G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

3G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究摘要：第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）的目標(biāo)主要是全球化、綜合化和個(gè)人化，可以提供各種各樣的更為豐富多彩的業(yè)務(wù)。在未來(lái)，隨著各種先進(jìn)信息技術(shù)的融合，3G信息將是會(huì)有互相取長(zhǎng)補(bǔ)短的功能。發(fā)展第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)在全球也形成共識(shí)，本文先分析了移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)闡述了3G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其特點(diǎn)，并討論了3G在中國(guó)的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)做了展望。關(guān)鍵詞：3G系統(tǒng)功率控制分集接收智能天線OFDM技術(shù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的1）培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2）鞏固所學(xué)的移動(dòng)通信技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力；3）掌握文獻(xiàn)資料的檢索與運(yùn)用，并學(xué)會(huì)撰寫嚴(yán)謹(jǐn)流暢的設(shè)計(jì)文檔。1移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（如AMPS和TACS等）是采用FDMA制式的模擬蜂窩系統(tǒng)，其主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低、系統(tǒng)容量小、業(yè)務(wù)種類有限，不能滿足移動(dòng)通信飛速發(fā)展的需要。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（如采用TDMA制式的歐洲GSM/DCS1800，北美IS-54和采用CDMA制式的美國(guó)IS-95等）則是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。雖然其容量和功能與第一代相比有了很大的提高，但其業(yè)務(wù)主要限于話音和低速率數(shù)據(jù)（9.6kb/s），遠(yuǎn)不能滿足新業(yè)務(wù)和高傳輸速率的需要。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)稱3G系統(tǒng)，它最早是國(guó)際電聯(lián)（ITU-R）于1985年提出的，當(dāng)時(shí)命名為未來(lái)公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)(FPLMTS)。由于當(dāng)時(shí)預(yù)期該系統(tǒng)在2000年使用，并工作在2000MHZ頻段，故于1996年正式改名為IMT-2000。根據(jù)IMT-2000系統(tǒng)的基本標(biāo)準(zhǔn)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由4個(gè)功能子系統(tǒng)構(gòu)成，它們是核心網(wǎng)（CN）、無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）、移動(dòng)臺(tái)（MT）和用戶識(shí)別模塊（UIM）。其中核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要內(nèi)容，也是第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制訂中最難辦的技術(shù)內(nèi)容。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)大致目標(biāo)是全球化、綜合化和個(gè)人化。全球化就是提供全球海陸空三維的無(wú)縫隙覆蓋，支持全球漫游業(yè)務(wù)；綜合化就是提供多種話音和非話音業(yè)務(wù)，特別是多媒體業(yè)務(wù)；個(gè)人化就是有足夠的系統(tǒng)容量、強(qiáng)大的多種用戶管理能力、高保密性能和服務(wù)質(zhì)量。23G標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在2000年5月確定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件《2000年國(guó)際移動(dòng)通訊計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱IMT—2000）。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess(碼分多址)的縮寫，是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，但TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?.1W-CDMA也稱為WCDMA，全稱為WidebandCDMA，也稱為CDMADirectSpread，意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來(lái)的3G技術(shù)規(guī)范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同，目前正在進(jìn)一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中，包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日本的NTT、富士通、夏普等廠商。該標(biāo)準(zhǔn)提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演進(jìn)策略。這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過(guò)渡。預(yù)計(jì)在GSM系統(tǒng)相當(dāng)普及的亞洲，對(duì)這套新技術(shù)的接受度會(huì)相當(dāng)高，因此W-CDMA具有先天的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。2.2CDMA2000CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMAIS95)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的寬帶CDMA技術(shù)，也稱為CDMAMulti-Carrier，它是由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、Lucent和后來(lái)加入的韓國(guó)三星都有參與，韓國(guó)現(xiàn)在成為該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)衍生出來(lái)的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構(gòu)直接升級(jí)到3G，建設(shè)成本低廉。但目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過(guò)CDMA2000的研發(fā)技術(shù)卻是目前各標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)度最快的，許多3G手機(jī)已經(jīng)率先面世。該標(biāo)準(zhǔn)提出了CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演進(jìn)策。CDMA20001x被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區(qū)別在于應(yīng)用了多路載波技術(shù)，通過(guò)采用三載波使帶寬提高。目前中國(guó)電信正在采用這一方案向3G過(guò)渡，并已建成了CDMAIS95網(wǎng)絡(luò)。2.3TD-SCDMA全稱為TimeDivision-SynchronousCDMA(時(shí)分同步CDMA)，該標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)大陸?yīng)氉灾贫ǖ?G標(biāo)準(zhǔn)，1999年6月29日，中國(guó)原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）向ITU提出。該標(biāo)準(zhǔn)將智能無(wú)線、同步CDMA和軟件無(wú)線電等當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。另外，由于中國(guó)內(nèi)的龐大的市場(chǎng)，該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TD—SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過(guò)2.5代的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過(guò)渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級(jí)。2.4WiMAXWiMAX的全名是微波存取全球互通，又稱為802·16無(wú)線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無(wú)線連接方案。將此技術(shù)與需要授權(quán)或免授權(quán)的微波設(shè)備相結(jié)合之后，由于成本較低，將擴(kuò)大寬帶無(wú)線市場(chǎng)，改善企業(yè)與服務(wù)供應(yīng)商的認(rèn)知度。2007年10月19日，國(guó)際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行的無(wú)線通信全體會(huì)議上，經(jīng)過(guò)多數(shù)國(guó)家投票通過(guò)，WiMAX正式被批準(zhǔn)成為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個(gè)全球3G標(biāo)準(zhǔn)。33G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)3.1功率控制技術(shù)3.1.1功率控制的基本概念功率控制技術(shù)是指在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度BD235的前提下，通過(guò)節(jié)點(diǎn)功率控制或動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，精簡(jiǎn)節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信鏈路，保留生成一個(gè)高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連通的基礎(chǔ)上，使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗最小。典型的功率控制技術(shù)主要研究關(guān)鍵傳輸距離問(wèn)題。3.1.2功率控制的作用因?yàn)镃DMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，所有用戶共享頻段和空間時(shí)間，相對(duì)于某一個(gè)特定的用戶，其他所有用戶的功率跟背景干擾一起組成了噪音。基站跟手機(jī)之間的信息交互以幀為單位，為了保證控制一定的誤幀率FER水平，就必須保證幀信息到達(dá)對(duì)方的時(shí)候功率不能太弱，但是也不能太強(qiáng)，因?yàn)闀?huì)給其他用戶造成干擾而降低系統(tǒng)容量。所以，功率控制就是要在保證FER的前提下，使每一個(gè)用戶都使用盡可能低的發(fā)射功率，而且使每一個(gè)用戶到達(dá)基站的功率都相等。3.1.3功率控制的應(yīng)用情況的傳輸介質(zhì)中。3.4.2OFDM技術(shù)的原理OFDM技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCM（Multi-CarrierModulation），多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。3.4.3OFDM技術(shù)的作用在向B3G/4G演進(jìn)的過(guò)程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類型：V-OFDM，W-OFDM，F(xiàn)-OFDM，MIMO-OFDM，多帶-OFDM。OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。在OFDM傳播過(guò)程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，這樣可減少因無(wú)線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來(lái)的信道間干擾。3.4.4OFDM技術(shù)的應(yīng)用情況2004年11月，根據(jù)眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、制造商和研究機(jī)構(gòu)的要求，3GPP通過(guò)被稱為L(zhǎng)ongTermEvolution(LTE)即“3G長(zhǎng)期演進(jìn)”的立項(xiàng)工作。項(xiàng)目以制定3G演進(jìn)型系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范作為目標(biāo)。3GPP經(jīng)過(guò)激烈的討論和艱苦的融合，終于在2005年12月選定了LTE的基本傳輸技術(shù)，即下行OFDM，上行SC(單載波)FDMA。OFDM由于技術(shù)的成熟性，被選用為下行標(biāo)準(zhǔn)很快就達(dá)成了共識(shí)。而上行技術(shù)的選擇上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些設(shè)備商認(rèn)為會(huì)增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時(shí)間，一些則認(rèn)為可以通過(guò)濾波，削峰等方法限制峰均比。不過(guò)，經(jīng)過(guò)討論后，最后上行還是采用了SC-FDMA方式。擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)——TD-SCDMA在LTE演進(jìn)計(jì)劃中也提出了TD—CDM—OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目標(biāo)，并希望在2010年予以實(shí)現(xiàn)。B3G/4G的目標(biāo)是在高速移動(dòng)環(huán)境下支持高達(dá)100Mb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，在室內(nèi)和靜止環(huán)境下支持高達(dá)IGb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。而OFDM技術(shù)也將扮演重要的角色。4我國(guó)3G產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀2009年1月7日，中國(guó)工業(yè)和信息化部為中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通發(fā)放3張第三代移動(dòng)通信牌照。中國(guó)移動(dòng)使用我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA，中國(guó)電信獲得CDMA2000牌照，中國(guó)聯(lián)通獲得WCDMA牌照。2009年成為中國(guó)3G正式商用元年。

中國(guó)3G發(fā)展相對(duì)先進(jìn)國(guó)家比較晚，2009年我國(guó)才正式邁進(jìn)3G時(shí)代。在經(jīng)濟(jì)危機(jī)低迷的狀態(tài)下，我國(guó)3G發(fā)展需要借助行業(yè)發(fā)展來(lái)拉動(dòng)內(nèi)需，同時(shí)刺激消費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，這對(duì)于3G來(lái)說(shuō)，是一個(gè)莫大的挑戰(zhàn)。

未來(lái)全球3G市場(chǎng)將縱深發(fā)展，中國(guó)3G商用將在電信業(yè)務(wù)增長(zhǎng)、移動(dòng)寬帶發(fā)展、TD完善、運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)均衡和共建共享五個(gè)方面全面推進(jìn)。估計(jì)到2009年底，以大規(guī)模用戶放號(hào)為標(biāo)志，中國(guó)通信業(yè)將全面進(jìn)入3G時(shí)代，屆時(shí)3G將全面開始商用。2-3年后，3G用戶發(fā)展將進(jìn)入高峰期，預(yù)計(jì)5年內(nèi)將有一半的移動(dòng)用戶成為3G用戶。中國(guó)的3G蛋糕非常之大，發(fā)展前景廣闊，中國(guó)3G發(fā)展也將極大地推動(dòng)全球3G的發(fā)展。5總結(jié)通過(guò)此次對(duì)3G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，我進(jìn)一步了解了移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展以及3G系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)。3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效通信的重要保證，通過(guò)分析研究我掌握了關(guān)鍵技術(shù)在系統(tǒng)中的作用，及各關(guān)鍵技術(shù)在不同3G標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用情況。隨著3G技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)用戶開始使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，甚至于一些不用互聯(lián)網(wǎng)的用戶也開始享用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。因?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)正在極大的改變?nèi)藗冊(cè)谛畔r(shí)代的社會(huì)生活。移動(dòng)音樂(lè)、手機(jī)游戲、視頻應(yīng)用、手機(jī)支付、GPS定位等豐富多彩的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正在飛速的發(fā)展。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅讓我鞏固了課堂所學(xué)知識(shí)，通過(guò)各種方式廣泛查閱相關(guān)資料，獨(dú)立、自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)及文檔的撰寫，還使我豐富了自己，做到理論與實(shí)際相結(jié)合，繼承與創(chuàng)新相結(jié)合，使自己懂的了許多相關(guān)知識(shí)，這樣不僅提高了自己，還擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，為以后學(xué)習(xí)和工作都奠