1.4 2G系统向3G系统的演进

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出于对已经建成网络投资的保护以及网络演进方案的平滑过渡,3G系统在设计时必须考虑和已有的2G系统的兼容性。

从2G系统到3G的演进方案主要包括3个层面：空中接口技术的演进、网络体系结构的演进和业务方面的演进，如图1-5所示。

空中接口技术的演进主要体现在系统在网络设备与移动终端之间传输数据能力的提高，可以说，数据速率能力的提高是整个网络业务应用得以改进的前提条件。

网络体系结构的演进一方面体现在网络拓扑结构的变化和改进上，另外也体现在系统采用的传输技术的改进上。移动通信网结构的发展趋势是全IP化，即通过这种全IP化来更好地完成 与Internet等其他网络的互通与融合。

3G系统的网络体系结构如图1-6所示。

系统提供业务的演进是2G到3G网络演进和过渡的根本所在，所有的技术演进都是以能够为终端用户提供更好的业务与应用为目的的。目前在3G网络中的典型应用有视频流媒体、可视电话等。随着运营商3G运营经验的不断提升，可以预计越来越多的3G应用会不断出现。

从技术层面而言，空中接口技术的发展是3G技术的最显著特征，下面就简单介绍主流2G技术到主流3G技术的演进路线图。

根据2G时代的主流技术（GSM、IS-95、北美的TDMA以及日本的PDC), 可以清晰地看到3G技术演进的路线，如图1-7所示。

在图1-7中，仅仅针对各种技术给出了一些基本的速率指标。一个系统所涵盖的技术是非常广泛的，对于无线通信系统而言，空中接口的数据传输速率是系统的一个关键指标。

从GSM的演进路线来看，沿袭由GSM到GPRS的技术演进路线，在GPRS 基础之上，有的国家和地区已经大量使用了EDGE技术。

GPRS技术和EDGE技术是在维持GSM系统基础上进行的改进和提高。GPRS 在GSM系统中引入了对分组交换功能的支持，GPRS在设计上充分考虑了分组业务突发传输的特性。EDGE技术则是在GPRS基础上的改进，EDGE系统在空中接口上采用新的调制技术，从而有效地提高了空中接口的数据传输速率，理论上EDGE可以达到384kbit/s甚至更高。

WCDMA系统由GSM系统演进而来，它将最大限度地兼容GSM系统原有的核心网结构，但是由于WCDMA系统使用基于CDMA的空中接口技术，这与GSM系统空中接口使用的TDMA技术是完全不同的接入技术，所以WCDMA的接入网相对于GSM原有的接入网是一个全新的网络。而且由于使用的空中接口技术不同，WCDMA也不能使用与GSM系统相同的频谱，在依然维持现存GSM 网络设备的前提下，必须为WCDMA系统分配新的频谱。

WCDMA的一些技术参数总结如下：
(1)射频带宽为5MHz,码片速率为3.84Mchip/s;
(2)支持异步基站运行模式；
(3)采用上下行闭环加外环功率控制方式；
(4)采用QPSK调制方式；
(5)支持Turbo编码及卷积码；
(6)物理帧长为10ms (15个时隙）。

WCDMA与CDMA2000的一个很重要的不同点就是其同步方式。WCDMA 使用不同的下行扰码以区分不同的小区，而CDMA2000则使用同一个PN码的不同时间偏置来区分不同的小区。因此，手机在与基站同步方式上有很大的不同。

WCDMA进一步的演进方向是HSDPA/HSUPA。HSDPA技术通过使用自适应编码调制、快速重传等技术，理论上允许最大14.4Mbit/s的下行空中接口数据传输速率。而相应地，HSUPA理论上允许5.76Mbit/s的上行空中接口数据传输速率。

在空中接口上，HSDPA保持了对WCDMAR99版本的后向兼容性，HSDPA 采用的新技术包括：更短的物理帧结构、自适应编码调制（引入16QAM高阶调 制)、结合了时分复用与码分复用机制、物理层HARQ机制、物理层的快速调度机制等。

HSDPA 在设计理念上与CDMA2000 家族的 CDMA lx EV-DO、CDMA lx EV-DV技术类似。

从GPRS向3G进行技术演进的另一条途径就是我国具有自主知识产权的TD-SCDMA。TD-SCDMA是基于时分双工（上下行链路使用相同频谱）的3G技术。 TD-SCDMA的技术规范与WCDMA技术规范一起在3GPP中定义，TD-SCDMA与WCDMA的不同点主要体现在空中接口的底层技术方面。在核心网层而，TD-SCDMA系统和WCDMA系统可以共享设备。

TD-SCDMA釆用了联合检碱智能天线和软件无线电等多项新技术，由于釆用时分技术，所以更有利于上下行不对称业务的传输。

TD-SCDMA系统的关键参数如下：

(1)射频带宽为1.6MHz，码片速率为L28Mchip/s;

(2)釆用同步CDMA技术（上行同步），降低了上行用户间的干扰和保持时隙宽度；

(3)采用QPSK/8PSK调制方式；

(4)支持Turbo编码及卷积码；

(5)物理帧长为10ms (每个子帧5ms，每个子帧7个时隙)；

(6)采用智能天线技术；

(7)釆用联合检测技术；

TD-SCDMA相应地也可以过渡到HSDPA技术，不过这种HSDPA仍然是基于时分双工方式的。

CDMA向3G的演进过程中，曾经存在过CDMA2000 lx与CDMA2000 3x两种方案。在目前的实际系统中，使用的都是基于lx技术的系统，而CDMA2000 lx之后的EV-DO和EV-DV技术也都是使用一个载频的CDMA技术。

CDMA2000 lx技术由于建立在已有的IS-95系统之上，所以在空中接口上能够保证较好的兼容，CDMA2000系统和CDMAIS-95系统不仅在核心网，而且在接入网方面都可以做到后向兼容。运营商现有的CDMA网络可以通过网络的升级在将来直接过渡到CDMA2000 lx。在国外，有些人也称CDMA2000 lx为3G技术，在我国，将CDMA2000 lx归入2.5G/2.75G的范畴。

CDMA2000 lx系统的关键参数如下：

(1)前向、反向同时釆用导频辅助相干解调；

(2)扩频码采用相同的M序列，通过不同的相位偏置来区分不同的小区和用户；

(3)射频带宽为1.25MHz,码片速率为L2288Mchip/s;

(4)快速前向和反向功率控制；

(5)下行信道中釆用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量；

(6)核心网络基于ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性。

(7)支持软切换和更软切换；

(8)设计了两类码复用业务信道：基本信道用于传送语音、信令和低速数据, 是一个可变速率信道；补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了 ALOHA技术，改善了传输性能；

(9)在同步方式上CDMA2000 lx与IS-95相同，基站间同步釆用GPS方式。

在CDMA2000 lx向3G演进方面，存在着两个平行的技术。一个是lx EV-DO，另一个是lx EV-DV。在这两个技术中，lx EV-DO的技术提出与产品化要早于lx EV-DV,但就技术本身而言，EV-DO并不能做到在空中接口上与CDMA2000 lx完全后向兼容。与CDMA2000 lx相比，lxEV-DO是用全新的空中接口信道结构， 所以lx EV-DO系统必须使用不同于原有CDMA2000 lx系统的载频。lx EV-DV则与HSDPA类似，充分考虑了在空中接口上与原系统之间的兼容性，可以在同一个载频上同时支持实时语音与高速数据。

1x EV-DO实际上是一个结合了TDMA与CDMA的系统，lx EV-DO的设计初衷是满足高速数据业务的需要（data only)，随着技术的发展，在lxEV-DO上实现实时业务成为必须，所以lxEV-DO的标准也根据这种要求有进一步的演进, 在EV-DO的1^^386八版本中，在原有lxEV-DO Release 0的基础上，提高了上行链路的传输速率，另外加入了QoS控制机制，从而可以对实时业务具有更好的 支持。lxEV-DO与lxEV-DV是两种并行的技术，从纯技术角度而言，应该说，lx EV-DV与lx EV-DO相比存在一些优势，但是因为lx EV-DO在产品化方面更具优势，所以从目前的市场情况发展来看，lxEV-DO已经成为事实上CDMA2000 技术3G发展的主流。

无论是WCDMA、CDMA2000或TD-SCDMA,都是以直接扩频码分多址技术（DS-CDMA)作为空中接口的基本技术。后面会就CDMA技术的主要特点作简要介绍。