WCDMA技术与发展.doc

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1、WCDMA技术与发展第三代移动通信系统（也称3G）是移动通信市场经历了第一代模拟技术的移动通信业务的引入，在第二代数字移动通信市场的蓬勃发展中被引入日程的。在当今Internet数据业务不断升温中，在固定接入速率（HDSL、ADSL、VDSL）不断提升的背景下，第三代移动通信系统也看到了市场的曙光，益发为电信运营商、通信设备制造商和普通用户所关注。 移动通信技术开始是各自发展的状态，各个国家、技术组织都不断发展自己的技术，美国有AMPS、D-AMPS、IS-136、IS-95，日本有PHS、PDC，欧洲则是GSM。这种格局一方面在移动通信发展的初期满足了用户的需求，开拓了移动通信市场，另一方面

2、也人为造成地区间的隔离，引发了全球统一移动通信制式的需求。ITU国际电报联盟(International Telegraph Union） 正是在这个背景下于1985年启动了第三代移动通信系统的规范工作。 在第三代移动通信规范提案的概念评估过程中，宽带码分多址（WCDMA）技术以其自身的技术优势成为3G的主流技术之一。这里主要介绍WCDMA起源、面临的移动通信市场和业务状况、WCDMA技术特点、发展现状和演进方向。 一 WCDMA的起源 WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动，GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。欧洲于1988年开展RACE（欧洲先进通信技术

3、的研究）程序，并一直延续到1992年6月，它代表了第三代无线研究活动的开始。1992-1995年之间欧洲开始了RACE程序。ACTS（先进通信技术和业务）建立于1995年底，为UMTS（通用移动通信系统）建议了FRAMES（未来无线宽带多址接入系统）方案。在这些早期研究中，对各种不同的接入技术包括TDMA、CDMA、OFDM等进行了实验和评估。为WCDMA奠定了技术基础。 日本于1993年在ARIB（Association of Radio Industries and Businesses 日本无线工业及商贸联合会 ）中建立了研究委员会来进行日本3G的研究和开发，并通过评估将CDMA技术作为

4、3G的主要选择。日本运营商NTTDoCoMo在1996年推出了一套WCDMA的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持。由此产生了WCDMA的发展动力。 1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了WCDMA技术的发展，加快了WCDMA的标准化进程，并最终使WCDMA技术成为ITU批准的国际通信标准。第三代的主要技术体制，其中WCDMA-FDD/TDD（现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称低码片速率TDD）都是由3GPP开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。值得指出的是，TD-SCDMA技术规范是我国第一份自己提出，被ITU全套

5、采纳的无线通信标准，最近已经通过了3GPP的规范化进程，推出了完整的技术规范协议。目前看来，将要采用的第三代标准中选取WCDMA-FDD模式的国家是最多的，比如欧洲、日本、韩国都决定WCDMA-FDD模式为自己的主流制式。WCDMA的三套技术实际上采用的是同一套核心网络规范，不同的无线接入技术。其核心网络的主要特点就是重视从GSM网络向WCDMA网络的演进，这是由于GSM的巨大商业成功造成的，这种演进是以GPRS技术作为中间承接的。 除了制定TD-SCDMA标准以外，中国也积极参与了ITU和3GPP的WCDMA另外两种技术的跟踪、评估和研发工作，这些工作在90年代中期就已经开始了。1998年成

6、立的中国无线通信标准研究组（CWTS）是3GPP的正式组织成员，华为公司、大唐集团等国内企业还加入3GPP，成为独立成员。目前这些企业都在加紧研发自己的WCDMA-FDD系统，力争和国外主要通信设备制造商同期加入我国移动通信的实验网建设工程中。 在3GPP成员和专家的努力下，WCDMA已经推出了成熟的可供商用的版本Release99和包括TD-SCDMA全套规范的Release4版本。但是，由于无线通信技术和IP技术的迅速发展，WCDMA标准也在不断发展中，新的兼容的无线技术和核心网络技术也在不断被提出和采纳，从现在的情况看，WCDMA还是一个“活”的标准。2.WCDMA未来业务展望 3G的市

7、场开发需要业务的牵引，不同于二代系统主要是为了解决人们随时随地话音通信的需求，3G能够具有支持不同媒体业务的能力，如何开发这些能力是3G业务开发的一个重要课题。 为了提供市场前期牵引的能力，WCDMA规范注重了业务能力的开发。WCDMA预期提供的业务是非常丰富的。可以通过WCDMA终端，享受普通、宽带话音，多媒体业务，可视电话和视频会议电话；移动网络上的Internet应用也更为普遍，E-MAIL、WWW浏览、电子商务、电子贺卡等业务与移动网络相结合。移动办公类业务也是一个发展方向：Intranet接入、企业VPN等将大力普及。信息、教育类业务将有很好的应用前景，股票信息、交通信息、气象信息、

8、位置服务（LCS）、网上教室、网上游戏等移动应用更将极大的丰富人们的生活。 业务IP化、分组化、多媒体化、个性化、生成简单化是总的发展趋势。在未来的业务生成体系中，移动网络运营者、业务提供者（ISP）和内容提供者（ICP）将进行紧密的分工合作。特别重要的是，未来的网络将提供开放的业务结构（OSA），移动运营者可以自己或者和其他机构合作在网络提供的开放业务平台上开发出各种各样的灵活业务，从而满足移动用户的更高要求。 三 WCDMA的主要技术特征和发展 1.WCDMA-FDD制式的主要技术特点： n 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网 n 信号带宽：5MHz；码片速率：3.84M

9、cps n 发射分集方式：TSTD（时间切换发射分集）、STTD（时空编码发射分集）、FBTD（反馈发射分集） n 信道编码：卷积码和Turbo码，支持2M速率的数据业务 n 调制方式：上行：BPSK；下行：QPSK n 功率控制：上下行闭环功率控制，外环功率控制 n 解调方式：导频辅助的相干解调 n 语音编码：AMR，与GSM兼容 n 核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性 n MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制的移动性管理机制的核心，保持与GPRS网络的兼容性 n 支持软切换和更软切换 n 基站无需严格同步，组网方便 WCDMA-FDD的优势

10、在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题，采用Turbo信道编解码，提供较高的数据传输速率，FDD制式能够提供广域的全覆盖，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站间严格同步。采用连续导频技术，能够支持高速移动终端。相比第二代的移动通信制式，WCDMA具有：更大的系统容量、更优的话音质量、更高的频谱效率、更快的数据速率、更强的抗衰落能力、更好的抗多径性、能够应用于高达500km/h的移动终端的技术优势，而且能够从GSM系统进行平滑过渡，保证运营商的投资，为3G运营提供了良好的技术基础。 2.WCDMA技术的进一步发展 为了适应商用化和技

11、术发展的需要，保证网络运营商的投资，3GPP将WCDMA标准分成了两个大的阶段，它们是： Release99(R99)版本：1999年12月起，每三个月更新一次，2000年6月版本基本稳定，可供开发。9月份、12月份和2001年3月份版本更加完善；无线接入网络的主要接口Iu、Iub、Iur接口均采用ATM和IP方式，网络是基于ATM的网络；核心网基于演进的GSMMSC和GPRSGSN；电路与分组交换节点逻辑上分开。 Release2000(R00)版本（已改为Release4、5.）：主要是引入“全IP网络”，目前初步提出了基于IP的核心网结构，没有开始实质标准化工作，真正的“全IP”标准预计

12、在2002完成，在网络结构上将实现传输、控制和业务分离，同时IP化也将从核心网(CN)逐步延伸到无线接入网(RAN)和终端(UE)。 R99版本主要标准已经完成，于2000出版，能够提供实现网络和终端的全部基础，包括通用移动通信网络的全部功能基础，提供了商用版本的必要保证，未来的Release4和Release5将在这些功能基础上增加新的功能，保证了标准的延续性。图1所示的实际上就是R99全网的框架，可以看出初期的WCDMA网络可以和GSM网络并存的，由GSM实现广域的全覆盖，而WCDMA实现部分业务密集和高质量业务区的覆盖。这样主要是保证了第二代运营商的投资和平滑过渡。 现有的Release

13、99版本WCDMA系统性能和提供的业务主要是： Release99版本的WCDMA提供了全新的无线接入网络-UTRAN，提高了频谱利用率，高了数据传送能力，数据速率在广域为384kbit/s，小范围慢速移动时为2Mbit/s，支持AMR语音编解码技术，可提高话音质量和系统容量，Iub,Iur和Iu接口基于ATM技术，提供开放的Iub接口； Release99版本的WCDMA核心网络分为CS域和PS域，其分别基于演进的MSC/GMSC和SGSN/GGSN，CS域主要负责与电路型业务相关的呼叫控制和移动性管理等功能，在呼叫控制：采用TUP，ISUP等标准ISDN信令，移动性管理上采用了进一步演进的

14、MAP协议，物理实体与GSM类似包括了MSC，GMSC，VLR。PS域主要负责与分组型业务相关的会话控制和移动性管理等功能，在原有的GPRS系统基础上对一些接口协议，工作流和和业务功能作部分改动，语音编解码器在核心网实现，支持系统间切换（GSM/UMTS），增强了安全性能和收费系统； 能够提供的主要业务平台包括：基本定位业务，号码可携性业务，智能业务的增强，GSM和UMTS间的切换，可支持所有GSM及其补充业务，例如：无应答的呼叫前转，提供新USIM卡协议，可提高用户的参与性和操作，支持业务的应用编程接口API(开放业务结构)，支持多播业务,64kbit/s电路数据承载业务和多媒体业务； 今年

15、三月份3GPP又通过了Release4版本，其主要增加的系统功能有： 将CS的呼叫和承载分开（采用MSC服务器/MGW与GMSC服务器/MGW） 支持包数据流业务 支持实时业务的PS域核心网切换 支持GERAN/UTRAN中头压缩 GERAN中的Gb接口的IP传输和Gb接口增强 PS域核心网的定位业务 PS域核心网的安全规范(IPSec) IP核心网的IP传输协议(CAP，MAP) UTRAN的IP传输协议(includingIuoverIP) TD-SCDMA（低码片速率TDD）全套规范 3GPP计划在2001年底推出新的Release5版本，该版本主要在全IP网络和无线接入技术上面临新的突

16、破，目前在讨论的新的无线接入技术包MIMO（多输入输出天线系统），多天线反馈分集，HARQ（混合自动重传），USTS（上行同步传输），高阶调制技术，单独的数据载波（采用OFDM技术）等，有望提高2-3倍的频谱效率。具体的Release5版本的特征将会包括： 可提供基于IP的多媒体业务，包括IP多媒体子系统，采用SIP呼叫控制协议、寻址和识别，能够与其它多媒体网络的互通； 多媒体域与CS和IP网络的互通，IP多媒体与CS网络的漫游、在IM子系统中的号码携带； IP和PS域的紧急呼叫的增强； GTT(全球文本电话)的进一步改进； OSA(用于应用/客户接入的接口)的安全接口进一步增强； 支持推送(

17、非手机发起)业务； 支持智能网CAMELphase4； 安全方面的增强，提供对用户平台数据的保护，提供在接入网络集中进行保护和基于网络的端到端的保护； 在核心网中对提供对控制平台的保护和对用户平台的保护； 采用GSN服务器将分组交换型核心网的呼叫与载体分开； 无线接口的改进； GERAN（GSM增强无线接入网）的进一步增强； HSDPA(高速下行包数据接入)的技术发展主要有： 改善下行包数据传输性能，有望得到8-10Mbps峰值数据速率和2-3倍容量提高； 基本技术特点：包括快速链路选择、高阶调制、FastHARQ、快速调度、快速小区选择、独立的OFDM调制、MIMO、多天线反馈分集及其他可能

18、采用的技术等； 支持WCDMA框架和功能重用、改动评估，在同样载波上和当前业务共存。 3.WCDMA体制的演进 根据前述，我们可以总结WCDMA体制的演进方法是： -Release99提供了第三代全网解决方案，标准已经成熟，具备蜂窝移动网络的实现基础、基本功能和扩展条件： 全新的无线接入网络UTRAN 结合CS和PS域的核心网络 增强型的GSM核心网络GERAN -Release4和Release5进一步增加新的业务，优化技术体制和网络结构，是Release99协议的补充和完善，保证了WCDMA体制的延续性： 全IP网络 新的无线接入方法HSDPA 增强智能网络和安全 四 WCDMA关键技术和实现难点 WCDMA产业化的关键技术包括射频和基带处理技术，具体包括射频、中频数字化处理，RAKE接收机、信道编解码、功率控制等关键技术和多用户检测、智能天线等增强技术。