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1、第 4 章 WCDMA 的产生背景及 标准化Antti Toskala 4.1 引言在第三代标准制定的第一个阶段，选择最好的无线多址技术这一基本过程是在几个地区中进行的。本章主要介绍 ETSI 在 1997 年所进行的选择过程以及这个地区性的标准化组织在 1998 年初的决议。同时也介绍其它一些从事 WCDMA 相关工作的标准化组织，接着介绍 3GPP 为制定 WCDMA 的全球标准而共同努力的成果。最后是 ITU 对 IMT-2000 建议的开发工作和 ITU 的工作与地区性活动之间的关系。4.2 欧洲的背景情况在进行第三代技术的选择之前欧洲就已经进行了长期的研究工作，如图 4-1 所示。1
2、988年的欧洲高级通信技术研究计划 RACE I（Research of Advanced Communication Technologies in Europe）是第三代基础研究工作的开始。之后的 RACE II 计划在 19921995 年间开发了基于 CDMA 的 CODIT（Code Division Testbed）和基于 TDMA 的 ATDMA（Advanced TDMA Mobile Access）空中接口。此外，欧洲的其它一些工程中也对宽带空中接口的提议进行了研究，例如1。为支持移动通信的研究和开发，欧洲研究计划 ACTS（Advanced Communication Te
3、chnologies and Service, 高级通信技术与系统）于 1995 年底启动。ACTS 制定了FRAMES（Future Radio Wideband Multiple Access System, 未来无线宽带多址系统）计划2，其目的是为 UMTS 无线接入系统定义一个提案。FRAMES 中主要的工业合作伙伴有诺基亚、西门子、爱立信、法国电信和 CSEM/Pro 电信，欧洲的一些大学也有参与。在 FRAMES 的初期建议评估阶段进行的工作的基础上定义了一个统一的多址平台，它包括两种模式：FMA1宽带的 TDMA3和 FMA2宽带的 CDMA4。FRAMES 的宽带 CDMA 和
4、宽带 TDMA 提案被提交给 ETSI 作为 UMTS 空中接口和 ITU IMT-2000 建议的候选方案。UMTS 地面无线接入（UTRA，UMTS Terrestrial Radio Access）空中接口的建议在 1996年提交给 ETSI（这是一件具有里程碑意义的事件） ，并于 1997 年初展示之后，1997 年 7 月ETSI 将这一建议分成了五大概念组，它们是： 宽带 CDMA （WCDMA ） ； 宽带 TDMA （WTDMA） ； TDMA/CDMA； OFDMA；34 WCDMA 技术与系统设计 ODMA。下面简要介绍一下这几个概念组。对建议的评估是基于 ITU-R IM
5、T-2000 体系结构中定义的要求（并且 ETSI 在 UMTS 21.015中对这些要求也有详细定义，在 UMTS30.036中涵盖了评估原则及条件） 。UMTS 30.067中比较了评估结果。4.2.1 宽带 CDMAWCDMA 概念组的形成来自于 FRAMES/FMA2、富士通（Fujitsu） 、NEC、松下(Panasonic)提出的 WCDMA 提案。一些日本、欧洲和美国公司对于 WCDMA 概念的发展做出了贡献。WCDMA 上行链路物理层主要采纳自 FRAMES/FMA2，下行链路解决方案根据WCDMA 概念组其它提案的原理进行了一些改进。系统基本特点包括： 5MHz 的宽带 C
6、DMA 运行方式； 物理层的灵活性，综合所有的数据速率到一个单一的载波； 复用系数为 1。增强的内容包括： 发送分集； 自适应天线； 支持先进的接收机结构。WCDMA 的概念得到了最大的支持，技术方面的推动力之一就是物理层能同时容纳不同业务类型的灵活性。这是一项很大的优点，尤其是当我们考虑中低比特速率时。WCDMA的缺点之一即为，当工作于 TDD 频段的无执照系统连续进行发送和接收时，纯粹的WCDMA 技术不能如无绳电话系统一样方便地采用干扰规避技术。4.2.2 宽带 TDMAWTDMA 概念组的形成来自于 FRAMES/FMA1 提案的非扩频选择方案。FRAMES/FMA1 主要是一个基于
7、TDMA 的系统概念，采用 1.6MHz 的载波间隔来应用宽带业务。这一概念的目标是借助于干扰在运行频带上的平均化、跳频和部分载入来获得高容量。系统基本特点包括： TDMA 突发中用训练序列来均衡； 采用跳频使干扰平均化； 链路自适应； 两个基本的突发类型：1/16 th 和 1/64th 的突发长度分别用于高速和低速数据速率； 较低的复用系数。增强的内容包括： 小区间的干扰抑制； 支持自适应天线；第 4 章 WCDMA 的产生背景及标准化 35 TDD 运行模式； 时延扩展较大的环境下采用比较简单的均衡器。系统的主要局限性在于低比特速率业务方面。在基于 TDMA 的运行模式中，最小的时隙持续
8、时间只有帧的持续时间的 1/64th，从而导致或者形成很高的峰值功率，或者形成很低的平均输出功率。这就意味着在很多的领域，例如话音中，WTDMA 概念并不具有竞争性，它需要选择一种窄带伙伴来完善自己。4.2.3 宽带 TDMA/CDMAWTDMA/CDMA 概念组是基于 FRAMES/FMA1 提案的扩频选择方案；这一方案产生了载波间隔为 1.6 MHz 的混合 CDMA/ TDMA 概念系统基本特点包括： TDMA 突发结构中采用训练序列进行信道估计； 在 TDMA 结构的基础上应用 CDMA 的概念增加了灵活性； 在相同载波的同一个时隙内利用多用户检测降低小区内干扰； 复用系数低，降到了
9、3。增强的内容包括： 跳频； 小区间干扰抵消； 支持自适应天线； 运行于 TDD 模式； 动态信道分配（DCA） 。就这个提案，特别是关于接收机复杂性的问题，曾在方案的选择过程中进行过热烈的讨论。4.2.4 OFDMAOFDMA 组的基础主要来自于索尼（Sony ） 、朗讯（Lucent ）和 Telia 的 OFDMA 技术。这一系统概念的形成得力于其它论坛中对 OFDMA 的讨论成果，例如日本的标准化论坛ARIB。系统的基本特点包括： 采用 OFDM 和 TDMA 复用方式以及慢跳频； OFDM 信号中，把 100kHz 宽度的一个频隙作为一个基本的资源单位； 分配若干个频隙来达到高比特率
10、，组成宽带信号； 把信息分配到载波上的几个频隙中以获得分集。增强的内容包括： 发送分集； 为了干扰抵消采用多用户检测； 自适应天线。这一系统概念的主要技术弱点在于上行链路发射方向，该方向上的信号包络变化对功36 WCDMA 技术与系统设计率放大器的设计提出了较高要求。4.2.5 ODMAODMA（Opportunity Driven Multiple Access, 条件驱动多址接入） ，是由沃达丰（Vodafone）提出的，其本质上是一个中继协议，而不像上述提案一样是一个纯粹的多址接入方案。ODMA 后来被综合进 WCDMA 和 WCDMA/TDMA 概念组中去，在进行方案选择的过程中并没有
11、把它当成一个独立的概念组。4.2.6 ETSI 的选择 所有提议的这些技术基本上都能满足 UMTS 的需求，尽管在诸如系统容量之类的问题上很难达成一致，这是因为假设的前提不同，仿真的结果就会有很大不同。然而很快地，WCDMA 和 WTDMA/CDMA 就明显地成为了主要的候选方案。除此之外，诸如某项技术在全球范围内的应用潜力这样的问题也要考虑进去，而在这类问题中，单纯地考虑技术得到的结论是很不够的；在这方面，日本的 ARIB 技术选择的结果给了 WCDMA 很大的帮助。ETSI 于 1998 年 1 月决定8，对 WCDMA 和 WTDMA/CDMA 这两种技术，在成对的频带上，即 FDD 模
12、式，选择 WCDMA 作为 UTRA 空中接口的标准；在分配的不成对频谱上，即 TDD 模式，选择 WTDMA/CDMA 作为空中接口标准。从图 4-1 中可以看出，从欧洲开始第三代移动通信技术的研究到做出采用 UTRA 技术的决定，花了 10 年的时间。ETSI继续进行具体的 UTRA 标准化的工作直到 3GPP（3 rd Generation Partnership Project, 第三代移动通信伙伴计划）接手。在 1999 年初，技术性的工作连同在 UTRA 方面的成果移交给了3GPP。图 4-1 欧洲的第三代系统的研究计划和 ETIS 的决议4.3 日本的背景情况在日本，ARIB（A
13、ssociation for Radio Industries and Business, 无线电产业与商业联合会）对基于 WCDMA、WTDMA 、 OFDM 三种不同技术的第三代系统进行了评估。日本的 WCDMA 技术同欧洲 ETSI 考虑的很相似；实际上， ARIB 的成员也对 ETSI 的WCDMA 概念组做出了他们自己的技术贡献。在 ARIB 中同样也考虑了由欧洲提供的FRAMES/FMA2 的具体细节。另外两种技术， WTDMA 和 OTDMA 也同 ETSI 的候选方案很相似。1997 年 ARIB 的选择结果是 WCDMA 方案，包括 FDD 和 TDD 两种工作模式。由于这一
14、选择结果公布于 ETSI 选择过程结束之前，所以就给 ETSI 选择一种全球性的技术带来了一定程度的压力。制定三代标准体系结构的 3GPP 成立后，如同 ETSI 贡献了其 UTRA 成果一样，ARIB 也将其 WCDMA 的成果贡献给了 3GPP。在日本，更高层规范的制定是由第 4 章 WCDMA 的产生背景及标准化 37TTC（Telecommunication Technology Committee, 电信技术委员会）来承担，后来，这一工作也已交给了 3GPP。4.4 韩国的背景情况在韩国，电信技术协会（Telecommunication Technology Association,
15、 TTA）采纳了一种“双轨”方式来开发第三代 CDMA 技术。他们开发的 TTA1 和 TTA2 空中接口建议（后来分别改名为全球 CDMA 1 和全球 CDMA 2）分别基于同步和异步宽带 CDMA 技术。TTA 1 WCDMA 类似于 ETSI、ARIB 和 T1P1 中的 WCDMA 技术； TTA2 则类似于 TR45.5 中的cdma2000。在 ETSI 和 ARIB 的标准化进程中，韩国的技术与 ETSI 和 ARIB 的方案之间所不同的技术细节被提交和考虑，这样，在 ETSI、ARIB 和 TTA WCDMA 这三种方案之间就有了很大程度的共同性。韩国在标准化上的努力后来分别对
16、 3GPP 的 WCDMA 和 3GPP2 的cdma2000 的标准化工作提供了帮助。4.5 美国的背景情况美国存在着多种二代技术，其中应用最广泛的数字系统是基于 GSM-1900、US-TDMA（D-AMPS ） 、US-CDMA（IS-95）标准的，而且也已经为所有这些技术定义了一种向第三代演进的自然途径。此外，TR46.1 标准化委员会还制定了一个与第二代系统没有直接关系的第三代 CDMA 提案，即 WIMS W-CDMA。4.5.1 W-CDMA N/A与 GSM-1900 相关的标准化工作是在 T1P1 中进行的，就像在 ETSI 中进行 GSM 的标准化工作一样，也进行了类似的技术选择的讨论。结果，W-CDMA N/A（N/A 表示北美）提交给了 ITU-R IMT-2000。这一提案与 ETSI 和 ARIB 的 WCDMA 技术有很多共同之处，这是因为参与此提案制定的公司同样也
