3G主流技术的分析与比较

课程设计题目：3G主流技术分析比较班级：姓名：学号：指导教师：成绩：移动通信课程设计报告电子与信息工程学院信息与通信工程系113G移动通信主流标准概述3G移动通信主流标准有WCDMA（宽带码分多址），CDMA2000（码分多址）和TDSCDMA（时分同步码分多址）。TDSCDMA为中国移动的3G网络模式，CDMA2000为中国电信的3G网络模式，而WCDMA为中国联通的3G网络模式，其中TDSCDMA为中国技术，WCDMA为欧洲技术，而CDMA2000为美国技术。23G移动通信三大标准简介2.1WCDMA该技术方案主要源于欧洲的ETSI和日本的ARIB标准化组织，主要倡导者有欧洲爱立信和诺基亚等公司。它的核心网基于GSM-MAP，同时可通过网络扩展方式提供基于ANSI-41的运行能力。WCDMA系统能同时支持电路交换业务(如PSTN.ISDN)和分组交换业务(如IP网)。该系统使用的灵活的无线协议可在一个载波内同时支持话音、数据和多媒体业务，并通过透明或非透明传输来支持实时、非实时业务。其技术特点：为了与现行的GSM系统使用同一时钟，实现WCDMA与GSM系统手机的双模工作，是一种兼容的系统;1)可适应多种速率、多种业务;2)上下行快速功率控制;3)反向相干解调;4)支持不同载频间切换;5)基站之间无需同步，也不需要特别的同步参考源;6)WCDMA的越区切换是采用移动台发起的异步软切换方式进行的，基站需要确定在什么时间、什么位置为移动台启动软切换算法。WCDMA的移动台可在同一频率下检测到其他基站与本基站的信号，确定它们之间的时间差。检测到的时间信息经由本基站到达新的候选基站，候选基站调整它新的专用信道的发射时间，即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间与下行码道同步。7)电磁干扰影响小;8)适用于高速环境;9)具有上行链路的多用户检测技术，多用户检测技术可通过测量各用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆法或迭代来消除多用户间的相互干扰2表2-1WCDMA无线接口基本参数参数名称参数值频谱分配FDD模式：上行1850—1910MHz，下行2110—2170MHz信道间隔5MHz中心频率200KHz的整数倍上、下行频带间隔134.8—245.2MHz码片速率3.84Mc/s双工模式FDD或者TDD用户设备的发送功率21、24、27或者33dBm接收机灵敏度误码率为0.001的情况下，基站-121dBm，用户设备-117dBm功率控制步长用户设备1dB、2dB或者3dB,基站0.5dB或者1dB发送功率控制命令下可能的最大发射功率变化范围用户设备26dB,基站12dB数据速率乡村室外高速移动环境下144kb/s,市区和郊区室外中，低速移动环境下384kb/s,室内或者室外低速环境下2Mb/s2.2CDMA2000该方案即3GPP2提交的CDMA2000方案中多载波(MC)方案。它源于美国TIA(电话工业协会)的TR45.5标准，由美国高盛公司提出。CDMA2000是从CDMAOne发展而来的一种3G技术，目的是为现有的CDMA运营商提3G的途径，其核心是Lucent,Motorola,Nortel和Qualcomm联合提出的宽带CDMAOne技术。CDMA2000的一个主要特点是与现有的TIA/EIA-95-B标准向后兼容，并可与IS-95B系统的频段实现共享或重叠，这样就使运营商可以在IS-95B系统的基础上平滑地过渡，保护已有的投资。CDMA2000的核心网基于ANSI-41，但通过网络扩展方式，也可提供基于在GSM-MAP核心网上运行的能力。3其技术特点是:1)反向信道连续导频;2)相干接收;3)前向发送分集;4)电磁干扰影响小;5)与IS-95CDMA，及CDMA1x的兼容性好;6)综合经济技术性能较好。2.3TD-SCDMATD-SCDMA是一种TDD模式技术，是多时隙TDMA与直扩CDMA、同步CDMA技术合成的新技术。它是由中国无限通信标准化组织（CWTS）提出并得到ITU通过的3G无线通信标准。1)多址技术为了提高频率、时间和正交扩频码等资源的利用律，提高系统容量，并满足用户不断增长的需求，在TD-SCDMA系统中，同时使用了FDMA、TDMA和CDMA三种多址技术来实现这一目标。在TD-SCDMA系统中，每一个单元的无线资源都是由特定的无线载频、特定的时隙、以及特定的正交扩频码所决定的。2)智能天线技术智能天线技术利用信号传输的空间特性，达到抑制干扰、提取信号的目的。智能天线所形成的波束可实现空间滤波，在提高期望信号增益的同时，还可抑制干扰信号。在上行链路，如果在基站采用智能天线，则对小区外的干扰以相同的比率同时抑制。CDMA系统本身是干扰受限系统，对干扰的抑制必将转化为容量的增加，这对于频谱日益紧张的无线通信，益处是不言而喻的。采用智能天线技术，还可跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，提高信噪比，增加移动通信系统容量，降低信号发射功率，提高通信的覆盖范围，从而减少基站树木，降低建设成本。3)上行同步技术同步CDMA或上行同步，是降低多址干扰，简化基站接受机的一项重要技术。TD-SCDMA系统中，上行链路和下行链路一样，都采用正交码扩频。移动台动态调整发往基站的发射时间，使上行信号主径到达基站时保持同步，保证了上行信道信号的不相关，降低了码间串扰。这样，系统容量由于码间串扰的降低而大大提高，同时基站接受机的复4杂度也大为降低。4)动态信道的分配信道分配算法可以分为固定信道分配（FCA）和动态信道分配（DCA）两种。在动态信道分配DCA中，小区和信道之间并没有固定信道分配FCA那样固定的关系。所有的信道都被集中到一起分配，只要该信道能够提供足够的链路质量，即大于最小载干比时，任何小区都可以将该信道分配给呼叫。在通信系统运行过程中，DCA根据当前的网络状态，动态地将信道分配给某个小区。在一定的区域内，几个小区可用信道资源被集中起来，例如由无线网络控制器RNC管理。RNC将根据小区呼叫阻塞概率，候选信道的使用频率，信道的再用距离等诸多代价函数，动态地将信道分配给呼叫。动态信道分配DCA的优点是频率利用率高，无须信道预规划，无非常适合网络中负载变化大的情况，是TDD模式的优势之一。3第三代移动通信系统主要标准的对比分析本部分将着重对目前主要的三种3G标准—WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA技术先进性进行对比分析。3.1频率利用率TD-SCDMA采用TDD模式，不需要对称频率，只需占用单一的1.6MHz频带宽度，就可传送2Mbit/s的数据业务。而WCDMA和CDMA2000则是采用FDD模式，需要对称频率，由于现今大量Internet业务都是上下行不对称的，因此，FD在承载Internet业务时频谱利用率较低。同时，在所有被ITU批准的3G标准中，在同样传输2Mbit/s的数据业务时，TD-SCDMA所占用的频带最节省，其频谱利用率大约是其他标准的4~5倍。相比之下，TD-SCDMA技术在频率选择上更加灵活，能够充分利用零碎频段，频谱利用率最高。由于TD-SCDMA标准采用了智能天线，有效降低了系统的多址干扰，极大地提高了系统的容量。在三个3G标准中，在占有同等带宽的情况下，TD-SCDMA的系统容量明显高于其他标准的系统容量，更是远远高于现有的GSM网络容量。它适用于城市及郊区局部覆盖，以支持高话务密度业务。53.2小区覆盖半径小区覆盖半径的扩大对于提高系统的整体覆盖能力，以及降低基站设备成本，从而降低整体投资起到了至关重要的作用。研究结果显示:由于采用智能天线和联合检测技术，在同等功率条件下，TD-SCDMA的小区覆盖半径比其它第三代标准大出近一倍。根据TD-SCDMA系统仿真的结果，他的小区半径最高可以达到40km。在目前的实验系统中，系统能够达到的小区半径已经高达21km。3.3QoSQoS的对比主要体现在最大数据流量的承受能力对比上，因为WCDMA、CDMA2000及TD-SCDMA同作为主要3G标准，可能在网络建设的初期一些QoS的指标会着一些高低，比如象服务可用性、时延、抖动、丢包率和信噪比等，但是随着网络建设的日益完善，网优工作的逐步细致深入，这些纯技术上的优化环节最终都能够得到解决，使它们处在同一水平上。然而，唯有对数据流量的承载却不是单单技术能够解决的，因为它还受到可用信道的多少、无线资源等非技术因素的制约。在三种主要的3G标准中，TD-SCDMA由于拥有比另外两种标准宽得多的频带，以及不需要对称频段，可以根据业务需要动态分配所有频段中的空闲信道，因此在为用户提供数据业务，尤其是大数据量的数据业务的时候，其性能更佳，用户可以享受到更快、更迅捷的无线上网体验。3.4全球漫游能力一个技术的全球漫游能力将更多地取决于世界上会有多少的运营商选择相同的技术制式，也就是取决于该技术制式在全球的使用规模。对于不同的运营者，由于第二代网络不同，发展的战略、策略不同，对第三代标准会有不同的选择。在第二代移动通信系统中，全球有将近80%的运营商选择了GSM作为标准，因此它们在选择3G标准中势必考虑到平滑过渡的问题。由于第三代移动通信系统标准在无线接入技术方面与第二代有着根本的区别，所谓平滑过渡的问题主要集中在对信令协议和控制框架的继承上，而在现有的3G标准中，只有WCDMA和TD-SCDMA两种技术是基于GSM网络的，因此WCDMA和TD-SCDMA较CDMA2000在实现全球漫游上更具良好的基础。6表3-1三大主流技术比较制式WCDMACDMA2000TDSCDMA采用国家和地区欧洲、美国、中国、日本、韩国等美国、韩国、中国等中国继承基础GSM窄带CDMAGSM双工方式FDDFDDTDD同步方式异步/同步同步同步码片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s信号带宽2*5MHz2*1.25MHz1.6MHz峰值速率384kb/s153kb/s384kb/s核心网GSMMAPANSI-41GSMMAP标准化组织3GPP3GPP2[1]3GPP载频间隔5MHz1.6MHz1.25MHz帧长10ms10ms20ms功率控制快速功控：上、下行1500Hz0~200Hz反向：800Hz前向：慢速、快速功控编码方式卷积码Turbo码卷积码Turbo码卷积码Turbo码从表中可以看出，WCDMA和CDMA2000属于频分双工方式（FDD，FrequencyDivisionDuplex）而TD-SCDMA属于时分双工方式（TDD，TimeDivisionDuplex）。WCDMA和CDMA2000是上下行独享相应的带宽，上下行之间需要频率间隔以避免干扰；TD-SCDMA是上下行采用同一频谱，上下行之间需要时间间隔以避免干扰。4TDSCMA特点和优势TD-SCDMA与WCDMA、CDMA2000相比，具有如下的特点和优势：1）频谱利用率高：TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技术，在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点，因而可以使总的频谱效率更高。2）支持多种通信接口：TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口要求，基站子系统既可作为2G和2.5G的GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。3）频谱灵活性强：TD-SCDMA第三代移动通信系统频谱灵活性强，仅需单一1.6M的频7带就可提供速率达2M的3G业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。4）系统性能稳定：TD-SCDMA收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的智能天线技术；利用了CDMA和TDMA结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能减少了干扰，提高系统的性能稳定性。5）与传统系统兼容性好：TD-SCDMA支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不必引入新的呼叫模式，能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。6）系统设备成本低：TD-SCDM