宽带ＣＤＭＡ技术和第３代移动通信的发展

● 宽带ＣＤＭＡ技术是发展第３代移动通信的技术基础

● 面向２１世纪的ＩＭＴ－２０００标准化建议的评估和研究正在紧锣密鼓地进行

● 中国应抓住机遇积极参与ＩＭＴ－２０００标准的制定工作

１ 前言

      随着中国经济的快速发展，近几年，移动通信几乎以每年翻一番的速度高速发展。１９９７年底，中国移动电话用户数已达１ ３５８万，１９９８年８月１８日中国电信移动电话用户数突破２ ０００万大关，到１９９８年９月底，移动电话用户数已超过２ １００万，其中ＧＳＭ数字移动通信用户数超过１ ４５０万，成为世界上最大的ＧＳＭ网络。尽管发展非常快，但中国目前的移动电话普及率仍小于２％，预计到２０００年移动电话用户数将超过４ ０００万，普及率约为３％。到２００５年，移动电话用户数可望超过１亿，普及率将达到８％左右。到２０１０年，移动电话用户数将为３亿，普及率上升到２２％左右。

     移动电话用户数这么快的增长，单靠现有技术、现有系统、现有频段是很难满足要求的，必须寻求频谱利用率更高的技术及通信容量更大的系统。目前，移动电话以话音业务为主，而且相当长的时间内，话音业务仍将是最主要业务。但是由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务的飞速发展，移动环境下提供多媒体业务、提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务将越来越重要。为此，需要发展能满足上述用户增长和业务需求的新兴技术——宽带ＣＤＭＡ技术。这项技术能提高有限频率资源的重复利用率，能在复杂的城市环境以及多径衰落环境下有效工作，能充分利用业务特点，采用激活技术实现无空闲、大容量传输，能充分利用信号处理和纠错方法等新技术提高用户的频谱利用率和传输效率，能实现多址干扰对消和多用户检测，能有效利用智能处理和相关技术。

     全球移动通信的发展也是非常快，其中亚太地区将增长最快。

     近年来，除移动电话外，无线数据、无线多媒体、移动计算、无线Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、无线Ｉｎｔｒａｎｔ等正在开始进入现实生活，瞄准２１世纪的无线多媒体业务服务的ＩＭＴ－２０００标准化建议的评估和研究在紧锣密鼓地进行。１９９８年４月提交给Ｉ-ＴＵ的十几个移动通信系统建议中，频分双工（ＦＤＤ）方式有两个建议：Ｗ－ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ ２０００，倍受人们关注。另外，中国有关单位提出的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ作为时分双工（ＴＤＤ）方式的一种建议也很有特色。

２ Ｗ－ＣＤＭＡ

     １９８５年国际电信联盟（ＩＴＵ）正式提出了未来公众陆地移动通信系统（ＦＰＬＭＴＳ）这一名称和发展概念后，１９９２年ＷＡＲＣ大会正式将它的频率范围划定为１ ８８５～２ ０２５ＭＨｚ和２ １１０～２ ２００ＭＨｚ共２３０ＭＨｚ带宽，１９９６年ＦＰＬＭＴＳ被Ｉ-ＴＵ正式更名为ＩＭＴ－２０００，即国际移动通信２０００系统，２０００年以后开始使用，工作于２ ０００ＭＨｚ频段，最高业务速率２Ｍｂｉｔ／ｓ。最早得到积极响应的要算是日本，日本ＡＲＩＢ组织日本国内研究机构进行研究，提出多种技术方案，最后统一成Ｗ－ＣＤＭＡ，推向世界。与此同时，欧洲在大力研究通用移动通信系统（ＵＭＴＳ），经多次讨论协商，１９９８年１月在ＥＴＳＩ会议上认定Ｗ－ＣＤＭＡ作为ＵＭＴＳ的系统方式，也作为ＩＭＴ－２０００的建议提出。Ｗ－ＣＤＭＡ分成ＦＤＤ方式和ＴＤＤ方式两种。

      在ＦＤＤ方式下，Ｗ－ＣＤＭＡ的码片速率选用４．０９６Ｍｃｐｓ，能与ＧＳＭ同时使用一个时钟，实现Ｗ－ＣＤＭＡ和ＧＳＭ双模手机。另外，使用这个速率容易实现２Ｍｂｉｔ／ｓ的数据速率。Ｗ－ＣＤＭＡ的每个载波能放入５ＭＨｚ的频谱带宽。如果有１５ＭＨｚ的频带，则可支持３个载波。为保证与其它载波间有至少２００ｋＨｚ以上的间隔，１５ＭＨｚ内的３个载波间隔可在４．２～５．０ＭＨｚ间变动。

     下行信道是双数据信道结构，双信道二相相移键控（ＢＰＳＫ）调制，是Ｗ－ＣＤＭＡ的重要特征之一。一路作余弦信号调制，相当于四相相移键控（ＱＰＳＫ）调制的Ⅰ路，是专用的物理数据信道（ＤＰＤＣＨ），传送信息业务数据。另一路为正弦信号调制，相当于ＱＰＳＫ调制的Ｑ路，是专用的物理控制信道（ＤＰＣＣＨ），传送公共控制命令。图２中的Ｇ是调节Ｉ／Ｑ调制信号星座图的控制参数，不同的Ｇ有不同的信号星座结构。

    Ｗ－ＣＤＭＡ的越区切换方法也很有特色，它采用移动台发起的非同步软切换方法。Ｗ－ＣＤＭＡ的基站之间不需要同步，不需要特别的同步参考源，为实现软切换，基站要确定在什么时间、在什么位置启动软切换算法。一个Ｗ－ＣＤＭＡ的移动台在同一频率检测其它基站包括本基站的信号，确认它们之间的时间差。检测到的时间信息经由本基站到达新的后选基站，后选基站调整它的新的专用信道的发射时间，也就是在发送信息的时间上进行调整，使不同基站间在这个信息比特期间的下行码道上同步。

    ＴＤＤ方式下扩频增益是不变的，可使用多码传输实现高速数据通信。它的最大特点是在上行链路的多用户联合检测技术，这项技术使得在同一时隙同时工作的扩频码被联合检测方法分离开，即使彼此功率有好几分贝之差也行。这正好弥补了在ＴＤＤ方式中信号功率不易高精密控制的不足，因为移动台的反向信道不是连续工作，功率控制处理速度远低于ＦＤＤ系统。

    Ｗ－ＣＤＭＡ中的ＴＤＤ方式，还使用智能动态信道分配法。该方法是把信道动态分配与快速小区内切换结合起来运用。基站知道下行链路使用的时隙、码字和相应发射功率，由于邻近小区相同时隙的干扰叠加，移动台收到信号的干扰模式就不同于本小区的准确模式。如果检测到干扰情况已完全不同于已有的模式，移动台可以请求启动一个快速小区内切换程序跳到干扰低的时隙。这个程序的启动也是下行链路的发射时隙又一初始化过程，时隙分配得到有效合理的校正。上行链路是基于基站接收上行的干扰模式，分配最低干扰的时隙给移动台作发射信号用。

３ ＣＤＭＡ ２０００

     ＣＤＭＡ ２０００是北美基于ＣＤ-ＭＡ Ｏｎｅ（ＩＳ－９５）系统发展演进而来的，它是在原ＩＳ－９５标准的基础上，进一步改进上行链路增设导频信号实现基站的相干接收，上行链路在极低速率（低于８ｋｂｉｔ／ｓ）传输时，不再使用突发方法而采用连续信号发射。下行链路也使用与上行链路相同的功率控制。高速数据传输时，使用Ｔｕｒｂｏ纠错编码，下行发射也采用分集方式，支持先进的天线技术和波束成形技术等。这些技术方法的使用能明显提高通信性能和系统容量，据北美支持ＣＤ-ＭＡ ２０００的各公司称，系统容量有可能再提高１倍。ＣＤＭＡ ２０００采用不同射频信道带宽，可实现从１．２ｋｂｉｔ／ｓ到２Ｍｂｉｔ／ｓ，甚至更高速率的信息数据传输，建议的射频带宽是基本信道带宽１．２５ＭＨｚ加上保护频间间隔为１．７ＭＨｚ；３个基本信道合用，为３．７５ＭＨｚ，加上保护频间间隔，为５ＭＨｚ。当然，还可以增加为使用６个、９个、１２个基本信道。

    ＣＤＭＡ ２０００为支持传送不同速率的信息业务，在系统协议的第２层增添了媒体控制层（ＭＡＣ），Ｗ－ＣＤＭＡ与此相似，为支持ＭＡＣ的运行，在物理层增加了专用控制信道（ＤＣＣＨ）和公共控制信道，并使用可变的信包数据帧方法，帧长为５ｍｓ和２０ｍｓ。

    ＣＤＭＡ ２０００的重要技术特征之一是下行链路使用多载波方式，实现５ＭＨｚ宽带通信。下行链路采用多载波，被１．２２８８Ｍｃｐｓ的扩频码调制，每个载波彼此间隔１．２５ＭＨｚ，３个载波加上保护频隙，构成５ＭＨｚ。上行采用直接扩频方式，使用３．７５Ｍｃｐｓ的扩频码调制到载波上，正好为３个１．２５ＭＨｚ频宽，加上保护频隙构成５ＭＨｚ带宽。

      这种链路设计的最大优点是与ＣＤＭＡ Ｏｎｅ的ＩＳ．９５标准兼容。带宽与ＩＳ－９５相同，多载波信道信号与ＩＳ－９５的信号正交。因此，ＣＤＭＡ ２０００可与ＩＳ－９５共存。同时，ＣＤＭＡ ２０００保留了与ＩＳ－９５

相同的导频信道、同步信道和寻呼信道，使它的基站能向下兼容，提供ＩＳ－９５的通信服务。

      ＣＤＭＡ ２０００的上行链路设有连续的导频信号，提供反向信号的相干检测，这样能在低信噪比下工作，降低了功率控制环路的时延，并使功率控制、定时和相位跟踪与传输速率无关。语音和低速率数据使用卷积码，而高速数据准备使用Ｔｕｒｂｏ码。为实现ＩＳ－９５到ＣＤ-ＭＡ ２０００的平滑过渡和尽快满足北美移动通信市场的数据业务通信需求，１９９８年６月北美提出了ＣＤ-ＭＡ ２０００ ｐｈａｓｅⅠ和ｐｈａｓｅⅡ的发展计划，１９９９年完成ＣＤＭＡ ２０００ ｐｈａｓｅⅠ的研究开发，２０００年以后提供使用。

４ ＴＤ－ＳＣＤＭＡ

    ＴＤ－ＳＣＤＭＡ是信息产业部电信科学技术研究院控股的信威通信技术公司提出，经论证认可，提交给ＩＴＵ的ＩＭＴ－２０００的建议，这是中国第一次向国际电联提出中国的建议。该建议是基于已有的Ｓ－ＣＤＭＡ技术研究开发和实际运用的成果，满足无线高速多媒体通信业务需要和可在世界范围移动的要求，提出一种系统容量尽可能大、成本尽可能低的第３代移动通信ＴＤＤ方式的系统。

    ＴＤ－ＳＣＤＭＡ基于Ｓ－ＣＤＭＡ和ＴＤＭＡ技术，在１．４ＭＨｚ带宽内传送码速率１．１Ｍｃｐｓ，用长为６比特的正交码传送一个时隙，一个时隙有６个码字可供使用，８个时隙为一帧。

     它采用同步ＣＤＭＡ通信方式，下行到达每个移动台的信号是同步的，这是通常使用的方法。上行到达基站的信号也是同步的，通过对基站到移动台的信号的精确传播时延测定，获得移动台信号准确发送时间，来实现各信号间同步，以大大减少干扰。采用智能天线，使不同用户的不同扩频码有各自不同的天线波束，理论上，８个天线单元能形成７个波束，这些波束可以通过控制送给天线单元的扩频码的不同相位来改变方向、增益和宽度。这样，能明显减低信号发射功率，减少来自其它用户的干扰，提高系统容量和通信质量。

    ＴＤ－ＳＣＤＭＡ建议的另一特色是在蜂窝系统应用时的越区切换方法：指定切换的方法。每个基站具有对移动台的定位功能，知道本小区各个移动台的准确位置。根据基站确认的移动台位置，网络将通知移动台它周围的基站情况。移动台寻找附近的基站，在越区切换之前与认定的基站同步，并报告网络，最后网络控制移动台完成越区切换。这种越区切换方法，既适用于同频切换，也适用于异频切换，越区切换所用的信令和占用的资源都很少。

５ 第３代移动通信的发展

     第３代移动通信的发展目标，即ＩＭＴ－２０００标准制定的宗旨，是希望能提供不同速率的多媒体业务，适应不同的应用环境和有线网络，有一个单一的个人通信号码，能全球覆盖和漫游，系统容量极大，频谱效率非常高。

     发展第３代移动通信，第１件事是标准化问题。在现在提出的ＩＭＴ－２０００的各种建议中，Ｗ－ＣＤＭＡ和ＣＤＭＡ ２０００是较有竞争力和应用前景的，彼此之间有很多共同点，但也有明显差别。如它们之间能统一融合成一个标准，无论对运营者、生产者，还是对用户都是有利的。运营者可降低投资，减小网络间互连互通的技术麻烦。生产者也可避免对不同标准的重复研究开发，降低研究开发成本，提高效益。但是，从目前情况看，这个工作的难度还相当大。因此，在努力促进标准统一和融合的同时，也要考虑如何面对多个标准研究开发中国的第３代移动通信技术和系统。

     中国第２代移动通信系统最主要的是ＧＳＭ，是基于ＴＤＭＡ多址方式的数字移动通信系统。第３代移动通信系统是ＣＤＭＡ多址技术的新系统，第２代如何向第３代平滑过渡，是摆在我们面前的重要课题。从应用和运营角度看，第３代开始投入使用时，将与第２代系统共存相当一段时间，第３代移动通信系统能否使用现有网络的某些网络设备和系统软件，能否支持第２代系统的基本功能和基本业务，保护第２代系统的用户和运营者的利益十分重要。由于第３代移动通信肯定是ＣＤＭＡ技术，它的工作方法、应用形态、管理办法等都与ＴＤＭＡ的ＧＳＭ有明显不同，因此，适当发展第２代ＣＤＭＡ的移动通信系统，对实现向第３代移动通信的平滑过渡，对促进第３代移动通信的技术研究、开发和运营是有极大好处的。

     第３代移动通信发展的最重要工作，是开发有自主知识产权的第３代移动通信技术。第３代系统应是智能移动通信，使用智能技术完成系统功能，使系统有极大容量，适应各种环境，传送不同业务和对应不同网络。智能技术是第３代移动通信的最重要技术基础。智能天线、智能接收、智能业务处理、智能网络接口和智能网络规划，不论采用什么标准，都十分重要。智能天线有相当的发展，在ＴＤＤ方式的接入网中，取得了较好的应用成效，但如何应用于ＦＤＤ系统，适合于移动通信还有待研究。实现智能接收的多用户检测和干扰对消技术研究了相当一段时间，面对ＴＤＤ方式的联合检测技术正在走向成熟。而在有极大市场的ＦＤＤ方式的移动通信中，还没见到多用户检测和多址干扰对消的有应用前景的技术问世。智能业务处理、智能网络接口和网络规划方面的研究还刚刚开始。这些智能技术如能研究开发成功，将对形成中国第３代移动通信系统的技术知识产权是非常有意义的。

６ 结语

     研究和讨论第３代移动通信，最终目的是要建立中国的第３代移动通信产业，提出中国自己的系统和设备给运营者和用户，在积极参与ＩＭＴ－２０００国际标准制定，积极开发有自主知识产权的第３代移动通信技术的同时，应提高产业界和运营部门对技术研究和标准制定的参与能力，加强产业界和运营部门间的合作，把标准制定、技术研究开发和产业化工作有机结合起来，使制定出的标准适合中国的运营情况和将来发展，适合中国企业的技术基础和将来发展，使研究开发的技术能形成中国的知识产权，尽快应用到系统开发和实际产品中，促进中国民族企业的发展，创建中国自己的第３代移动通信产业和系统。

（收稿日期：１９９８－１０－３０）