簡介
IMT-2000是一個全球無縫覆蓋、全球漫遊,包括衛星移動通信、陸地移動通信和無繩電話等蜂窩移動通信的大系統。它可以向公眾提供前兩代產品不能提供的各種寬頻信息業務,如圖像、音樂、網頁瀏覽、視頻會議等。它是一種真正的“寬頻多媒體全球數字行動電話技術”,並與改進的GSM網路兼容。它的基本目標為:
(1)形成全球統一的頻率和統一的標準;
(2)實現全球的無縫漫遊;
(3)提供多種業務。
無線接口技術標準
在經過詳細的技術評估、研究分析及大量的協調和融合工作之後,在2000年5月ITU-R 2000年全會(RA-2000)批准、通過了IMT-2000的無線接口技術規範(RSPC)建議,它分為CDMA和TDMA兩大類共五種技術。
其中主流技術為以下三種CDMA技術:
1)IMT-2000 CDMA-DS(IMT-2000 直接擴頻CDMA),即WCDMA。它是在一個寬達5M的頻帶內直接對信號進行擴頻;
2)IMT-2000 CDMA-MC(IMT-2000 多載波CDMA),即cdma2000。這是美國提出的技術,由多個1.25M的窄帶直接擴頻系統組成的一個寬頻系統;
3)IMT-2000 CDMA TDD(IMT-2000 時分雙工CDMA):目前包括TD-SCDMA和UTRA TDD,其中TD-SCDMA是我國提出的技術。
相應的TDMA技術標準為:
(1)IMT-2000 TDMA SC,對應UWC-136
(2)IMT-2000 FDMA/TDMA,對應於DECT
最終,基於CDMA技術的三個標準被ITU接納,形成了3G的三大標準,即WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA。
ITU對IMT-2000的要求
ITU對IMT-2000的無線傳輸技術RTT提出了以下要求:
(1)室內環境至少2Mbit/s;
(2)室外步行環境至少384kbit/s;
(3)室外車載運動中至少144kbit/s;
(4)傳輸速率能夠按需分配;
(5)上、下行鏈路適應於傳輸不對稱業務的需要。
ITU於1997年7月發出徵集無線傳輸技術的通函,要求各國於1998年6月底前提交候選無線傳輸技術方案。到截止日期前,共有10個組織提交了十幾個候選方案。1999年11月在芬蘭召開的ITU第18次會議上,正式確定了IMT-2000的三種主流標準,包括歐洲提出的WCDMA標準,中國提出的TD-SCDMA標準和美國提出的cdma2000標準。其中,WCDMA和TD-SCDMA可以後向兼容GSM,cdma2000後向兼容第二代CDMA系統。
IMT-2000的技術演進
雖然ITU對3G標準的發展起著積極的推動作用,但是ITU的建議並不是完整的規範。3種標準的技術細節,主要是由3GPP和3GPP2兩大標準組織根據ITU的建議來進一步完成的。其中,WCDMA和TD-SCDMA標準由3GPP開發和維護,CDMA2000標準由3GPP2開發和維護。3GPP的意思是第三代夥伴項目。
WCDMA,也就是UMTS,憑藉與GSM技術之間的平滑過渡,以及自身的技術優勢,成為目前套用最廣泛、產業鏈最成熟的3G技術。
WCDMA的第一個版本為Release 99,簡稱R99,是在1999年完成發布的。其後的版本開始改稱為R4,R5等 。 R99的網路結構與GSM類似,也分為用戶終端、無線接入網和核心網。用戶終端與接入網之間的接口為Uu接口,Uu接口採用寬頻CDMA技術,即每載頻頻寬有5MHz,遠寬於cdma2000的1.25MHz,以及TD-SCDMA的1.6MHz,所以稱為WCDMA,W即為寬頻的意思。R99的無線數據速率最高可達到2 Mbit/s 。R99的核心網分為電路域和分組域。電路域採用GSM的網路,分組域則採用GPRS的網路。
R99之後, 3GPP又分兩個階段提出了R4和R5標準。R4標準在2001年3月完成定稿版本, 在空中接口上增加了TD-SCDMA技術。相對於R99,R4在接入網的變化不大,主要變化集中在核心網的電路域,主要是將MSC分拆為MSC Server和MGW兩個網元,然後大家也不必再用TDM電路來通信了,改用ATM或IP等分組鏈路來通信。這樣做有什麼好呢?這其實是一種軟交換的架構,主要目的是使業務與控制相分離、控制與承載相分離。這樣做可以高度靈活地融合現有業務,並方便開展新業務。這裡面,MSC Server 相當於軟交換機,MGW是接入網關,HLR可以看作是一種業務套用,分組網現在主要是IP傳輸網了。這就是R4的主要變化之處。這個變化,跟固網向NGN的演進是異曲同工。
R4之後的R5版本,主要變化有三個地方,一是在空中接口引入HSDPA技術,即高速下行分組接入技術, 使下行峰值速率達到14.4Mbit/s,成為真正意義上的寬頻。 二是在接入網中引入IP承載,從而實現全網的IP傳輸,稱為全IP。 三是引入IP多媒體子系統,簡稱IMS。引入IMS是為了更好地提供包括多媒體會議在內的各種各樣、豐富多彩的新業務。
R5之後的R6,在網路架構上沒有太大的變化,主要是引入了高速上行分組接入技術,HSUPA,以及多媒體廣播和組播業務,MBMS。引入高速上行分組接入技術後,上行的峰值速率可以達到5.7Mbit/s。
R6之後,3GPP又繼續推出了R7、R8、R9等,繼續為提高數據速率而努力。R7的主要特點是將HSPA增強到HSPA+。R7之後的R8版本,又提出通過雙小區來提高傳輸速率,相對於不同版本來說,這些改變並不夠大。R8最大的改變,是接入網的扁平架構,即將RNC的功能集成到Node B中。RNC作為曾經的一個網元,在這次機構改革中,被合併了。 R8之後,還有R9,繼續著提高WCDMA的數據速率的努力。不過,這時候,OFDM被認為比CDMA更有前途了。它的頻譜效率更高,近乎理想,已被推選為未來無線接入的主角。
TD-SCDMA的TD意為TDD(時分雙工)。所謂時分雙工就是像對講機一樣,上下行無線鏈路共享相同的頻寬,通過你說我不說、我說你不說的分時方式來輪流使用共享的頻率。而WCDMA和CDMA2000則都是採用頻分雙工(FDD)的模式,上下行傳輸鏈路使用不同的頻率來分開。TD-SCDMA在1.6MHz頻寬上理論峰值速率可達到2.8Mbps。2001年3月,TD-SCDMA被寫入3GPP的 R4版本,此後跟隨WCDMA的不同版本共同演進。
CDMA2000的第一個版本是CDMA2000 1x Release 0。這個標準除了提供傳統的話音通信外,還可以提供上傳9.6kbit/s,下載153.6kbit/s的上網速率。儘管這個標準也冠名CDMA2000,但上網速率還達不到3G要求的2Mbit/s,因此也有人將這個標準稱為2.5G標準,與GSM的ADGE處於同一階段。此後為了演進到3G,CDMA2000齣現了路線分歧:是繼續前行,挺進EV-DV?還是轉變方向,主攻EV-DO?EV-DV和EV-DO的最大區別是EV-DV既可打電話,又可以上網;而EV-DO只能上網。嘿,不能打電話那怎么行呢?顯然是要舍DO而發展DV啦?不是的。業界最後是舍DV而發展DO。這是怎么回事呢?原來,EV-DV既複雜,又無優勢可言。而EV-DO也就缺了個電話功能而已,讓能提供電話功能的CDMA2000 Release A和EV-DO並存於一個小區中,不就既可以電話,又可以高速上網了嗎?這就是CDMA2000的3G標準的實現方式。此後也有一系列的標準。
IMT-2000 三種標準比較
WCDMA | TD-SCDMA | cdma2000 | |
頻率間隔/MHz | 5 | 1.6 | 1.25 |
碼片速率/Mc/s | 3.84 | 1.28 | 1.2288 |
幀長/ms | 10 | 10(分為兩個子幀) | 20 |
基站同步 | 不需要 | 需要 | 需要,典型方法是GPS |
功率控制 | 快速功控:上、下行1500Hz | 0~200Hz | 反向:800Hz 前向:慢速、快速功控 |
下行發射分集 | 支持 | 支持 | 支持 |
頻率間切換 | 支持,可用壓縮模式進行測量 | 支持,可用空閒時隙進行測量 | 支持 |
檢測方式 | 相干解調 | 聯合檢測 | 相干解調 |
信道估計 | 公共導頻 | DwPCH,UpPCH,中間碼 | 前向、反嚮導頻 |
編碼方式 | 卷積碼 Turbo碼 | 卷積碼 Turbo碼 | 卷積碼 Turbo碼 |