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张平 崔春风 徐国鑫 　　(北京邮电大学无线新技术研究室 北京 100876) 　　摘要 本文首先概述了IMT-2000的目标，比较了三种主流模式WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA的技术特点，然后阐述了WCDMA的标准进展情况，最后总结了中国在WCDMA方面的产业化进展和成果。 　　关键词 IMT-2000 WCDMA标准 产业化 　　1 IMT-2000概述 　　第三代移动通信系统是国际电信联盟（ITU）在1985年提出的工作在2 000 MHz的频段、最高速率达2 Mbit/s、预期在2000年左右商用的系统，当时称为陆地移动通信系统(FPLMTS)。1996年正式更名为IMT-2000。1992年世界无线电大会为IMT-2000分配了230 MHz的频段。IMT-2000的目标是[1]： 　　(1) 全球普及和全球无缝漫游系统 第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统,它将使用共同的频段，全球统一标准。 　　(2) 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持因特网业务 　　现有的移动通信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供100～200 kbit/s的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率为384 kbit/s。而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它应能支持话音、分组数据及多媒体业务，能根据需要提供带宽。ITU规定第三代移动通信无线传输技术必须满足以下三个环境的三个要求:快速移动环境，最高速率达144 kbit/s；室外到室内或步行环境，最高速率达384 kbit/s；室内环境，最高速率达2 Mbit/s。 　　(3) 便于过渡、演进 　　由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代网络一定要能在第二代网络的基础上逐步灵活演进而成并与固定网相兼容。 　　(4) 高频谱效率 　　(5) 高服务质量 　　(6) 低成本 　　(7) 高保密性 一个完整的移动通信系统主要由两部分构成：核心网络（CN）和无线接入网（RAN）。第三代移动通信的标准化也主要包括核心网络技术与无线传输技术（RTT）的标准化。 　　IMT-2000无线接入网的三种主流RTT技术为：WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。WCDMA和cdma2000技术是频分双工（FDD）模式中的两个主流RTT技术，我国提交的TD-SCDMA则是时分双工（TDD）模式中的两个主要技术之一，而另一个TDD模式的TD-CDMA的主要提出者德国西门子公司也在日前宣布放弃其TD-CDMA计划，使得TD-SCDMA成为事实上唯一的TDD标准，TDD的频段也将为其独享。ITU为FDD模式及TDD模式分别划分了不同的频段，在将来的组网上，两种模式将共存于3G网络，不会发生冲突。 　　IMT-2000的核心网在初始阶段主要基于第二代移动通信核心网构建，即欧洲的GSM MAP和北美的IS-41，其中，WCDMA和TD-SCDMA能够接入前者，而cdma2000能够接入后者。核心网之间可以通过网间接口实现互通。有关WCDMA和TD-SCDMA的标准制定在3GPP（3G伙伴计划）中进行，而cdma2000的标准在3GPP2中进行。 在ITU接受的五种RTT技术中，最具有影响力的主流技术为：WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。它们的主要技术参数如表1所示。 表1 三种主流RTT技术的比较 RTT技术 WCDMA cdma2000-1x TD-SCDMA 信道间隔/MHz 5 1.25 1.6 多址方式 单载波直接序列扩频CDMA多址接入 单载波直接序列扩频CDMA多址接入 单载波直接序列扩频时分多址＋同步CDMA多址接入 双工方式 FDD FDD TDD 码片速率/Mchip·s-1 3.84 1.2288 1.28 基站同步方式 异步（不需GPS）可选同步（需GPS） 同步（需GPS） 同步（主从同步，需GPS） 帧长/ms 10 20 10 调制方式 QPSK（前向） BPSK（后向） QPSK（前向） BPSK（后向） QPSK（前向） BPSK（后向） 越区切换 软切换，频间切换与GSM间的切换 软切换，频间切换与IS-95B间的切换 接力切换，频间切换，与GSM间的切换 语音编码 自适应多速率 可变速率 可变速率 功率控制/Hz 内环、外环控制速率1 500 开环、闭环控制速率800 内环、外环控制速率200 支持可变数据速率/Mbit.s-1 最高为2.048 1x最高0.307，1xEV支持2.4 最高为2.048 业务特性 适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务 适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务 支持对称业务与FDD具有相同的性能。支持不对称业务具有突出的表现 　　2 WCDMA的标准化进展 　　WCDMA技术主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线传输技术研究活动。欧洲和日本的WCDMA方案在ITU进行了充分的融合，形成了现在的WCDMA技术。 　　在1998年末，由欧洲、日本、中国等国家和地区的通信标准化组织发起成立了3GPP从事WCDMA的标准化工作。3GPP的标准分为不同版本，各版本之间的发布时间间隔约为1年。到目前为止，3GPP WCDMA标准共有R99、R4和R5三个版本[2]。 　　R99是1999年12月发布的。在R99中确定了WCDMA无线传输技术的接口，无线接入网络的Iub、Iur、Iu接口都基于ATM传输，核心网络基于演进的移动交换中心（MSC）和GPRS服务节点（GSN）。3GPP的R99版本在技术的完备性和产业化程度上都是最成熟的，从2000年3月开始，每3个月更新一次，到2001年3月形成了可以商用的最终版本。但实际上后续的更改还在不断出现，已有2001年6月和9月版本，到2002年3月还有200多项修改，不过这些版本都可以后向兼容。目前全球3GPP R99标准的商用化程度最高，绝大多数厂商的3G试验系统和设备研发都是基于该技术标准规范。 　　R4是2001年3月发布的。R4中最主要的特点是引进低码片速率时分双工模式（LCR TDD），即由中国提出的TD-SCDMA，在核心网电路域中实现了软交换的概念。 　　R5是在2002年3月发布的，最主要的特点包括三个方面：第一，无线接入网络部分定义了采用IP传输的可选方式，并可实现与ATM之间的互通；第二，核心网络定义了多媒体子系统（IMS），以分组域作为承载传输，更好地控制实时和非实时多媒体业务；第三，3GPP对于第三代增强技术的研究也获得了成果，提出了高速下行分组接入（HSDPA）技术。该技术可提供更高的下行数据速率，最高可达到10 Mbit/s。R5在2003年3月左右确定版本（Frozen），目前大部分新增技术都处于技术报告（TR）状态，所以目前的R4与R5比较只能是初步的和基于设想的规范状态。 　　在R6中希望能够实现真正的全IP，即采用IP结构完全替代传统电路交换方式，并解决互通、漫游等问题。此外，还就无线接入网络结构的IP化，WLAN与移动通信结合等问题进行了讨论。预计R6将在2003年6月发布。以上是对于不同版本的叙述，对于同一个版本（Release）又分为不同的Version（小版本），每3个月会出现一个小版本。 　　由于3GPP的工作机制以及通过修改请求（CR）的原则，使得同一版本中的不同小版本之间有可能不兼容，这就给运营商带来不便。 　　从3GPP近几次的全会情况来看，目前协议修改主要集中在无线接入网部分，无线接入网部分又主要集中在第二工作组（WG2）和第三工作组（WG3），主要表现为无线接口无线资源控制（RRC）部分，见表2。到2002年3月份TSG（技术标准组）第15次会议，重要的CR数正在减少，大部分的CR都是澄清性质，主要集中在安全性方面。 表2 3GPP R99 每次全会CR统计 TSG#7 3/2000版本 TSG#8 6/2000版本 TSG#9 9/2000版本 TSG#10 12/2000版本 TSG#11 3/2001版本 TSG#12 6/2001版本 TSG#13 9/2001版本 TSG-RAN WG1 42 66 38 33 23 19 12 WG2 168 197 155 145 137 99 96 WG3 304 245 194 243 147 96 75 WG4 72 67 44 45 68 37 28 TSG-T 91 TSG-CN 15 TSG-SA 29 　　表中TSG-RAN负责无线接入网络，TSG-T负责终端，TSG-CN负责核心网，TSG-SA负责业务和网络结构。3GPP R99的主要标准化进展如下： 　　R99 1999年12月版本定义了WCDMA无线接口物理层，可作为设备硬件开发的基础。 　　R99 2000年6月到9月版修正了部分无线资源控制部分，增加了小区选择和重选的规范。 　　R99 2000年9月到12月版很大程度完善了无线资源控制（RRC）层的功能，成为先行试验系统所采用的版本。 　　R99 2000年12月到2001年3月完善邻近小区的测量，优化系统内切换功能，完善了GSM与UTRAN系统间切换工作过程。 　　2001年3月开始考虑后向兼容的机制。但在不同系统间切换时采用的压缩模式、服务无线网络子系统（SRNS）重定位程序、系统间切换的参数设置等问题的规范无法与2001年6月实现兼容。 　　2001年6月在斯德哥尔摩召开的RAN12次会议上，对“独立影响”做了明确的定义，并用此术语来代替“后向兼容性”。该术语只针对空中接口，即只关心不同小版本的网络和用户终端之间的互联互通。在TSG-RAN中已经要求每一个CR都要说明是否具有“独立影响”特性，以此衡量其对空中接口互通性的影响。但3GPP目前没有将“独立影响”作为CR的必要特性，所以目前版本的R99协议从根本上讲还不具备后向兼容能力。 　　2002年3月3GPP会议将其版本确定为终端进行一致性测试的基本版本。 　　3 中国产业化现状 　　中国的移动通信制造业在经历了第一代模拟通信系统的碌碌无为后，在第二代移动通信领域形成了较为完整的产业体系。但是，由于产品推出较晚，丧失了抢占市场的最好时机，尽管近几年国内企业有很好的表现，可市场占有率仍然不尽如人意。在第三代移动通信领域，我们紧跟国际领先水平，在技术开发、标准制定、产业准备等方面取得了历史性的突破，基本与世界发展同步。 　　在“863”计划的资助和中国第三代移动通信技术总体组（C3G）的领导下，中国3G系统的开发取得了长足的进步，成功完成了WCDMA和cdma2000两种系统的试验验证系统开发工作，取得了多项核心技术专利，获得了2002年“中国十大科技进展”的荣誉。同时，各国内设备制造商与C3G紧密配合，进行3G商用系统的开发，将在2003年具备规模提供商用产品的能力。WCDMA系统作为3G的主流制式，取得了巨大的进展。 　　(1) 系统设备现状 　　在政府的积极引导和大力扶持下，国内企业在WCDMA方面投入了前所未有的人力、物力和财力，通过近五年的艰苦努力，目前已经取得了很大的进步。3G系统的开发和产业化工作，已经实现了我国在移动通信领域的重点突破，在标准制定、产业化、人才队伍培养等方面均取得了较大成功。在信产部组织的MTNet的测试中，国内外企业在同一个舞台上进行直接的比试，结果是国内企业超过了国外企业，国内企业的产品在实现协议的完整性和部分技术性能指标上，处于领先地位。 　　国内企业从2001年下半年开始，在全国各地积极开展了大范围的WCDMA系统现场试验工作，到目前为止已经进行了近一年的现场测试验证。通过现场试验，进一步改进提高了系统性能，完善了软硬件设计，也取得了WCDMA系统网络规划和优化的成功经验，对3G产业的成熟、设备性能的完善起到了重要的推动作用，也为WCDMA系统的规模商用打下了良好的基础。 　　从当前的综合情况来看，国内企业的WCDMA系统设备正处于产业化准备阶段，系列化产品基本可以满足建网的需求，大部分企业具备2003年批量供应商用系统的能力。 　　(2) 终端现状 　　大部分的国内系统设备厂家在开发系统产品的同时，配套完成了测试终端的开发工作，而部分国内专业终端设备厂家已经开始终端的开发工作，但限于资金、技术和人才等方面的因素，国内大多数终端设备厂家目前尚未开始第三代移动通信终端的开发工作。 国际上的WCDMA终端产业正在走向成熟，按照目前业界的进展，各种类型的WCDMA商用终端将在2003年初逐渐进入市场并在2003年内形成规模。 　　(3) 芯片现状 WCDMA系统和终端的核心芯片基本上是由国内企业设计开发，国外制造，这种自主开发的方式虽然难度较大，周期较长，但是可以有效地降低整机成本，同时系统结构可以进行合理的优化设计和逐步升级，不会受制于人。目前自主开发的WCDMA芯片已经通过各种应用环境下的功能与性能测试，基本可满足商用系统的技术要求，2003年将大批量应用于商用设备上。 　　(4) 配套产业现状 　　国内整机厂家通过自主开发或国际合作，目前已经较好地解决了WCDMA系统中的天馈线、射频部件、接插件、配套电子元器件、电源、PCB设计与加工、机加工、网络规划和优化工具等各种配套设备的开发和产业化问题，形成了较好的配套产业基础。但是，国内相关产业的配套能力仍明显不足，需要国家加大支持力度。而WCDMA系统的产业化，将会极大地推动配套产业的发展壮大，形成电子和机加工行业的全面繁荣，促进传统产业的升级换代，推动我国社会信息化的全面发展。 　　(5) 业务应用现状 　　WCDMA业务应用是WCDMA运营业最终成败的关键，国内的产业部门一直在积极地寻求解决方案。这种努力包括和国内运营商合作、国内外同行合作等各种方式。通过这些努力，国内产业部门已经在业务应用上取得了一定的成果，目前国内企业在MMS（多媒体短消息）业务方面处于领先地位，已经开发出了开放式的业务平台，实现了流媒体业务、位置业务等多种特色的3G业务，在保证话音业务的同时，可以充分发挥WCDMA系统容量大、业务支持能力强的优势，为用户提供差异化的、丰富多彩的应用业务。而国内的ISP/ICP经过目前移动梦网、联通在信等业务应用平台的考验，也在逐渐发展、壮大，基本具备为未来WCDMA业务应用提供服务的能力 。 　　4 总结 　　目前全球大约80％的运营商支持WCDMA制式，将极有可能在3G时代占据大部分的市场份额。WCDMA技术不仅具有先进性，而且具有开放性。其标准最为完善，接口最为公开，专利最为分散，设备制造商最多。 　　虽然目前WCDMA的标准还有一些微小变动，但已基本不影响设备的生产，只要做一些软件的升级即可。我国的设备制造商抓住了3G的历史机遇，紧跟国际领先水平，在技术开发、标准制定、产业准备等方面取得了历史性的突破，基本与世界发展同步，将在2003年具备规模提供商用产品的能力。 ----《电信科学》