第三代移动通信的系统组成与主要技术

关键词: 移动通信 IMT - 2000
一、前 言
GSM 和窄带 CDMA 技术是目前第二代 数字移动通信技术的主体技术, 与前两代系 统相比, 第三代的主要特征是可提供移动多 媒体业务, 其中高 速移动环境支持 144kbit/ s, 步行慢速移动环境支持 384kbit / s, 室内支 持 2Mb/ s 的数据 传输。第三代 移动通信的 设计目标是为了提供比第二代系统更大的系 统容量、更好的通信质量, 而且要能在全球范 围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括 话音、数据及多媒体等在内的多种业务, 同时 也要考虑 与已有第二代 系统的良好 的兼容 性。本文将主要就第三代移动通信的主要特 点进行分析和探讨。与第一代模拟蜂窝移动 通信相比, 第二代移动通信系统具有保密性 强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准 化程度高等特点, 以欧洲的 GSM 系统与北 美的窄带 CDMA 系统为代表。GSM 系统具 有标准化程度高、接口开放的特点, 真正实现 了个人移动性和终端移动性。窄带 CDMA, 也称 IS- 95 等, 它们具有容量大、覆盖好、话 音质量好、辐射小等优点。
上, 进一步改进上行链路, 增设导频信号实现 备使用 T urbo 码。
基站的相干接收, 上行链路在极低速率( 低于 8kbit / s) 传输时, 不再使用突发方法而采用连 续信号发射。下行链路也使用与上行链路相
五、第三代移动通信关键技术
同的功率控制。高速数据传输时, 使用 T ur-
1. 高效信道编译码技术
bo 纠错编码, 下行发 射也采用分集 方式, 支
第三代移动通信的另外一项核心技术是
持先进的天线技术和波束成形 技术等。cd- 信道编译码技术。在第三代移动通信系统主
ma 2000 采用不同射频信道带宽, 可实现从 要提案中( 包 括 WCDMA 和 cdm a2000 等) ,
1. 2kbit/ s 到 2Mbit / s, 甚至更高 速率的信息 除采用与 IS- 95 CDMA 系统相类似的卷积
MA 与此相似, 为支持 MAC 的运行, 在物理 层增加了专用控制信道( DCCH ) 和公共控制
时间差。检测到的时间信息经由本基站到达 信道, 并使用可变的信包数据帧方法, 帧长为
新的候选基站, 候选基站调整它的新的专用 5ms 和 20ms。cdma 2000 的重要技术特征之
信道的发射时间, 也就是在发送信息的时间 上进行调整, 使不同基站在这个信息比特期
第三代的网络一定要能在第二代网络的基础 输层, 会话层, 表达层和应用层于一体。高层
上逐渐灵活演进而成, 并应与固定网兼容;
实体主要负责各种业务的呼叫信令处理, 话
* 高频谱效率;
音业务( 包括电路类型和分组类型) 和数据业
* 高服务质量;
务( 包括 IP 业务, 电路和分 组数据, 短消息
* 低成本;
移动台( MT ) 和用户识别模块 ( U IM ) 组成。 CDMA- DS( IMT - 2000 直接扩频 CDMA )
分别对应于 GSM 系统的交换子系统( SSS) 、 和 IMT - 2000 CDMA- MC( IMT - 2000 多
基站子系统( BSS) 、移动台( MS) 和 SIM 卡。 载波 CDMA) 。
文章编号: 1003- 8329( 2000) 04-0018- 04
第三代移动通信的系统组成与主要技术
钟杏梅¹ 蔡国权 º 牛忠霞 »
=摘要>本文主要介绍当前第三代移动通信 IMT - 2000 中 WCDMA 和 cdma2000 的主要特点; 描述了第三代移动通信的主要技术, 结构与系统组 成, 同时简单地介绍了第三代移动通信系统所涉及的主要核心技术。
另外 IT U 定义了 4 个标准接口, 即: * 网络与网络接口( NN I) : 由于 IT U 在
1. IMT- 2000 CDMA- DS
网络部分采用了/ 家族概念0, 因而此接口是
IMT - 2000 直接扩频 CDMA, 即 W- CD-
指不同家族成员之间的标准接口, 是保证互 MA, 它是 在一个 宽达 5MHz 的频 带内直接
通信。它的最大特点是在上行链路的多用户 联合检测技术, 这项技术使得在同一时隙同
5MHz。上 行 采 用 直 接 扩 频 方 式, 使 用 3. 75M chip/ s 的扩频码调制到载波上, 正好为 3
时工作的扩频码被联合检测方法分离开, 即 个 1. 25MH z 频 宽。 加 上 保 护 频 隙 构 成
Rake 多径分集接收技术克 服了电波传 播所造成的多径衰落现象, 在 CDMA 移动通 信系统中, 由于信号带宽较宽, 因而在时间上 可以分辨出较细微的多径信号。对分辨出的 多径信号分别进行加权调整, 使合成之后的 信号得以增强。
二、第三代移动通信的 特点和基本特征
第三代移动通信 IM T - 2000( 国际移动 通信- 2000) , 意 即该系统工作 在 2000MH z 频段, 最高业务速率可达 2000kbit/ s, 预期在 2000 年左右得到商用。它具 有支持多媒体 业务的能力, 特别是支持 Int ernet 业务的能 力。现有的移动通信系统主要以提供话音业 务为主, 随着发展一般也仅能提供 100~ 200 kbit/ s 的数据业务, GSM 演进到最高阶段的 速率能力为 384kbit/ 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 支持话音分组数据及多媒体业务; 应能根据 需要, 提供所需带宽。IT 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 足以下三种环境的要求, 即: 快速移动环境, 最高速率达 144kbit/ s; 室外到室内或步行环 境, 最高速率达 384kbit/ s; 室内环境, 最高速 率达 2M bit/ s。
2000 的上行链路设有连续的导频信号, 提供 反相信号的相干检测, 这样能在低信噪比下
1. 25MHz 的窄带直接扩频系统组成的一个 工作, 降低了功率控制环路的时延, 并使功率
宽带系统。
控制、定时和相位跟踪与传输速率无关。语
cdma 2000 是 在原 IS - 95 标准 的基础 音和低速率数据使用卷积码, 而高速数据准
ARQ 等方式来实现, 以满足来自更高层业务 理控制信 道( DP CCH ) 传送 公共 控制 命令。
实体的传输可靠性。
W- CDMA 的越区切换方法也很具特色, 它
3. 高层: 它集 OSI 模型中的网络层, 传 采用移动台发起的非同步软切换方法。W-
5 无线通信技术6 2000 年第 4 期
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一是下行链路使用多载波方式, 实现 5MH z 带宽通信。下行链路采用多载波, 被1. 2288
间的下行 码道上同步。T DD 方式下 扩频增 Mchip/ s 的扩频码调制, 每个载波彼此间隔
益是不变的, 可使用多码传输实现高速数据 1. 25MHz, 3 个 载 波 加 上 保 护 频 隙, 构 成
使彼此功率有好几分贝之差也行。这正好弥 5MHz 带宽不易高精密控 cdma One 的 IS- 95 标准兼容。带宽与 IS-
制的不足。同时还使用了智能动态信道分配 95 相同, 多载波信道信号与 IS- 95 的信号
法。该方法把信道动态分配与快速小区内切 正交。因此, cdma 2000 可与 IS - 95 共存。
子层负责与物理层相对独立的链路管理与控 的 I 路, 是专用的物理数 据信道( DPDCH ) ,
制, 并负责提供 MAC 子层所不 能提供的更 传送信息业务数 据。另 一路为正 弦信号调
高级 别 的 QoS 控 制, 这 种 控 制 可 以 通 过 制, 相当于 QPSK 调制的 Q 路, 是专用的物
通和漫游的关键接口;
对信号进行扩频。W- CDMA 分为 FDD 和
* 无 线 接 入 网 与核 心 网 之 间 的接 口 T DD 方式两种, 在 FDD 方式下, W- CDMA
( RAN- CN) , 对应于 GSM 系统的 A 接口;
的码片速率为 4. 096Mchip/ s, 能与 GSM 同
子层根据 LAC 子层不同业务实体的要求对 构, 双信道二相相移键控( BPSK) 调制, 是 W
物理层 资源 进行管 理与 控制, 并 负责 提供 - CDMA 的 重要特征之 一。一路 作余弦信
LAC 子层 业务实 体所需 的 QoS 级别; LAC 号调制, 相当于四相 相移键控( QPSK) 调制
数据传输, 建议的射频带宽是基本信道带宽 编码技术和交织技术之外, 还建议采用 T ur-
1. 25MH z 加上 保护频间 间隔为 1. 7MHz, 3 个基本信道合用, 为 3. 75MH z, 加上保护频
bo 编码技术及 RS- 卷积级联码技术。 2. 智能天线技术
间间隔, 为 5MH z。当然, 还可以增加为使用
3. 初始同步与 Rake 多径分集接收技术
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5 无线通信技术6 2000 年第 4 期
CDMA 通信 系统接收机的初 始同步包 括 PN 码同步, 符号同步、帧同步和扰码同步 等。cdma2000 系统采用与 IS- 95 系统相类 似的初始同步技术, 即通过对导频信道的捕 获建 立 PN 码同 步 和 符号 同 步, 通 过同 步 ( Sy nc) 信道的接收建立帧同步和扰码同步。 WCDMA 系统的初始同步则需要通过/ 三步 捕获法0进行, 即通过对基本同步信道的捕获 建立 PN 码同步和符号同 步, 通过对辅助同 步信道的不同扩频码的非相干接收, 确定扰 码组号等, 最后通过对可能的扰码进行穷举 搜索, 建立扰码同步。
1. 物理层: 它由一系列下行物理信道和 15MHz 的频带, 则可支持 3 个载波。为保证
上行物理信道组成。
与其它载 波间有至少 200kHz 以上 的间隔,