我国第三代移动通信研究开发进展-尤肖虎200106

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经多年的研究与酝酿，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／l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--Release'99版本。以全IP为特征的标准--Release'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-95CDMA运营商SKT于2000年10月将cdma2000-lx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。2000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、信息产业部联合组织实施的，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息产业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144kbit／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

　　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MSC、3G-SGSN和3G-CGSN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，具体特征包括：
·速率为64kbit／s的电路数据交换和不低于384kbit／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1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网络及其他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 Release'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／AP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SIM-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 3GPPRelease'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；
·基本公共导频信道，每扇区1个；
·辅助公用导频信道，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；
·可合并的最大多拚时延差不小于50μs；
·最高数据传输速率不低于384kbit／s。

（4）移动终端子系统

　　移动终端子系统实现3GPP Release'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384kbit／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64kbit／s或128kbit／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弦滤波器，带外衰减性能符合3GPP Release'99的要求；
·支持以下信道发送功能：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50μs；
·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-25--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1.5 chip，瞬间抖动不大于1／16 chip。

4、cdma2000实验系统

　　整个系统包括移动交换机（MSC）、分组数据支持节点（PDSN）、基站控制器（BSC），基站子系统（BTS）和移动终端（MT）等部分。各部分的基本功能分别描述如下。
（1）MSC子系统
　　MSC建立在演进形式的IS-95 MSC系统基础上，符合IOS 2.5和ANSI-41D标准，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，具体特征包括：
·速率为64kbit／s的电路数据交换；
·具备与PSTN／ISDN互通的能力；
·A1／A2接口MSC侧的功能；
·交换能力不低于数万线；
·具备与多个BSC连接的能力；
·具备VLR功能，可与HLR／AC互通；
·基于TCP／IP的IMC互联接口功能。

（2）PDSN子系统
　　分组数据支持节点（PDSN）设备通过A10／A11接口与cdma2000 BSC进行连接，并能与外部IP网络进行互联，支持最高速率为144kbit／s的分组数据业务活动连接，支持SIP业务或移动IP业务。其主要技术特征为：
·支持基于100Mbit／s以太接口，以及TCP／UDP／IP协议的A10／A11接口，具备与BSC分系统PCF模块连接的能力；
·支持IOS 4.0所建议的分组型业务的呼叫处理、移动IP注册、无线资源管理功能；
·支持符合IETF协议的PPP协议；
·支持符合IETF协议的Mobile IP处理；
·具备与外部IP网络进行互联的能力，总的分组业务数据吞吐率不低于4 Mbit／s；
·具备不少4个与BSC互连的接口和1个与外部Internet互连的接口。

（3）BSC子系统
　　基站控制器（BSC）设备通过A1／A2／A5接口与移动交换机（MSC）进行互联，支持话音业务和最高速率为64kbit／s电路型数据业务；通过A10／A11接口与分组数据业务支持节点（PDSN）进行互联，支持最高速率为144kbit／s的分组数据业务；通过A3／A7接口与其他BSC进行连接，支持两个BSC之间的连接，完成与MSC及PDSN的互联及有关现场实验。其主要技术特征为：
·支持基于E1物理连接的A1／A2／A5接口，及IOS 2.5处理协议，提供不少于12个双向E1接口，具备与MSC连接的能力；
·具备PCM交换能力，并具备A2／A5接口上灵活的E1时隙指配能力；
·支持IOS 2.5所建议的电路型业务的呼叫处理、移动性管理、无线资源控制功能；
·提供基于100Mbit／s以太接口，以及TCP／UDP／IP／协议的A10／A11接口，具备与外部PDSN连接的能力，支持IOS 4.0所建议的分组型业务的呼叫处理、移动性管理、无线资源控制功能，总的分组数据吞吐率不小于4 Mbit／s；
·支持基于STM-1／ATM／AAL连接方式的A3／A7接口，提供不少于2个双向STM-1接口，具备不同BSC之间进行互联，并支持软切换的能力；
·提供内部的PCF模块，具备支持分组数据业务的转换与汇接的控制能力；
·提供基于SVC及STM-1／ATM／AAL协议的Abis接口，提供不少于4个双向STM-1接口；
·提供基于EVRC或QCELP标准的语音压缩编译码器；
·完成3GPP2 Release A所建议的MAC层和LAC层处理功能；
·每个BSC具备支持不少于4个满配置三扇区的BTS的呼叫处理及业务传输能力。

（4）BTS子系统
　　BTS基站子系统通过Abis接口，接收来自基站控制器的无线资源控制命令，完成3GPP2Release A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。每个BTS设备可配置成单载频的三个扇区或三个载频的单扇区；每个扇区支持单载频满配置cdma2000物理信道（约48个话音信道或等效速率地高速数据信道）；每个扇区具有独立的置于机框内部的扇区模拟前端模块，最大发射功率不小于10W，技术指标符合IS-97及3GPP2 Release A要求。每个BTS设备包括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。

BTS子系统的主要技术特征包括：
·每个单盘支持8个以上移动台的反向信道接收；
·每个单盘可配置成反向接入信道接收机或反向业务信道接收机；
·支持越区切换及更软切换；
·支持RC1和RC3两种无线信道配置；
·反向接入信道捕获时间应小于1.25ms；Eb／No为7dB时，正确捕获概率不小于95％；
·每天线RAKE分集接收不少于2径；
·最大可容忍的多普勒频偏不低于500Hz；
·最大可容忍的多径时延扩展不小于50μs；
·辅助信道最高速率不低于144kbit／s；
·支持符合3GPP2协议的前向发送分集；
·每个单盘支持24路前向信道的发送；
·专用信道必须具备每秒800次的快速动态功率控制功能，前向发送滤波带外衰减不低于40dB；
·支持以下前向物理信道的发送：前向导频信道（F-PICH），前向发送分集导频信道（F-TDPICH），前向发送分集辅助导频信道（F-TDAPICH），前向寻呼信道（F-PCH），前向公用控制信道（F-CCCH），前向同步信道（F-SYNC），前向广播信道（F-BCH），前向基本信道（F-FCH），前向专用控制信道（F-DCCH），前向辅助信道（F-SCH）；
·双天线空间分集接收；
·双天线前向信道发送分集；
·基于E1／ATM／AAL的Abis接口。

（5）移动终端（MT）子系统移动终端子系统实现3GPP2 Release A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、PDSN以及MSC的对等通信。移动终端子系统本身具备QCELP／EVRC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。
移动终端子系统的主要技术特征包括：
·支持速率为144kbit／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64kbit／s或128kbit／s的电路型数据业务（ISDN业务）；
·支持符合IETF协议的PPP协议；
·支持RC1及RC3两种无线信道配置；
·支持IS-2000所建议的三层呼叫处理协议；
·工作频段暂定为IS-95B所建议工作频段；
·发射功率Class Ⅲ；
·专用信道必须具备每秒800次的快速动态功率控制功能，反向基带发送滤波带外衰减不低于40dB；
·支持以下反向信道的发送：反向接入信道（R-ACH），反向增强型接入信道（R-EACH），反向公共控制物理信道（R-CCCH），反向导频信道（R-PICH），反向基本信道（R-FCH），反向专用控制物理信道（R-DCCH），反向辅助信道（R-SCH）；
·支持符合3GPP2协议的前向发送分集接收，并支持以下前向物理信道的接收：前向导频信道（F-PICH），前向发送分集导频信道（F-TDPICH），前向发送分集辅助导频信道（F-TDAPICH），前向寻呼信道（F-PCH），前向公用控制信道（F-CCCH），前向同步信道（F-SYNC），前向广播信道（F-BCH），前向基本信道（F-FCH），前向专用控制信道（F-DCCH），前向辅助信道（F-SCH）；
·初始捕获时间小于1s；
·可合并的最大时延扩展大于50μs；
·可容忍的最大多普勒频偏500Hz；
·单天线4径RAKE分集接收；
·支持业务速率不低于144kbit／s的辅助信道；
·AFC最大初始频偏为2kHz；
·接收机动态范围-25--105dBm；
·接收机灵敏度为-105dBm；
·支持多基站间的越区软切换与宏分集；
·最大发射功率25dBm，发射功率动态范围为25--65dBm；
·最大发射频偏±300Hz；
·发射信号波形质量因子大于0.944；
·其它有关载波泄漏、带外杂散等指标符合IS-98测试标准。
5、测试与实验

　　C3G测试项目包括功能测试和性能测试两个部分。功能测试可在实验室环境下和车乳汁移动环境下分别进行 ，测试的内容包括：
·物理链路的功能测试，具体包括基站和移动终端的收发信道功能正确性测试，按C3G总体组提供的测试规范进行；
·接口测试，对于WCDMA系统和TD-SCDMA系统，具体包括Iub接口、Iur接口、Iu接口和OMC接口等，对于cdma2000系统，具体包括Abis接口、A1／A2接口、A3／A7接口、A10／A11和OMC接口等，接口的物理层测试由有关专用仪表完成，协议测试按C3G总体组提供的测试规范进行；
·呼叫流程测试，主要包括第三层协议测试，具体包括移动台接入流程测试、移动台至固定终端的呼叫流程测试、固定终端至移动终端呼叫流程测试和移动终端至移动终端呼叫流程测试，按C3G总体组提供的测试规范进行；
·越区切换功能测试。
性能测试在实验室环境下进行，主要的测试指标包括：
·基站与移动台接收灵敏度测试；
·基站与移动台接收机误码特性测试；
·基站与移动台发射机波形质量测试；
·基站与移动台功率控制特性测试；
·上述各种接口物理性能测试；
C3G项目演示业务包括基本话音业务、电路型数据业务和分组型数据业务，具体包括：
·AMR／QCELP／EVRC话音业务；
·基于MPEG4的64kbit／s电路型实时多媒体业务；
·峰值速率为384kbit／s／144kbit／s的分组数据网上浏览业务；
·峰值速率为384kbit／s／144kbit／s的分组数据RealPlayer多媒体业务传输业务。

6、结束语

　　第三代移动通信系统的研究开发已进入实用化阶段，在未来一至两年中3G的商用化将成为现实。中国第三代移动通信系统研究开发项目（C3G）于1999年1月正式启动，经过各方面的大力支持与参研人员的艰苦努力，已取得重要进展，基本掌握3G系统的各项关键技术。本文在论述了国际上3G发展历程的基础上，重点介绍了国内3G研发方面取得的进展，以及C3G试验系统的基本技术特征，希望对国内3G的产业化进展有所裨益。摘自《电信科学》