第三代移動通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1、第三代挪動通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和開展趨勢摘要本文介紹了第三代挪動通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析和比擬了分別以日本、美國和歐洲為主提出的-da、dane和td-da系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，最后討論了第三代挪動通信系統(tǒng)的開展趨勢。關(guān)鍵詞第三代挪動通信系統(tǒng)碼分多址it-20001引言第三代挪動通信系統(tǒng)是指可以滿足國際電聯(lián)提出的it-2000/fplts系統(tǒng)要求的新一代挪動通信系統(tǒng)。國際電聯(lián)于1995年提出了it-2000/fplts的評估標(biāo)準(zhǔn)，對將來蜂窩挪動通信系統(tǒng)提出了較詳細(xì)的要求。it-2000系統(tǒng)的根本特征有以下幾點(diǎn)：球范圍設(shè)計(jì)的高度兼容性；t-2000中的業(yè)務(wù)與固定網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)兼容；質(zhì)量；機(jī)體積很小，具有全球

2、遨游才能；用的頻譜為885hz2025hz，2110hz2200hz共230hz1980hz2022hz，2170hz2200hz限于衛(wèi)星使用動終端可以連接地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)，可挪動使用也可固定使用；線接口的類型應(yīng)盡可能得少，而且具有高度的兼容性。從而可以看出將來的第三代挪動通信系統(tǒng)要具有很好的網(wǎng)絡(luò)兼容性，用戶終端可在全球范圍內(nèi)幾個不同的系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)遨游，不僅要為挪動用戶提供話音及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且要提供廣泛的多媒體業(yè)務(wù)，這就對無線接口提出了較高的要求。itu已對it-2000的測試環(huán)境提出了詳細(xì)要求，給出了表征it-2000系統(tǒng)的最低限度的參數(shù)，包括：支持的數(shù)據(jù)率范圍，誤碼率要求，單向的時延要求，

3、激活因子和業(yè)務(wù)量模型。根據(jù)itu的要求，目前各大電信公司聯(lián)盟均已提出了自己的第三代挪動通信系統(tǒng)方案，主要以日本d公司為首提出的-da；美國luent、trla等公司提出的dane；歐洲西門子、阿爾卡特等公司提出的td-da?？傮w來說，在第三代挪動通信系統(tǒng)中采用da技術(shù)已達(dá)成共識，但各自實(shí)現(xiàn)方案還有較大差異，下面分別介紹并比擬。2三種方案的特點(diǎn)1-da系統(tǒng)由于歐洲的gs系統(tǒng)已經(jīng)在數(shù)字挪動通信市場中占據(jù)了很大的份額，美國的窄帶da系統(tǒng)is-95也正在迅速趕上來，而日本的第二代數(shù)字挪動通信系統(tǒng)pd僅限于國內(nèi)使用，無法推廣到其它國家，所以日本很早就開場從事第三代挪動通信系統(tǒng)的開發(fā)工作，分別提出了基于t

4、da時分多址和基于da碼分多址的第三代挪動通信系統(tǒng)，希望在將來的市場中占據(jù)有利地位，尤其以d公司ntt的-da系統(tǒng)最有競爭力，目前d公司正在同愛立信、trla、luent，以及其它廠家合作，努力完善系統(tǒng)，爭取在1998年完成樣機(jī)，1999年進(jìn)展商業(yè)試驗(yàn)。-da系統(tǒng)無線接口的根本參數(shù)為擴(kuò)頻方式：可變擴(kuò)頻比4256的直接擴(kuò)頻；載波擴(kuò)頻速率：4096hip/s；每載波帶寬：5hz可擴(kuò)展為10hz/20hz；載波速率：16kbit/s256kbit/s幀長度：10s；時隙長度功率控制組：0625s；調(diào)制方式：qpsk功率控制：開環(huán)自適應(yīng)閉環(huán)方式功控速率16kbit/s-da系統(tǒng)中采用導(dǎo)頻符號相干rak

5、e接收機(jī)技術(shù)，解決了反向信道的容量限制問題，每個無線幀長度為10s，分成16個時隙tieslt，每個時隙長度為0625s，在每個時隙的前部插入全“1或全“0的導(dǎo)頻符號進(jìn)展信道參數(shù)估計(jì)，這種方法在其它系統(tǒng)的調(diào)制中也有采用的，但-da系統(tǒng)將從導(dǎo)頻符號得到的衰落信道的振幅和相位信息，作為rake接收機(jī)最大比值合并的加權(quán)系數(shù)，獲得了很好的效果。與is-95不同，-da系統(tǒng)不采用gps準(zhǔn)確定時方式，不同基站間不采用準(zhǔn)確定時，優(yōu)點(diǎn)是擺脫了美國gps系統(tǒng)的控制，可采用較為自由的信道管理方式。缺點(diǎn)是需要快速實(shí)現(xiàn)小區(qū)搜索。自適應(yīng)陣列天線技術(shù)可以增加系統(tǒng)容量，而干擾消除技術(shù)可以減少高速率用戶對系統(tǒng)造成的干擾。雖然

6、這兩種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問題尚未解決，但日本正努力在-da系統(tǒng)中采用這兩項(xiàng)技術(shù)。自適應(yīng)陣列天線技術(shù)已經(jīng)有很多文章闡述過，這里不再介紹。干擾消除技術(shù)實(shí)際上是多用戶檢測技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式。采用23級干擾消除器，容量可增加30。另外，-da系統(tǒng)采用了準(zhǔn)確的功率控制，即采用基于sir信噪比的開環(huán)閉環(huán)的功率控制方式，在業(yè)務(wù)信道幀中插入功率控制比特，插入速率16kbit/s，比is-95的功控速率增加一倍，可以跟蹤一般的快衰落過程。2dane系統(tǒng)dane是luent、trla、nrtel、qual和三星結(jié)合提出的第三代挪動通信系統(tǒng)方案，是從is-95和is-41的標(biāo)準(zhǔn)開展而來，因此它與aps、dap

7、s和is-95均有較好的兼容性。同時，又由于它采用了一些新技術(shù)，使其能完全滿足第三代挪動通信系統(tǒng)即it-2000/fplts的要求，其無線接口參數(shù)如下：載波帶寬：5hz可擴(kuò)展為10/20hz擴(kuò)頻方式：采取直接擴(kuò)頻或多載波擴(kuò)頻；擴(kuò)頻速率：36864hip/s；擴(kuò)頻碼長度：可根據(jù)無線環(huán)境和數(shù)據(jù)速率而變化；幀長度：20s；時隙長度功率控制組：125s；調(diào)制方式：下行qpsk，上行bpsk；功率控制：開環(huán)閉環(huán)方式功控速率800bit/s。dane扇區(qū)內(nèi)采用連續(xù)導(dǎo)頻信道播送，能提供獨(dú)立于傳輸速率的功控、定時和相位糾正，能以較小的復(fù)雜度提供基站的快速捕獲和鄰近基站的快速搜索。與is-95一樣的短碼構(gòu)造加上

8、alsh函數(shù)使信道之間正交，高速800bit/s前向鏈路功控使前向鏈路平均發(fā)射功率最小化。調(diào)制方式采取多載波方式和直擴(kuò)方式。這兩種方式有一樣的信息傳送率和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。多載波da鏈路在5hz帶寬內(nèi)有3個125hzda載波，10hz帶寬那么有10個125hz載波。多載波da前向鏈路信號與is-95前向鏈路信號正交，編碼后的信息符號同時在多個da載波上傳送，由此帶來的頻域分集等效于將信號擴(kuò)展到整個帶寬。導(dǎo)頻信號在is-95與多載波業(yè)務(wù)信道重疊時可以共享，在一樣的頻段允許前向鏈路容量在is-95和寬帶用戶之間動態(tài)共享，繼續(xù)支持低本錢/低功耗的is-95用于話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。直接擴(kuò)頻鏈路擴(kuò)頻速率為36

9、864hip/s，采用256位的alsh碼。alsh碼的長度可根據(jù)無線環(huán)境和數(shù)據(jù)速率而變化，在信道速率為96kbit/s或者144kbit/s時采用256位alsh碼；快速挪動的用戶可限制alsh碼長大于等于16位；用戶在無線信道情況較好時，可采用4位的alsh碼以實(shí)現(xiàn)最高的數(shù)據(jù)速率。3td-dauts是etsi針對第三代挪動通信系統(tǒng)it-2000提出的解決方案，目前又分為2個子方案即由德國的kaiserslautern大學(xué)、西門子公司、阿爾卡特公司提出并得到gs網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者支持的td-da系統(tǒng)和由nttd、愛立信公司、諾基亞公司提出的-da系統(tǒng)。td-da可以單獨(dú)運(yùn)營以滿足etsi/uts和i

10、tu/it-2000的要求也可雙模工作向后兼容gs900和ds1800，使第二代gs900、ds1800系統(tǒng)可以平滑過渡至it-2000，從而可以利用現(xiàn)有的gs網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，節(jié)約了投資，其無線接口參數(shù)如下：每載波帶寬：16hz；每載波時隙數(shù)：8slt；幀長度：4615s；時隙長度：577s；單位時隙信道數(shù)：8個；單位時隙傳信率：8/16kbit/s；特征碼擴(kuò)頻碼長度：16bit；單位載波信道數(shù)：64個。從td-da的接入方式可以看出其兼有tda和da的特點(diǎn)，是以tda為根本框架在每個時隙傳送具有正交特征碼的多用戶信號，好處是能利用tda、da的優(yōu)點(diǎn)并克制各自的缺點(diǎn)且與gs有較好的兼容性。tda的優(yōu)

11、勢是已經(jīng)通過了大量用戶的試驗(yàn)和有全球最大的用戶數(shù)；而da的優(yōu)勢是可靈敏提供可變速率業(yè)務(wù)和多徑分集才能。單位載波信道數(shù)的增加所帶來的好處是對于同樣的小區(qū)用戶數(shù)而言，收發(fā)信機(jī)個數(shù)降低，最多可達(dá)8倍，從而可降低基站設(shè)備的投資。td-da中的擴(kuò)頻調(diào)制不同于ds-da，它具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，既可適應(yīng)于gs中所采用的qpsk/gsk方式，又可適應(yīng)于多載波da和脈沖壓縮pulsepressinda，從而確保了對gs系統(tǒng)的兼容性和對新技術(shù)的開放性。由于td-da系統(tǒng)接入方式的特殊性，從時域上已大幅度降低了多址干擾，加上小區(qū)復(fù)用系數(shù)為3，又從空間上隔離了局部多址干擾，僅考慮上述2項(xiàng)就比直擴(kuò)da要優(yōu)越。另外，由于t

12、d-da用戶數(shù)少，每時隙最多為8個信道，共有16個特征碼字表示的信道，多用戶信號是同步的，從而決定了結(jié)合檢測即多用戶檢測容易實(shí)現(xiàn)，且可進(jìn)展最大似然檢測以到達(dá)多用戶檢測的性能極限，大大降低了多址干擾。而在直擴(kuò)da中如is-95，由于反向信道異步和用戶數(shù)多的特點(diǎn)使得多用戶檢測難以實(shí)現(xiàn)。3三種方案的性能比擬這三種方案都是根據(jù)itu的it-2000系統(tǒng)框架要求，結(jié)合原有的系統(tǒng)及近幾年挪動通信領(lǐng)域的新技術(shù)，可以在2000年左右推出商用的挪動多媒體通信系統(tǒng)。下面我們從幾方面比擬一下這三種方案。1利用da技術(shù)的程度da技術(shù)主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：小區(qū)復(fù)用系數(shù)為1，利用多徑才能，可變擴(kuò)頻增益，多用戶檢測，軟切換，

13、軟容量。td-da、-da、dane對da技術(shù)的利用程度各不一樣，如表1所示。總的來說，td-da較差，這是因?yàn)閠d-da系統(tǒng)要與gs系統(tǒng)兼容，小區(qū)復(fù)用系數(shù)為3，降低了頻譜利用率，并且因?yàn)閿U(kuò)頻帶寬只有16hz，所以并不能充分利用多徑，降低了系統(tǒng)效率，并且軟切換和軟容量才能實(shí)現(xiàn)起來很困難，但因?yàn)槊總€時隙內(nèi)最多只有8個用戶，所以采用結(jié)合檢測相對來說要容易一些，對干擾抵消才能強(qiáng)。表1三種方案的比擬-dadanetd-da小區(qū)復(fù)用系數(shù)113利用多徑才能好好差軟切換好好困難擴(kuò)頻增益4256425616多用戶檢測困難困難容易軟容量可以實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)無法實(shí)現(xiàn)2同步方式，功率控制和支持高速業(yè)務(wù)才能目前商用的da

14、系統(tǒng)is-95，采用64位alsh正交擴(kuò)頻碼序列，反向信道采取非相干接收方式，成為限制系統(tǒng)容量的主要問題，所以在第三代系統(tǒng)中反向鏈路普遍采用相干接收方式。-da系統(tǒng)采用內(nèi)插導(dǎo)頻符號輔助相干接收技術(shù)，兩者詳細(xì)性能目前還較難比擬，涉及到接收機(jī)的構(gòu)造及實(shí)際環(huán)境限制，但前者在車輛挪動速度較快時，會跟蹤不上快衰落變化，性能惡化。另外，dane系統(tǒng)需要gps準(zhǔn)確定時，小區(qū)間要保持同步，對定時系統(tǒng)要求較高；而-da和td-da系統(tǒng)那么不需要小區(qū)間的同步，可適應(yīng)環(huán)境的變化，可在室外、室內(nèi)、甚至地鐵中使用。td-da系統(tǒng)繼承了gs900和ds1800正反向信息同步的特點(diǎn)，從而克制了反向信道限制容量的瓶頸效應(yīng)，而

15、同步意味著正反向信道均可采用正交碼，從而克制了遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低了對功率控制的要求。dane系統(tǒng)采用與is-95系統(tǒng)一樣的開環(huán)加閉環(huán)功率控制方式，功控速率為800bit/s，-da系統(tǒng)采用開環(huán)加自適應(yīng)閉環(huán)功控方式，功控速率增加到1600bit/s，效果有較大進(jìn)步，可以抵消一般快衰落的影響。td-da采用了結(jié)合檢測進(jìn)一步消除了多用戶干擾，使得上行鏈路用戶之間功率相差很大時仍能有效地解調(diào)信息即克制了遠(yuǎn)近效應(yīng)，帶來的好處是為了克制瑞利衰落快衰落的快速功率控制不是必須的，而消除對數(shù)正態(tài)衰落慢衰落的慢速功率控制仍有必要，其目的是為了節(jié)約功率、延長挪動臺的電池使用壽命和進(jìn)步業(yè)務(wù)質(zhì)量。由于對抗快衰落的才能較強(qiáng)，

16、td-da可以支持高達(dá)每小時500k的挪動體的通信，這在現(xiàn)代挪動通信中是至關(guān)重要的。而直擴(kuò)da對于高速挪動通信的支持才能較差。-da系統(tǒng)在5hz帶寬中可提供16kbit/s、32kbit/s、64kbit/s、128kbit/s等多個傳輸速率。當(dāng)信息速率超過128kbit/s時，-da系統(tǒng)可分配多個碼分信道給用戶進(jìn)展復(fù)用，采用并行傳送方式可提供384kbit/s128kbit/s3，并且可容易地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)2bit/s的信息傳送。dane系統(tǒng)可通過多載波傳送或復(fù)用碼信道，實(shí)現(xiàn)較高速率的信息傳送。td-da提供綜合業(yè)務(wù)是通過無線電資源的復(fù)用，可采用在每個時隙內(nèi)的多碼傳輸和時隙合并方式，為了到達(dá)2bi

17、t/s的峰值速率需采用16進(jìn)制的qa調(diào)制方式，當(dāng)挪動臺的傳信率較高時需要較高的發(fā)射功率，又因?yàn)椴捎门cgs系統(tǒng)一樣的tda時隙分配方式，所以無法充分利用系統(tǒng)資源，造成浪費(fèi)。3與已有系統(tǒng)的兼容性dane系統(tǒng)將is-95從一個話音、低速數(shù)據(jù)系統(tǒng)改良為一個無線多媒體系統(tǒng)，使之能提供根本滿足it-2000要求的容量和效勞，優(yōu)化了話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能支持高速率的電路和分組業(yè)務(wù)，提供平滑地向后兼容性與is-95，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和軟件均從is-95系統(tǒng)開展而來，n125hz信道帶寬與is-95已經(jīng)使用的頻帶兼容。td-da系統(tǒng)與gs有一樣的幀長度和時隙長度，將gs或ds1800的網(wǎng)絡(luò)作相應(yīng)擴(kuò)大，即可實(shí)現(xiàn)與td-da

18、系統(tǒng)的兼容，在與公網(wǎng)的接口上那么向at過渡，進(jìn)步了市場競爭才能。-da系統(tǒng)，與第二代及在第二代根底上開發(fā)的ps及pn系統(tǒng)不兼容，需要單獨(dú)的基站和挪動臺子系統(tǒng)，需要全面安裝系統(tǒng)設(shè)備，所以初期投資要大一些。4將來的開展趨勢itu為it-2000/fplts系統(tǒng)提出的時間表是：1998年底完成無線傳輸技術(shù)的選擇，1999年完成標(biāo)準(zhǔn)的制定，2000年以后開場商用。如今以日本、歐洲和美國電信公司為主的聯(lián)盟已分別提出了各自的第三代挪動通信系統(tǒng)，決定最終結(jié)果的不僅是技術(shù)的先進(jìn)，還有本錢、系統(tǒng)的復(fù)雜性和市場需求，詳細(xì)如下：1市場需求。it-2000商用系統(tǒng)將在2000年左右推出，會在以后十年內(nèi)逐漸占領(lǐng)市場，所以要研究今后幾年人們對挪動通信業(yè)務(wù)需求，it-2000應(yīng)可以提供那些業(yè)務(wù)。2本錢和系統(tǒng)復(fù)雜性。本錢取決于系統(tǒng)