3G三大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之完全比較

1、評估方法,按ITU的要求，參照通函和M.1225建議，對7個(gè)評估內(nèi)容分以下三個(gè)類型開展工作 A3.1和A3.7，即頻譜效率和覆蓋效率進(jìn)行詳細(xì)的鏈路級和系統(tǒng)級仿真。 對信道編碼/糾錯(cuò)編碼、天線系統(tǒng)、基站同步要求、切換、最高用戶比特速率、可變比特率、功率控制特性等進(jìn)行重點(diǎn)評估。 對其他內(nèi)容通過討論確定是否評估，并主要通過經(jīng)驗(yàn)判斷、分析確定評估結(jié)果。,頻譜利用率 解決廣泛使用(高密度、低頻率使用費(fèi))的關(guān)鍵 通信距離/發(fā)射功率 降低成本(設(shè)備成本與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用)的關(guān)鍵 設(shè)備價(jià)格 系統(tǒng)設(shè)備、終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用應(yīng)當(dāng)不高于有線電話 組網(wǎng)能力 與現(xiàn)有PSTN的兼容性及與未來網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力 可能提供的業(yè)務(wù)

2、話音、傳真、數(shù)據(jù)、增值業(yè)務(wù)、移動性 技術(shù)先進(jìn)性 只有高技術(shù)才能解決上述問題,移動通信的技術(shù)要求,頻譜利用率,提高頻譜利用率的意義 降低頻率使用費(fèi) 在有限頻譜資源下增加系統(tǒng)容量，滿足高密度用戶需要 降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程費(fèi)用(小區(qū)間距可以大一些) 定義： 每小區(qū)內(nèi)單位頻帶能提供的信道數(shù)(ch/MHz/cell) 典型無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率比較 接入方式 FDMA TDMA CDMA SCDMA (TACS) (GSM) (IS-95) 理論 1 15 20 100 試驗(yàn) 1 3-7 10 50 SCDMA 技術(shù)是目前具有最高頻譜利用率的技術(shù),發(fā)射功率的考慮,降低無線設(shè)備發(fā)射功率的意義 對基站： 降低

3、成本( 高功放及其電源是基站成本主要部分); 提高可靠性并便于維護(hù) 對終端設(shè)備 降低功耗： 提高電池使用時(shí)間；減輕電磁輻射對人體影響 降低發(fā)射功率的限制：要達(dá)到一定通信距離 電波傳播衰落 接收機(jī)靈敏度 信號的抗多徑及干擾的能力 典型無線通信系統(tǒng)的每信道基站發(fā)射功率比較 系統(tǒng) TACS GSM IS-95 SCDMA 最大發(fā)射功率 30-50W 2-3W 1W 0.1W,核心網(wǎng)(CN),無線接入網(wǎng)(RAN) 2G 3G,第三代移動通信示意圖,GSM,PDC,IS-41核心網(wǎng) (CDMA網(wǎng)絡(luò)),GSM核心網(wǎng),IS-95 CDMA,cdma2000-1x、3x,W-CDMA,無線接口后向兼容,核心網(wǎng)

4、絡(luò)后向兼容,新的無線接口,NNI,TD-SCDMA/ TD-CDMA,IP核心網(wǎng),全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò),3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較,3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較（續(xù)）,3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較（續(xù)）,3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較（續(xù)）,內(nèi)容,Generations of Wireless System 移動通信基本概念 IMT-2000 要求 主要標(biāo)準(zhǔn) IMT-2000 頻率分配 從GSM向UMTS的演進(jìn) IS95向第三代的過渡與cdma-2000技術(shù) TD-SCDMA LAS-CDMA,WCDMA標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展,3GPP Rel99,3GPP Rel4,3GPP Rel5,功能凍結(jié) 時(shí)間點(diǎn),2000/03,2

5、001/03,2002/03,GSM/GPRS核心網(wǎng) WCDMA FDD,電路域IP話音承載 電路域Call Server/ MGW,IP實(shí)時(shí)多媒體 HSPDA,WCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃清晰，制定嚴(yán)謹(jǐn) 支持高速分組數(shù)據(jù)接入（HSDPA）技術(shù)，順應(yīng)未來高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求 順應(yīng)IP技術(shù)發(fā)展潮流，分階段引入IP，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的IP化，標(biāo)準(zhǔn)完善 2001/06及以后發(fā)布的協(xié)議能夠保持前向兼容,cdma2000標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展,IS-95A,規(guī)范完成 時(shí)間點(diǎn),1995,1998,2000,QCELP話音編碼 9.6kbps,115.2kbps 8碼道捆綁,307.2kbps 話音容量加倍,cdma2000 1x

6、EV-DO/DV,2002,DO:高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) DV:高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù),IS-95B,cdma20001x,cdma2000-3x,?,cdma2000標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展存在不確定因素 支持1x EV技術(shù)，順應(yīng)未來高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求 業(yè)界對cdma2000 1x EV-DO/DV的發(fā)展存在爭議 在核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方面相對滯后,未來高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展分析,WCDMA和cdma2000高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比較,接口開放性分析,WCDMA規(guī)范制定嚴(yán)謹(jǐn)，組織嚴(yán)密 3GPP規(guī)范規(guī)定，WCDMA所有接口都是開放的 日本的DoCoMo的試驗(yàn)網(wǎng)證明了Iub接口開放的可行性 cdma2000標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性有待加強(qiáng) IS95廠

7、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 Abis接口不開放，不同廠商的BTS和BSC不能互通,信令組網(wǎng)與漫游分析,WCDMA和cdma2000信令組網(wǎng)與漫游比較,在我國應(yīng)用時(shí)，處理CDMA信令組網(wǎng)及漫游時(shí)應(yīng)考慮的問題 國內(nèi)CDMA信令網(wǎng)采用ITU 7號信令，需要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成MIN到IMSI的轉(zhuǎn)換和構(gòu)造 分配給我國的MIN號段不連續(xù)，應(yīng)重視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的號碼分析和路由配置 可考慮應(yīng)用IMSI來解決CDMA漫游問題 需要升級現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 需要考慮向下兼容的問題 網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)支持MIN和IMSI，對設(shè)備提出特殊的要求,信令組網(wǎng)與漫游分析（續(xù)）,關(guān)鍵技術(shù)分析,關(guān)鍵技術(shù)分析,關(guān)鍵技術(shù)分析,

8、語音能力分析,WCDMA與cdma20001x的語音能力相當(dāng),語音業(yè)務(wù)容量(單位：Erlang/MHz/cell),WCDMA仿真及測試數(shù)據(jù)來自華為2001年10月外場試驗(yàn)，cdma2000測試數(shù)據(jù)來自華為2001年8月外場試驗(yàn) WCDMA與cdma2000語音編碼速率有所差別,數(shù)據(jù)能力分析,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量(單位：Kbps/MHz/cell),WCDMA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量比cdma2000要大,預(yù)置條件,WCDMA仿真及測試數(shù)據(jù)來自華為2001年10月外場試驗(yàn)，cdma2000測試數(shù)據(jù)來自華為2001年8月外場試驗(yàn),無線覆蓋分析,華為WCDMA、cdma2000在核心頻段靈敏度測試結(jié)果,地點(diǎn)：上海外場

9、，一般城區(qū) 時(shí)間：2001/12 車速：60km/s； 測試條件：雙極化天線、增益17.15dbi、掛高25米,華為WCDMA覆蓋性能測試結(jié)果,WCDMA、cdma2000在核心頻段的無線覆蓋能力相當(dāng),對智能天線支持的分析,智能天線是3G中最重要的增強(qiáng)技術(shù)之一 4天線多波束切換相對雙天線接收分集，系統(tǒng)容量約提高一倍、覆蓋面積提高50% 采用智能天線技術(shù)建設(shè)移動網(wǎng)，每用戶成本可減少約27%,WCDMA標(biāo)準(zhǔn)能夠更好的支持智能天線技術(shù),TD-SCDMA技術(shù)的評估結(jié)果,中國的TD-SCDMA提案完全符合并超出ITU的最低要求 驗(yàn)證了TD-SCDMA技術(shù)的優(yōu)勢，如: 由于采用智能天線和同步CDMA技術(shù)，

10、所以容量大 成本低 適合非對稱數(shù)據(jù)的傳輸 頻段使用靈活,TD-SCDMA的標(biāo)準(zhǔn)化情況（續(xù)）,1998年11月TG8/1倫敦會議明確TD-SCDMA符合IMT-2000要求，適應(yīng)于所有環(huán)境應(yīng)用。 1999年3月完成TD-SCDMA關(guān)鍵參數(shù) 1999年4月成立中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組(CWTS)，組織國內(nèi)幾十個(gè)單位共同制定移動通信標(biāo)準(zhǔn)； 1999年10月完成提交到ITU的TD-SCDMA無線接口技術(shù)規(guī)范； 1999年11月TG8/1會議通過TD-CDMA作為RSPC建議CDMA TDD一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(5.3節(jié)) 2000年5月ITU-R RA-2000正式批準(zhǔn)RKEY(M.1455)和RSPC建議(M.1

11、457),TD-SCDMA在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化,中國在ITU一直倡導(dǎo)TDD的融合 1999年初主辦多次TDD融合專題研討會，并開始向3GPP提交文稿； 1999年5月CWTS加入3GPP； 1999年9月運(yùn)營者融合組織(OHG)包括TD-SCDMA的兩種碼片速率的CDMA TDD方式； 1999年10月TSG RAN接受接受一個(gè)TDD模式，兩個(gè)選項(xiàng)的概念，接受1.28Mcps碼片速率。TD-SCDMA正式開始在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化；,TD-SCDMA在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化(續(xù)),1999年底基本接受保留兩個(gè)TDD優(yōu)勢，明確標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃，即2000年6月完成技術(shù)報(bào)告計(jì)劃；R00完成標(biāo)準(zhǔn)化； 3GPP在Rel

12、ease 4，即2001年3月完成低碼片速率(TD-SCDMA)的標(biāo)準(zhǔn)化工作； 核心網(wǎng)分為基于GSM/GPRS(R99、R4)和全I(xiàn)P(R5)兩個(gè)階段。,TDD雙工方式的優(yōu)點(diǎn),頻譜靈活性：不需要成對的頻譜。 在2GHz以下已很難找到成對的頻譜 上下行使用相同頻率，上下行鏈路的傳播特性相同，利于使用智能天線等新技術(shù) 支持不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：根據(jù)上下行業(yè)務(wù)量來自適應(yīng)調(diào)整上下行時(shí)隙寬度 FDD系統(tǒng)一建立通信就將分配到一對頻率以分別支持上下行業(yè)務(wù)。在不對稱業(yè)務(wù)中，一半頻率是浪費(fèi) FDD系統(tǒng)也可以用不同寬度的頻段來支持不對稱業(yè)務(wù)，但： 頻段相對固定，不可能靈活使用(例如下行頻段比上行頻段寬一倍) 到底需要什

13、么樣的不對稱性？ 成本低：無收發(fā)隔離的要求，可以使用單片IC來實(shí)現(xiàn)RF收發(fā)信機(jī),TDD雙工方式的缺點(diǎn),峰值/平均發(fā)射功率之比隨時(shí)隙數(shù)增加而增加 CDMA系統(tǒng)已要求較大的峰值/平均發(fā)射功率之比 此比值隨時(shí)隙數(shù)增加而增加，例如TD-SCDMA可能再增加7dB；而UTRA-TDD則可能增加12dB 因CDMA要求線性工作，此最大發(fā)射功率不可能很大，故TDD系統(tǒng)的通信距離較小 通信距離(小區(qū)半徑)還受電波傳播的時(shí)延所限制，通常小區(qū)半徑為FDD系統(tǒng)的30%左右 不連續(xù)發(fā)射，抗拒快衰落和多普勒效應(yīng)的能力低于FDD系統(tǒng)。在高速移動環(huán)境的性能較差，故目前TDD系統(tǒng)僅支持終端移動速度為120km/h。,TDD

14、和 FDD,在第三代移動通信中必要的兩種雙工方式 FDD 適合于大區(qū)制的全國系統(tǒng) 適合于對稱業(yè)務(wù)，如話音、交互式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等 TDD 適合于高密度用戶地區(qū)：城市及近郊區(qū)的局部覆蓋 適合于對稱及不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如話音、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、特別是互聯(lián)網(wǎng)方式的業(yè)務(wù) 能提供成本低廉的設(shè)備 預(yù)計(jì)在3G中，使用移動衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，使用FDD提供大區(qū)制對稱業(yè)務(wù)，在城市及近郊區(qū)使用TDD系統(tǒng)，用多模終端實(shí)現(xiàn)漫游,IMT2000的CDMA TDD標(biāo)準(zhǔn)概況,兩種CDMA TDD RTT： TD-SCDMA和UTRA TDD 兩種TDD方案的異同： 項(xiàng)目TD-SCDMAUTRA TDD 帶寬和碼片速率1.6MHz/

15、1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps 幀結(jié)構(gòu)7時(shí)隙/5ms15時(shí)隙/10ms 智能天線使用難使用 同步CDMA1/8chip2chips 多用戶檢測使用使用 軟件無線電全面使用部分使 切換接力切換硬切換 相同技術(shù)：信道編碼和交織、調(diào)制(QPSK)、DCA、TDX、ODMA等等 設(shè)計(jì)思想：全面滿足IMT2000要求室內(nèi)系統(tǒng)，作為FDD的補(bǔ)充,TD-SCDMA 的關(guān)鍵技術(shù),時(shí)分雙工 . 適應(yīng)于無線資源的自適應(yīng)分配 碼分多址 . 允許同時(shí)多個(gè)用戶接入 聯(lián)合檢測 . 使同小區(qū)內(nèi)干擾減至最小 動態(tài)信道分配 . 從而減少小區(qū)間的干擾 智能天線 . 進(jìn)一步降低小區(qū)間的干擾,時(shí)分雙工的優(yōu)勢： 可用于不

16、成對頻段 無需成對的有雙工間隙的頻段 通過適配于用戶話務(wù)需要，頻譜效率得到了提高 上行和下行使用同樣的載頻，因此無線傳播是對稱的 最適用于智能天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn),TDD(時(shí)分雙工技術(shù)),5ms,1上行時(shí)隙和6下行時(shí)隙 用于文件下載,internet瀏覽等(適用于下行數(shù)據(jù)流量大) 可達(dá)2Mbit/s傳輸速率,5ms,5ms,對稱結(jié)構(gòu) (適用于語音呼叫等),6上行時(shí)隙/1下行時(shí)隙(文件上傳等),靈活分配上下行話務(wù)信道,Example:,CDMA 特性 多用戶同時(shí)接入同一無線信道 基于用戶需要分配容量 每一個(gè) CDMA 用戶，同其他使用同樣的無線信道和時(shí)隙的用戶產(chǎn)生干擾(MAI= 多接入干擾),碼分多址

17、技術(shù)(cdma),最多16個(gè)碼型,1.6 MHz,下行,下行,下行,下行,上行,每一個(gè)用戶通過臨時(shí)分配的CDMA碼來識別,Timeslot,下行,下行,聯(lián)合檢測Joint Detection,聯(lián)合檢測Joint Detection: 所有信道的信號被同時(shí)解碼 從復(fù)合信號中減去其他信道的信號來獲得每一個(gè)信道的信號 聯(lián)合檢測可獲得小區(qū)內(nèi)干擾為零,一個(gè)特定的空中接口脈沖結(jié)構(gòu),允許通過接收器來估計(jì)無線信道 考慮到被估計(jì)的無線信道，所有信號同時(shí)被檢測,避免多接入干擾 相對擴(kuò)大檢測動態(tài)范圍，因此不需要軟切換 小區(qū)內(nèi)干擾最小化,JD是怎樣工作的 ?,為什么 JD 這么重要 ?,聯(lián)合檢測Joint Detec

18、tion, 如果每時(shí)隙只有 1 個(gè)用戶信號, 聯(lián)合檢測 (JD) 不是有效的. 在同步CDMA模式下,多個(gè)用戶共享每個(gè)時(shí)隙,聯(lián)合檢測是有效的. 通過聯(lián)合檢測的MAI計(jì)算矩陣, 去除多用戶干擾(MAI，由CDMA多個(gè)用戶信號引起的) 結(jié)論：通過去除MAI增加了CDMA的負(fù)載系數(shù)，JD增加了的CDMA 系統(tǒng)容量 ( 乘 3). 通過去除 MAI, 對多用戶信號檢測動態(tài)范圍達(dá)20 dB，無需快速功率控制.,聯(lián)合檢測導(dǎo)致最優(yōu) TD-SCDMA 容量,聯(lián)合檢測圖示,8碼道/時(shí)隙為例,信道評估參數(shù): 直達(dá)信號和延遲信號的電平和時(shí)間等,動態(tài)信道分配 (DCA),每個(gè)小區(qū)的多個(gè)無線信道允許頻域信道動態(tài)分配 1

19、.6 MHz 的 TD-SCDMA 帶寬，同5 MHz 的帶寬相比，在同樣的頻譜范圍內(nèi)可以有三倍以上的無線信道,以下 3 種動態(tài)信道分配方法面減少小區(qū)間干擾，頻譜效率得到了優(yōu)化,頻域動態(tài)信道分配(FDMA),動態(tài)信道分配 (DCA),動態(tài)信道分配 (DCA),7 個(gè)時(shí)隙減少了在一個(gè) TD-SCDMA 載頻中每個(gè)時(shí)隙同時(shí)激活的用戶的數(shù)量 每個(gè)載頻的多個(gè)時(shí)隙允許動態(tài)地將最小干擾的時(shí)隙分配給激活的用戶,時(shí)域動態(tài)信道分配 (TDMA),通過使用適應(yīng)性智能天線，可以基于每一個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)方向性解耦,空域動態(tài)信道分配 (SDMA),動態(tài)信道分配 (DCA),慢速 DCA: 根據(jù)測量結(jié)果對每個(gè)小區(qū)的信道分配質(zhì)量

20、指示值Pi 許可控制: 允許使用信道的需要的SIR( 其質(zhì)量基于slow DCA) 快速 DCA: 對UDD 數(shù)據(jù)即時(shí)分配無線資源 Code pooling: 當(dāng)業(yè)務(wù)需要超過一個(gè)無線資源時(shí), 在同一個(gè)時(shí)隙上使用多碼,動態(tài)信道分配 (DCA),信道分配 或拒絕,DCA 算法,信道分配 成本函數(shù),信道分配,優(yōu)先級表 更新函數(shù),優(yōu)先級表,業(yè)務(wù)類型,呼叫建立,路徑損耗,無線資源數(shù)量 (Bit rate),成功的呼叫,小區(qū)內(nèi)切換,小區(qū)間切換,掉話 drop out,測量 (I, CIR, BER .),加權(quán),動態(tài)信道分配 (DCA)算法,上行同步,通過精確調(diào)整移動臺 發(fā)射的時(shí)間提前量 不同移動臺信號 同

21、時(shí)到達(dá)基站 保證擴(kuò)頻碼間正交性 提高聯(lián)合檢測性能,智能天線(Smart Antenna),波束成型-智能天線,功率,天線的每個(gè)單元是全向的 波束成型是通過單天線單 元的不同功率和脈沖形狀 而形成的,智能天線有效性,蜂窩TDD 復(fù)用情況下，減少小區(qū)間干擾: 智能天線的平均方向性 8 dB = 增長的 C/I 率. 增長的 C/I 關(guān)系等同于減少減少小區(qū)間干擾 (ICI) 8 dB.,沒有智能天線: 小區(qū)復(fù)用簇 c = 3 導(dǎo)致相對 C/I 8 dB. 有智能天線: 小區(qū)復(fù)用簇 c = 3 導(dǎo)致相對 C/I 16 dB. 智能天線增益: 通過減少小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)的干擾，每個(gè)小區(qū)的容量增長了 2倍.,

22、中國頻率資源分配:,TD-SCDMA,W-CDMA,空中接口,TDD,FDD,模式,20 + 15 MHz,60 MHz,頻段,1.6 MHz,5 MHz,射頻帶寬,可用性,從 2003 開始 (目前: WLL),1900,1920,1980,2010,2025,60 MHz,60 MHz,20 MHz,15 MHz,FDD (上行),FDD (下行),TDD,TDD,衛(wèi)星,空,30MHz,2110,2170,空,1885,85 MHz,15 MHz,現(xiàn)在,任何頻譜都可用于 TD-SCDMA,雙工間隔 190 MHz,現(xiàn)在,1.6 MHz,15 + 85 MHz,TDD,? TD-SCDMA ?,無需使用成對的頻段,TD-SCDMA滿足各種場合無線覆蓋,宏蜂窩覆蓋,小區(qū)半徑: 350m至20Km 室外覆蓋 郊外，鄉(xiāng)村等地域 支持終端高速移動 傳輸速率可達(dá)384 kbps,微微蜂窩覆蓋,小區(qū)半徑: 室內(nèi) 室內(nèi)覆蓋 低速移動 (10km/h) 傳輸最高可達(dá)2 Mbps或更高,小區(qū)半徑: 50-300m 城市、熱點(diǎn)地區(qū)覆蓋 中等速率移動 ( 10km/h) 傳輸速率可達(dá)384 kbps,微蜂窩覆蓋,TD-SCDMA:適用于TDD頻段的3G技術(shù),TD-SCDMA,IMT2000和3GPP Release 4 的重要組 成部分,高效的空中接口,3G技術(shù)中最新的空中接