全球第三代移动通信的发展状况~

 
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全球移动通信发展状况

  近年来,全球移动通信市场一直保持快速发展的势头。从用户数看,截止到2004年12月底,全球移动用户总数超过17亿。其中使用GSM网络的用户共有12.7亿,占用户总数的74.4%;CDMA用户2.38亿,占全球移动用户总数的13.9%。

  从3G的商用网络情况看,截至2005年1月,全球共有180个3G网络商用(EV-DO和1X分别计算),其中WCDMA商用网络有64个,edma2000 1X商用网络99个,1X EVDO商用网络17个。图1显示了全球移动用户按技术体制分布的情况。



                        图1 2004年12月全球移动用户按技术体制分布情况

从2004年至今,WCDMA网络快速增加,edma2000 1X商用网络增加数量大幅度减少,1X EVDO网络建设逐渐加速(如图2所示)。


                     图2 全球3G商用网络建设情况

从用户数量来看,截至2004年12月底,全球使用edma2000 1X和WCDMA等3G技术的用户已经达到了1.591亿人以上,其中cdma2000 1X用户1.30亿人。EV-DO用户1260万人,WCDMA用户1650万人。

  3GPPs的无线技术标准进展

  1.3G增强型

  (1)3GPP

  ①HSDPA

  WCDMA无线接口的演进路线是比较清晰的,从R99的无线接口技术演进到HSDPA,再发展到HSUPA。目前3GPP正在致力于UTRAN和UTRA长期演进的研究。

  3GPP提出HSDPA的目的主要是为了增强下行分组业务的吞吐量,尤其是针对非实时的分组业务,但也可以潜在地用于流媒体业务。

  HSDPA主要是在R99提出的空中接口的基础上,通过采用以下新技术来提高下行的峰值速率。

  ·AMC:是自适应的编码调制技术;自适应调制与编码(AMC)属于链路自适应的范畴。AMC的基本原理是改变调制和编码的格式,并使它在系统限制范围内和信道条件相适应,而信道条件则可以通过发送反馈来估计。在AMC系统中,一般用户在理想信道条件下用较高阶的调制方式和较高的编码速率,而在不太理想的信道条件下则用较低阶的调制编码方式。在HSDPA中,采用QPSK或16QAM调制方式。

  ·HARQ:R99中的ARQ技术.采用的是停等协议。在HSDPA中,采用的是N-通道的停等协议,大大提高了传输的效率。HARQ是ARQ技术和前向纠错(FEC)技术的综合,也是一种链路自适应的技术。在AMC中,采用显式的C/I测量来设定调制编码的格式,而在HARQ中,链路层的信息用于进行重传判决。错误的数据块将用于和重传的数据块合并,从而可以获得一定的增益。HSDPA使用了IR(Incremental

Redundancy)和Chase Combining两种HARQ技术,前者的效率更高些。但具体采用何种方式,将依赖于终端的实现方式。

  AMC可以根据UE的测定或者网络提供的信息条件来灵活地选择适当的MCS,但需要UE进行准确信道测量并且受到相应延迟的影响。HARQ能够自动地适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。AMC和HARQ二者结合起来可以得到很好的效果:AMC提供粗略的数据速率选择,而HARQ可以根据数据信道条件对数据速率进行较精细的调整。

  ·快速的数据调度:调度算法控制着共享资源的分配,在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件,同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据,这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量,但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化,将调度功能单元放在NodeB而不是RNC,同时也将TTI缩短到2ms。相比之下,R99中的数据调度是由RNC来控制的,由于中间需要经过Iub接口,因此反应速度较慢。

  HSDPA是作为对R99无线接口的一个补充,与R99的信道在同一载波上,只是为HSDPA曾加了专门的信道。在产品实现上,相对比较简单,不需要对硬件进行修改,只要进行软件升级即可。

  目前,各WCDMA设备提供商都计划于2005年底至2006年初推出HSDPA商用化设备,DoCoMo也计划于2005年下半年推出HSDPA的商用网络。但是这一阶段推出的HSDPA速率基本是在3.6Mbit/s左右。与HSDPA系统的开发进度相比,HSDPA终端的开发进度略微会慢点。NEC为配合DoCoMo的HSDPA商用计划,会推出速率在3.6Mbit/s的HSDPA终端。

  ②HSUPA

  HSDPA属于R5中的内容,主要用于对下行分组域的数据速率进行增强;在R6中,3GPP正在致力于HSUPA标准的制定。HSUPA主要是用于对上行分组域的数据速率的增强。这部分的标准还正在制定之中,预计可以在2005年6月完成。

  由于HSUPA专注于对上行速率的增强,和下行链路相比,两者拥有的功率资源是不同的。下行链路的功率是由基站来提供的,上行链路的功率则来自于各个终端,而且在上行链路上有远近问题,功率控制是必不可少的。因此,增强下行链路数据速率的方法并不一定适用于上行链路。

  HSUPA依然使用BPSK的调制方式,通过使用多码传输、SF=2或4的扩频因子、HARQ技术和快速数据调度算法等方法来提高上行的传输速率。帧长依然采用10ms。但3GPP也在讨论采用2ms帧长的可能性。理论上,上行的峰值传输速率可达5.76Mbit/s。

  (2)3GPP2

  cdma2000 1X EV-DO目前已推出两个版本,即Rel 0和Rel A。Rel 0支持的前、反向峰值速率分别为2.4Mbit/s和153.6kbit/s。而cdma2000 1X EV-DO Rel A在1X EV-DO Rel O的基础上对前、反向链路进行改进和增强,引入新的技术,使得前向链路支持的峰值速率达到3.1Mbit/s,反向链路支持的峰值速率达到1.8Mbit/s。

  截止到目前,3GPP2关于1X EV-DO Rel 0的相关标准都已经发布,我国cdma2000 1x EV-DO Rel O系列的参考性技术文件也已经发布,相应的行标已经报批通过。这其中包括空中接口技术要求、A接口技术要求、设备技术要求、测试方法等。

  1x EV-DO Rel 0设计初衷是面向非对称的无线数据业务,但在满足用户各种新业务方面仍存在某些不足。

  首先,前反向业务能力不平衡。DO Rel 0优化了空中接口前向链路,使前向链路的峰值速率达到了2.4Mbit/s,而反向链路的能力还维持在cdma2000 1X系统的水平,峰值速率只有153.6kbit/s。这种前、反向链路的不对称限制了对称型数据业务的开展,对于可视电话等对称性较强的业务,反向链路就成了制约整体业务能力的瓶颈。

  其次,对QoS的支持不能满足业务多样性要求。DORel 0系统对服务质量基本上采用Best Effort的机制,未过多地考虑对QoS的支持。对于以可视电话为代表的实时类数据业务,无法提供足够的QoS技术保证机制。

  第三,数据与话音业务的并发问题。DO

Rel 0设计之初是仅以数据方式接入Internet为设计目标的,并且系统与ANSI-41的电路域网络没有任何联系,也使1X EV-DO系统难以接收到电路域网络中关于话音呼叫的信息。目前的解决方案为双模终端在使用EV-DO网络的同时,周期性地监听1X网络的寻呼信息,但周期性地反复搜索与监听造成电池消耗,影响终端的待机时间并且会影响1X EV-DO数据业务的使用。

  第四,不支持共享的广播信道。1X EV-DO Rel 0空中接口上未定义高速的广播业务信道,只能由多个单播信道完成,造成了无线资源的浪费。

  针对1X EV-DO Rel 0中存在的上述不足,3GPP2在1X EV-DORel A中提出了相应的改进方案。

  ①提高了反向链路吞吐量。在DO Rel A中反向链路支持的峰值速率可达到1.8Mbit/s。

  ②增强QoS支持。为了支持QoS,在物理层、MAC层以及更高层都进行了改进。前向链路增加了对更小数据包的支持,利于对时延敏感的小包传送。前向多用户可同时发送,减少等待时间,并且RLP和MAC支持多流的分类。反向链路采用子分组发送,降低平均发送时延,MAC层采用T2P(Traffic-to-Pilot)可有效减小对时延敏感业务的时延和抖动。为了提升切换速度,新增反向DSC信道,避免切换引起的业务中断和时延。并且,增强的RLP支持灵活的QoS。增强时隙模式减少了时延敏感业务的连接建立时间。

  ③前向链路改进。DO Rel A支持更高的速率(3.1Mbit/s)和更低的速率(4.8kbit/s),可以有效提高用户信道条件好时的吞吐量。前向业务信道的速率等级扩展为14种速率等级,并且可以支持更长或更短的包长,可根据前向信道质量进行快速调整,提高了空口的利用效率。增加了对大数据包的支持,最大的物理层数据包达到5120比特,最大数据速率达到3072kbit/s;增加对小数据包的支持,包括128比特、256比特和512比特三种数据包。一个物理层包可以承载一个或多个用户的多个安全层包。降低小包情况下资源的浪费,有效提升系统吞吐量。

  ④更完善地支持1X/DO的双模操作。为了得到电路域的信息,在DO系统与1X的电路网络之间建立联系,对1X EV-DO Rel A系统的网络侧结构进行了改动,使得EV-DO BSC支持1X系统的IOSA1接口,可以接收1X MSC发送的寻呼消息、短信息消息等电路域消息。在DO Rel A空中接口应用层新增了CSSNP(Circuit-Switched Service Notification Protocol)协议,以将电路域消息封装为特定的数据包,通过在EV-DO空中接口上定义的隧道协议传送给双模终端。应用层还新增了多模能力检测协议,以支持终端和手机能力的协商,使得网络了解到手机的情况,如双模终端、单模终端、双收双发或双收单发等,从而系统侧根据协商的结果作出相关的策略。

  2.推进宽带无线技术标准

  在传统蜂窝移动通信技术快速发展的同时,部分无线宽带接入技术(如802.16e技术)也开始提供部分的移动功能,力图抢占移动通信的市场。在这种背景下,移动通信业界提出了新的市场需求,要求进一步改进3G技术,提供更强大的数据业务能力,以便向用户提供更好的服务,并与其他技术进行竞争。

  因此,很多国家和企业已经开始了相关新技术的研究工作。目前这种技术的名称在国际上还不统一。在ITU,100Mbit/s速率以下的技术被称为增强型3G技术(Enhanced 3G),100Mbit/s以上的速率被叫做新的无线接口技术。在一些国际组织中,将这种技术叫做Super 3G,也就是比当前3G技术有较大改进的技术。也有一些厂商形象地称之为第3.9代技术,指还没有达到4G技术的水平,但相对于3G技术有很大进步的技术。这些概念的共同特点是:其一,数据业务传输速率达到100Mbit/s左右,相对于当前的3G技术有一个较大的提高;其二,引入OFDMA和MIMO等新技术,相对于现有的3G技术有比较大的改变。

  以上这些概念实际上是相同的,即它们体现了当前移动通信领域新一轮的技术更新的浪潮。

  (1)3GPP标准的推进
  2004年12月份的3GPP会议,确定了其工作计划和工作方法。3GPP目前将RAN Evolution分为Study Item和Work Item前后两个阶段,前一个阶段持续大约一年半的时间,后一阶段持续大约一年的时间。

  在3GPP R6引入了HSDPA(高速下行分组接入)和HSUPA(高速上行分组接入)的技术可以达到14Mbit/s/4Mbit/s(DL/UL)的数据速率,为了和WiMAX等宽带无线接入技术相竞争,3G蜂窝技术正在研究更加具有竞争能力的无线接入接口和子系统。从目前3GPP标准进展来看,提出了以下的设计目标。

  ①降低成本

  ·提高频谱效率(为HSDPA/HSUPA的2-4倍);

  ·减少在无线接入子系统传输的成本。

  ②提供更佳的用户体验

  ·专注于采用IP的业务;

  ·减少建立和环回时延;

  ·增强对多种业务QoS业务的支持能力;

  ·增加峰值速率(比如下行大于100Mbit/s,上行大于50Mbit/s)。

  ③要达到这样高的速率可能要分阶段进行。首先HSDPA/HSUPA采用OFDM和MIMO技术相结合,将数据速率提高到30Mbit/s;此后载波带宽加宽,采取新的无线技术将数据速率进一步提高到100/50Mbit/s。

  ④在无线接入网络的结构方面提出了弱化基站控制器设备实体,采用公共无线资源管理控制基站等概念。

  (2)3GPP2标准的推进

  相对于3GPP的工作进度,3GPP2的工作进展大约会延迟6个月左右的时间。

  根据当前的工作计划,3GPP2预计通过两次Workshop确定未来cdma2000技术的发展方向。其中.第一会议于2005年3月在丹佛举行,主要讨论中短期的演进计划;第二次会议于2005年6月在韩国汉城举行,主要讨论中长期的演进计划。

  在刚刚结束的丹佛会议上,3GPP2初步达成一致的主要内容如下。

  ①增加峰值数据速率和系统容量(基于移动性的不同,前向信道的峰值容量为100Mbiffs,反向信道可以达到50Mbit/s)。

  ②第一个规范计划于2005年底完成MC cdma2000空中接口。

  ③增强cdma2000。技术研究和相应的规范发布计划于2007年中完成。


  TD-SCDMA产业取得突破性进展

  为了推动TD-SCDMA技术成熟和产业发展,由信息产业部、国家发展改革委、科技部共同组织了“TD-SCDMA研究开发和产业化项目”。在此项目的支持下,TD-SCDMA产业链已经初步形成,TD-SCDMA产品开发方面取得了突破性进展。

  “TD-SCDMA研究开发和产业化项目”技术试验的总体目标为:解决研发和产业化过程中的关键技术问题,推动TD-SCDMA技术和产品成熟;充分验证TD-SCDMA设备的功能和性能、互操作和业务应用以及TD-SCDMA无线网络性能和组网能力;带动和吸引国内外设备制造商研发和生产TD-SCDMA产品,促进TD-SCDMA产业链完备,形成多厂家供货环境;完善和发展TD-SCD-MA技术标准,加强对TD-SCDMA增强技术的发展和演进的研究。

  “TD-SCDMA研究开发和产业化项目”技术试验的总体实施思路为:在原有TD-SCDMA相关产业基础和技术试验基础上,把握和协调产业关键环节,推动研究开发和产业化工作;测试验证工作主要面向设备产品,面向系统和终端设备及组网的成熟性;按照先室内后室外、先单系统后多系统的顺序,并行进行全面的测试;采取开放原则,吸引更多的国内外厂商开发TD-SCDMA产品并参与试验。

  “TD-SCDMA研究开发和产业化项目”技术试验分MTNet室内测试和外场技术试验两大部分。MTNet室内测试从2004年11月到2005年6月;外场技术试验从2004年12月至2005年3月完成试验网络工程设计和建设,2005年3月至2005年6月对外场试验网络进行全面测试。

  截至目前,TD-SCDMA设备的MTNet室内测试正在紧张进行之中,多套系统和多厂家的芯片和终端都在并行测试,并将持续到6月底,对更多终端进行测试。外场较大规模的试验网络的工程设计和基础设施准备均已就绪,开始设备安装调试,3月底将正式开始测试工作,并将利用更多的手机进行实际网络环境下的全面测试。


摘自:信息网络 2005-5-13




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