线传输技术u t r a ，其f d d 模式采用 w c d m a ，t d d 模式采用t d _ c d m a ，并且积极进行u m t s 的标准化工作。 同时，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 尽了先机，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 的研制抵御来自北美i s - - 9 5 c 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。按照他们的研究计划，将于2 0 0 2 年前后推出第三代移动通信 系统的商用化产品。 1 9 9 8 年欧洲e t s i 的u t r aw c d m a 与日本的w c d m a 融合为现在的 w c d m a 系统，成立3 g p p 组织。因此w c d m a 也成为影响范围最大的标准。 8 电子科技大学硕士论文 2 4w c d m a 的技术特点及规范 w c d m a - - f d d 制式的主要技术特点有： ( 1 ) 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网； ( 2 ) 信号带宽：5 埘2 ；码片速率：3 8 4 m h z ； ( 3 ) 发射分集方式：t s t d ( 时间切换发射分集) 、s t t d ( 时空编码发射 分集) 、f b t d ( 反馈发射分集) ； ( 4 ) 信道编码：卷积码和t u r b o 码，支持2 m 速率的数据业务调制方式： 上行：b p s k ；下行：o p s k ； ( 5 ) 功率控制：上下行闭环功率控制，外环功率控制： ( 6 ) 解调方式：导频辅助的相干解调； ( 6 ) 语音编码：a m r ，与g s m 兼容； ( 7 ) 核心网络基于g s m g p r s 网络的演进，并保持与g s 砸g p r $ 网络的兼 容性； ( 8 ) m a p 技术和g p r s 隧道技术是w c d m a 体制的移动性管理机制的核心， 保持与g p r s 网络的兼容性； ( 9 ) 支持软切换和更软切换； ( 1 0 ) 基站无需严格同步，组网方便。 w c d m a 的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间 的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题。采用t u r b o 信道编解码， 提供较高的数据传输速率。f d d 制式能够提供广域的全覆盖，下行基站区分 采用独有的小区搜索方法，无需基站间严格同步。采用连续导频技术，可支 持高速移动终端。w c d m a 能够从g s m 平滑过渡，为运营商提供了良好的技术 基础。 3 g p p 为w c d m a 制定了技术规范，r e l e a s e9 9 版本于9 9 年底完成，每三 个月更新一次，2 0 0 0 年6 月版本基本稳定。无线接入网络的主要接口i u 、i u b 、 u r 均采用a t m 和i p 方式，网络是基于a t m 的网络。核心网络基于演进的g s m l s c 和g p r sg s n ；电路与分组交换节点分开。 r e l e a s e 9 9 版本于2 0 0 0 年出版，能够提供实现网络和终端的全部基础， 包括通用移动通信网络的全部功能基础，提供了商用版本的必要保证， r e l e a s e4 和r e l e a s e5 版本进一步增加新的业务，优化技术体制和网络结 构，是r e l e a s e9 9 的补充和完善，保证了w c d m a 体制的延续性。 电子科技大学硕士论文 2 5w o d m a 与c d m a 2 0 0 0 的比较 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 是两个具有竞争力的3 g 候选方案，它们在制定时， 由于考虑的出发点不同，造成了不同的技术特点。w c d j l a 技术规范充分考虑 了与第二代g s m 移动通信系统的互操作性和对g s m 核心网的兼容性：c d m a 2 0 0 0 的开发策略是对以i s 一9 5 标准为蓝本的c d m a o n e 的平滑升级。这两个标准的 技术规范的主要差异可以归纳为以下几点： ( 1 ) 扩频码片速率和射频信道结构 w c d m a 根据i t u 关于5 鼯z 信道基本带宽的划分规则，将基本码片速率定 为3 8 4 m c h i p s ，在一个完整的信道内，使用直接序列扩频( d s ) 。c d m a 2 0 0 0 为了兼容c d m a o n e ，以原c d m a o n e 的基本码片速率的三倍，即3 6 8 6 4 m c h i p s 作为c d m a 2 0 0 0 的基本速率进行直接序列扩频。同时，c d m a 2 0 0 0 还定义了以原 c d m a o n e 系统的3 个基本信道( 带宽为1 2 5 删z ) 作频分复用的多载波扩频( m c ) 调制方式。 ( 2 ) 支持不同的核心网标准 w c d m a 要求实现与g s m 网络的全兼容，所以它把g s m m a p 协议作为上层核 心网络协议：c d m a 2 0 0 0 要求完全兼容c d m a o n e ，因此它把a n s i - 4 1 作为自己的 核心网络协议。 ( 3 ) 基站之间的同步问题 c d m a 2 0 0 0 沿袭了c d m a o n e 各个基站依靠g p s 测量实现前向信道同步的要 求：而w c d 姒没有基站同步的要求。c d m a 2 0 0 0 由于系统要求基于g p s 的全网 同步，因此对g p s 系统有绝对的依赖性。 ( 4 ) 系统性能的比较 w c d i i l a 系统和c c h n a 2 0 0 0 系统都是基于c d m a 技术体制的系统，w c d m a 采用 直扩( d s ) 方式，其码片速率为3 8 4 m c h i p s ，而c d m a 2 0 0 0 系统则分为1 x r t t 和3 x r t ，r 两个阶段。w c d m 采用直扩方式，载波带宽为5 蛐z ，其话路容量为g s m 的3 5 倍，最高支持速率为2 m b i t s 。c d m a 2 0 0 0 - - 1 x r t t 采用单载波方式，载 波带宽为1 2 5 m h z ，其话路容量为c d r a o n e 的2 倍，支持速率为1 4 4 k b i t s 数 据业务：c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 采用多载波方式，系统可提供比i x r t t 更高的容量， 数据的最高速率可达到2 m b i t s 。对于w c d m a 系统，其r t t 能力不分为两个阶 段来实现，统一采用码片速率为3 8 4 h l c h i p s 的直扩( d s ) 方式，其无线接入 网的规范随着版本的变化而变动较小。 电子科技大学硕士论文 对于c d m a 2 0 0 0 系统来说，由于其r t t 的能力分为两个阶段来实现，系统从 c d m a 2 0 0 0 一l x r t t 的p h a s e1 阶段向c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 的p h a s e2 阶段发展和 演进是必要且必然的，当c d m a 2 0 0 0 发展到c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 时，其系统r t t 能 力将会和w c d m a 系统相当。但是，当c d m a 2 0 0 0 1 x r t t 系统以多载波的方式向 c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 系统发展时，由于空中接口的变化较大，因此对于 c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 系统来说，基站设备和用户终端设备成本的急剧增加将会是 必然的，对于运营商来说，必然要追加对设备的投资。对系统进行综合比 较，c d m a 2 0 0 0 - 3 x r t t 的每信道综合成本高于w c d m a ，而对于终端设备来 说，c d m a 2 0 0 0 - 3 x r t t 方式的手机的实现复杂，成本也较高，因此当 c d m a 2 0 0 0 - i x r t t 发展到c d m a 2 0 0 0 3 x r t t 时，用户如要得到c d m a - 3 x r t t 提供 的新业务，必须重新购买用户终端，用户的投资无法得到保护。由于w c d m a 的 r t t 规范是一次性确定的，不存在1 x 和3 x 的问题，w c d m a 系统规范发展的路标 是从r e l e a s e9 9 到r e l e a s e2 0 0 0 ，以及更后续的发展，系统的高级业务能力 和先进的i p 技术运用将会是w c d m a 规范版本发展的重点。对于运营商来说， 版本的升级对r t t 相关的设备，如b s s 的变动就比较小。 ( 5 ) 网络演进方案的比较 w c d m a 作为g s m 向第三代移动通信的演进方案，基于m a p 并利用g s m 核心 网的网络基础设施。 w c d m a 系统的核心网技术标准是在现有g s m g p r s 基础上发展的，目前存 在多种g s m g p r s 向w c d m a 网络的演进方案，但是这些演进方案从总体上说是 继承了第二代的网络结构。 g s m 网络的语音和分组数据业务由不同的网络处理节点( m s c g s n ) 支 持，w c d m a 系统的核心网依然可以沿用目前网络的结构，语音、分组数据分别 处理，同时规范亦明确支持语音数据一体化网络节点，存在语音数据分离网络 模型和语音数据一