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无线通信技术
来源:武华科技   发布时间:2012-08-20  浏览数:2689    【收藏本页】

现在人们的通信要求越来越高,而要满足这些日益增长的要求,只有不断通过开发和研制新的通信技术,来提高无线通信的能力来实现。宽带CDMA技术就是在这种要求下应运而生了,为了能帮助大家详细了解宽带CDMA通信技术,本文下面的内容将针对这种技术的概念、特点以及实现方案来谈谈自己的一些见解。
  一、什么是宽带CDMA
  由于现在使用移动终端的用户数量不断增长,而现有的GSM通信系统已经很难维持这么多通信用户的正常工作了,常常表现出语音失真度大、终端通信时容易掉线串线以及无线数据传输速度缓慢等故障,为此人们不得不寻求一种更新的通信网络系统来代替陈旧的通信系统,于是人们就将注意力集中到了正由国际电信联盟ITU(国际电气通信协会)制定标准之中的第三代移动通信系统IMT-2000上,这是为提供全球服务操作而设计的第三代移动通信系统,而宽带CDMA技术正是发展IMT-2000最具潜力的新技术之一。而目前的宽带CDMA是根据美国标准而设计的数字移动通信系统,该通信系统的频率在900~1800MHz之间,这种技术并不给每一个通话者分配一个确定的频率,而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。该技术的业务能力和性能大大增加,并支持提供个人移动性的通用个人通信,系统设计全球通用,且兼容现有设备,能提供高清晰话音、高速数据、多媒体、漫游等多项业务,可支持大范围的可变速率信息传送,提供更高速的分组数据通信能力。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念,进一步减少多径衰减,在多蜂窝环境下提供更大的容量和更高的话音质量。更宽的带宽还使诸如ISDN和按需提供带宽等业务得以实现,宽带CDMA是唯一有潜力提供具有有线线路功能的"透明"本地环路无线技术。宽带CDMA技术对每一组通话采用随机数字序列进行编码。是在一个比其它蜂窝技术相对更宽的频带上扩展信号的,从而减少由多径和衰减带来的传播问题。
  由于宽带CDMA系统比传统通信系统能提供容量更大的带宽,因此用户使用该通信网络系统可以摆脱传统通信带宽有限的束缚,来实现其他各种增值服务,例如通过移动终端举行视讯会议,接收电子邮件,进行网上购物、游戏、与公司局域网连接并查询相关信息等;而收费机制将以传输的数据量为基础,不再以接入的时间计费,从而能够有效促进移动通信业务的蓬勃发展,并且与互联网服务商、IT软硬件制造商以及其它传统行业形成良好的互动。
  二、宽带CDMA有什么技术优势
  宽带CDMA技术可以说是移动通信领域的后起之秀,它使用的是频分编码技术,与基于时分复用机制的GSM相比具有明显的优势:
  1、向下保持平滑兼容。为了保证运营商的投资,为未来通信运营提供良好的技术基础,宽带CDMA能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。支持现存的覆盖结构,信令协议可以后向兼容,网络不再需要引入新的呼叫模式。这种分层和模块化的结构也可以容易地综合TIA或ITU定义的新功能。
  2、可伸缩性强。宽带CDMA技术在其他方面也表现了较强的功能伸缩性,它可以支持先进的天线技术;它可以通过增加小区的覆盖范围从而减少了基站数目;它的所有带宽的信道都能支持高速数据业务;它还可以经济地在各种环境里使用,如:室外大小区(半径大于35km),室外宏小区(半径在1-35km),室内/室外微小区(最大1km半径),室内/室外微微蜂窝(半径小于50m)。它可以支持各种模式下的工作,如WLL,车载,办公室环境,符合不同的移动要求。
3、操作更加便利。宽带CDMA系统支持连续导频技术,也能够支持高速移动终端;同时支持非平衡频带下采用时分双工的模式,采用单信元频率复用;支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术;还支持基站间的异步操作以及支持智能网等,这些功能的应用将会使通信操作变得更加简便。
  4、支持与传统系统间的切换功能。宽带CDMA技术支持多载波直接扩频系统,可以再利用现有的框架设备,小区规划,操作系统,帐单系统等。在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。
  5、信号抗衰落能力强。宽带CDMA具有更大的抗衰落能力,这就意味着在相同的输出功率下能提供范围更广泛的性能,或者在同样的覆盖范围下可降低功率要求。另外,附加的带宽意味着有更大的能力支持更高带宽业务和提供更灵活的多种混合业务。
  6、工作频段将大大拓宽。目前,无线通信技术的主要工作频段就是在CDMA IS-95版本下的800MHz频段,新的宽带CDMA将对该频段进行了大幅度的提升,宽带版本将适用于下列三个频段:
  DCS 1800(1.71~1.785GHz及1.805~1.880GHz)、US-PCS(1.85~1.9GHz及1.93~1.99GHz)以及 CEPT(2.0~2.7GHz)。
  7、抗外界干扰能力强。宽带CDMA技术在宽广的无线频谱上支持多路同步通话或数据传输。对每路话音、传真、数据或视像传输都分配一个网络的发送端和接收端都能识别一特定代码,以便传输的信息可在接收端重新组合。宽带CDMA的宽广频谱使它对于市区环境中干扰和多径传播环境具有更高的抗干扰能力。宽带CDMA对干扰的抵抗力使之成为多址接入系统的理想选择。
  8、通信性能大幅提升。根据GSM通信系统存在的容量不足、语音失真度大、易掉线串线等缺点,宽带CDMA引用了许多技术来解决和克服了这些缺点;目前宽带CDMA不仅可以实现模拟网和GSM网均不能做到的提供图像、视频和多媒体业务,还能提供通用个人通信,提供高清晰话音、高速数据、多媒体、漫游等多项业务,可甚至宽带CDMA的数字控制信道还能支持诸如卫星通信、多方通话、语音信箱等功能。
  9、扩展性灵活。传统的窄带CDMA技术使得通信系统中的每个通信点,在各个通信方向上的带宽进行了限定,只能在固定的1.25MHz带宽范围内进行有效通信,这样在很大程度上就制约了CDMA的进一步扩展和发展。而现在的宽带CDMA根据这样的缺陷,进行全面的设计,现在的宽带CDMA技术对每个通信点的带宽进行了特殊定制,它运行通信终端根据使用要求,来选择不同的带宽,可以选择的带宽为7MHz、10MHz、10.5MHz、14MHz及15MHz。
  10、具有成本低形成的价格优势。由于频率利用率高,且网络设计施工和扩容较为简便,意味着运营商可以大大降低网络建设与运营成本,从而带来更具吸引力的价格优势。
  三、宽带CDMA有哪些标准
  宽带CDMA技术是未来通信的发展方向和潮流,为了迎合这种通信潮流,各大电信公司纷纷向国际通信联盟提交了各种各样的实施方案,在这些方案中尤以欧洲的W-CDMA标准、北美的CDMA2000标准、以及中国的TD-CDMA标准影响最大。
  1、W-CDMA
  该标准的全称为Wideband CDMA,也叫CDMADirectSpread,它所代表的的含义为宽频分码多重存取,这种标准是按照国际电气通信协会制定的IMT-2000规格之一“IMT-DS”开发出来的新技术。W-CDMA标准的最初提出者是欧洲电信联盟协会,它是基于现有GSM网络发展得来的,它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步融合,其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商,日本公司也或多或少参与其中,包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的GSM网络上,对于系统提供商而言可以较轻易地过渡,而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此W-CDMA具有先天的市场优势。W-CDMA系统的空中连接采用5MHz、10MHz或20MHz的无线信道,尽管一些运营商将在只有5MHz的较窄的频谱宽度上提供3G业务,大多数的运营商将分配更宽的频谱:10、15、20MHz。W-CDMA与CDMA2000这两类宽带CDMA技术都属于FDD(频分数字双工)制式,大多数关键技术非常接近,性能上也基本没有太大差别。
  2、CDMA2000
  CDMA2000作为宽带CDMA的一个重要实施标准,是IS-95体制移动通信系统的发展,其第一阶段CDMA2000 1X在技术上已经成熟,可同时提供话音和分组数据业务,物理层最大速率可达307.2kbps。CDMA2000 1X目前已经在韩国开始商用,这为IS-95体制的第二代通信系统向第三代通信系统的过渡跨出了稳健的一步,而CDMA2000的理想发展模式为从最初的窄带CDMA技术向CDMA20001X技术发展,然后向CDMA20003X(3G)方向过渡。CDMA2000技术提供了多种带宽范围的选择来支持从与TIA/ EIA-95-B兼容的9.6Kbps到大于2Mbps的数据业务(包括电路和分组数据业务),允许运营商在很多方面实现最大的灵活性。CDMA2000的信令既支持TIA/EIA-95-B的信令和呼叫模式,也支持扩展的CDMA2000上层结构支持的宽范围的先进业务。该系统可以提供综合的业务,并伴有一套完善的多业务同时操作的模式。新一代CDMA2000技术提供了业内最高水平的无线频谱利用率,可以在现有CDMA数字无线网络上有效地翻番语音容量,并为用户提供高速‘永不断线’的互联网连接。
  3、TD-SCDMA
  该标准是中国电信技术研究院所提出的,作为具有中国独立知识产权的新技术,将成为在中国地区和WCDMA同时采用的3G标准。该方案的主要技术集中在大唐公司手中,它的设计参照了TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。TD―SCDMA的无线传输方案灵活地综合了FDMA,TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合,它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线,容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰,并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性,TD―SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器(RNC)连接到交换网络,如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里,计划让TD―SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的,它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此,TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率,可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。
  相比WCDMA和CDMA2000来说,TD-SCDMA的进展还稍显缓慢,无论是在系统容量、系统覆盖、资源分配、功率控制、数据传输等方面,都无法和WCDMA和CDMA2000这两种标准相比。从技术的风险性角度来看,W-CDMA和CDMA2000的基本技术沿用了传统的窄带CDMA技术,而窄带CDMA技术的实用性早已被世界所广泛接受,也经受了实践的检验,因此从某种意义上来说WCOMA和CDMA2000目前仍是3G标准的主流,TD-CDMA标准比较适合运用于目前在GSM上已有较大投入的国家来发展第三代移动通信系统。
  四、宽带CDMA的发展前途怎样
  伴随着移动通信技术的日新月异,第二代通信的产业化和标准化工作已经完成了很久,其最初的目的也只是为了提高语音通信的能力。然而在人们对通信能力要求不断提高的同时,宽带CDMA的发展就被提到议事日程上来了。宽带CDMA凭借其灵活强大的功能现已经成为目前通信最重要的技术之一了。通过宽带CDMA通信系统,运营商们可以对网络进行升级,满足市场需求。无论某个市场需要第三代功能,还是仅仅需要扩容、延长通话时间,宽带CDMA可以提供相应的解决方案。在市中心人口密集的地带,用户需要先进的语音和数据功能,这些用户乐于接受高速无线互联网接入服务。宽带CDMA为上述地区的运营商提供解决方案,可以最低成本完成系统升级。宽带CDMA也可在人口密集的市区提供经济高效的市场解决方案,目前市场对于带宽要求不高,但在不远的将来会需要先进的数据服务以及更大的语音容量。在最近10年间,宽带CDMA通信技术的身影将随处可见,它将主要在城市无线本地环路系统中、农村无线本地环路系统中、全球卫星移动个人通信系统中以及个人通信系统中,宽带CDMA在这些系统中主要解决用户本地化无线话音和数据业务的需求;此外,在提供数据业务方面(特别是各种因特网接入服务),宽带CDMA将是一种更经济灵活的方式。因此,笔者认为在全球一体化的进程迫切需要下,宽带CDMA有望实现一个全球统一的移动通信系统。


GSM与N-CDMA网络覆盖能力对比研究

摘要:本文就GSM与N-CDMA两种技术体制的覆盖范围、频谱效率、接入能力等方面进行了对比性研究,并简述了两种体制向第三代演进的不同技术路线。

  关键词:GSM CDM 覆盖范围 频谱效率

  1 概述

  GSM与基于IS-95体制的N-CDMA作为目前全球商用化范围最广的第二代移动通信系统,分别被中国移动、中国联通选型为当前主要的建网体制。对这两种通信系统覆盖范围、频谱效率、接入容量等方面进行对比性研究,将有利于两个运营商充分认识自身技术上的优劣势,进而为今后技术发展、网络建设提供理论参考。  对一种移动通信网络体制而言网络的信号覆盖与接入能力是需重点分析的两个主要因素。一个好的网络技术既要求信号的良好覆盖又要求高频谱效率及高话务接入,具体规划时由于地理上话务分布的极不均衡,往往考虑的侧重点不同。网络规划过程可简述为消除两个“点”,即乡镇主要考虑大范围覆盖,解决“盲点”,而城区主要考虑高话务吸收,解决“忙点”,当然还有部分大楼、地道等区域的“盲点”,而且,目前各种新技术演进大部分围绕此两个方面进行。所以GSM与N-CDMA覆盖能力的对比主要体现在乡镇覆盖范围的对比,及城区高话务区频谱率,接入能力的对比。

  2 GSM与N-CDMA覆盖范围的对比

  要对GSM与N-CDMA覆盖范围分析,首先要计算各自无线链路上容许的衰耗(dB)。由于GSM与N-CDMA的工作频段接近,无线传输上的特性相近,计算各自无线链路上容许的衰耗(dB)后即可折算出覆盖范围的差别。

  无线链路容许的衰耗为发射端EIRP与接收端Pmin之差。GSM与N-CDMA无线链路预算的差别主要在如下方面。

  1)接收灵敏度差别

  2)发射功率

  显然,无线链路预算上的宽余及自干扰系统特性,使得N-CDMA相对于GSM无论手机还是基站均为低功率发射。两系统间的手机(或基站)发射功率相差可达10倍。

  3)RAKE增益

  GSM与N-CDMA相比由于采用了宽带系统,因而获得了频率收集增益,表现之一即多径RAKE增益。

  4)N-CDMA的软容量

  N-CDMA软容量特性是相对GSM、TACS等系统硬容量特性而言的,它表现在容量与覆盖范围、服务质量、相邻小区负荷间有灵活的弹性关系。要计算N-CDMA覆盖范围需假定小区负荷一定数值,无线链路预算即小区负荷取值为0时最理想值。

  根据上述理论分析,N-CDMA在采用与GSM相同的天线、馈线等情况下无线链路的差别达10-11dB。以乡镇平滑地HATA衰减模型(基站天线高50m、手机天线高1.5m计算),GSM无线覆盖半径为5.5km,N-CDMA无线覆盖半径达10.5km。理想情况下,N-CDMA无线覆盖范围是GSM覆盖的1.9倍,覆盖面积是GSM覆盖范围的3.6倍。

  GSM与N-CDMA话音频谱效率及接入能力对比

  蜂窝系统的频谱效率定义为单位面积单位频谱效率定义单位面积单位频带所能容纳的话务量或用户数,单位分别为Erl/km2.MHZ或户/km2.MHz。它是衡量通信系统业务接入能力的重要指标。GSM蜂窝系统的频谱效率可表示为调制效率ηm及多址效率ηMA的乘积即η=ηm×ηMA。

  ηm=(B/Bc)H/BNA=H/BcNa

  式中:B----系统可用的总带宽(MHZ)

  Bc----话音信道带宽或信道间隔(MHz)

  H----每信道的话务量(Erl);

  N----簇蜂窝内的小区个数;

  A----小区的面积(km2);

  ηMA接入效率主要取决于业务信道及公共控制信道的比例,GSM可达到0.9。

  常规4×3频率复用方式:

  H统计话务量为0.7Erl/TCH,Bc为业务信道带宽0.025MHz,常规4×3小区复用下N取值为12,A在正六边形蜂窝结构小区面积为2.6R2/3km2,目前,城区基站间间距一般可达500m,可计算小区半径R=500/1.73=289m。  根据上述取值,可计算GSM蜂窝系统的话音频谱效率η=0.7×0.9/(0.025×12×2.6×0.5×0.5/3/3)=29.1Erl/km2.MHz,以平均每用户忙时话务量取0.02Erl,则单位面积单位频带所能容纳的用户数为1454户/km2.Mhz。

  采用MRP、1×3、IUO等复用方式:

  MRP紧密频率复用的频率复用度可达7-8,1×3频率复用方式的复频率复用度可达7,IUO智能同心圆技术的复频率复用度可达8-10。

  目前网上采用较多的是MRP紧密频率复用后的频谱效率,可取复用度为8,则η=29.1×12/8=43.6Erl/km2.Mhz。以平均每用户忙时话务量取0.02Erl,则单位面积单位频带所能容纳的用户数为2181户/km2.Mhz。

  N-CDMA蜂窝系统的话音频谱效率η=H/BcNA×ηMA,H统计话务量在20个信道时为13.5Erl/载复用,Bc为业务信道带宽1.25MHz,N-CDMA采用1×3复用,N取值为1,A在正六边形蜂窝结构小区面积为可计算小区半径R=500/1.73=289m。则η=13.5×0.9/(1.25×1×2.6×0.5×0.5/3/3)=134.4Erl/km2.Mhz,以平均每用户忙时话务量取0.02Erl,则单位面积单位频带所能容纳用户数为6720户/km2.Mhz。可见N-CDMA频谱效率是GSM常规4×3复用频谱效率的4.6倍,即使相对于GSM采用频率紧密复用技术,N-CDMA的频谱效率也达3倍。

  上述分析均是基于各自模型进行的理论分析,实际应用中GSM与N-CDMA网络的覆盖能力还与网络的具体规划设计及工程实施等方面有关,特别是对N-CDMA这种软容量特性的网络而言,良好的规划对发挥其技术优势尤其重要。

  4 GSM与N-CDMA数据接入能力的对比

  GSM网络提供的电路交换类型数据业务为高达9.6kbit/s时隙,N-CDMA网络提供的电路交换类型数据业务为高达9.6kbit/s码道。为提高数据业务能力,GSM标准组织发展了通用分组无线业务----GPRS,它不仅能在无线信道上提供从9.05--171.2kbit/s的可变速率,更实现了无线信道上的数据分组传送,在现有电路交换网络中引入分组网。其空中接中提供了四种编码方式:CS-1到CS-4,支持多时隙(最多8个时隙)合并传输方式。

  目前,从投入运行的实网效果看,与理论相比表现了三个方面的差距:可采用编码方式目前只能是CS-1、CS-2;每时隙实际速率达不到理论值;最多实现3-4个时隙的捆绑。

  同样,CDMA组织发展发cdma 1x技术,支持多码道捆绑(最多10个码道)传输方式,每码道改造后可承载14.4kbit/s码道的数据速率,也在现有电路交换网络中引入分组网。目前,cdma 1x还没投入运行,估计实际运行会与理论存在差距,从实现方式看效果可能会优于GPRS。

  5 GSM与N-CDMA向第三代演进的技术路线

  从目前技术发展来看,GSM与N-CDMA这两种技术体制向第三代演进的技术路线分别为:GSM网通过GPRS逐步向WCDMA演进,IS-95 cdma通过cdma 1x逐步向cdma 2000演进。演进后第三代通信技术体制仍然有很大的区别如:扩频码片速率、空中接口及信令不一致;核心网协议方面WCDMA采用GSM MAP协议作为上层核心网协议,而cdma 2000以ANSI-41为其核心网协议;基站同步方面cdma 2000沿袭了IS-95 CDMA各基站依靠GPS测量实现前向信道同步的要求而WCDMA没有基站同步的要求。对用户而言,仍需通过多模手机实现两种技术体制间及第三代与第二代间的漫游。

  6 结论

  本文分析了GSM与N-CDMA在乡镇的覆盖范围、城区话务频谱效率及接入能力,通过对比使我们对第二代主要应用的两种技术的覆盖能力及话务接入能力有了更深的了解。纯粹的技术对比不能代表运营商最终的选择,一种网络技术的发展与认可与许多非技术因素有关,GSM与N-CDMA体制对比仍将延续到2.5代及第三代。

 


GPRS、GSM、CDMA、WAP浅
中国移动通信集团日前宣布其GPRS进入试商用期,那么什么是GPRS?它和我们熟悉的GSM和CDMA有什么区别?与中国移动曾经推出的WAP业务又有什么不同呢?  
 
GPRS(General Packet Radio Service)的中文是通用分组无线业务,是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS与GSM系统最根本的区别是,GSM是一种电路交换系统,而GPRS是一种分组交换系统。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。我们可以将GPRS理解为GSM的一个更高层次。
  
WAP(Wireless Application Protocol)的中文是无线应用协议,它与GPRS属于不同的范畴,它的目的是将互联网的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端之中。打个比喻,GPRS和GSM都是马路,而WAP是在马路上的汽车。中国移动开通GPRS之后,WAP就行驶在GSM和GPRS两条马路上,而行驶在GPRS的马路上可以提高数据传输速度。因此,现有WAP上的内容一样可以通过GPRS进行浏览和应用。
  
CDMA是与GSM并列的移动通信技术,是码分多址数字无线技术的英文缩写,它拥有频率利用率较高、手机功耗低等优点。与GSM相同,CDMA也有2代、2.5代和3代技术。中国联通将于今年下半年推出的CDMA属于2.5代技术。CDMA被认为是第3代移动通信技术的首选,目前的标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。