3G無線技術傳輸分析論文

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[論文關鍵詞]3gWCDMACDMA2000

[論文摘要]3G的時代已經來臨,其主要技術標準WCDMA和CDMA2000誰優誰劣自然引起了我們的關注。本文從各個方面對兩個技術標準做了全面的對比研究。

一、引言

上世紀70年代末,誕生了被稱為第一代蜂窩移動通信系統的雙工FDMA模擬調頻系統,但由于模擬系統固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA為基礎的第二代數字蜂窩移動通信系統所取代,相對FDMA系統有諸多優點,如頻譜利用率高,系統容量大、保密性好等。與此同時產生了以CDMA為基礎的數字蜂窩通信系統,相比TDMA系統具有低發射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術等優點。

隨著網絡的廣泛普及,圖像、話音和數據相結合的多媒體和高速率數據業務的業務量大大增加,人們對通信業務多樣化的要求也與日俱增,而一代二代系統遠遠不能滿足用戶的這些需求,所以誕生了第三代移動通信技術,它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。國際上承認的3G標準有三個:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,這里主要從各個方面做WCDMA和CDMA2000的對比研究。

二、WCDMA和CDMA2000的綜合比較

由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術都是將CDMA技術用于蜂窩系統,許多的思想都是源于CDMA系統,因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處:從雙工方式上看,WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術要求,支持高速多媒體業務、分組數據和IP接入等。但它們在技術實現、規范標準化、網絡演進等方面都存在較大差異。

WCDMA和CDMA2000各有優勢和缺點。WCDMA技術較成熟,能同廣泛使用的GSM系統兼容;相比第二代通信系統能提供更加靈活的服務;而且WCDMA能靈活處理不同速率的業務。其缺點是只能共用現有GSM系統的核心網部分,無線側設備可以共用的很少。

CDMA2000的優勢是可以和窄帶CDMA的基站設備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網和大部分的無線設備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍,手機待機時間也增加了兩倍。缺點是CDMA2000系統無法和GSM系統兼容。

1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術比較

WCDMA和CDMA2000物理層技術細節上有相似也有差異,由于考慮出發點不同,造成了不同的技術特點。WCDMA技術規范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統的互操作性和對GSM核心網的兼容性;CDMA2000的開發策略是對以IS-95標準為藍本的窄帶CDMA的平滑升級。

(1)這兩個標準的物理層技術相似點可以歸納為以下幾點:

①內環均采用快速功率控制。CDMA系統是干擾受限系統,因此為了提高系統容量,應盡可能的降低系統的干擾。功率控制技術可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區內可容納更多的用戶數,即小區的容量增加。因此CDMA系統中引入功率控制技術是非常必要的。

②系統都支持開環發射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。

③系統均采用軟切換技術。所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯系,而不是先切斷與原基站的聯系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行,因此模擬系統、TDMA系統不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話。

④WCDMA工作頻段:1900~2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz頻段(上行),2110~2170MHz(下行)。

(2)兩個標準的物理層技術差異可以歸納為以下幾點:

①擴頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據ITU關于5MHz信道基本帶寬的劃分規則,將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統可支持話音、分組數據等業務,并且可實現QoS的協商。室內最高數據速率達2Mbit/s,步行環境384kb/s,車載環境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴頻,射頻帶寬為1.25MHz。

②支持不同的核心網標準。WCDMA要求實現與GSM網絡的兼容,所以它把GSMMAP協議作為上層核心網絡議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網絡協議。

③WCDMA進行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保證更好的信號質量,并支持多用戶。

④為了使支持基于GSM的GPRS業務而部署的所有業務也支持WCDMA業務,為了完善新的數據話音網絡,CDMA2000-1x需要添加額外的網元或進行功能升級。

2.WCDMA與CDMA2000網絡接口的比較

3G標準的基本目標是能在車載、步行和靜止各種不同環境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數據速率。為多個用戶提供可變的無線接入數率是3G標準的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同,兩系統可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統中則不會如此。

WCDMA的接口標準規范、制定嚴謹、組織嚴密,而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設備難以互通,給運營商設備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數據服務必須可以和話音一樣實現無縫的漫游,這是至關重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游,沒有這些基本要素,3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術問題,更重要的是商業利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌,它支持全球漫游,全球移動用戶均有唯一標識,而CDMA2000尚不能很好做到這一點。

3.WCDMA和CDMA2000網絡演進的比較

(1)WCDMA的網絡演進技術

現有的GSM系統利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數據服務。如果復用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數據)方式;此后出現了GPRS(通用分組無線業務),首次在核心網中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數據速率。接著繼續升級采用8PSK調制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數據傳輸速率將高達2M/s。

(2)CDMA2000網絡演進技術

主要的CDMA2000運營商將來自現在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95A→IS95B→IS-95C→IMT2000。IS-95A的數據傳輸速率為14.4kbit/s,為了提供更高的速率,1999年部分廠商開始采用IS-95B標準,理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進一步使容量加倍,最后升級為CDMA2000。

窄帶CDMA系統向CDMA2000系統的演進分為空中接口、網絡接口及核心網絡演進等方面。

①目前窄帶CDMA系統的空中接口是基于IS295A,其支持的數據速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。

②窄帶CDMA網絡接口的演進主要指窄帶CDMA系統A接口的升級和演進。對于窄帶CDMA系統,以前其A接口不是規范接口(即不是開放接口),窄帶CDMA和GSM的A接口的規范相比較,GSM是先有A接口標準,然后廠家依據標準開發;窄帶CDMA是廠家各自開發,然后廣泛宣傳,最后憑借自身影響修改標準。

③窄帶CDMA的核心網在美國經過多年發展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗網和紅皮書以IS241C為基礎,IS241D規范在1999年底,目前IS241E規范還未正式。

三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景

對3G標準的選擇不僅要看其技術原理及成熟程度,還要結合本國國情、市場運作狀況等因素進行考慮。按目前的進展來看,兩種標準最后不能融合成一種,但可以共存。

在我國,GSMMAP網絡已形成巨大的規模,歐洲標準的WCDMA在網絡上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統演進,從一開始就解決了全網覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統,對GPS依賴較大;在小區站點同步方面,CDMA2000基站通過GPS實現同步,將造成室內和城市小區部署的困難,而WCDMA設計可以使用異步基站,運營者獨立性強;對于電信設備制造行業,我國在GSM蜂窩移動通信方面發展成熟,而窄帶CDMA系統尚未形成規模和產業。

WCDMA采用全新的CDMA多址技術,并且使用新的頻段及話音編碼技術等。因此GSM網絡雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數據服務,卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設計是以IS-95系統的豐富經驗為依據的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網絡部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統軟件升級,即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。

由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存,鹿死誰手?尚未分曉。

參考文獻:

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