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我国第三代移动通信研制开发进展

我国第三代移动通信研制开发进展

我国第三代移动通信研制开发进展

尤肖虎



(东南大学 南京 210096)


    摘  要 本文简要介绍了第三代移动通信发展历程、主流技术特点及研究开发状况,并简述了我国第三代移动通信标准化活动、研究开发方面取得的进展,以及所研制的试验系统的基本技术特征。
    关键词 第三代移动通信 标准化活动 基本技术特征


1 第三代移动通信主流技术及其进展
  第三代移动通信的概念最初由国际电信联盟(ITU)于1985年提出,后正式命名为IMT-2000。经多年的研究与蕴酿,于1997年进入实质性的技术选择与标准制定阶段。经过一系列的评估与标准融合后,于1999年11月举行的ITU-R TG8/1赫尔辛基会议上最终确定了第三代移动通信无线接口标准,并于2000年5月举行的ITU-R 2000年全会(RA-2000)上最终得到批准通过,被正式命名为IMT-2000无线接口技术规范(M.1457)。此规范包括码分多址(CDMA)和时分多址(TDMA)两大类共五种技术,其中CDMA为目前公认的主流技术,它包括两种频分双工(FDD)技术和一种时分双工(TDD)技术,分别为IMT-2000 CDMA-DS、IMT-2000 CDMA MC和IMT-2000 CDMA TD,简述如下。
    (1) WCDMA技术,或称IMT-2000 CDMA-DS,是由欧洲和日本最早提出的,其核心网基于演进的GSM网络,空中接口采用直接扩频(DS)的宽带CDMA。这种方式得到欧洲、北美、亚太地区GSM运营商和日本、韩国运营商的广泛支持,是第三代移动通信最具竞争力的技术之一。WCDMA技术的标准化于2000年6月初步完成,形成了较为成熟的标准--R'99版本。以全IP为特征的标准--R'2000版本的研究工作已经启动。日本计划于2001年5月实现WCDMA的初步商用化,大部分欧洲国家则计划于2002年实现以GSM演进网络为基础的WCDMA商用化。
    (2) cdma2000技术,或称IMT-2000 CDMA-MC,是由北美最早提出的另一种较具竞争力的第三代移动通信技术,其核心网络采用演进方式的IS-95 CDMA的核心网络(ANSI-41),能与现有的IS-95 CDMA后向兼容。其单载波形式cdma2000-1x采用与IS-95 CDMA相同的带宽,但容量可相对提高一倍,且所支持的最高业务速率可达144 kbit/s。目前cdma2000-1x技术得到北美和亚太地区IS-95 CDMA运营商的广泛支持。韩国最大的IS-95 CDMA运营商SKT计划于今年10月将cdma2000-1x投入商用,而大多数北美及亚太地区的IS-95 CDMA运营商则计划于2001年开始cdma2000-1x的商业化。三载波方式的cdma2000系统cdma2000-3x需占用IS-95 CDMA的三倍以上带宽,且技术复杂程度较高,其发展前景尚不明朗。而能够支持更高业务速率的增强型单载波技术cdma2000-1xEV正在引起广泛的重视,其标准化工作正在进行之中。今年3月,由我国标准化组织提交的LAS-CDMA技术,作为cdma2000-1xEV第二阶段的候选方案之一,已引起关注。LAS-CDMA的技术核心是采用三进制新型扩频码解决CDMA系统的干扰问题,从而达到提高系统容量的目的。
    (3) IMT-2000 CDMA-TD为时分双工(TDD)的CDMA技术,它包括中国提出的TD-SCDMA技术和欧洲提出的TD-CDMA两种方式。这两种TDD方式的CDMA技术正在国际性标准化组织3GPP中进行协调和融合,其标准化工作预计于2000年底完成。由我国提交的TD-SCDMA技术由于采用了智能天线和上行同步等先进技术,具有容量大、适合不对称数据传输的潜在优点,而越来越受到重视。目前有关研究单位正在解决连续覆盖、大范围组网、频率指配和系统同步等关键技术问题。目前来看,  TD-SCDMA作为其它两种FDD方式的CDMA技术的补充形式,适合于高密度用户区和中低速移动环境的应用,并随着数据业务量的增大,有着良好的发展前景。但目前参与研究和开发TD-SCDMA的国内外厂家非常有限,需要联合国内外多家企业共同研发和生产,才能保证其成功。

2 我国第三代移动通信标准化及研究开发概况
2.1 标准化工作
  我国有关部门非常重视第三代移动通信的标准化研究,并从始至终积极参与ITU的有关工作。1997年7月,在原邮电部的领导下,成立了由科研、运营和产业部门专家联合组成的第三代移动通信评估协调组(ChEG),正式开始我国第三代移动通信的标准化活动。评估协调组组织国内著名的高等院校和华为、中兴、大唐等企业,在全国范围内征集文稿,对第三代移动通信所涉及的关键技术进行系统的仿真、研究和评估。经过一年的努力,于1998年6月向ITU提交了我国的候选技术TD-SCDMA,并于1998年9月提交了WCDMA、cdma2000及TD-SCDMA三项技术的评估报告。1999年4月,经有关部门批准,正式成立了由多家企业、研究部门和运营部门作为成员单位的中国无线通信标准化组织(CWTS),负责我国第三代移动通信及其它无线通信方面的标准化工作,并于1999年5月同时加入了两个国际性的标准化组织3GPP和3GPP2,全面参与WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000和LAS-CDMA等有关技术的标准化研究活动。
  在我国政府、运营、产业和标准化部门的共同努力下,TD-SCDMA最终被接纳为国际标准的一个组成部分,并于2000年5月得到ITU的最终批准。为使TD-SCDMA真正成为国际化的标准,从1999年开始,我国标准化组织CWTS全面参与3GPP有关活动,推进TD-SCDMA网络、基站、终端的标准化,并力争在2000年底完成全部标准化工作。
  2000年3月,我国标准化组织CWTS又向负责制定cdma2000系列标准的国际性标准化组织3GPP2,提交了具有自主知识产权的新技术LAS-CDMA。作为cdma2000-1xEV候选技术的一员,正在与其他候选技术一起征求各方面的意见。
2.2 研究开发工作
  中国第三代移动通信系统研究开发项目(简称C3G)是经国务院批准,科技部、信产部联合组织实施的,面向未来无线通信市场的国家重大研究开发项目。C3G研究开发工作于1998年11月正式启动, 其总体目标是在2001年初,通过自主科研开发拥有一批核心专利技术,完成WCDMA、cdma2000和TD-SCMDA现场实验系统,2002年底前完成包括芯片在内的三种商用系统的研制和小批量生产,为制定我国的第三代移动通信体制标准提出建议。C3G项目分别列入了科技部863计划重大产业化项目和信产部重大研究开发项目。
  C3G项目设立了领导小组和总体组,分别负责有关重大事宜的决策与项目的实施和研发工作。为加强和产业界的联系,有效保护项目形成的知识产权,在企业自愿加入的前提下,于1999年11月成立了由C3G总体组和企业共同组建的C3G知识产权联盟。目前共有8家企业成为C3G知识产权联盟成员。参加联盟的企业共同出资参与研究开发,共同承担投资风险,共同享有总体技术与核心技术成果及其知识产权,以加速科研成果的转移。
  至2000年6月,C3G项目已取得重要阶段性进展,所研制的WCDMA和cdma2000-1x两套试验系统,包括移动交换机(MSC)、基站控制器(RNC/BSC)、基站分系统(BTS)及移动终端 (MT)等,能在车载移动环境下提供速率达144 kbit/s数据传输能力,并能提供移动视频多媒体业务、网上浏览业务、话音业务等。TD-SCDMA系统的研制开发主要由大唐电信与西门子公司以合作方式进行,也已取得重要阶段性进展,并计划于2001年初推出现场实验系统。
3 WCDMA实验系统
  图1示出了C3G项目实验系统的构成示意图。整个系统包括3G交换机(UMSC)、基站控制器(RNC)、基站子系统(Node B)和移动终端等部分组成。各部分的基本功能分别描述如下。







(1) 移动交换子系统
  UMSC建立在演进形式的GPRS系统基础上,包括MSCg、3G-SGSN和3G-GGSN(关口GPRS支持节点)三个功能实体,符合3GPP Release'99标准。三个功能实体综合在一个体系结构中实现,支持第三代移动通信系统并发业务、高速电路业务和分组业务的MSC/VLR/HLR框架结构;实现第三代移动通信系统的地面电路管理、移动性管理、呼叫控制、基本电信业务和补充业务等功能等,具体特征包括:
· 速率为64 kbit/s的电路数据交换和不低于384 kbit/s的分组数据交换;
· 与PSTN/ISDN、IP网的互通;
· WCDMA Iu接口(包括Iu-PS和Iu-CS)MSC侧的功能;
· MSC与每个RNC的接口为1个Iu-CS接口,SGSN与每个RNC接口为一个Iu-PS接口,物理层均为STM-1光接口,传输层为ATM;
· 交换能力不低于数万线;
· 具备与多个RNC连接的能力;
· 与PSTN、ISDN、IP网络和与其他MSC接口各一个;
· 具备AMR语音压缩编译码功能;
· 具备VLR功能,可与HLR/AC互通;
· 基于TCP/IP的OMC互联接口功能。
(2) 基站控制器子系统
  RNC子系统通过Iu接口与WCDMA核心网设备(UMSC)连接,通过Iub接口与基站子系统(Node B)连接,通过Iur接口与其它RNC连接;管理和控制Node B与核心网设备间信息传递,实现3GPP R'99无线空中接口标准中控制平面和用户平面的层2(MAC和RLC)和层3(RRC)功能,实现无线资源管理、RNC之间的软切换和宏分集功能。具体特征包括:
· 基于TCP/IP的OMC互联接口功能;
· 单个RNC具备提供不少于16个Iub接口、1个Iu(含Iu-CS和Iu-PS接口)和不少于2个Iur接口的能力;
· 支持384 kbit/s分组数据业务、64 kbit/s和亚速率电路数据业务的交换与传输;
· 地面电路同步方式为主从方式,RNC为MSC的受控站,同时向BTS提供主控时钟;
· 支持Iu-PS、Iu-CS、Iub和Iur接口协议;
· 具备RNC内部和RNC之间的分集与软切换处理功能;
· 支持以ATM交换平台为基础的电路型和分组型业务;
· 具备电路型业务和分组型业务的接续控制功能;
· 具备无线资源管理功能;
· 具备必需的RNC和BTS的操作维护;
· BTS与RNC接口(Iub)采用STM-1光接口ATM传输协议;
· RNC与RNC接口(Iur)采用STM-1光接口及ATM传输协议;
· RNC与MSC接口(Iu)采用STM-1光接口及ATM传输协议。
(3) 基站子系统
  基站子系统通过Iub接口,接收来自基站控制器的无线资源控制命令,完成3GPP R'99空中接口公共物理信道和专用物理信道(第一层)的发送与接收功能。在C3G WCDMA实验系统中,每个Node B可配置成单频点三扇区或三频点单扇区,每个扇区具备支持单载频满配置WCDMA物理信道的能力(约48个话音信道或4个384 kbit/s高速数据信道)。每个扇区具有独立的置于机框内部扇区模拟前端模块。每个Node B包含一个射频合成与分配模块,以实现对各个扇区模拟前端电路的RF信号合成与分配。
  基站子系统每个扇区的具体技术特征包括:
· 支持3GPP标准所建议的分集发射技术,包括开环分集和闭环分集;
· 支持3GPP标准所建议的以下物理信道的基带发送处理:包括信道编码、TPC和TFCI插入、扩频调制、信道增益控制、前向功率控制、滤波与合并等;
· 基本公共Pilot信道,每扇区1个;
· 辅助公用Pilot信道,每扇区1个;
· 基本同步信道(P-Sync),每扇区1个;
· 辅助同步信道(S-Sync),每扇区1个;
· 基本公共控制信道(P-CCPCH),每扇区1个;
· 辅助公共控制信道(S-CCPCH),每扇区1个;
· 下行共享信道(P-DSCH),每扇区1个;
· 公共分组信道(CPCH),每扇区1个;
· 寻呼指示信道(PICH),每扇区1个;
· 捕获指示信道(AICH),每扇区1个;
· 专用物理信道(DPCH),每扇区48个;
· 每个基带发送单盘所支持的物理信道数不少于16路;所有的公共信道暂用一个专门的单盘;
· 具备3GPP Release'99所建议的上行信道接收功能(包括反向接入信道Preamble的捕获,反向接入信道与专用信道相干接收,信道译码,反向信道PN码维护与跟踪,反向专用信道FBI、TPC和TFCI提取,反向信道SIR测量等);
· 支持3GPP Release'99所建议的上行接入信道捕获与接收;
· 支持3GPP Release'99所建议的上行专用信道接收;
· 支持3GPP Release'99所建议的上行公共分组信道;
· 每个单盘可配置成上行接入信道捕获或上行信道接收;
· 每个单盘可支持4路上行专用信道接收;
· 支持越区更软切换与宏分集;
· 反向接入信道单次Preamble捕获时间不大于1.33ms;
· 支持双天线空间分集,每天线RAKE分集接收不少于4径;
· 最大可容忍的多普勒频偏不低于500Hz;
· 可合并的最大多径时延差不小于50(s;
· 最高数据传输速率不低于384 kbit/s。
(4) 移动终端子系统
  移动终端子系统实现3GPP R'99所规定的第一层至第三层功能,并通过空中接口实现与基站子系统、基站控制器以及UMSC的对等通信。移动终端子系统本身具备AMR语音压缩编译码功能,并提供上层应用所需的高速数据通道。
移动终端子系统的具体技术特征包括:
· 支持速率为384 kbit/s的分组型数据业务,包括移动IP业务、移动多媒体业务;
· 支持64 kbit/s或128 kbit/s的电路型数据业务(ISDN业务);
· 支持3GPP Release 99'所建议的三层呼叫处理协议;
· 专用物理信道必须具备每秒1600次的快速动态功率控制功能;
· 发射机基带数字滤波采用根升余弦滤波器,带外衰减性能符合3GPP Release 99'的要求;
· 支持以下信道的发送功能:随机接入信道(PRACH),公共分组共享信道(CPCH),专用物理信道(DPCH);
· 支持符合3GPP Release 99'的前向发送分集接收,并支持以下前向物理信道的接收:基本同步信道(P-Sync),辅助同步信道(S-Sync),基本公共控制信道(P-CCPCH),辅助公共控制信道(S-CCPCH),下行共享信道(P-DSCH),公共分组信道(CPCH),寻呼指示信道(PICH),捕获指示信道(AICH),专用物理信道(DPCH);
· 初始捕获时间小于1s;
· 可合并的最大时延扩展大于50(s;
· 可容忍的最大多普勒频偏500Hz;
· 单天线6径RAKE分集接收;
· 接收机动态范围-25dBm至-105dBm;
· 支持多基站间的越区软切换与宏分集;
· 发射信号波形质量符合3GPP Release 99'要求;
· 发送定时:由基带接收子系统统一提供,定时抖动不大于每秒1.5chip,瞬间抖动不大于1/16chip
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