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第三代移动通信(3G)网络建设技术探讨 

文章来源:QQ:31600328     作者:计算机设计资源网      发布时间:2013-1-13 17:03:56  

目录
中文摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 背景介绍 1
1.2 国外的发展状况 2
1.3 国内的发展状况 2
1.4 全文概述 3
第2章CDMA技术分析 4
2.1 RAKE接收机 4
2.2 多用户检测 4
2.3 功率控制 5
2.4 软切换 6
2.4.1软切换的实现 6
2.5 TURBO编码 7
2.6 分集技术 7
第3章 第三代移动通信(3G)协议标准及技术分析 9
3.1 CDMA2000 9
3.1.1 前向快速功率控制技术 9
3.1.2 前向快速寻呼信道技术 9
3.1.3 前向链路发射分集技术 9
3.1.4 反向相干解调 10
3.1.5 连续的反向空中接口波形 10
3.1.6 Turbo码使用 10
3.1.7 灵活的帧长 10
3.1.8 增强的媒体接入控制功能 10
3.2 WCDMA 11
3.2.1 RAKE接收 11
3.2.2 功率控制 11
3.2.3 切换 11
3.2.4 多用户检测 12
3.3 TD-SCDMA 12
3.3.1 TDD模式 12
3.3.2 低码片速率 13
3.3.3 上行同步 13
3.3.4 接力切换 13
3.3.5 智能天线 14
3.3.6 软件无线电技术 14
3.4 三种技术的比较 14
3.4.1 三大标准的技术层面比较 14
3.4.2 性能比较 15
3.4.2 三大标准的技术优劣势分析 17
第4章 无线接入网络体系结构 19
4.1 无线接入网络体系结构图 19
4.2 无线接口介绍 19
4.2.1 空中接口 19
4.2.2 MAC 20
4.3 IU接口 22
4.3.1 Iu CS协议 22
4.3.2 Iu PS 协议 23
4.3.3 Iur接口 23
4.3.4 Iur接口 24
第5章 HSDPA 27
5.1 HSDPA技术概述 27
5.2 快速L1 H-ARQ技术 28
5.3 自适应调制和编码 28
5.4 快速分组调度、时序安排和调度从RNC转移到NODE B 28
5.5 短帧长度(TTI=2MS) 29
第6章 智能天线技术的接力切换控制 32
6.1 接力切换执行分析 32
6.2 接力切换信令分析 34
6.2.1 接力切换过程(采用的是移动台辅助切换方式)成功进行的信令流程: 34
6.2.2 分析比较接力切换与硬切换 35
总结 37
致谢 38
参考文献 39

 

3.4 三种技术的比较
3.4.1 三大标准的技术层面比较
CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流技术标准,WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的全部技术要求,包括支持高比特率多媒体业务、分组数据和IP接入等。这两种系统的无线传输技术均基于DS-CDMA作为多用户接入技术,单就技术来说,WCDMA和CDMA2000在技术先进性和发展成熟度上各具优势。
在三种技术中,WCDMA和CDMA 2000采用频分双工(FDD)方式,需要成对的频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术,其扩频码速率为3.84Mc/s,载波带宽为5MHz,而CDMA 2000的扩频码速率为1.2288Mc/s,载波带宽为1.25MHz[4];另外,WCDMA的基站间同步是可选的,而CDMA 2000的基站间同步是必需的,因此需要全球定位系统(GPS),以上两点是WCDMA和CDMA 2000最主要的区别。除此以外,在其它关键技术方面,例如功率控制、软切换、扩频码以及所采用分集技术等都是基本相同的,只有很小的差别。
TD-SCDMA采用时分双工(TDD)、TDMA/CDMA多址方式工作,扩频码速率为1.28Mc/s,载波带宽为1.6MHz,其基站间必须同步,与其他两种技术相比采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信道分配、接力切换等技术,具有频谱使用灵活、频谱利用率高,并能够为网络运营商提供从第二代网络向通过现有的传输链接提供第三代业务的网络的渐进、无缝的转换等特点,适合非对称数据业务。
TDD和FDD比较:
由于CDMA2000和WCDMA采用的是FDD,TD-SCDMA采用的是TDD,使得它们在频谱的利用上有很大区别。FDD系统却需要成对的频带,而TDD系统能够在非成对频带中使用,使TDD的频谱利用率成倍上升。而且由于在TDD系统中,上行链路和下行链路使用的是同一个频带,所以上行链路中的快衰落和下行链路中的快衰落是一样的。根据接收到的信号,TDD发射机可以对影响传输的快衰落进行估计。但是,由于TDD同用一个频带,上下两个传输方向就有可能互相干扰,必须采用帧同步。
3.4.2 性能比较
(1)标准稳定性
WCDMA标准由3GPP组织制订,主要特点是无线接入网采用WCDMA技术,核心网分为电路域和分组域,分别支持话音业务和数据业务,并提出了开放业务接入(OSA)的概念和提出了高速下行分组接入(HSDPA)的方案,可以使最高下行速率达到10Mb/s,已经基本稳定。
CDMA2000标准由3GPP2组织制订,在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体,此版本已经稳定。在一个1.25MHz的标准载波中,同时提供语音和高速分组数据业务,最高速率可达3.1Mb/s。
TD-SCDMA标准也由3GPP组织制订,目前采用的是中国无线通信标准组织(China Wireless Tele communication Standard,CWTS)制订的TSM(TD-SCDMA over GSM)标准,基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TD-SCDMA系统[6]。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备,其A接口和Gb接口与GSM完全相同,只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足,特别是在高密度用户区容量不足的问题,另一方面可以为用户提供初期最高达384kb/s的各种速率的数据业务,所以基于TSM标准的TD-SCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TD-SCDMA将融入3GPP的R4及后续标准中。
在标准的完整性方面,三种技术在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案,在核心网技术方面,都有向分组化演进的路线,但3GPP在标准规范方面的思路更清晰。在业务、网管、计费相关规范方面,3GPP的定义更严谨、更完善。
(2)系统性能
系统性能主要表现为系统容量和覆盖,从蜂窝组网的情况来考察,一般系统容量可以通过系统仿真和实测来获得,下面主要对这两个方面进行比较。
1)首先是容量。
在讨论无线系统的容量时,不能脱离具体的业务和无线环境,因此在采用CDMA技术的系统中,空中接口的容量与业务的Eb/Io(比特能量与干扰功率密度之比)、增益处理、其它小区的干扰、基站发射功率和信道码的数量均有关系,下面分别说明对于话音业务和高速分组数据业务,三种技术的容量差别。
对于话音业务,由于三种系统载波带宽不同,一般比较单位带宽内的平均容量。虽然仿真设定的条件不完全相同,但是WCDMA和CDMA2000的结果相近,TD-SCDMA也没有大的差别。对于数据业务容量,一般用系统的单位带宽内的数据吞吐量来表示,3G引入了多种速率的数据业务,即使是对同一系统,不同的业务组合也会产生不同的数据吞吐量。一般对数据吞吐量的比较都针对同一小区内用户均使用相同速率的数据业务,从仿真的结果看,对于中低速数据,WCDMA和CDMA2000是基本相当的,但是WCDMA在高速数据业务上具有优势。TD-SCDMA由于其技术特点,在理论上具有较高的频谱效率,适合提供数据业务,但还需要得到更多试验的验证。
2)其次是覆盖。
基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般通过上下行链路预算,来估算基站的覆盖范围,在相同的频带内,WCDMA和CDMA2000的覆盖基本相同。由于TD-SCDMA采用TDD方式,在覆盖上要逊于采用FDD方式的其它两种技术。
总之,WCDMA和CDMA2000同为FDD的CDMA技术,技术上没有本质差别,许多仿真和现场试验结果反映系统性能基本相当。TD-SCDMA与其它两种技术有较大差别,要做更多的仿真和试验验证其性能。
(3)业务提供能力
目前业务的竞争已经成为现有运营商的竞争焦点,只有能够提供全方位的大众业务和特色业务,才能更多地争取用户,提高竞争力。
3GPP和3GPP2都对业务分类和业务生成机制进行了规范,在业务种类方面二者基本相同,包括基本话音业务、补充业务以及多种数据业务。但是,在业务生成机制方面,3GPP中定义了多种业务生成机制,例如基于网络的OSA和用户化应用移动网络增强辑(Customised Application for Mobile Network Enhanced Logic,CAMEL)、移动执行环境(Mobile Execution Environment,MEXE)和USAT(USIM Application Tool kit,USIM应用工具箱,其中USIM是Universal Subscriber Identity Module通用用户识别模块)等。这些机制都着眼于能使运营商方便快速地提供业务,并本着业务的提供和基础网络相分离的原则,使得业务可以由运营商以外的第三方提供,在业务和网络之间采用开放的标准接口,业务的开发主要由IT开发人员来完成,运营商负责网络的运营和对众多的业务提供商的组织和管理[7]。3GPP2也提出了相应的业务理念,在智能网方面有WIN规范,在开放业务体系方面,目前并无相关规范,打算采用3GPP的OSA概念。所以3GPP2在开放业务体系方面起步较晚,没有3GPP完善。
从总体上看,3GPP组织在业务规范上更完善,目前除了基于CAMEL的智能网业务以外,其他业务方式还未得到广泛应用,但它们为将来的业务开发奠定良好的基础。目前,高通公司推出的BREW(Binary Runtime Environment for Wireless)业务是一种非标准化的业务,它为无线业务提供了端到端的解决方案,包括向应用开发者提供BREW软件开发工具包,向设备制造商提供BREW应用平台,向运营商提供控制和管理BREW的分发系统,向最终用户提供应用下载能力,BREW目前主要应用于CDMA2000系统。
(4)漫游能力
良好的全球漫游能力有利于与其他运营商的合作和吸引高端用户,影响漫游能力的主要因素包括运营商的采用情况、使用频段以及信令的互通性。从运营商的选择看,虽然CDMA2000的商用早于WCDMA和TD-SCDMA,而且应用范围也较广,但是从全球主要运营商的选择来看,80%的运营商选择WCDMA技术,这就为WCDMA的漫游能力提供了良好的发展机会。
从使用的频段看,CDMA2000多采用带内演进的方式实现,即多数运营商使用CDMAone的800MHz频段,WCDMA多采用ITU规定的2GHz频段。在我国,信息产业部已经公布了3G的频率规划,可以看出,对于FDD和TDD方式都是首先启用2GHz频段。
从信令互通性看,在核心网方面,WCDMA基于GSM的移动应用协议(MAP),用户识别使用和GSM系统相同的IMSI(国际移动用户识别),实践证明具有良好的互通性。CDMA2000采用基于CDMAone的ANSI-41协议,用户识别使用基于MIN的IMSI,虽然在技术上实现互通不成问题,但要对系统进行升级,实践证明这些都影响了漫游能力。TD-SCDMA目前还没有商用网络,其漫游将有赖于多模终端的出现。
3.4.3 三大标准的技术优劣势分析
 

 
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