第三代移動通信技術——3G

1、16第三代移動通信技術3G3G簡介及基本數(shù)據(jù)第三代移動通信技術（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾kbps以上。其實，3G并不是2009年誕生的，早在2007年國外就已經(jīng)產(chǎn)生3G了，而中國也于2008年成功開發(fā)出中國3G，下行速度峰值理論可達3.6 Mbit/s（一說2.8Mbit/s），上行速度峰值也可達384 kbit/s。所謂的3G，也就是第三代移動通信技術，是基于前兩代的基礎上而來的。第一代移動通信技術叫做模擬制式通信，其代表就是被稱為“大哥大”的第一代模擬制式手機（如圖21），其技術來自于第二

2、次世界大戰(zhàn)，在戰(zhàn)后經(jīng)過完善和改進投入民用。第二代移動通信技術稱為數(shù)字制式通信，將信號數(shù)字化傳遞，其擁有兩種國際標準GSM、CDMA。在對第二代通信網(wǎng)絡的優(yōu)化下，逐漸加快了網(wǎng)絡的傳輸速度就誕生了2.5G技術。所謂的2.5G。2.5G是一種介于2G和3G之間的無線技術，由于3G是個相當浩大的工程，所牽扯的層面多而且復雜，要從目前的2G邁向3G不肯能一下就銜接得上，因此出現(xiàn)了介于2G和3G之間的2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、藍牙（Bluetooth）、EPOC等技術都是。圖21而在2.5G的基礎上，3G與2.5G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無線漫

3、游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務，無線網(wǎng)絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps的傳輸速度（此數(shù)值根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境會發(fā)生變化)。第三代移動通信技術。相對第一代模擬制式手機（ 1G）和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機（ 2G ），第三代手機一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包

4、括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了提供這種服務，無線網(wǎng)絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps（兆字節(jié)每秒）、384kbps（千字節(jié)每秒）以及144kbps的傳輸速度。而且具有支持多媒體業(yè)務的能力，特別是支持Internet 業(yè)務的能力。便于過渡、演進，由于第三代移動通信引入時，第二代網(wǎng)絡已具有相當規(guī)模，所以第三代的網(wǎng)絡一定要能在第二代網(wǎng)絡的基礎上逐漸靈活演進而成，并應與固定網(wǎng)兼容。高頻譜效率，高服務質(zhì)量，低成本性，高保密性。 移動通信發(fā)展歷程3G IMT-2000系統(tǒng)的營運環(huán)境3G標準：它們分別是WCDMA（歐洲版）、CD

5、MA2000（美國版）和TD-SCDM（中國版）。 國際電信聯(lián)盟（ITU）在2000年5月確定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流無線接口標準，寫入3G技術指導性文件2000年國際移動通訊計劃（簡稱IMT2000）。CDMA是Code Division Multiple Access（碼分多址）的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的技術基礎。第一代移動通信系統(tǒng)采用頻分多址（FDMA）的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務。第二代移動通信系統(tǒng)主要采用時分多址（TDMA）的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，

6、但TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數(shù)高、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?下面分別介紹一下3G的幾種標準： 一W-CDMA 也稱為WCDMA，全稱為Wideband CDMA，也稱為CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術規(guī)范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術，它與日本提出的寬帶CDMA技術基本相同，目前正在進一步融合。W-CDMA的支持者主要是以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中，包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日

7、本的NTT、富士通、夏普等廠商。 該標準提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演進策略。這套系統(tǒng)能夠架設在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡上，對于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過渡。預計在GSM系統(tǒng)相當普及的亞洲，對這套新技術的接受度會相當高。因此W-CDMA具有先天的市場優(yōu)勢。WCDMA技術的主要參數(shù) 最小帶寬需求 5MHz 采用技術類型 單載波寬帶直接序列擴頻CDMA 雙工方式 FDD/TDD 碼片速率 3.84Mcps 幀長 10ms 基站間同步 異步（不需GPS） 調(diào)制方式（前向/反向） QPSK/BPSK 上/下行信道結(jié)構 I/Q復用 檢測 與導頻信號相干 下行信道導頻 公共與專

8、用導頻 功率控制速度 1500Hz 信道編碼 卷積碼與Turbo碼WCDMA技術的主要特點（1）擴頻與調(diào)制技術 支持多種擴頻因子，采用QPSK調(diào)制技術，碼資源產(chǎn)生方法容易，抗干擾性好，且提供的碼資源充足。（2）采用編碼效率高糾錯能力強的卷積編碼和Turbo編碼方法 語音和低速信令采用卷積碼，數(shù)據(jù)采用Turbo碼，其性能已逼近Shannon極限，Turbo碼是編碼領域里具有里程碑意義的方法。（3）Rake接收技術 因WCDMA帶寬更大，碼片速率可達3.84Mcps，因此可以分離更多的多徑，提高了解調(diào)性能。（4）有效地減少了網(wǎng)絡建設成本 由于WCDMA采用了更高的擴頻碼率，使系統(tǒng)的接收靈敏度高，使

9、基站能覆蓋更遠的距離，有效減少網(wǎng)絡建設成本。（5）減少了信道綜合成本 由于采用了更高的射頻帶寬和擴頻碼率，WCDMA在相同的信道容量條件下，減少了基站的射頻部件數(shù)量，從而減少了信道綜合成本。（6）功率控制技術 支持開環(huán)，內(nèi)環(huán)，外環(huán)等多種功率控制技術，內(nèi)環(huán)采用1500Hz的快速功率控制，抗衰落性能更好，功率控制步長分別支持0.5dB，1dB，1.5dB，2dB多種情況，提高了功率控制的準確度。WCDMA的業(yè)務特點智能化：提供靈活的網(wǎng)絡業(yè)務，終端的智能化。多媒體化：實現(xiàn)語音，圖像，數(shù)據(jù)等多種媒體信息在無線，有線網(wǎng)之間的無縫傳輸。個性化：用戶可以在終端，網(wǎng)絡能力的范圍內(nèi)，設計自己的業(yè)務。人性化：滿足

10、人的基本要求。二CDMA2000 CDMA2000是由窄帶CDMA（CDMA IS95）技術發(fā)展而來的寬帶CDMA技術，也稱為CDMA Multi-Carrier，它是由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現(xiàn)在成為該標準的主導者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標準衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構直接升級到3G，建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發(fā)技術卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機已經(jīng)率先面世。該標準提出了從CDMA IS95（2G

11、）-CDMA20001x-CDMA20003x（3G）的演進策略。CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區(qū)別在于應用了多路載波技術，通過采用三載波使帶寬提高。目前中國電信正在采用這一方案向3G過渡，并已建成CDMAIS95網(wǎng)絡。WCDMA系統(tǒng)結(jié)構WCDMA由核心網(wǎng)（CN），無線接入網(wǎng)（ UTRAN ）和用戶裝置（UE）3部分組成。CN與UTRAN 的接口為IU接口， UTRAN與UE的接口為UU接口。無線接入網(wǎng)UTRAN結(jié)構WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構WCDMA目前有R99、R4、R5、R6四個標準，本圖為基于R99的網(wǎng)絡結(jié)構圖。CDMA2000

12、前向信道結(jié)構CDMA2000系統(tǒng)無線接口基本參數(shù)：多址方式：直接擴頻或多載波擴頻 雙工方式：FDDTDD 擴頻速率：3.6864Mcps3*12288Mcps 載波帶寬：5MHz、10MHz、20MHz 擴頻碼周期（可變）：4-256 幀長： 20ms 時隙長度（功控組）：1.25ms 調(diào)制方式：下行：QPSK、上行：BPSK WCDMA 和CDMA2000 的技術比較WCDMA 技術規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)的兼容性; cdma2000 的開發(fā)策略是對以IS - 95 標準為藍本的cdmaOne 的平滑升級。這兩個標準的技術規(guī)范的主要差異可以歸納為以下

13、幾點： (1) 擴頻碼片速率和射頻信道結(jié)構 (2) 支持不同的核心網(wǎng)標準 (3) 基站之間的同步問題三TD-SCDMA 全稱為Time Division - Synchronous CDMA（時分同步CDMA），該標準是由中國大陸獨自制定的3G標準，TD-SCDMA具有輻射低的特點，被譽為綠色3G。該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領先技術融于其中，在頻譜利用率、對業(yè)務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨特優(yōu)勢。另外，由于中國內(nèi)地龐大的市場，該標準受到各大主要電信設備廠商的重視，全球一半以上的設備廠商都宣布可以支持TDSCDMA標準。 該標準提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié)

14、，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級。軍用通信網(wǎng)也是TD-SCDMA的核心任務。TD-SCDMA技術的主要特點v 無需成對的頻率資源v 采用DS-CDMA技術v 碼片速率為1.28Mchip/sv 時分雙工方式v 上下行鏈路使用相同的無線頻率v 適于不對稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸 適合智能天線、軟件無線電等新技術的應用 設備成本較低TD-SCDMA的關鍵技術TD-SCDMA空中接口采用了四種多址技術: TDMA , CDMA, FDMA, SDMA（智能天線）。使用智能天線能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動終端 。正在通信的移動終端在整個小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài) 。一 綜合的尋址（多址）方式靈

15、活的上下行時隙配置TD-SCDMA與其他3G技術比較三種標準的參數(shù)如表1所示3G中國的3G之路剛剛開始，最先普及的3G應用是“無線寬帶上網(wǎng)”，六億的手機用戶隨時隨地手機上網(wǎng)，而無線互聯(lián)網(wǎng)的流媒體業(yè)務也將逐漸成為主導。移動通信技術發(fā)展的趨勢和特點21世紀移動通信技術和市場飛速發(fā)展，在新技術和市場需求的共同作用下，未來移動通信技術將呈現(xiàn)以下幾大趨勢：網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化，移動互聯(lián)網(wǎng)逐步形成；網(wǎng)絡技術數(shù)字化、寬帶化；網(wǎng)絡設備智能化、小型化；應用于更高的頻段，有效利用頻率；移動網(wǎng)絡的綜合化、全球化、個人化；各種網(wǎng)絡的融合；高速率、高質(zhì)量、低費用。這正是第四代（4G）移動通信技術發(fā)展的方向和目標。n

16、1、寬帶化是通信信息技術發(fā)展的重要方向之一。 隨著光纖傳輸技術以及高通透量網(wǎng)絡節(jié)點的進一步發(fā)展，有線網(wǎng)絡的寬帶化正在世界范圍內(nèi)全面展開，而移動通信技術也正在朝著無線接入寬帶化的方向演進，無線傳輸速率將從二代系統(tǒng)的9. 6 kbit/ s 向第三代移動通信系統(tǒng)的最高速率2 Mbit/ s 發(fā)展。n 2、 隨著網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)業(yè)務量主導地位的形成，從傳統(tǒng)的電路交換技術逐步轉(zhuǎn)向以分組特別是以IP 為基礎的網(wǎng)絡是發(fā)展的必然。 IP 協(xié)議將成為電信網(wǎng)的主導通信協(xié)議。隨著移動通信通用分組無線業(yè)務（GPRS）的引入，用戶將在端到端分組傳輸模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，打破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入模式。GPRS骨干核心網(wǎng)也將廣泛采用

17、路由器技術，以IP 為基礎組網(wǎng)，開始了移動骨干網(wǎng)IP 應用的實踐。n 3) 核心網(wǎng)絡綜合化，接入網(wǎng)絡多樣化。 未來信息網(wǎng)絡的結(jié)構模式將向核心網(wǎng)/接入網(wǎng)轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡的分組化和寬帶化使在同一核心網(wǎng)絡上綜合傳送多種業(yè)務信息成為可能，網(wǎng)絡的綜合化以及管制的逐步開放和市場競爭的需要將進一步推動傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡與新興的計算機網(wǎng)絡的融合。接入網(wǎng)是通信信息網(wǎng)絡中最具開發(fā)潛力的部分，未來網(wǎng)絡可通過固定接入、移動蜂窩接入、無線本地環(huán)路接入等不同的接入設備接入核心網(wǎng)實現(xiàn)用戶所需的各種業(yè)務，在技術上實現(xiàn)固定和移動通信等不同業(yè)務的相互融合。尤其是無線應用協(xié)議（WAP） 的問世，將極大地推動無線數(shù)據(jù)業(yè)務的開展，進一步促進移動

18、業(yè)務與IP 業(yè)務的融合。n （4）信息個人化是21 世紀初信息業(yè)進一步發(fā)展的主要驅(qū)動力之一， 而移動IP 正是實現(xiàn)未來信息個人化的重要技術手段。 在手機上實現(xiàn)各種IP 應用以及移動IP 技術正逐步成為人們關注的焦點之一。移動智能網(wǎng)技術與IP 技術的組合將進一步推動全球個人通信的發(fā)展。n （5）網(wǎng)絡將以技術為中心轉(zhuǎn)向應用為中心。 在信息通信領域，網(wǎng)絡設備只是一個平臺，所有信息業(yè)務需要運營者根據(jù)市場的實際需要提出，再經(jīng)過后臺的軟硬件集成“生產(chǎn)”出新的業(yè)務產(chǎn)品。因此未來市場的競爭焦點不在網(wǎng)絡技術本身，而是應用的開發(fā)。n （6）移動通信網(wǎng)絡結(jié)構正在經(jīng)歷一場深刻的變革，現(xiàn)有電路交換網(wǎng)絡向IP 網(wǎng)絡過渡的趨勢已不可阻擋，IP 技術將成為未來網(wǎng)絡的核心關鍵技術。 在業(yè)務控制分離的基礎上，網(wǎng)絡呼叫控制和核心交換傳送網(wǎng)的進一步分離，使網(wǎng)絡結(jié)構趨于分為業(yè)務應用層、控制層以及由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)組成的網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡演變將成為未來十年的主旋律，經(jīng)過長時間的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡已經(jīng)