欧洲UMTS研究开发工作现状----罗序梅

欧洲UMTS研究开发工作现状----罗序梅

摘要  目前第三代移动通信技术标准的定义和选定工作在全球处于非常活跃的阶段。地区
      级的标准化机构（如欧洲ETSI、日本ARIB正在进行技术规范化工作。本文主要介绍
      欧洲当前在通用移动通信系统（UMTS）无线接口、网络结构和网络规划方面所开展
      的研究工作。
关键词  移动通信  UMTs   未来公用陆地移动通信系统（FPLMTS）
    近年来，对于无线通信的需求急剧上升，无线用户数也一直持续增长。1998年底，全
球的移动用户增加到2亿左右，2000年底以前达4．2亿左右。移动通信的发展不仅反映在
数量上，移动网的技术业务功能也有质的变化，模拟系统向数字系统的发展已是必然趋势。
1990年底，全球 35％的网络是数字式的，到2000年底，将有63％的网络采用数字技术。
此外，移动用户的需求也逐步由话音和窄带数据向高速数据和移动多媒体的多元化业务发
展。面对这一新的挑战，国际电信联盟（ITU）于1985年提出了未来公用陆地移动通信系
统（FPLMTS）概念，现改名为IMT 2000。欧洲继 GSM技术标准开发和业务推广取得巨大成
功之后，于1990年底开始制定第三代技术标准的研究和发展计划。日本第二代系统PDC仅
限于国内，故第三代的开发工作较早。根据ITU的要求，各大电信公司联盟都提出自己第
三代系统的技术方案，具有代表性的有北美W－cdmaONE、日本宽带CDMA（W－CDMA）和欧
洲提出的TD－CDMA考虑到市场占有及二代系统过渡问题，ITU提出了“家族概念”，意味
着只要该系统在网络和业务能力上满足要求，都可以成为 IMT 2O00成员， ITU正努力实
现网络接口的标准化和互通。目前这三种技术方案是当前讨论的焦点，并成为候选技术
方案。本文主要介绍欧洲当前在UMTS无线接口、网络结构和网络规划方面所开展的研究
工作。
1   UMTS发展进程
    （1）UMTS目标
    UMTS是蜂窝系统和无线系统的有机结合，系统的目标是：
    ·提供话音和数据（从低速到高速）的各种业务，包括多媒体业务、电路和分组业务、
话音业务、可视电话以及速率可达 2Mb／S的高速文件传输业务。
    ·全球漫游。UMTS适用于多种环境（如室内或室外、低速或高速移动、高山或平原、
郊区或市区、微蜂窝或微微蜂窝），能在任何时间、任何地点向任何人提供服务。 
    ·实现个人化，即做到终端的移动性和用户的移动性。
    ·原则上与固定通信网（如ISDN和宽带ISDN）兼容，主要是在功能、用户接口、成本
和质量上。
    UMTS是针对第三代移动通信系统IMT 2000提出的，是在认真分析了市场需求的基础上
研究开发的，整个标准化工作与UMTS论坛和 GSM MOU密切合作。作为欧洲独立的开发项目，
该系统除了考虑欧洲地区特点外，还应与 IMT 200O兼容，不仅要订出较为详细的性能实
验规格，还要按照开放网络政策和竞争的观点，对国际电信联盟的接口进行标准化。此外，
还要考虑与GSM和DECT兼容和相互配合。
    目前UMTS又分为2个子方案：①由西门子、阿尔卡特提出的TfD－CDMA，②由NTT DoCo-
Mo、爱立信和诺基亚提出的W－CDMA系统。
    （2）UMTS标准化的工作进程
    UMTS标准化工作将分阶段进行。第一阶段的主要按排为：
    1997年12月～1998年1月    选定无线传输技术，冻结基本参数
    1999年底                 制定第1阶段标准
    2001年                   测试实验系统
    2002年                   第1阶段商用化
    目前UMTS系统的主要特性和技术规范已得到批准，并成为第一阶段标准发展的基础。
随着营运商和用户需求新功能的引入，UMTS第一阶段标准的主要特性见表1。
    （3） UMTS的演进途径
    第二代移动通信（尤其是GSM）取得了巨大成功。目前全球110个国家中，至少有256
家营运商致力于 GSM业务。随着多频段（GSM 900／1800／1900）或综合了第2代技术（
如DECT／GSM，PHS／GSM等）的多模式多频段终端推出，这一市场还将进一步扩大。移动
通信业务营运商对第二代系统投入了大量资金，市场的占有率也相当大，所以在UMTS发
展途径上，既要考虑商业上的投资利益，又不能在业务功能上对第二代系统作太多的妥
协。因此UMTS系统在网络平台上与GSM要有～定的兼容性，即反向兼容能力，但必须采用
全新的无线接口，以便第三代系统与第二代系统有较分明的界限。
2 UMTS无线接口、网络结构和规划方面的研究工作
    UMTS的标准化工作主要由欧洲电信标准协会（ETSI）进行，现已落实到欧洲计划
研究组织RACE和ACTS规划中。UMTS的具体技术则由ETSI SMG 5负责实施，而无线接口技
术开发工作由SMG 2负责。目前由ESTI资助ACTS的三大项目FRAMES、RAINBOW和STORM。有
关无线接口、网络结构和规划等技术建议将提交国际标准化机构，并作为第三代系统的
候选技术。
    （1） FRAMES项目
    ·FRAMES目标
    无线接口技术对第三代系统的成功与否起着关键性的作用。为了满足陆地第三代移
动通信的要求，FRAMES项目提出了一种有效利用频谱多址技术的建议，其主要目标之一
是确保欧洲在无线通信市场中的全球领导地位。它的技术目标是定义、开发和评估能满
足UMTS要求的一种有效的多址元线技术。此项目的重点是无线接口的定义、验证以及对
在相关无线工作环境中的运作和支持，包括话音、数据（低速到高速）业务在内的所有
UMTS业务的演示。
    FRAMES的技术建议
    FRAMES提出的无线接口技术方案是FMA（ FRAMES  multiple  access），是符合UM-
TS标准的无线接口，并要求在无线参数和协议发展方面尽可能与GSM协调一致。FMA概念
有两种模式：FMA1（有或无扩展的宽带TDMA）和FMA 2（宽带CDMA）。
    这两种方式的无线参数相互协调，其中最重要一点是与第二代系统（特别是GSM）反
向兼容，并为所有UMTS业务提供高性能的无线接口。其共同特点是所有系统时钟都可以
自26MHZ时钟，目前这一特性被看作是双筷终端（ FMA／GSM）设计的一个重要标准。由
于这两种模式的固有差异，在协议结构高层方面，其共性比物理层更多。总之，FMA技
术方案具有高性能、高灵活性及与GSM反问兼容的能力，因此是极具吸引力的UMTS无线
接口候选技术，其主要技术参数见表2。
    1998年1月，ETSI SMG 2就UMTS无线接口选择达成一致意见，决定采用W－CD－MA，
同时采纳TD－CDMA的一些主要功能。ETSI还通过与GSM和低价终端的协调，对这一技术
方案作进一步的完善。
    ·FRAMES的演示
    为了加快UMTS标准化的进程，ETSISMG 2于1997年6月开始了无线接口的评估工作，
同时也进行一些相应的演示和试验。评估严格遵循ETSI SMG 2规定的通用测试条件和评
估程序。FRAMES开发的硬件平台用来验证FMAI的基本功能。基于RACE CODIT概念的背景
演示器用来演示FMA 2的主要功能。除纯技术验证外，此平台还将用来演示提议的概念和
一组选定的应用。这些演示包括FRAMES的内部演示、测试床测量、用户试验以及其它CTS
项目。此外还与RAINBOW合作试验，并演示FRAMES基站之间的切换，以显示FRAMES无线接
口与核心网互连的可能性。整个试验将从1998年3月持续到1999年1月。与其它ACTS项目
合作的演示将从1998年9月持续到1999年1月。
    （2） RAINBOW项目
    RAINBOW的基本目标是确定和实施通用UMTS接入设施，这些设施可用来研究与第三代
系统相关的许多结构问题。RAINBOW的主要目标是开发一个无线接口独立的网络子系统，
确保第二代系统向第三代系统的演进途径，包括与第二代系统的反问兼容（如 GSM、EC-
T），同时提供无线接口与不同核心网相连的灵活性。
      RAINBOW项目中所提议的UMTS网络结构是通用结构，由核心网和接入网组成，以支
持不同级别的切换。核心网有GSM。ISDN和基于Internet协议的网络（TCP/IP），使不同
的营运商都能使用UMTS的无线接续功能。UMTS无线接续网负责所有无线相关功能，核心
网负责所有用户相关问题。更具体的要求和详细结构正在进行标准化。
    此项目为第二代向第三代移动通信系统过渡提供条件，同时还考虑了固定网的一些
重要问题，如智能网和ATM。
    （3）STORM项目
    从网络规划角度看，第三代移动通信系统的主要特性是业务种类广、频带宽、用户
多、网络结构十分灵活（即不同的配置按特定环境布置）和先进的移动管理策略。目前
的规划方法显然不能适应这些特性，必须开发
新的软件工具来支持网络规划。因此ACTSSTORM项目就是研究满足UMTS营运商特定需求的
先进规划方法，设计并开发软件工具，用于网络规划和设计，以及处理移动网络规划中
各种原理的软件模块，包括传播条件预测、业务需求估算、电台工程和网络工程。
3 UMTS将面临的市场挑战
    根据ITU所制定的第三代移动通信系统标准化时间进程表，1998年底完成无线传输技
术的选择，1999年底完成标准的制定，2001年以后开始商用。日本因其特定的情况，将
率先于2001年推出第三代商用业务，欧洲可能在2002年推出，美国可能在2003～2005年
左右。尽管UMTS技术在功能业务等方面大大优于第二代系统，但是也面临着严峻的挑战。
从上述标准化时间进程表看，第三代业务的引人是在下世纪初，届时，第二代系统（尤其
是GSM）仍将处于牢不可破的地位，具有相当高的普及率，提供更廉价的终端、更先进的
业务和更广泛的用途，任何与GSM相媲美，或功能比GSM略强一点的系统都很难取代GSM。
因此U MTS要有商业机会和生存能力，必须要向用户显示其突出的优势，必须能提供第二
代系统所无法提供的特性和业务。UMTS突出的优势之一就是支持高速数据传输，支持多媒
体应用。未来的多媒体应用是通过ATM或B-ISDN网实现的，这就意味着UMTS必须提供BISDN
业务的接续，其次要充分支持高瑞移动用户的需求。
    作为一种新技术，UMTS至少在初期不能与较成熟的GSM技术竞争，而只能通过发展高
端移动业务来占据市场的一席之地。在引入UMTS之际，多数移动用户都是GSM用户，许多
先进业务又是基于GSM（如SMS或数据业务），因此UMTS必须提供主要的GSM业务，提供与
GSM用户的互连，只有实现这一点，GSM用户才能平稳过渡到UMTS，即既维持当前业务，同
时又开始获得UMTS提供的优势。