第三代移动通信系统的研究现状和发展趋势
摘要 本文介绍了第三代移动通信系统的研究现状，分析和比较了分别以日本、美国和欧洲为主提出的W-CDMA、CdmaOne和TD-CDMA系统的技术特点，最后探讨了第三代移动通信系统的发展趋势。
关键词 第三代移动通信系统 码分多址 IMT-2000
1 引言
第三代移动通信系统是指能够满足国际电联提出的IMT-2000/FPLMTS系统要求的新一代移动通信系统。国际电联于1995年提出了IMT-2000/FPLMTS的评估标准，对未来蜂窝移动通信系统提出了较详细的要求。
IMT- 2000系统的基本特征有以下几点：
球范围设计的高度兼容性；
MT- 2000中的业务与固定网络的业务兼容；
质量；
机体积很小，具有全球漫游能力；
用的频谱为
885 MHz～2025 MHz，2110 MHz～2200 MHz（共230 MHz）
1980 MHz～2010 MHz，2170 MHz～2200 MHz（限于卫星使用）
动终端可以连接地面网和卫星网，可移动使用也可固定使用；
线接口的类型应尽可能得少，而且具有高度的兼容性。
从而可以看出未来的第三代移动通信系统要具有很好的网络兼容性，用户终端可在全球范围内几个不同的系统间实现漫游，不仅要为移动用户提供话音及低速数据业务，而且要提供广泛的多媒体业务，这就对无线接口提出了较高的要求。ITU已对IMT-2000的测试环境提出了具体要求，给出了表征 IMT-2000系统的最低限度的参数，包括：支持的数据率范围，误码率要求，单向的时延要求，激活因子和业务量模型。
根据ITU的要求，目前各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统方案，主要以日本DoCoMo公司为首提出的W-CDMA；美国Lucent、Motorola等公司提出的CdmaOne；欧洲西门子、阿尔卡特等公司提出的TD-CDMA。总体来说，在第三代移动通信系统中采用CDMA技术已达成共识，但各自实现方案还有较大差别，下面分别介绍并比较。
2 三种方案的特点
（1） W-CDMA系统
由于欧洲的 GSM系统已经在数字移动通信市场中占据了很大的份额，美国的窄带CDMA系统（IS-95）也正在迅速赶上来，而日本的第二代数字移动通信系统PDC仅限于国内使用，无法推广到其它国家，所以日本很早就开始从事第三代移动通信系统的开发工作，分别提出了基于TDMA（时分多址）和基于CDMA（码分多址）的第三代移动通信系统，希望在未来的市场中占据有利地位，尤其以DoCoMo公司（NTT）的W-CDMA系统最有竞争力，目前DoCoMo公司正在同爱立信、Motorola、Lucent，以及其它厂家合作，努力完善系统，争取在 1998年完成样机，1999年进行商业试验。
W- CDMA系统无线接口的基本参数为
扩频方式：可变扩频比（4～256）的直接扩频；
载波扩频速率：4．096 Mchip/s；
每载波带宽：5 MHz（可扩展为10 MHz/20 MHz）；
载波速率：16 kbit/s～256 kbit/s
帧长度：10 ms；
时隙长度（功率控制组）：0．625 ms；
调制方式：QPSK
功率控制：开环＋自适应闭环方式（功控速率1．6 kbit/s）
W- CDMA系统中采用导频符号相干RAKE接收机技术，解决了反向信道的容量限制问题，每个无线帧长度为10 ms，分成16个时隙（time slot），每个时隙长度为0．625 ms，在每个时隙的前部插入全“1”或全“0”的`导频符号进行信道参数估计，这种方法在其它系统的调制中也有采用的，但W-CDMA系统将从导频符号得到的衰落信道的振幅和相位信息，作为RAKE接收机最大比值合并的加权系数，取得了很好的效果。
与IS- 95不同，W-CDMA系统不采用GPS精确定时方式，不同基站间不采用精确定时，优点是摆脱了美国GPS系统的控制，可采用较为自由的信道管理方式。缺点是需要快速实现小区搜索。
自适应阵列天线技术可以增加系统容量，而干扰消除技术可以减少高速率用户对系统造成的干扰。虽然这两种技术在实际应用中还有许多问题尚未解决，但日本正努力在W-CDMA系统中采用这两项技术。自适应阵列天线技术已经有很多文章论述过，这里不再介绍。干扰消除技术实际上是多用户检测技术的一种实现方式。采用2～3级干扰消除器，容量可增加30％。
另外，W- CDMA系统采用了精确的功率控制，即采用基于SIR（信噪比）的开环＋闭环的功率控制方式，在业务信道帧中插入功率控制比特，插入速率1．6 kbit/s，比IS-95的功控速率增加一倍，可以跟踪一般的快衰落过程。
（2） CdmaOne系统
CdmaOne是Lucent、 Motorola、Nortel、Qualcomm和三星联合提出的第三代移动通信系统方案，是从IS-95和IS-41的标准发展而来，因此它与 AMPS、DAMPS和IS-95均有较好的兼容性。同时，又由于它采用了一些新技术，使其能完全满足第三代移动通信系统即IMT- 2000/FPLMTS的要求，其无线接口参数如下：
载波带宽：5 MHz（可扩展为10/20 MHz）
扩频方式：采取直接扩频或多载波扩频；
扩频速率：3．6864 Mchip/s；
扩频码长度：可根据无线环境和数据速率而变化；
帧长度：20 ms；
时隙长度（功率控制组）：1．25 ms；
调制方式：下行QPSK，上行BPSK；
功率控制：开环＋闭环方式（功控速率800 bit/s）。
CdmaOne扇区内采用连续导频信道广播，能提供独立于传输速率的功控、定时和相位纠正，能以较小的复杂度提供基站的快速捕获和邻近基站的快速搜索。与IS-95相同的短码结构加上Walsh函数使信道之间正交，高速（800 bit/s）前向链路功控使前向链路平均发射功率最小化。
调制方式采取多载波方式和直扩方式。这两种方式有相同的信息传送率和实现复杂度。多载波CDMA链路在5 MHz带宽内有3个1．25 MHz CDMA载波，10 MHz带宽则有10个1．25 MHz载波。多载波CDMA前向链路信号与IS-95前向链路信号正交，编码后的信息符号同时在多个CDMA载波上传送，由此带来的频域分集等效于将信号扩展到整个带宽。导频信号在IS-95与多载波业务信道重叠时可以共享，在相同的频段允许前向链路容量在IS-95和宽带用户之间动态共享，继续支持低成本/低功耗的IS-95手机用于话音和低速数据业务。