WCDMA和WLAN向3G和后3G演進

2019-11-03 09:14:09

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談振輝　北方交通大學

　　摘要從2G GSM系統到3G WCDMA系統的演進過程中，高速率空中接口技術和核心網反映了兩代系統之間的基本變化。隨著高速率移動通信系統的發展，基于WCDMA移動通信系統輔助WLAN技術會有利于加快向后3G系統演進步伐。

　　關鍵詞 WCDMA WLAN 3G 后3G 演進

1 前言

　　從應用和業務角度看，不同代移動通信系統的業務需求之間可能存在著質變，而空中接口之間卻存在著量變。3G和4G的區別主要是數據速率。4G在完全移動時，應至少支持100 Mbit/s寬域區內峰值速率業務，而在低移動時，應至少支持1Gbit/s本域區內峰值速率業務。

　　3G系統演進過程中，各系統數據速率的分布如圖1。顯見，基于WLAN的數據速率遠高于基于蜂窩移動通信系統的數據速率。

　　3G系統的演進過程并不嚴格要求所產生系統的反向兼容性，但需要考慮下述因素：

　　· 話音業務在未來業務和容量優化中占據重要位置；

　　· 數據業務與話音數據兼備業務在ip應用中占據重要份額；

　　· 改進數據業務的效率、時延、數據峰均速率來滿足數據業務增長需求；

　　· 具有吸引力的多媒體終端將從辦公室、家庭發展到路邊，即高速高質業務將遍布各處；

　　· 每比特傳輸成本隨數據容量的擴大而下降，即用戶有能力負擔此業務。

2 WCDMA演進

　　最初，3G中WCDMA空中接口支持2 Mbit/s速率的具有不同QoS的各種電信業務?，F在，WCDMA在IP網上采用IP協議可實現同時傳輸多個具有不同QoS要求的高性能比特流業務。

　　從2G GSM系統到3G WCDMA系統的演進過程中，高速率空中接口技術和核心網反映了兩代系統之間的基本變化。GSM系統不能支持終端多業務需求，如E-mail下載，而WCDMA能同時支持多個具有不同QoS要求的高比特流業務。GSM系統采用WCDMA無線接入技術，GSM系統的容量可接近WCDMA系統的指標。隨著高速率移動通信系統的發展，WCDMA被作為公眾無線接入滿足在通信熱區在線平滑接入的技術。在不占有移動通信系統終端容量的條件下，WCDMA與WLAN相結合還可給移動終端提供額外容量和較高帶寬。

　　從3GPP R99 和3GPP R4 到后3G，WCDMA的演進過程可分成三個階段，第一階段就是正在進行的3GPP標準化過程，其他兩個階段主要顯示未來潛在發展，某些成果已在3GPP標準中可見。下面分述演進過程的三個階段。

2.1 第一階段：高速下行分組接入（2001年）

　　2000年3月通過的高速數據分組接入（HSDPA，High Speed Data Packet access）的可行性研究已以3GPP R4公布于眾。與3GPP R4相比，WCDMA演進過程第一階段大大地增強下行鏈路的峰值速率和吞吐量。HSDPA的規范說明在2001年末以3GPP R5公布。

　　第一階段可行性研究的重點是定義高速下行共享信道（HS DSCH，High Speed Downlink Shared Channel），它基本上繼承了3GPP R99定義的許多性能。HS DSCH中技術增強部分有：

　　· 自適應調制和編碼（AMC，Adaptive Modulation and Coding）；

　　· 快速混合自動重復申請（FHARQ，Fast Hybrid Automatic Repeat Request）；

　　· 快速小區選擇（FCS，Fast Cell Selection）；

　　AMC屬于一種無線鏈路自適應技術，而且對測量誤差和時延較敏感。其調制等級和信道編碼方法隨接收信號質量而變，在時變信道條件下，AMC可提供隱含鏈路自適應特性。

　　FCS可潛在降低干擾，作為增加系統容量技術。移動終端采用FCS可在指定最佳小區的下行鏈路上，通過上行鏈路的信令來提供業務。

　　HS DSCH的峰值速率可達 10Mbit/s，小區的吞吐量與3GPP R99相比可成倍增加。3GPP R5中包括若干類似AMC和FHARQ的基本解決方案。與頻分雙工（FDD）相比，時分雙工（TDD）可使數據高速率的必要性成為可能。3GPP R5中還包括時分雙工的HSDPA和若干基本技術改進方案。

　　除了上述外，還有可明顯改善系統性能的多輸入多輸出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）分集。

2.2 第二階段：上行高速數據，TDD模式的高速接入（2003年）

　　空中接口技術優化的重點是支持高數據率下行鏈路，上行鏈路數據速率的優化可改善終端文件傳輸等業務和降低移動終端的輸出功率。

　　第二階段內容還包括：在頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）中，采用FCS 和MIMO改進HSDPA性能。

2.3 第三階段：上下行鏈路容量改進和提高其數據速率（2005年）

　　隨著更高數據率業務需求的增長，增強型WCDMA可達到10 Mbit/s速率，這就需要擴展新頻率帶寬。

3 其他系統演進

3.1 WLAN演進

　　WLAN（如WLAN和Blue Tooth）的發展趨勢集中在公眾、辦公室和室內環境中微微區和個人區域網。現有WLAN可支持11 Mbit/s數據率業務，下一代基于IEEE 802.11a 和HIPERLAN/2標準的WLAN可支持54 Mbit/s數據率業務。

　　目前，WLAN的研究為：

　　· 尋找通過Internet骨干網接入信息系統和數據庫的有效途徑，解決大容量E-mail附件下載需要更高頻率帶寬和更高速率的傳輸容量。　　· 要求WLAN成為公眾無線接入系統，覆蓋與數據有關的應用需求，并平滑在線接入相關數據業務。

　　以WLAN的高數據率蜂窩接入和非許可特定頻帶接入的特點，利用現有蜂窩通信基礎設施和WLAN的漫游和計費管理，給蜂窩通信運行商提供額外的系統容量和移動終端的較高帶寬?；赪CDMA移動通信系統輔助WLAN技術會有利于向后3G演進，其他技術，如UTRAN TDD與WCDMA FDD 配合能解決雙模移動終端成本與效率的矛盾。

3.2 ITU演進

　　ITU研究后3G系統，重點在后3G系統的目標。其中之一是后3G系統所需新頻譜的設置。除2 GHz頻帶外，WRC 2000 把806~960 MHz中部分頻帶分配給IMT-2000系統。

4 后3G（4G）系統

　　真正完全換代的通信系統實際上是不可取的，而是伴隨在系統的業務、應用和核心網等若干方面重要革命性變革而演進。后3G（4G）系統主要是3G系統在空中接口技術革命的產物。

　　說明向未來無線通信系統演進中，2G / 3G移動通信系統、WLAN等采取的革命性步驟，所標年份為系統問世時間?？梢?，GSM的多方向演進過程均采用WCDMA。cdma 2000-1x的下一步演進為高比特數據率的1xEV-DO和高比特數據和話音率的1xEV-DV。

　　未來移動通信系統的業務需求將對空中接口技術提出更嚴格的要求，如支持IP 和基于IP業務。假如滿足上述要求的技術和頻譜沒有解決，那么4G系統將難以實現。預計2010年誕生的新一代移動通信系統目標是，寬區域覆蓋下，完全移動100Mbit/s數據率和本地區域覆蓋下，約束移動1Gbit/s數據率。

參考文獻

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[3] 談振輝 . 第三代移動通信的演進趨勢 . 電信科學，2000，16（5）：32-34

----《中國數據通信》