歐洲UMTS研究開發工作現狀----羅序梅

2019-11-03 09:52:15

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歐洲UMTS研究開發工作現狀----羅序梅摘要目前第三代移動通信技術標準的定義和選定工作在全球處于非常活躍的階段。地區級的標準化機構（如歐洲ETSI、日本ARIB正在進行技術規范化工作。本文主要介紹歐洲當前在通用移動通信系統（UMTS）無線接口、網絡結構和網絡規劃方面所開展的研究工作。關鍵詞移動通信 UMTs 未來公用陸地移動通信系統（FPLMTS）近年來，對于無線通信的需求急劇上升，無線用戶數也一直持續增長。1998年底，全球的移動用戶增加到2億左右，2000年底以前達4．2億左右。移動通信的發展不僅反映在數量上，移動網的技術業務功能也有質的變化，模擬系統向數字系統的發展已是必然趨勢。1990年底，全球 35％的網絡是數字式的，到2000年底，將有63％的網絡采用數字技術。此外，移動用戶的需求也逐步由話音和窄帶數據向高速數據和移動多媒體的多元化業務發展。面對這一新的挑戰，國際電信聯盟（ITU）于1985年提出了未來公用陸地移動通信系統（FPLMTS）概念，現改名為IMT 2000。歐洲繼 GSM技術標準開發和業務推廣取得巨大成功之后，于1990年底開始制定第三代技術標準的研究和發展計劃。日本第二代系統PDC僅限于國內，故第三代的開發工作較早。根據ITU的要求，各大電信公司聯盟都提出自己第三代系統的技術方案，具有代表性的有北美W－cdmaONE、日本寬帶CDMA（W－CDMA）和歐洲提出的TD－CDMA考慮到市場占有及二代系統過渡問題，ITU提出了“家族概念”，意味著只要該系統在網絡和業務能力上滿足要求，都可以成為 IMT 2O00成員， ITU正努力實現網絡接口的標準化和互通。目前這三種技術方案是當前討論的焦點，并成為候選技術方案。本文主要介紹歐洲當前在UMTS無線接口、網絡結構和網絡規劃方面所開展的研究工作。1 UMTS發展進程（1）UMTS目標 UMTS是蜂窩系統和無線系統的有機結合，系統的目標是： ·提供話音和數據（從低速到高速）的各種業務，包括多媒體業務、電路和分組業務、話音業務、可視電話以及速率可達 2Mb／S的高速文件傳輸業務。 ·全球漫游。UMTS適用于多種環境（如室內或室外、低速或高速移動、高山或平原、郊區或市區、微蜂窩或微微蜂窩），能在任何時間、任何地點向任何人提供服務。 ·實現個人化，即做到終端的移動性和用戶的移動性。 ·原則上與固定通信網（如ISDN和寬帶ISDN）兼容，主要是在功能、用戶接口、成本和質量上。 UMTS是針對第三代移動通信系統IMT 2000提出的，是在認真分析了市場需求的基礎上研究開發的，整個標準化工作與UMTS論壇和 GSM MOU密切合作。作為歐洲獨立的開發項目，該系統除了考慮歐洲地區特點外，還應與 IMT 200O兼容，不僅要訂出較為詳細的性能實驗規格，還要按照開放網絡政策和競爭的觀點，對國際電信聯盟的接口進行標準化。此外，還要考慮與GSM和DECT兼容和相互配合。目前UMTS又分為2個子方案：①由西門子、阿爾卡特提出的TfD－CDMA，②由NTT DoCo-Mo、愛立信和諾基亞提出的W－CDMA系統。（2）UMTS標準化的工作進程 UMTS標準化工作將分階段進行。第一階段的主要按排為： 1997年12月～1998年1月選定無線傳輸技術，凍結基本參數 1999年底制定第1階段標準 2001年測試實驗系統 2002年第1階段商用化目前UMTS系統的主要特性和技術規范已得到批準，并成為第一階段標準發展的基礎。隨著營運商和用戶需求新功能的引入，UMTS第一階段標準的主要特性見表1。（3） UMTS的演進途徑第二代移動通信（尤其是GSM）取得了巨大成功。目前全球110個國家中，至少有256家營運商致力于 GSM業務。隨著多頻段（GSM 900／1800／1900）或綜合了第2代技術（如DECT／GSM，PHS／GSM等）的多模式多頻段終端推出，這一市場還將進一步擴大。移動通信業務營運商對第二代系統投入了大量資金，市場的占有率也相當大，所以在UMTS發展途徑上，既要考慮商業上的投資利益，又不能在業務功能上對第二代系統作太多的妥協。因此UMTS系統在網絡平臺上與GSM要有～定的兼容性，即反向兼容能力，但必須采用全新的無線接口，以便第三代系統與第二代系統有較分明的界限。2 UMTS無線接口、網絡結構和規劃方面的研究工作 UMTS的標準化工作主要由歐洲電信標準協會（ETSI）進行，現已落實到歐洲計劃研究組織RACE和ACTS規劃中。UMTS的具體技術則由ETSI SMG 5負責實施，而無線接口技術開發工作由SMG 2負責。目前由ESTI資助ACTS的三大項目FRAMES、RAINBOW和STORM。有關無線接口、網絡結構和規劃等技術建議將提交國際標準化機構，并作為第三代系統的候選技術。（1） FRAMES項目 ·FRAMES目標無線接口技術對第三代系統的成功與否起著關鍵性的作用。為了滿足陸地第三代移動通信的要求，FRAMES項目提出了一種有效利用頻譜多址技術的建議，其主要目標之一是確保歐洲在無線通信市場中的全球領導地位。它的技術目標是定義、開發和評估能滿足UMTS要求的一種有效的多址元線技術。此項目的重點是無線接口的定義、驗證以及對在相關無線工作環境中的運作和支持，包括話音、數據（低速到高速）業務在內的所有UMTS業務的演示。 FRAMES的技術建議 FRAMES提出的無線接口技術方案是FMA（ FRAMES multiple access），是符合UM-TS標準的無線接口，并要求在無線參數和協議發展方面盡可能與GSM協調一致。FMA概念有兩種模式：FMA1（有或無擴展的寬帶TDMA）和FMA 2（寬帶CDMA）。這兩種方式的無線參數相互協調，其中最重要一點是與第二代系統（特別是GSM）反向兼容，并為所有UMTS業務提供高性能的無線接口。其共同特點是所有系統時鐘都可以自26MHZ時鐘，目前這一特性被看作是雙筷終端（ FMA／GSM）設計的一個重要標準。由于這兩種模式的固有差異，在協議結構高層方面，其共性比物理層更多。總之，FMA技術方案具有高性能、高靈活性及與GSM反問兼容的能力，因此是極具吸引力的UMTS無線接口候選技術，其主要技術參數見表2。 1998年1月，ETSI SMG 2就UMTS無線接口選擇達成一致意見，決定采用W－CD－MA，同時采納TD－CDMA的一些主要功能。ETSI還通過與GSM和低價終端的協調，對這一技術方案作進一步的完善。 ·FRAMES的演示為了加快UMTS標準化的進程，ETSISMG 2于1997年6月開始了無線接口的評估工作，同時也進行一些相應的演示和試驗。評估嚴格遵循ETSI SMG 2規定的通用測試條件和評估程序。FRAMES開發的硬件平臺用來驗證FMAI的基本功能。基于RACE CODIT概念的背景演示器用來演示FMA 2的主要功能。除純技術驗證外，此平臺還將用來演示提議的概念和一組選定的應用。這些演示包括FRAMES的內部演示、測試床測量、用戶試驗以及其它CTS項目。此外還與RAINBOW合作試驗，并演示FRAMES基站之間的切換，以顯示FRAMES無線接口與核心網互連的可能性。整個試驗將從1998年3月持續到1999年1月。與其它ACTS項目合作的演示將從1998年9月持續到1999年1月。（2） RAINBOW項目 RAINBOW的基本目標是確定和實施通用UMTS接入設施，這些設施可用來研究與第三代系統相關的許多結構問題。RAINBOW的主要目標是開發一個無線接口獨立的網絡子系統，確保第二代系統向第三代系統的演進途徑，包括與第二代系統的反問兼容（如 GSM、EC-T），同時提供無線接口與不同核心網相連的靈活性。 RAINBOW項目中所提議的UMTS網絡結構是通用結構，由核心網和接入網組成，以支持不同級別的切換。核心網有GSM。ISDN和基于Internet協議的網絡（TCP/IP），使不同的營運商都能使用UMTS的無線接續功能。UMTS無線接續網負責所有無線相關功能，核心網負責所有用戶相關問題。更具體的要求和詳細結構正在進行標準化。此項目為第二代向第三代移動通信系統過渡提供條件，同時還考慮了固定網的一些重要問題，如智能網和ATM。（3）STORM項目從網絡規劃角度看，第三代移動通信系統的主要特性是業務種類廣、頻帶寬、用戶多、網絡結構十分靈活（即不同的配置按特定環境布置）和先進的移動管理策略。目前的規劃方法顯然不能適應這些特性，必須開發新的軟件工具來支持網絡規劃。因此ACTSSTORM項目就是研究滿足UMTS營運商特定需求的先進規劃方法，設計并開發軟件工具，用于網絡規劃和設計，以及處理移動網絡規劃中各種原理的軟件模塊，包括傳播條件預測、業務需求估算、電臺工程和網絡工程。3 UMTS將面臨的市場挑戰根據ITU所制定的第三代移動通信系統標準化時間進程表，1998年底完成無線傳輸技術的選擇，1999年底完成標準的制定，2001年以后開始商用。日本因其特定的情況，將率先于2001年推出第三代商用業務，歐洲可能在2002年推出，美國可能在2003～2005年左右。盡管UMTS技術在功能業務等方面大大優于第二代系統，但是也面臨著嚴峻的挑戰。從上述標準化時間進程表看，第三代業務的引人是在下世紀初，屆時，第二代系統（尤其是GSM）仍將處于牢不可破的地位，具有相當高的普及率，提供更廉價的終端、更先進的業務和更廣泛的用途，任何與GSM相媲美，或功能比GSM略強一點的系統都很難取代GSM。因此U MTS要有商業機會和生存能力，必須要向用戶顯示其突出的優勢，必須能提供第二代系統所無法提供的特性和業務。UMTS突出的優勢之一就是支持高速數據傳輸，支持多媒體應用。未來的多媒體應用是通過ATM或B-ISDN網實現的，這就意味著UMTS必須提供BISDN業務的接續，其次要充分支持高瑞移動用戶的需求。作為一種新技術，UMTS至少在初期不能與較成熟的GSM技術競爭，而只能通過發展高端移動業務來占據市場的一席之地。在引入UMTS之際，多數移動用戶都是GSM用戶，許多先進業務又是基于GSM（如SMS或數據業務），因此UMTS必須提供主要的GSM業務，提供與GSM用戶的互連，只有實現這一點，GSM用戶才能平穩過渡到UMTS，即既維持當前業務，同時又開始獲得UMTS提供的優勢。