寬帶碼分多址

寬帶碼分多址3G蜂窩絡(luò)01歷史概要技術(shù)特征技術(shù)WCDMA介紹誤解發(fā)展情況目錄030502040607市場情況演變實現(xiàn)難點與其他標(biāo)準(zhǔn)比較關(guān)鍵技術(shù)目錄0901108010基本信息寬帶碼分多址（英語：WidebandCodeDivisionMultipleAccess，常簡寫為W-CDMA）是一種3G蜂窩絡(luò)，使用的部分協(xié)議與2GGSM標(biāo)準(zhǔn)一致。具體一點來說，W-CDMA是一種利用碼分多址復(fù)用（或者CDMA通用復(fù)用技術(shù)，不是指CDMA標(biāo)準(zhǔn)）方法的寬帶擴頻3G移動通信空中接口。歷史概要歷史概要歷史上，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會（ETSI）在GSM之后就開始研究3G標(biāo)準(zhǔn)，其中有幾種備選方案是基于直接串行擴頻碼分多址的，而日本的第三代研究也是使用寬帶碼分多址技術(shù)的，其后以二者為主導(dǎo)進(jìn)行融合，在3GPP組織中發(fā)展成了第三代移動通信系統(tǒng)UMTS，并提交給國際電信聯(lián)盟（ITU-T）。國際電信聯(lián)盟最終接受W-CDMA作為IMT-G標(biāo)準(zhǔn)的一部分。WCDMA介紹WCDMA介紹WCDMA主要起源于歐洲和日本的早期第三代無線研究活動，GSM的巨大成功對第三代系統(tǒng)在歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)生重大影響。歐洲于1988年開展RACEⅠ（歐洲先進(jìn)通信技術(shù)的研究）程序，并一直延續(xù)到1992年6月，它代表了第三代無線研究活動的開始。1992-1995年之間歐洲開始了RACEⅡ程序。ACTS（先進(jìn)通信技術(shù)和業(yè)務(wù)）建立于1995年底，為UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）建議了FRAMES（未來無線寬帶多址接入系統(tǒng)）方案。在這些早期研究中，對各種不同的接入技術(shù)包括TDMA、CDMA、OFDM等進(jìn)行了實驗和評估。為WCDMA奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。作為一項新興技術(shù)，WCDMA也是基于CDMA技術(shù)的實踐和應(yīng)用衍生。WCDMA正迅速風(fēng)靡全球并已占據(jù)80%的無線市場。截至2013年，全球WCDMA用戶已超過36億，遍布170個國家的156家運營商已經(jīng)商用3GWCDMA業(yè)務(wù)。WidebandCodeDivisionMultipleAccess,即WCDMA.摘要：本文主要分析了WCDMA主要技術(shù)特點、發(fā)展現(xiàn)狀和未來絡(luò)演進(jìn)的方向。分別介紹了WCDMA技術(shù)在不同階段的具體特征和相互演進(jìn)的方法，介紹了WCDMA未來面臨的市場和主要業(yè)務(wù)方向。涉及WCDMA實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括射頻、中頻、基帶的RAKE處理技術(shù)和Turbo編解碼技術(shù)，論述了不同技術(shù)的實現(xiàn)難點，最后介紹了增強技術(shù)多用戶檢測和智能天線技術(shù)的原理。技術(shù)特征優(yōu)勢技術(shù)特點技術(shù)特征技術(shù)特點1.基站同步方式：支持異步和同步的基站運行方式，靈活組2.信號帶寬：5MHz；碼片速率：3.84Mcps3.發(fā)射分集方式：TSTD（時間切換發(fā)射分集）、STTD（時空編碼發(fā)射分集）、FBTD（反饋發(fā)射分集）4.信道編碼：卷積碼和Turbo碼，支持2M速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)5.調(diào)制方式：上行：BPSK；下行：QPSK6.功率控制：上下行閉環(huán)功率控制，外環(huán)功率控制7.解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)8.語音編碼：AMR，與GSM兼容9.核心絡(luò)基于GSM/GPRS絡(luò)的演進(jìn)，并保持與GSM/GPRS絡(luò)的兼容性10.MAP技術(shù)和GPRS隧道技術(shù)是WCDMA體制的移動性管理機制的核心，保持與GPRS絡(luò)的兼容性11.優(yōu)勢WCDMA-FDD的優(yōu)勢在于，碼片速率高，有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發(fā)射分集，可以解決多徑問題和衰落問題，采用Turbo信道編解碼，提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，F(xiàn)DD制式能夠提供廣域的全覆蓋，下行基站區(qū)分采用獨有的小區(qū)搜索方法，無需基站間嚴(yán)格同步。采用連續(xù)導(dǎo)頻技術(shù)，能夠支持高速移動終端。相比第二代的移動通信制式，WCDMA具有：更大的系統(tǒng)容量、更優(yōu)的話音質(zhì)量、更高的頻譜效率、更快的數(shù)據(jù)速率、更強的抗衰落能力、更好的抗多徑性、能夠應(yīng)用于高達(dá)500km/h的移動終端的技術(shù)優(yōu)勢，而且能夠從GSM系統(tǒng)進(jìn)行平滑過渡，保證運營商的投資，為3G運營提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。誤解誤解W-CDMA名字跟CDMA很相近，同時W-CDMA跟CDMA關(guān)系也很微妙。兩者都基于碼分多址技術(shù)，都使用了美國高通（Qualcomm）的部分專利技術(shù)。一般認(rèn)為W-CDMA的提出是部分廠商為了繞開專利陷阱而開發(fā)的，其方案已經(jīng)盡可能地避開高通專利。在移動領(lǐng)域，術(shù)語CDMA指代屬于第二代移動的幾種相關(guān)技術(shù)，包括碼分多址擴頻復(fù)用技術(shù)，以及美國高通（Qualcomm）開發(fā)的包括cdmaOne（IS-95）和CDMA2000（IS-2000）的CDMA標(biāo)準(zhǔn)族。在Qualcomm為IS-95協(xié)議使用它之前，CDMA復(fù)用技術(shù)已經(jīng)存在了很長時間。然而，由于采用CDMA復(fù)用方法是IS-95協(xié)議區(qū)別于當(dāng)時的GSM（采用TDMA）等其它協(xié)議的主要特征，現(xiàn)在通常將該協(xié)議也稱為CDMA。W-CDMA屬于第三代移動技術(shù)，它也使用CDMA的復(fù)用技術(shù)而且它跟Qualcomm的標(biāo)準(zhǔn)也很相似。但是W-CDMA不僅僅是復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。它是一個詳細(xì)的定義移動怎樣跟基站通訊，信號怎樣調(diào)制，數(shù)據(jù)幀怎么構(gòu)建等的完整的規(guī)范集。術(shù)語CDMA在移動通訊領(lǐng)域通常特指Qualcomm開發(fā)的CDMA標(biāo)準(zhǔn)族。它們定義了一組移動通訊協(xié)議。CDMA作為復(fù)用技術(shù)，既用于W-CDMA空中接口協(xié)議，也用于Qualcomm的CDMA協(xié)議。W-CDMA專指在IMT-2000中定義的移動協(xié)議。W-CDMA協(xié)議與Qualcomm開發(fā)的CDMA無關(guān)。技術(shù)技術(shù)W-CDMA可以使用非成對或者成對頻段，雖然所有當(dāng)前W-CDMA設(shè)備（例如FOMAandUMTS）使用兩個5MHz頻段，一個用于上行一個用于下行。發(fā)展情況發(fā)展情況移動通信市場和WCDMA首先，全球移動通信發(fā)展的速度非常迅速，1999年已經(jīng)超過4億用戶，其中一半以上是GSM用戶，其他主要是PDC和IS-95的用戶。按照最新的估計，全球達(dá)到10億用戶的里程碑將會在2002年上半年。全球上手機的數(shù)量超過上PC的數(shù)量的時間將提前到2002年。在2000年能上的手機市場已達(dá)到6000萬。其中，支持WAP（無線應(yīng)用協(xié)議）的手機占到約4000萬。中國的移動通信用戶也已經(jīng)突破九千萬。諾基亞預(yù)測上手機數(shù)量將增加到2億左右，其中WAP手機有1.8億。移動運營主要面臨的就是Internet業(yè)務(wù)和其他增值業(yè)務(wù)，如銀行業(yè)務(wù)、定位業(yè)務(wù)等的引入。這方面日本的NTTDoCoMo率先引入了I-Mode移動Internet業(yè)務(wù)，取得了巨大的商用成功，目前有一萬多個商業(yè)站在經(jīng)營I-Mode業(yè)務(wù)。新業(yè)務(wù)的引入對無線通信絡(luò)提出了新的要求。GPRS一類在建立在原有制式上的數(shù)據(jù)傳輸方案已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，需要一類適合于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)的新的寬帶移動通信系統(tǒng)。其次，原有業(yè)務(wù)由于使用的頻譜比較少（不到100MHz），加上第二代技術(shù)的頻譜效率本身比較低，甚至無法滿足現(xiàn)有的以語音為主的業(yè)務(wù)需求。實際上在一些國家和城市的中心地帶容量嚴(yán)重不足，日本等國家和一些中心城市的問題尤為突出。市場情況市場情況3G的市場開發(fā)需要業(yè)務(wù)的牽引，不同于二代系統(tǒng)主要是為了解決人們隨時隨地話音通信的需求，3G能夠具有支持不同媒體業(yè)務(wù)的能力，如何開發(fā)這些能力是3G業(yè)務(wù)開發(fā)的一個重要課題。為了提供市場前期牽引的能力，WCDMA規(guī)范注重了業(yè)務(wù)能力的開發(fā)。WCDMA預(yù)期提供的業(yè)務(wù)是非常豐富的?？梢酝ㄟ^WCDMA終端，享受普通、寬帶話音，多媒體業(yè)務(wù)，可視和視頻會議；移動絡(luò)上的Internet應(yīng)用也更為普遍，E-MAIL、WWW瀏覽、電子商務(wù)、電子賀卡等業(yè)務(wù)與移動絡(luò)相結(jié)合。移動辦公類業(yè)務(wù)也是一個發(fā)展方向：Intranet接入、企業(yè)VPN等將大力普及。信息、教育類業(yè)務(wù)將有很好的應(yīng)用前景，股票信息、交通信息、氣象信息、位置服務(wù)（LCS）、上教室、上游戲等移動應(yīng)用更將極大的豐富人們的生活。IMT-2000提出了SoLSA、VHE等新的特色業(yè)務(wù)，使得業(yè)務(wù)提供更加靈活和個性化。R'99中可通過MExE，SAT，CAMEL等現(xiàn)有技術(shù)來體現(xiàn)VHE的業(yè)務(wù)平臺概念。WCDMA支持多呼叫，即能夠向終端提供同時進(jìn)行多個CS呼叫或PS會話的能力。WCDMA提供豐富的切換能力（同頻、異頻和不同系統(tǒng)間切換）以保證移動絡(luò)中的業(yè)務(wù)連續(xù)性問題。業(yè)務(wù)IP化、分組化、多媒體化、個性化、生成簡單化是總的發(fā)展趨勢。在未來的業(yè)務(wù)生成體系中，移動絡(luò)運營者、業(yè)務(wù)提供者（ISP）和內(nèi)容提供者（ICP）將進(jìn)行緊密的分工合作。特別重要的是，未來的絡(luò)將提供開放的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)（OSA），移動運營者可以自己或者和其他機構(gòu)合作在絡(luò)提供的開放業(yè)務(wù)平臺上開發(fā)出各種各樣的靈活業(yè)務(wù)，從而滿足移動用戶的更高要求。與其他標(biāo)準(zhǔn)比較與其他標(biāo)準(zhǔn)比較最初CDMA2000計劃使用多個1.25MHz載波，但后來放棄了，而W-CDMA則使用單一5MHz帶寬載波。在ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)中，W-CDMA被看作CDMA直接串行擴頻，而CDMA2000被稱作"多載波CDMA"。W-CDMA標(biāo)準(zhǔn)族（例如FOMA、UMTS）與CDMA標(biāo)準(zhǔn)族（例如cdmaOne和CDMA2000）不一致。演變體制演進(jìn)進(jìn)一步發(fā)展演變進(jìn)一步發(fā)展為了適應(yīng)商用化和技術(shù)發(fā)展的需要，保證絡(luò)運營商的投資，3GPP將WCDMA標(biāo)準(zhǔn)分成了兩個大的階段，它們是：Release99(R99)版本：1999年12月起，每三個月更新一次，2000年6月版本基本穩(wěn)定，可供開發(fā)。9月份、12月份和2001年3月份版本更加完善；無線接入絡(luò)的主要接口Iu、Iub、Iur接口均采用ATM和IP方式，絡(luò)是基于ATM的絡(luò)；核心基于演進(jìn)的GSMMSC和GPRSGSN；電路與分組交換節(jié)點邏輯上分開。Release2000(R00)版本（已改為Release4、5….）：主要是引入“全I(xiàn)P絡(luò)”，初步提出了基于IP的核心結(jié)構(gòu)，沒有開始實質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化工作，真正的“全I(xiàn)P”標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計在2002完成，在絡(luò)結(jié)構(gòu)上將實現(xiàn)傳輸、控制和業(yè)務(wù)分離，同時IP化也將從核心(CN)逐步延伸到無線接入(RAN)和終端(UE)。R99版本主要標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，于2000出版，能夠提供實現(xiàn)絡(luò)和終端的全部基礎(chǔ)，包括通用移動通信絡(luò)的全部功能基礎(chǔ)，提供了商用版本的必要保證，未來的Release4和Release5將在這些功能基礎(chǔ)上增加新的功能，保證了標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)性。從R99全的框架可以看出初期的WCDMA絡(luò)可以和GSM絡(luò)并存的，由GSM實現(xiàn)廣域的全覆蓋，而WCDMA實現(xiàn)部分業(yè)務(wù)密集和高質(zhì)量業(yè)務(wù)區(qū)的覆蓋。這樣主要是保證了第二代運營商的投資和平滑過渡。體制演進(jìn)根據(jù)前述，我們可以總結(jié)WCDMA體制的演進(jìn)方法是：-Release99提供了第三代全解決方案，標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成熟，具備蜂窩移動絡(luò)的實現(xiàn)基礎(chǔ)、基本功能和擴展條件：–全新的無線接入絡(luò)UTRAN–結(jié)合CS和PS域的核心絡(luò)–增強型的GSM核心絡(luò)GERAN-Release4和Release5進(jìn)一步增加新的業(yè)務(wù)，優(yōu)化技術(shù)體制和絡(luò)結(jié)構(gòu)，是Release99協(xié)議的補充和完善，保證了WCDMA體制的延續(xù)性：–全I(xiàn)P絡(luò)–新的無線接入方法－HSDPA–增強智能絡(luò)和安全關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)WCDMA產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)包括射頻和基帶處理技術(shù)，具體包括射頻、中頻數(shù)字化處理，RAKE接收機、信道編解碼、功率控制等關(guān)鍵技術(shù)和多用戶檢測、智能天線等增強技術(shù)。射頻和中頻射頻部分是傳統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)射頻和中頻信號轉(zhuǎn)換。射頻上行通道部分主要包括自動增益控制（射頻部分是傳統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)射頻和中頻信號轉(zhuǎn)換。射頻上行通道部分主要包括自動增益控制（RFAGC），接收濾波器（Rx濾波器）和下變頻器。射頻的下行通道部分主要包括二次上變頻，寬帶線性功放和射頻發(fā)射濾波器。中頻部分主要包括上行的去混迭濾波器、下變頻器、ADC和下行的中頻平滑濾波器，上變頻器和DAC。與GSM信號和第一代信號不同，WCDMA的信號帶寬為達(dá)到5MHz的寬帶信號。寬帶信號的射頻功放的線性和效率是普遍存在的矛盾。RAKE接收機RAKE接收機專為CDMA系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播