（通信与信息系统专业论文）3g标准性能分析与比较.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学通信与信息系统 研究方向：移动通信与无线技术 作 者：塑兰级研究生陆素花指导教师盟查豳 题目：3 g 标准性能分析与比较 英文题目：p e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no f3 g 主题词： w c d m a 标准c d m a 2 0 0 0 标准t d s c d m a 标准 3 g 上行链路下行链路链路预算小区容量 负载因子白干扰 k e y w o r d s ：w c d m as t a n d a r d c d m a 2 0 0 0s t a n d a r d t d s c d m as t a n d a r d3 g u p l i n k d o w n l i n k r a d i ol i n kb u d g e tp o l ec a p a c i t yo fac e l l c e l il o a d i n gf a c t o rs e i f - i n t e r f e r e n c e 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘婴 摘要 移动通信从8 0 年代进入人们的生活后，经历了巨大的变化与发展。在9 0 年代世界范围内开始研究带宽为5 m h z 或带宽更高的宽带c d m a 技术，目前已 有国家建立了3 g 商用网络和3 g 试验网络，并对3 g 试验网络进行测试。 目前，第三代移动通信技术( 3 g ) 已成为世界范围内的热点话题，国内外 的众多运营商和制造商都加入到研究开发的行列中。现在被公认为在世界各国商 用中采用的主流标准为：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a ，三种主流标准都 采用了c d m a 技术。其中t d s c d m a 则是我国自主开发的3 g 标准。 论文分析了可供国内选择的3 个3 g 标准。3 g 的主导业务应该是移动因特刚 业务，最初的3 g 标准都是上下行信道容量基本对称的系统。c d m a 2 0 0 0 标准已 做出重大改进，有迹象显示c d m a 2 0 0 0 标准抛弃了c d m a 2 0 0 03 x 标准，转向时分 多址的e v - d o 方式。本文的结论是采用c d m a 2 0 0 01 x 和e v - d o 方式建设国家 3 g 网络将是最为经济，合理的方式。 在保证一定的服务质量( 帧错误率，边缘覆盖率等) 的条件下，论文分析了 上行链路和下行链路的语音和数据业务的小区容量。论文对小区容量的估算是建 立在有效的功率控制下的干扰模型基础上。 论文重点是分析三种主流3 g 标准的无线链路预算和小区容爨以及一些重要 公式的具体推导过程，并在文中给出一些重要结论，包括干扰模型的建立、负载 因子与小区容量之间的关系，以及t d s c d m a 系统接收机采用m u d 技术对小 区容量影响等。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t i n1 9 8 0 ，t h em o b i l ec e l l u l a re r as t a r t e d m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sh a v eu n d e r g o n e s i g n i f i c a n tc h a n g e sa n de x p e r i e n c e de n o r m o u sg r o w t hs i n c et h e n d u r i n gt h e19 9 0 s ， w i d e b a n dc d m a t e c h n i q u e s 、i t ha b a n d w i d t ho f5 m h zo rm o r eh a v eb e e ns t u d i e d i n t e n s i v e l yt h r o u g h o u tt h ew o r l d ，a n ds o m ec o u n t r i e sh a v el a u n c h e d3 gc o m m e r c i a l n e t w o r k sa n ds e v e r a lt r i a ls y s t e m sh a v eb e e nb u i l ta n dt e s t e d a tp r e s e n t3 gi st h eh o tt o p i c si nt h ew o r l d ，a n dm a n yc a r r i e r sa n dm a n u f a c t u r e r s h a v es t u d i e da n dd e v e l o p e d3 gs y s t e m s t h et h r e ep r i m a r y3 gs t a n d a r d sa r e w c d m a ，c d m a 2 0 0a n dt d s c d m a ，a n dt h e s es t a n d a r d sa l lu s ec d m at e c h n o l o g y t d s c d m a ，o n eo f t h e m ，i sc h i n a sh o m e - g r o w n3 gs t a n d a r d t h i st h e s i sa n a l y z e st h et h r e ep r i m a r y3 gs t a n d a r d st h a tw i l lb es e l e c t e db y c h i n a sc a r d e r s t h ed o m i n a n ts e r v i c e so f3 ga r ei n t e r n e ts e r v i c e s ，b u tt h ec a p a c i t y o f3 gi n i t i a ls t a n d a r d sa r ea l ls y m m e t r i c a ls y s t e m so nu p t i n ka n dd o w n l i n k a sw e k n o wt h a tc d m a 2 0 0 0 ss t a n d a r d si si m p r o v e dg r e a t l y a n di tc h a n g e di n t oe v - d o w h i c hu s e dt d m a t e c h n o l o g yf r o mc d m a 2 0 0 03 x t h er e s u l to f t h i st h e s i st h a ti ti s e c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l ei f c h i n al a u n c h e sc d m a 2 0 0 01 xa n de v - d os t a n d a r d s t h i st h e s i sa l s oa n a l y z e st h ec a p a c i t yo fac e l lf o rv o i c ea n dd a t at r a f f i c t h e c a p a c i t ye s t i m a t eo nt h eu p l i n ka n dd o w n l i n ki st h en u m b e ro fv o i c eu s e r sa n dd a t a u s e r s ，t h a tt h es y s t e mc a ns u p p o r tw i t hq u a l i t y o f - s e r v i c e ( q o s ) g u a r a n t e e s ( f r a n l e e r r o rr a t e s ( f e r ) ，o u t a g ep r o b a b i l i t y ) t h i se s t i m a t ei sb a s e do na ni n t e r f e r e n c e a n a l y s i st h a tc o n s i d e r sp e r f e c tp o w e r c o n t r 0 1 t h ed i s c u s s i o ni nt h i st h e s i sf o c u s e so nt h er a d i ol i n kb u d g e ta n dp o l ec a p a c i t yo f ac e l la b o u tt h et h r e e3 gp r i m a r ys t a n d a r d s a n dt h i st h e s i sd e t a i l e d l ys t u d i e s d e d u c t i o no fs o m ei m p o r t a n tf o r m u l a s t h e yi n c l u d ei n t e r f e r e n c em o d e l ，l o a d i n g f a c t o rv s c a p a c i t ya n di n t e r f e r e n c er e d u c t i o nf a c t o r ( d u et ou s eo f m u d ) v sc a p a c i t y i nt d s c d m ar e c e i v e ra n ds oo n 南京郦也大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 移动通信的发展 第一章绪论 移动通信从8 0 年代进入人们的生活后，以每1 0 年换一代的速度，走过了模 拟话音系统和窄带数字话音系统两个阶段。在2 1 世纪到来之际，完成了第三代 移动通信系统( 正式名称为i m t - 2 0 0 0 系统) 标准的制定工作，为今后十余年移动 通信向多媒体数据通信的发展打下基础。 在最近十几年间，第三代移动通信系统的研究开发已成为移动通信界的热 点，国内外的众多运营商和制造商都加入到研究开发的行列中。国际电联( i t u ) 积极推进第三代移动透信系统的标准化进程，形成了对第三代移动通信系统的共 识，现已有商用产品开始进入市场，大规模的商用似乎即将出现。 移动通信从2 0 世纪8 0 年代初开始商用，至今已有2 0 多年的历史。经历了 8 0 年代的第l 代模拟移动通信，9 0 年代第2 代数字移动通信技术( 主要为g s m 和窄带c d m a 技术) ，在新世纪之初，以支持移动多媒体业务为特征的第3 代移 动通信已投入商用。 第一代模拟蜂窝移动通信系统贝尔实验室根据提出的小区制蜂窝移动通 信系统的解决方案，在1 9 7 8 年开发了a m p s ( a d v a n c em o b i l ep h o n es e r v i c e ) 系统，这是第一个真正意义上具有随时随地通信的大容量蜂窝移动通信系统。8 0 年代中期欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网，主要代表有英国的 t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统，北欧的n m t ( n o r d i cm o b i l e t e l e p h o n es y s t e m ) 系统。这些系统都是f d d ( 频分双工) 的f d m a 模拟系统， 被称为第一代蜂窝移动通信系统。随着移动通信系统的不断发展和用户对服务要 求的不断提高，模拟蜂窝系统的缺陷也日濒突出，主要表现为频率效率低；业务 局限于话音：系统存在同频干扰和互调干扰；保密性差：设备成本高，体积大。 为了解决模拟系统中存在的这些问题，随之推出了数字蜂窝移动通信系统。 第二代数字蜂窝移动通信系统随着超大规模集成电路、低速话音编码以 及计算机技术的发展，数字技术与模拟技术相比有更大的优势。1 9 9 2 年数字蜂 窝移动通信系统g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 在欧洲开始商 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 用。随后美国推出了d a m p s 标准，日本研制出了p d c 系统；g s m 、d a m p s 、 p d c 系统都是t d m a 系统。值得一提的是，1 9 9 2 年美国q u a l c o m m ( 高通) 公司 提出了一种全新的数字蜂窝移动通信系统i s 9 5 ，该系统采用d s ，c d m a ( d i r e c t s p r e a dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术。c d m a 技术因其固有的抗多径衰落 性能，具有频率利用率、抗干扰能力强、系统容量大等特征，使其在移动通信领 域的应用倍受关注。第二代数字蜂窝移动系统只能提供话音和低速数据业务，不 能满足人们对通信业务多样化的要求，所以又提出了新一代即第三代移动通信系 统。 2 5 g 系统推动第二代移动通信系统向第三代发展的重要因素是向移动用 户提供高速率的数据业务。考虑到向3 g 演进的复杂与漫长过程，出现了被称为 2 5 g 的技术，即由g s m 演进发展的g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 、h s c s d ( 高速电路交换数据业务) 、e d g e ( 增强数据率的全球演进技术) ，以及由i s 一9 5 a 演迸发展的i s 9 5 b 。 h s c s d 采用电路交换方式，使用多时隙捆绑技术，最多可用4 个时隙，使 数据率达到5 7 6 k b i t s 。g p r s 是在现有g s m 网络基础上构建的一个新的分组交 换网络，采用i p 数据网网络协议；空中接口以现有g s m 网络相同的原则为基础 并做适当调整，引入新的r l c 和m a c 支持分组数据；依据采用的信道编码方 式及分配时隙数，g p r s 空中接口可以提供最高达1 7 3 2 k b i t s 的数据速率。由于 g p r s 采用了分组交换、时隙动态分配技术，利用数据系统统计复用的原理和突 发的特点，克服了h s c s d 系统中“时隙捆绑”技术的空闲时隙不能充分利用的 缺陷。e d g e 是一种提供更高数据率的全球演进技术，同样采用t d m a 技术， 其帧结构与g s m 相同，采用8 p s k 调制，使每时隙可传4 8 k b i t s 6 9 2 k b i t s ，如 果捆绑8 个时隙，数据速率可达到3 8 4 k b i t s 。 i s 。9 5 b 是在i s 一9 5 a 的基础上通过对物理信道捆绑应用，实现比i s 一9 5 a 更 高速率的数据业务。i s 9 5 b 的核心是在不改变i s 一9 5 a 物理层的前提下通过自适 应信道捆绑技术实现高速数据业务。i s 9 5 b 可提供最高达1 1 5 2 k b i t s 的分组数据 传输能力。 第三代移动通信系统( 3 g ) 人们对i n t e r n e t 数据通信业务以及多媒体通信 业务的需求越来越大，同时对移动性的要求也越来越高，第三代移动通信系统就 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 是为了实现宽带移动的要求而提出的。3 g 系统能够提供完整的多媒体业务解决 方案，实现移动多媒体通信业务：而且可与i n t e m e t 结合，实现移动 n t e m e t 。3 g 系统采用宽带c d m a 技术，将支持速率高达2 m b i t s 的业务，而且业务种类涉 及话音、数据、图象以及多媒体等各方面。3 g 标准在经过几年的技术评估、研 究分析及大量的协调和融合工作之后，1 9 9 9 年1 1 月，i t ut g 8 i 最后一次会议 通过了i m t - 2 0 0 0 的无线接口技术规范，最终确定了第3 带移动通信技术的格局， 它分别为c d m a 和t d m a 两大类共5 种技术，其中主流技术为w c d m a 技术、 c d m a 2 0 0 0 技术和t d s c d m a 技术。 第四代移动通信系统( 4 g )目前第三代移动通信系统的无线传输技术已 分为三大标准，即w c d m a 技术、c d m a 2 0 0 0 技术和t d s c d m a 技术，最初统 一性的设想已经落空。而且随着对无线通信的服务质量、容量、功能等需求的不 断增加，第三代系统已不是满足所有这些需求的最终解决方案。目前i t u 电信 标准局正在研究制订的第四代移动通信标准，是基于希望统一所有的移动通信标 准以形成全球性的统一标准，并可以与i n t e m e t 直接连接在一起组成个统一的 全球性通信网络。4 g 的数据速率可达5 - 1 0 m b i t s ，核心网络完全基于i p 技术并 且允许不同的网络接入。 1 2c d m a 技术的概论 c d m a 是一种以宽带扩频技术为基础的多址接入方式，它可以将处于相同 时隙和频率的信号分离开来，其中所有的信号共享相同的频谱。每个移动台的信 号能量被分配在整个频带范围内，经过编码以后它们对其他移动台而言就成为宽 带噪声。接收机利用一个与扩频信号相同的信号来识别和解调不同的信号，这一 过程能够提取出我们需要的信号，而将其他信号视为宽带干扰滤除掉。干扰电平 随着移动台数量的增加而提高，为了保证通话质量。满足最小的信干比要求，所 以整个背景干扰的总和最终限制了系统的容量。因此，对所有移动台的射频传输 信号经仔细地加以控制，就可以保证它们以最小的功率进行工作。 c d m a 有如下特点： ( 1 ) 扩频后，频带将大为增加。假如用5 1 1 位扩频码，则带宽将扩展5 1 1 倍， 因此带宽是宽的，在较低的载波频率上没有实现的可能，一般应在千兆以上的载 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪沦 波中使用。能有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波 上通信。互为正交的码序列数和码的位数及何种扩频码相关，码的位数愈短，则 可能编出的正交码愈少。但采用不同的编码方法，得出的结果也不一样。 ( 2 ) 码分多址的传输速率增加了1 7 1 倍( n 为扩频码的位数) 。但它无需均衡器， 因它用相关器接收，相关接收可以去除多经效应所致的码间干扰， ( 3 ) 码分多址利用扩频编码，具有抗下扰的能力。对于不是同一扩频( 或有时 间差的同一扩频码) 的干扰都有抵抗的能力。 ( 4 ) 移动台将会比f d m a 或t d m a 简单。因为它无需对信号进行滤波( 只有 一个载波频率) ，所以移动台可以简化。上下行各使用一个载波频率，也无需保 护时隙或频带保护问隔。 ( 5 ) 基站只有收发各一个载波频率( 在较小容量时) ，所以无需天线共用器。基 站的设备远比f d m a 简化，成本低。 ( 6 ) 越区切换只是改变扩频码的“软切换”，比f d m a 简单( 不同的小区使用 不同的扩频码) 。 ( 7 ) 有远近效应。因近处移动台信号过强，将压制掉远方移动台的弱信号( 它 们完垒同频) ，所以必须采用功率控制。 ( 8 ) 无需频率管理。因c d m a 系统只有一个公菇载波，所以无需对频率管理或 指配频率给移动台。而这在f d m a 中则是必须的，且是复杂的动态管理。 ( 9 ) “软容量”。在f d m a 和t d m a 中，信道按频率或时隙划分，有多少个频 分信道或时分信道，就只能有多少个用户同时使用，多一个都不可能，因此容量 是硬的。在c d m a 系统中，增加一个正交码分用户，只是使噪声千扰增加了一 些，系统不会断然拒绝，所以系统容量是“软”的，增加部分用户只会使语音质 量略为降低。 ( 1 0 ) 和其它系统的共存性。码分系统有抗干扰性，故可以和模拟系统共存。它 由于扩展频谱，功率分散在广阔的频谱上，功率谱密度底，对窄带底模拟系统干 扰就小。因此可以共存，亦即兼容性好。 1 3 论文的主要安排 本文首先介绍移动通信技术的发展和c d m a 技术的特点。然后在第二章介 本文首先介绍移动通信技术的发展和c d m a 技术的特点。然后在第二章介 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 绍了本文所要讨论的三种主流3 g 标准的简介，重点是对w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 标准的技术和发展现状；第三章是对三种主流3 g 标准的比较： 第四章三种主流3 g 标准的小区覆盖半径的比较，重点讨论无线链路预算：第五 章内容是反向链路小区容量的比较，主要讨论在相同的条件下，三种主流3 g 标 准的反向链路容量和容量与覆盖之间的关系，给出反向链路容量的公式的推导过 程以及负载因子的计算：三种主流3 g 标准的前向链路小区容量的计算和公式的 推导过程，涉及不同的业务所需要的基站发射功率以及负载因子对基站覆盖半径 的影响和关系：最后一章是对本文的总结，并指出本文的主要论点和需要进一步 的研究的方向以及需要验证的地方。 1 4 主要工作和成果 本文主要根据近两年3 g 的发展状况，研究3 g 标准的性能，针对目前主流 3 g 标准( w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a ) 的性能进行分析，对三种3 g 标 准的无线链路性能进行比较，如链路预算，小区容量等，对小区无线上、下行链 路容量的公式给出具体的推导过程，并在计算机上作出简单的一些仿真，包括负 载因子对小区覆盖的影响以及对发射功率的影响，t d s c d m a 中采用多用户检 测接收机对容量影响的程度。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g 技术与发展现状 第二章3 g 技术与发展现状 2 1 第三代移动通信系统简介 人们一直相信，无线通信产业能够满足对数据业务( 主要是i p 业务) 快速 增长的需求。许多年来，人们一直期望着数据业务的巨大发展，但是无线接入平 台却阻碍了这一目标的实现。3 g 是已备受关注并将继续受到极大关注的1 个通 信术语，移动通信市场可以利用它来提供高速数据业务。 随着社会的发展，人们对通信业务种类和数最需求的剧增已不再满足于使用 2 g 系统。于是，一种能够提供全球漫游，支持多媒体业务且有足够容量的3 g 移动通信系统就应运而生了。3 g 系统也叫未来陆地移动通信系统，后由i t u 正 式命名为i m t - 2 0 0 0 ，意思即3 g 系统是工作在2 0 0 0 m h z 频段，并于2 0 0 0 年左 右正式投入商用的。i m t - 2 0 0 0 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5 m h z 以上。利用3 g 业务，运营公司不仅可 以为用户提供比第二代更加丰富的业务，而且其方式方法更加灵活多样，并且对 于其他各项管理也有了更高要求。i m t - 2 0 0 0 的最终日的就是将所有网络集合于 一身，从功能作用上取代其他网络的统一体。 在国际无线接口技术规范建议i m t - r s p c 中，3 g 无线接入技术已有较为统 一的标准，包括2 种t d m a 标准和3 种c d m a 标准，分别是基于t d m a 的 s c t d m a ( 美国的u m c 一1 3 6 ) 和m c t d m a ( 欧洲的e p d e c t ) 标准，基于 c d m a 的3 种标准为w c d m a ( d s c d m a ) 、c d m a 2 0 0 0 ( m c c d m a ) 及c d m a t d d ( 包括t d s c d m a 和u t r a t d d ) ，最终只有3 种c d m a 技术成为未来第 三代移动通信系统的基础。其中w c d m a 系统和c d m a 2 0 0 0 系统基于f d d 模式。 t d s c d m a 和u t r a t d d 基于t d d 模式。和第二代c d m a 相比，第三代系统 采用了更宽的带宽和更高的码片速率。在提交给r r u 有关i m t - 2 0 0 0 的方案中， 几乎所有方案使用的带宽在名义上都是5 m h z ，一方面，这是因为用5 m h z 带宽 可以在合理用户容量的前提下提供1 4 4 k b i t s 和3 8 4 k b i t s 数据速率，以及在定 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g 技术与发展现状 条件下提供2 m b i t s 的数据速率。另一方面，宽带系统本身具有频率分集作用 比窄带系统能更好地克服多径衰落，改善通信质量、载波特性。 2 23 g 技术与发展现状 2 2 13 g 系统的发展与现状 现阶段欧洲、美国、日本、韩国以及中国都在积极开展第三代移动通信的研 究工作，并已经取得一些进展： 在欧洲，有关3 g 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3 g 网络称为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 ss y s t e m ) ，是采用w c d m a 空中接口技术的3 g 系统， 通常也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。u m t s 系统采用了与2 g 类似的 结构，包括无线接入网络( r a d i o a c c e s s n e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r e n e t w o r k c n ) 。u t r a n 、c n 与用户设备( u e ) 一起构成了整个u m t s 系统，其系统结 构如图2 1 ，现在这项技术由于可以由g s m 平滑过渡，而得到了更多的重视。 图2 1u m t s 系统结构 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 n i n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 和t 1 p 1 负责，另外c d g ( c d m ad 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。 日本3 g 的标准化工作主要由a r i b ( t h ea 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 d b u s i n e s ) 和t t c ( 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 yc o m m i t t e e ) 负责，其中a r i b 和t t c 分别对应于i t u r 和i t u t 。a r i b 通过对其中r r r 方案的比较，最终 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章3 g 技术与发展现状 选择了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。 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 y a s s o c i a t i o n ) 负责3 g 的标准 化工作，r r a 提出了两套方案，即t t a l 和t t a 2 。t 1 1 a 1 对应于宽带同步w c d m a ， 与e t s i ，a r i b ，t i p l 的w c d m a 相似：t t a 2 则类似于t r 4 5 5 中的c d m a 2 0 0 0 。 中国3 g 的标准化由c w t s ( c h i n aw i r e l e s st e c h n o l o g yg r o u po fs t a n d a r d ) 负 责，并于1 9 9 8 年在i t u 的标准征集截至日期以前提交了中国的第一个技术标准 t d s c d m a ，被i t u - r 正式接纳，正在完成3 g p p 的标准化工作。 3 g 伙伴项目计划由3 0 p p 和3 g p p 2 组成。3 g p p 宗旨是制定以g s m 为c n ， w c d m a 和c d m a t d d ( t d s c d m a 和u t r a t d d 技术融合1 为无线接口的标 准。3 g p p 2 宗旨是制定以a n s i i s - 4 1 为核心网、c d m a 2 0 0 0 为无线接口的标准。 3 g p p 组织完成标准化工作，支持4 个版本： r 9 9每3 个月更新一次：2 0 0 2 年3 月形成稳定的商用版本： r 4 支持l c d i d d ( t d s c d m a ) ； r 5全i p 网络，h s d p a 支持1 0 m b i t s 传输速率；2 0 0 2 年6 月冻结； r 6主要研究w l a n 接入等新业务；目前r 6 版本尚未冻结。 3 g p p 2 组织完成标准化工作，它也支持3 个版本： c d m a 2 0 0 01x由i s 9 5 演进，它也支持3 0 7 k b i t s ； e v - d o采用h d r ，已经完成标准，支持2 4 m b i t s ； e v - d v正在选择方案，支持高于5 m b i t s 速率。 2 2 23 g 技术的特点 3 g 系统将为用户提供更全面的服务，将各种业务结合起来用一个单一的全 功能网络来实现，与1 g 和2 g 系统相比，其显著的特点就是支持多媒体业务； 容量大，频谱效率高是i m t - 2 0 0 0 的特点；国际统一频段，统标准；l g 与2 g 标准是区域标准，g s m 来自欧洲，窄带c d m a 来自美国，第三代是全球范围内 制定的规范和频段划分，这样可以实现自由漫游与互联。 3 g 的另一个特点是支持高速率数据业务。在i t u 规定的3 g 无线传输技术 的最低要求中指出：对于快速移动环境，最高传输速率可以达1 4 4 k b i v s , 室外到 室内或者步行环境，最高传输速率达3 8 4 k b i t s ；室内环境，最高速率到达2 m b i t s 。 8 南京邮屯大学硕士研究生学位论文 第二章3 g 技术与发展现状 支持不同业务的服务质量( q o s ) 要求。业务不同对q o s 要求也不同，比如 实时话音业务对时延敏感，但允许有高的误码率，非实时数据业务对时延不敏感， 但要求极低的误码率。如何在恶劣的无线传播环境里以及用户运动且相互干扰的 情况下为各类业务提供q o s 保证，同时充分利用宝贵的无线资源，是基于c d m a 技术的3 g 系统以及未来的无线个人通信系统都必须致力解决的问题。 2 2 3 全球3 g 市场的发展2 】 现在主要发达国家和地区都已发放3 g 牌照。截至2 0 0 5 年8 月，全球共有 2 1 1 个3 g 网络商用( e v - d 0 和1 x 分别计算) ，其中7 8 个w c d m a 网络，2 1 个e v - d 0 网络，1 1 2 个e d m a 2 0 0 01 x 网络。截至2 0 0 5 年7 月底，全球使用c d m a 2 0 0 0 1 x 和w c d m a 等3 g 技术的用户已经达到了l ，9 亿人，其中c d m a 2 0 0 01 x 用户 1 4 3 7 亿人、e v - d o 用户1 7 8 0 万人、w c d m a 用户3 0 4 0 万人。根据目前世界移 动通信的现状，我们可以看到c d m a 2 0 0 0 技术是i t u 所公布的几种3 g 技术中唯 一经过商用证明，最为成熟的一种技术。c d m a 2 0 0 0 标准具有良好的兼容性，可 以说是3 g 标准领域中最为成熟的标准体系。 从i s - 9 5 到c d m a 2 0 0 01 x 、c d m a 2 0 0 0i xe v - d o 及e d m a 2 0 0 01 xe v - d v ，标 准上都是向后兼容的，因此一旦部署了c d m a 网络，就可以较低的代价平滑地 向未来标准演迸。c d m a 标准的前后向兼容性是其重要优势之一，兼容性有两 个方面的含义：下一代移动终端可以直接在上一代网络中漫游，即回到上一代网 络无须更换终端；上一代移动终端可以直接漫游到下一代网络中，即在下一代网 络中漫游也无须更换终端。 全球3 g 运营商发展策略 纵观全球3 g 运营商发展情况，我们可以根据运营商是否具有2 g 网络，以 及2 g 网络和3 g 网络之间的运营关系，分为三类。 由于网络上的差距，全球运营商都基于现有移动网络的基本情况，采取差别 的发展策略和网络建设策略。不同类型的运营商在3 g 市场策略上存在较大的差 别，无论是建网、业务、渠道等等方面，运营商都根据自身网络资源、用户规模、 网络情况制定了相关的发展策略。 9 亘堕堂堕三塑主堑塞竺兰垡堡壅 墨三至! 璺垫查皇堡堡型鲨 中国运营商未来3 g 发展镱路 近年来有关3 g 议题向来是极受关注的热点，各种学术研究央杂着设备制造 商对市场的炒作，业界对于发展自有3 g 标准的关注，甚至与运营商拆分问题等， 混在一起议论，让整个3 g 市场前景显得扑朔迷离。中国政府早已明确3 g 的发 展方针：“积极跟进、先行实验、培育市场、支持发展”，长期以来中国政府组织 各运营商和设备厂商对三大3 g 标准进行了充分的测试，运营商对3 g 的发展思 路也正逐步理性冷静，共同探求未来中国3 g 市场的健康发展。 2 33 g 的主要目标 第一具有高层次的通信业务质量。其中包括：提高话音和数据质量，支持网 络的无缝连接：较好地解决传输误码和系统时延问题。因为移动数据业务对误码 率和传输时延提出了更高的要求；提高频谱利用率，从而增加了系统容量，以满 足话音及多种数据业务的要求；提供多种新型业务，包括宽带数据和视频业务； 具有高度的系统灵活性。其灵活性表现在实现统一接口，以规范无线寻呼、陆地 蜂窝、无绳电话、卫星移动通信等多种系统。该系统必须能与各种形式的广域网 进行相互操作及网络集成。具有良好的系统兼容性能，首先必须能够与g s m 等 第二代移动通信系统兼容。因为第二代移动通信系统已经实现全球覆盖和漫游， 所以第三代与第二代系统的后向兼容及平滑过渡，对保护广大运营商和用户的利 益，充分利用现有网络资源，使3 g 系统健康发展是至关重要的。 其次具有较高的传输技术。为了实现上述通信质量目标，对其无线传输技术 提出了更高的要求：为支持多媒体业务必须具有的最高传输速率f 3 】：在室内环境 下为2 m b p s 、室外步行环境下至少3 8 4 k b p s 、室外车辆运动中至少1 4 4 k b p s 传 输速率能够按需进行分配；上下行链路传输速率适合于对称及不对称业务需求。 由此看出，随着电信网络数字化的发展，特别是i n t e m e t 和多媒体业务的发展， 促进了a t m i p 交换技术的发展，使得移动通信与数据业务、多媒体业务相结合 的第三代移动通信成为发展的必然趋势。 3 g 的总体目标：( 1 ) 全球漫游：由陆地及卫星网关实现；( 2 ) 业务：语音， 数据，传真，i n t e m e t ，静态图象，视频和多媒体：( 3 ) 灵活的q o s 保证机制。 l o 量堕塑燮! 墼墨主里塞兰兰堡丝奎 茎兰童三壁圭鎏! 垒堡堡塑垦墼 第三章三种主流3 g 标准的比较 三种主流的3 g 技术标准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a ，在技术上各 有干秋，从目前的情况来看，不会出现哪种标准“一统江湖”的局面，而至于谁能 在3 g 时代占据更大的市场份额，关键是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争 的需要。 丽需要注意的是，虽然w c d m a 、c d f n 8 2 0 0 0 和t d s c d m a 同属3 g 的主流 技术标准，但是仍然可以将其分为两类：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 并作一类， t d s c d m a 则和前两者分开讨论。之所以可以这样做，是因为在技术上w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 是采用f d d 制式，而t d s c d m a 则采用t d d 制式。 3 1 引言 3 g 主流标准有f d d w c d m a 、t d d s c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 等 多种制式，由于这些标准包括的技术内容极为复杂，所以要在所用技术基础上评 价这些标准的优缺点较为困难。但是对一些参数进行比较，并得出一些重要结论， 用于我国的3 g 标准选择的参考，是十分必要也是完全可行的。w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 这三种3 g 标准的系统结构均由终端( m s ) 组成。主 要不同在于采用的无线接入技术的不同，妇采用的频段、r f 参数、物理信道的 结构和帧结构等。对于无线链路预算和小区容量将在后续章节中详细地重点介 绍，在此章节中不作重点介绍，只是给出一些简单的结论。 w c d m a 标准由3 g p p 组织制定，目前已有四个版本，即r 9 9 、r 4 、r 5 和 r 6 ，其中r 9 9 版本已经稳定。r 9 9 版本的主要特点是无线接入网采用w c d m a 技术，核心网分为电路域和分组域，分别支持话音业务和数据业务，目前的设备 多基于r 9 9 版本；r 4 版本是向全分组化演进的过渡版本，与r 9 9 比较其主要变 化在电路域引入了软交换的概念，将控制与承载分离，同时增加t d - s c d m a 技 术；r 5 版本引入多媒体域( i m s ) ，同时也增加了高速数据分组接入( h s d p a ) 无线技术；r 6 版本中研究i m s 与p l m n ，p s t n i s d n 的电路交换的互操作，弓 入m b m s 技术和框架结构的研究。w c d m a 的发展历程如上图3 1 所示。 旦室型里查兰堕主堕圭兰堡堡奎 笙三童三登圭堕型堡堂塑些墼 图3 1w c d m a 的发晨历程 c d m a 2 0 0 0 标准在研究前期，提出了c d m a 2 0 0 01 x 到c d m a 2 0 0 03 x 的发展策 略，但随后的研究表明，e d m a 2 0 0 01 x 和c d m a 2 0 0 01 x 增强型( e v - d o 、e v - d v ) 技术代表了未来的发展方向f 4 】。 c d m a 2 0 0 0 标准由3 g p p 2 组织制订，版本包括r e l e a s e 0 、r e l e a s e a 、e v - d o 和e v - d v ，r e l e a s e 0 的主要特点是沿用基于a n s i 4 1 d 的核心网，在无线接入网 和核心网增加支持分组业务的网络实体，此版本已经稳定，单载波最高上下行速 率可以达到1 5 3 6 k b i f f s 。r e l e a s e a 是r e l e a s e 0 的加强，单载波最高速率可以 图3 2c d m a 2 0 0 0 的发展进程 达到3 0 7 2 k b i f f s ，并且支持话音业务和分组业务的并发。e v - d o 采用单独的载波 支持数据业务，可以在1 2 5 m h z 标准载波中支持平均速率为6 0 0 k b i t s 、峰值速 率为2 4 m b i t s 的高速数据业务，到e v - d v 阶段，可在一个1 2 5 m h z 的标准载 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章三种主流3 g 标准的比较 波中，同时提供语音和高速分组数据业务，最高速率可达3 1 m b i t s 。如上图3 2 所示为c d m a 2 0 0 0 的发展进程【副。 t d s c d m a 标准也由3 g p p 组织制订，目前采用的是c w t s 制订的t s m ( t d s c d m ao v e rg s m ) 标准，基于t s m 标准的系统其实就是在g s m 网络支 持下的t d s c d m a 系统。t s m 系统的核心思想就是在g s m 的核心网上使用 t d s c d m a 的基站设备，其a 接口和g b 接口与g s m 完全相同，只需对g s m 的基站控制器进行升级。方面利用3 g 的频谱来解决g s m 系统容量不足，另 一方面可以为用户提供初期最高达3 8 4 k b i t s 的各种速率的数据业务。以后 t d s c d m a 已融入3 g p p 的r 4 及后续标准中。下图3 3 是t d s c d m a 的发展 历程刚。 图3 3t d s c d m a 的发展历程 上述介绍了w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 发展进程，以下将给出详 细的比较w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三种主流3 g 标准的不同之处。 3 2