無線傳輸技術(shù)論文(2)
無線傳輸技術(shù)論文
無線傳輸技術(shù)論文篇二
3G無線傳輸技術(shù)
[摘要] 3G的時(shí)代已經(jīng)來臨，其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WCDMA和CDMA2000誰優(yōu)誰劣自然引起了我們的關(guān)注。本文從各個(gè)方面對(duì)兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了全面的對(duì)比研究。
[關(guān)鍵詞] 3G WCDMA CDMA2000
一、引言
上世紀(jì)70年代末，誕生了被稱為第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的雙工FDMA模擬調(diào)頻系統(tǒng)，但由于模擬系統(tǒng)固有的先天缺陷，在90年代初被以TDMA為基礎(chǔ)的第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)所取代，相對(duì)FDMA系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，如頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大、保密性好等。與此同時(shí)產(chǎn)生了以CDMA為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，相比TDMA系統(tǒng)具有低發(fā)射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及，圖像、話音和數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量大大增加，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)多樣化的要求也與日俱增，而一代二代系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的這些需求，所以誕生了第三代移動(dòng)通信技術(shù)，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。國際上承認(rèn)的3G標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)：CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA，這里主要從各個(gè)方面做WCDMA和CDMA2000的對(duì)比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的綜合比較
由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術(shù)都是將CDMA技術(shù)用于蜂窩系統(tǒng)，許多的思想都是源于CDMA系統(tǒng)，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(shù)要求，支持高速多媒體業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)和IP接入等。但它們?cè)诩夹g(shù)實(shí)現(xiàn)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等方面都存在較大差異。
WCDMA和CDMA2000各有優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。WCDMA技術(shù)較成熟，能同廣泛使用的GSM系統(tǒng)兼容;相比第二代通信系統(tǒng)能提供更加靈活的服務(wù);而且WCDMA能靈活處理不同速率的業(yè)務(wù)。其缺點(diǎn)是只能共用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)部分，無線側(cè)設(shè)備可以共用的很少。
CDMA2000的優(yōu)勢(shì)是可以和窄帶CDMA的基站設(shè)備很好地兼容，能夠從窄帶CDMA系統(tǒng)平滑升級(jí)，只需增加新的信道單元，升級(jí)成本較低，核心網(wǎng)和大部分的無線設(shè)備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍，手機(jī)待機(jī)時(shí)間也增加了兩倍。缺點(diǎn)是CDMA2000系統(tǒng)無法和GSM系統(tǒng)兼容。
1.WCDMA 與CDMA2000的物理層技術(shù)比較
WCDMA和CDMA2000物理層技術(shù)細(xì)節(jié)上有相似也有差異，由于考慮出發(fā)點(diǎn)不同，造成了不同的技術(shù)特點(diǎn)。WCDMA技術(shù)規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的互操作性和對(duì)GSM核心網(wǎng)的兼容性;CDMA2000的開發(fā)策略是對(duì)以IS-95標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本的窄帶CDMA的平滑升級(jí)。
(1)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層技術(shù)相似點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：
?、賰?nèi)環(huán)均采用快速功率控制。CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，因此為了提高系統(tǒng)容量，應(yīng)盡可能的降低系統(tǒng)的干擾。功率控制技術(shù)可以減少一系列的干擾，這意味著同一小區(qū)內(nèi)可容納更多的用戶數(shù)，即小區(qū)的容量增加。因此CDMA系統(tǒng)中引入功率控制技術(shù)是非常必要的。
?、谙到y(tǒng)都支持開環(huán)發(fā)射分集，信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。
?、巯到y(tǒng)均采用軟切換技術(shù)。所謂軟切換是指移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行，因此模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)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。
?、躓CDMA 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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層技術(shù)差異可以歸納為以下幾點(diǎn)：
?、贁U(kuò)頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA 根據(jù)ITU關(guān)于5 MHz 信道基本帶寬的劃分規(guī)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(hào)開銷。CDMA2000分兩個(gè)方案，即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個(gè)階段。CDMA2000系統(tǒng)可支持話音、分組數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，并且可實(shí)現(xiàn)QoS的協(xié)商。室內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率達(dá)2Mbit/s，步行環(huán)境384kb/s，車載環(huán)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(kuò)頻，射頻帶寬為1.25MHz。
?、谥С植煌暮诵木W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。WCDMA要求實(shí)現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡(luò)的兼容，所以它把GSMMAP協(xié)議作為上層核心網(wǎng)絡(luò)議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA，因此它把ANSI-41作為自己的核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
?、踂CDMA進(jìn)行功率控制的速度是CDMA2000的2倍，能保證更好的信號(hào)質(zhì)量，并支持多用戶。
④為了使支持基于GSM的GPRS業(yè)務(wù)而部署的所有業(yè)務(wù)也支持WCDMA業(yè)務(wù)，為了完善新的數(shù)據(jù)話音網(wǎng)絡(luò)，CDMA2000-1x需要添加額外的網(wǎng)元或進(jìn)行功能升級(jí)。
2.WCDMA與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)接口的比較
3G標(biāo)準(zhǔn)的基本目標(biāo)是能在車載、步行和靜止各種不同環(huán)境下為多個(gè)用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數(shù)據(jù)速率。為多個(gè)用戶提供可變的無線接入數(shù)率是3G標(biāo)準(zhǔn)的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個(gè)頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同，兩系統(tǒng)可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps，顯然WCDMA系統(tǒng)中低速率用戶或語音用戶的移動(dòng)臺(tái)成本會(huì)大幅上升，在CDMA2000系統(tǒng)中則不會(huì)如此。
WCDMA的接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、制定嚴(yán)謹(jǐn)、組織嚴(yán)密，而CDMA2000的接口標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)謹(jǐn)性有待加強(qiáng)。IS- 95廠家設(shè)備難以互通，給運(yùn)營商設(shè)備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數(shù)據(jù)服務(wù)必須可以和話音一樣實(shí)現(xiàn)無縫的漫游，這是至關(guān)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(shù)問題，更重要的是商業(yè)利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌，它支持全球漫游，全球移動(dòng)用戶均有唯一標(biāo)識(shí)，而CDMA2000尚不能很好做到這一點(diǎn)。
3.WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的比較
(1)WCDMA 的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)技術(shù)
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)利用單一時(shí)隙可提供9.6kbit/s的數(shù)據(jù)服務(wù)。如果復(fù)用多個(gè)時(shí)隙就能升級(jí)為HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))方式;此后出現(xiàn)了GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))，首次在核心網(wǎng)中引入了分組交換的方式，可提供144kbit/s的數(shù)據(jù)速率。接著繼續(xù)升級(jí)采用8PSK調(diào)制，這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數(shù)據(jù)傳輸速率將高達(dá)2M/s。
(2)CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)技術(shù)
主要的CDMA2000運(yùn)營商將來自現(xiàn)在的窄帶CDMA運(yùn)營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95A→IS95B→IS-95C→IMT2000。IS-95A的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)，理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進(jìn)一步使容量加倍，最后升級(jí)為CDMA2000。
窄帶CDMA系統(tǒng)向CDMA2000系統(tǒng)的演進(jìn)分為空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口及核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等方面。
?、倌壳罢瓗DMA系統(tǒng)的空中接口是基于IS295A，其支持的數(shù)據(jù)速率為14.4kbit/s，由IS295A升級(jí)到IS295B，可支持64kbit/s。
?、谡瓗DMA網(wǎng)絡(luò)接口的演進(jìn)主要指窄帶CDMA系統(tǒng)A接口的升級(jí)和演進(jìn)。對(duì)于窄帶CDMA系統(tǒng)，以前其A接口不是規(guī)范接口(即不是開放接口)，窄帶CDMA和GSM的A接口的規(guī)范相比較， GSM是先有A接口標(biāo)準(zhǔn)，然后廠家依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā);窄帶CDMA是廠家各自開發(fā)，然后廣泛宣傳，最后憑借自身影響修改標(biāo)準(zhǔn)。
?、壅瓗DMA的核心網(wǎng)在美國經(jīng)過多年發(fā)展后，從IS241A到IS241B到IS241C，我國CDMA試驗(yàn)網(wǎng)和紅皮書以IS241C為基礎(chǔ)，IS241D規(guī)范在1999年底發(fā)布，目前IS241E規(guī)范還未正式發(fā)布。
三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景
對(duì)3G標(biāo)準(zhǔn)的選擇不僅要看其技術(shù)原理及成熟程度，還要結(jié)合本國國情、市場(chǎng)運(yùn)作狀況等因素進(jìn)行考慮。按目前的進(jìn)展來看，兩種標(biāo)準(zhǔn)最后不能融合成一種，但可以共存。
在我國，GSM MAP網(wǎng)絡(luò)已形成巨大的規(guī)模，歐洲標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA在網(wǎng)絡(luò)上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性，在技術(shù)上也考慮了與GSM的雙模切換兼容，向WCDMA體制的第三代系統(tǒng)演進(jìn)，從一開始就解決了全網(wǎng)覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統(tǒng)，對(duì)GPS依賴較大;在小區(qū)站點(diǎn)同步方面，CDMA2000基站通過GPS實(shí)現(xiàn)同步，將造成室內(nèi)和城市小區(qū)部署的困難，而WCDMA設(shè)計(jì)可以使用異步基站，運(yùn)營者獨(dú)立性強(qiáng);對(duì)于電信設(shè)備制造行業(yè)，我國在GSM蜂窩移動(dòng)通信方面發(fā)展成熟，而窄帶CDMA系統(tǒng)尚未形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)。
WCDMA采用全新的CDMA多址技術(shù)，并且使用新的頻段及話音編碼技術(shù)等。因此GSM網(wǎng)絡(luò)雖然可采用一些臨時(shí)的替代方案提供中等速率的數(shù)據(jù)服務(wù)，卻不能提供一種相對(duì)平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設(shè)計(jì)是以IS-95系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的，因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進(jìn)無論從無線還是網(wǎng)絡(luò)部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板，并將系統(tǒng)軟件升級(jí)，即可將IS-95基站升級(jí)為CDMA2000基站。
由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長(zhǎng)時(shí)間在我國共存，鹿死誰手?尚未分曉。
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(作者單位：重慶工商大學(xué)計(jì)信學(xué)院)
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