WCDMA和WLAN向3G和后3G演进

谈振辉　北方交通大学

　　摘 要 从2G GSM系统到3G WCDMA系统的演进过程中，高速率空中接口技术和核心网反映了两代系统之间的基本变化。随着高速率移动通信系统的发展，基于WCDMA移动通信系统辅助WLAN技术会有利于加快向后3G系统演进步伐。

　　关键词 WCDMA WLAN 3G 后3G 演进

1 前言

　　从应用和业务角度看，不同代移动通信系统的业务需求之间可能存在着质变，而空中接口之间却存在着量变。3G和4G的区别主要是数据速率。4G在完全移动时，应至少支持100 Mbit/s宽域区内峰值速率业务，而在低移动时，应至少支持1Gbit/s本域区内峰值速率业务。

　　3G系统演进过程中，各系统数据速率的分布如图1。显见，基于WLAN的数据速率远高于基于蜂窝移动通信系统的数据速率。

　　3G系统的演进过程并不严格要求所产生系统的反向兼容性，但需要考虑下述因素：

　　· 话音业务在未来业务和容量优化中占据重要位置；

　　· 数据业务与话音数据兼备业务在IP应用中占据重要份额；

　　· 改进数据业务的效率、时延、数据峰均速率来满足数据业务增长需求；

　　· 具有吸引力的多媒体终端将从办公室、家庭发展到路边，即高速高质业务将遍布各处；

　　· 每比特传输成本随数据容量的扩大而下降，即用户有能力负担此业务。

2 WCDMA演进

　　最初，3G中WCDMA空中接口支持2 Mbit/s速率的具有不同QoS的各种电信业务。现在，WCDMA在IP网上采用IP协议可实现同时传输多个具有不同QoS要求的高性能比特流业务。

　　从2G GSM系统到3G WCDMA系统的演进过程中，高速率空中接口技术和核心网反映了两代系统之间的基本变化。GSM系统不能支持终端多业务需求，如E-mail下载，而WCDMA能同时支持多个具有不同QoS要求的高比特流业务。GSM系统采用WCDMA无线接入技术，GSM系统的容量可接近WCDMA系统的指标。随着高速率移动通信系统的发展，WCDMA被作为公众无线接入满足在通信热区在线平滑接入的技术。在不占有移动通信系统终端容量的条件下，WCDMA与WLAN相结合还可给移动终端提供额外容量和较高带宽。

　　从3GPP R99 和3GPP R4 到后3G，WCDMA的演进过程可分成三个阶段，第一阶段就是正在进行的3GPP标准化过程，其他两个阶段主要显示未来潜在发展，某些成果已在3GPP标准中可见。下面分述演进过程的三个阶段。

2.1 第一阶段：高速下行分组接入（2001年）

　　2000年3月通过的高速数据分组接入 （HSDPA，High Speed Data Packet Access）的可行性研究已以3GPP R4公布于众。与3GPP R4相比，WCDMA演进过程第一阶段大大地增强下行链路的峰值速率和吞吐量。HSDPA的规范说明在2001年末以3GPP R5公布。

　　第一阶段可行性研究的重点是定义高速下行共享信道（HS DSCH，High Speed Downlink Shared Channel），它基本上继承了3GPP R99定义的许多性能。HS DSCH中技术增强部分有：

　　· 自适应调制和编码（AMC，Adaptive Modulation and Coding）；

　　· 快速混合自动重复申请（FHARQ，Fast Hybrid Automatic Repeat Request）；

　　· 快速小区选择 （FCS，Fast Cell Selection）；

　　AMC属于一种无线链路自适应技术，而且对测量误差和时延较敏感。其调制等级和信道编码方法随接收信号质量而变，在时变信道条件下，AMC可提供隐含链路自适应特性。

　　FCS可潜在降低干扰，作为增加系统容量技术。移动终端采用FCS可在指定最佳小区的下行链路上，通过上行链路的信令来提供业务。

　　HS DSCH的峰值速率可达 10Mbit/s，小区的吞吐量与3GPP R99相比可成倍增加。3GPP R5中包括若干类似AMC和FHARQ的基本解决方案。与频分双工（FDD）相比，时分双工（TDD）可使数据高速率的必要性成为可能。3GPP R5中还包括时分双工的HSDPA和若干基本技术改进方案。

　　除了上述外，还有可明显改善系统性能的多输入多输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）分集。

2.2 第二阶段：上行高速数据，TDD模式的高速接入 （2003年）

　　空中接口技术优化的重点是支持高数据率下行链路，上行链路数据速率的优化可改善终端文件传输等业务和降低移动终端的输出功率。

　　第二阶段内容还包括：在频分双工（FDD）和时分双工（TDD）中，采用FCS 和MIMO改进HSDPA性能。

2.3 第三阶段：上下行链路容量改进和提高其数据速率 （2005年）

　　随着更高数据率业务需求的增长，增强型WCDMA可达到10 Mbit/s速率，这就需要扩展新频率带宽。

3 其他系统演进

3.1 WLAN演进

　　WLAN（如WLAN和Blue Tooth）的发展趋势集中在公众、办公室和室内环境中微微区和个人区域网。现有WLAN可支持11 Mbit/s数据率业务，下一代基于IEEE 802.11a 和HIPERLAN/2标准的WLAN可支持54 Mbit/s数据率业务。

　　目前，WLAN的研究为：

　　· 寻找通过Internet骨干网接入信息系统和数据库的有效途径，解决大容量E-mail附件下载需要更高频率带宽和更高速率的传输容量。
　　· 要求WLAN成为公众无线接入系统，覆盖与数据有关的应用需求，并平滑在线接入相关数据业务。

　　以WLAN的高数据率蜂窝接入和非许可特定频带接入的特点，利用现有蜂窝通信基础设施和WLAN的漫游和计费管理，给蜂窝通信运行商提供额外的系统容量和移动终端的较高带宽。基于WCDMA移动通信系统辅助WLAN技术会有利于向后3G演进，其他技术，如UTRAN TDD与WCDMA FDD 配合能解决双模移动终端成本与效率的矛盾。

3.2 ITU演进

　　ITU研究后3G系统，重点在后3G系统的目标。其中之一是后3G系统所需新频谱的设置。除2 GHz频带外，WRC 2000 把806~960 MHz中部分频带分配给IMT-2000系统。

4 后3G（4G）系统

　　真正完全换代的通信系统实际上是不可取的，而是伴随在系统的业务、应用和核心网等若干方面重要革命性变革而演进。后3G（4G）系统主要是3G系统在空中接口技术革命的产物。

　　说明向未来无线通信系统演进中，2G / 3G移动通信系统、WLAN等采 取的革命性步骤，所标年份为系统问世时间。可见，GSM的多方向演进过程均采用WCDMA。cdma 2000-1x的下一步演进为高比特数据率的1xEV-DO和高比特数据和话音率的1xEV-DV。

　　未来移动通信系统的业务需求将对空中接口技术提出更严格的要求，如支持IP 和基于IP业务。假如满足上述要求的技术和频谱没有解决，那么4G系统将难以实现。预计2010年诞生的新一代移动通信系统目标是，宽区域覆盖下，完全移动100Mbit/s数据率和本地区域覆盖下，约束移动1Gbit/s数据率。

参 考 文 献

[1] Honkasalo H，Pehkonen K . etal . WCDMA and WLAN for 3G and Beyond . IEEE Wireless Communications
Magazine，2002，April，14-18

[2] 谈振辉 . 全球第三代移动通信标准的协调 . 中国通信，2002，（10）：20-25

[3] 谈振辉 . 第三代移动通信的演进趋势 . 电信科学，2000，16（5）：32-34

----《中国数据通信》