第三代移动通信技术(3G),是指支持高速数据传输的蜂窝
移动通讯技术。
国际电信联盟(ITU)确定3G通信三大主流标准是
W-CDMA(宽带码分多址接入)、
CDMA2000(码分多址接入)和
TD-SCDMA (时分同步码分多址接入),
WiMAX是继W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四个3G标准。
3G简介
3G是
第三代移动通信技术,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息。3G是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的一代移动通信系统。
3G对移动通信技术标准做出了定义,使用较高的频带和CDMA技术传输数据进行相关技术支持,工作频段高,主要特征是速度快、效率高、信号稳定、成本低廉和安全性能好等,和前两代的通信技术相比最明显的特征是3G网络技术全面支持更加多样化的多媒体技术。
3G标准总述
ITU在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准,写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》;2007年,WiMAX(又名802.16)也被接受为3G标准之一。
W-CDMA
W-CDMA是一种由
3GPP具体制定的,基于GSM MAP核心网,UTRAN(UMTS陆地
无线接入网)为无线接口的第三代移动通信系统。W-CDMA有Release99、Release4、Release5、Re~lease6等版本。W-CDMA(宽带码分多址)是一个ITU(国际电信联盟)标准,它是从码分多址(CDMA)演变来的,在官方上被认为是IMT一2000的直接扩展,与市场上通常提供的技术相比,它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WcDMA采用直接序列扩频码分多址(DS—CDMA)、
频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz.基于Release99/Release4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图像、数据以及视频通信,速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。
值得注意的是W-CDMA系统的容量、覆盖、质量i者之间的关系是相互影响相互制约的,它们三者又直接影响着建网的投资。在规划中确定了要满足的通信质量要求之后,需要解决的就是覆盖与容量间的平衡问题,运营商在规划阶段的最大挑战就是容量与覆盖间的取合。为了很好地解决W-CDMA系统覆盖与容量之间的矛盾,消除干扰,提升系统容量,满足用户业务需求,在W-CDMA的后续发展中产生了许多新技术。其中最值得关注的就是高速下行分组接人(HSDPA)。
HSDPA是3GPP在R5协议中为了满足上/下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法,它可以在不改变已经建设的WCDMA网络结构的情况下,把下行数据、服务速率提高到10Mbps。该技术是W-CDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。
HSDPA采用的关键技术是
自适应调制编码(AMC)和混合自动重复(HARQ)。AMC根据信道的质量情况,选择最合适的调制和编码方式。HSDPA技术增加了高速下行共享信道(HS—DSCH),并依靠HARQ和AMC对信道变化进行适应。不同的用户在时分和码分上共享HS-DSCH信道。为了承载下行信令,还增加了共享控制信道(HS-SCCtI),与HS—DSCH相关的上行采用DPCCH-HS信道,承载
HARQ的ACK/NACK信息和信道质量测量指示(CQI)。同时在NodeB增加了MAC-hs实体,该功能实体包含HARQ和HSDPA的调度功能以及对HS-DSCH的控制功能。HSDPA提高下行数据速率的一种方法是采用多天线发射和多天线接收(
MIMO)技术。其他技术也对WCDMA网络性能的提升提供帮助,比如智能天线和多用户检测。前者能显著提高系统的容量和覆盖性能,提高频谱利用率,从而降低运营商成本,后者通过对多个用户信号进行联合检测,从而尽可能地减小多址干扰来达到提高容量或覆盖的目的。
CDMA2000
CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,由美国主推,该标准提出了从CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略。采用的是频分双工模式,即上先行链路采用不同频点,这一点与GSM是一样的。其次,CDMA2000采用的是多载波技术,即用多路载波传输信号,可以抗多径效应和码间干扰,从而提高空中接口传输速率。
CDMA2000采用了
GPS同步方式,切换时RNC(
无线网络控制器)已经知道基站间的时间关系,则不需要UE(用户设备)上报目标基站和源基站之间的时间关系(SFN—CFN)可以直接进行切换。
TD-SCDMA
TD—SCDMA(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access,即时分同步码分多址存取,是由我国信息产业部电信科学技术研究院提出,与德国西门子公司联合开发。主要技术特点:时分双工技术、
智能天线技术和软件无线电技术。
(1)时分双工技术。在
TDD(时分同步)模式下,TD-SCDMA采用在周期性重复的时间帧里传输基本TDMA突发脉冲的工作模式(与GSM相同),通过周期性转换传输方向,在同一载波上交替进行上下行链路传输。
(2)
智能天线技术。
智能天线系统由一组天线及相连的
收发信机和先进的数字信号处理算法构成,能有效产生多波束赋形,每个波束指向一个特定终端,并能自动跟踪移动终端。在接收端,通过空间选择性分集,可大大提高接收灵敏度,减少不同位置同信道用户的干扰,有效合并多径分量,抵消
多径衰落,提高上行容量;在发送端,智能空间选择性波束成形传送,降低输出功率要求,减少同信道干扰,提高下行容量。智能天线改进了小区覆盖,智能天线阵的辐射图形完全可用软件控制,在网络覆盖需要调整等使原覆盖改变时,均可通过软件非常简单地进行网络优化。此外,智能天线降低了无线
基站的成本,智能天线使等效发射功率增加,用多只低
功率放大器代替单只高功率放大器,可大大降低成本,降低对电源的要求及增加可靠性。智能天线无法解决的问题是时延超过码片宽度的多径干扰和高速移动多普勒效应造成的信道恶化。因此,在多径干扰严重的高速移动环境下,智能天线必须和其它抗干扰的
数字信号处理技术同时使用,才可能达到最佳效果。这些数字信号处理技术包括联合检测、干扰抵消及
Rake接收等。
(3)软件无线电技术。
软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术,能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号,通过加载不同的软件,可实现不同的业务性能。
WiMAX
WiMAX全称World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)。是继W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四个3G标准,与其他3G技术来源于电信领域不同,WiMAX起源于计算机领域。WiMAX是基于
IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网(BWA-MAN)技术,也称为IEEE Wireless MAN,是一种大众用户提供“最后一英里”的接入方案。WiMAX用户可以再50km以内用最快的速度进行数据的通讯,3G网络速度与其相比,仅为WiMAX的1/30。
在WiMAX标准体系中,核心标准是802.16d和802.16e。IEEE802.16d标准,支持固定
宽带无线接入系统空中接口。IEEE802.16c,支持固定和移动的宽带无线接入系统空中接入标准。这两个核心标准已经渐渐成为不兼容的两种技术。IEEE802.16e是802.16/802.16a的增补方案,由于WiMAX在无线链路的
物理层和
MAC层的设计考虑突发的分组数据业务的要求,能够适应无线信道环境,和有线接入相比,甚至是
光纤接入技术竞争。
对比
WCDMA与CDMA2000都是采用 FDD(频分数字双工)模式,TD-SCDMA采用TDD (时分数字双工)模式。
WCDMA与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术,即当手机发生移动或是与手机通信的基站话务繁忙使手机需要与一个新的基站通信时,并不先中断与原基站的联系,而是先与新的基站连接后,再中断与原基站的联系,这是经典的CDMA技术。“软切换”是相对于“硬切换”而言的。FDMA和
TDMA系统都采用“硬切换”技术,先中断与原基站的联系,再与新的
基站进行连接,因而容易产生掉话。由于软切换在瞬间同时连接两个基站,对信道资源占用较大。而TD-SCDMA则是采用了越区“接力切换”技术,智能天线可大致定位用户的方位和距离,基站和
基站控制器可根据用户的方位和距离信息,判断用户是否移动到应切换给另一基站的临近区域,如果进入切换区,便由基站控制器通知另一基站做好切换准备,达到接力切换目的。接力切换是一种改进的硬切换技术,可提高切换成功率,与软切换相比可以减少切换时对邻近基站信道资源的占用时间。
WiMAX采用很多先进技术提高数据速率,含有
OFDMA、先进编码技术CTC、自适应编码和调制AMC、混合自动重传请求
ARQ、自适应波束成型、时空码、以及MIMO等相关技术。