第三代移动通信技术——3G

第三代移动通信技术——3G什么是3G?3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节／每秒）、384kbps（千字节／每秒）以及144kbps的传输速度。第三代移动通信系统发展历程1985年末，国际电信联盟（ITUInternationalTelecommunicationUnion）在讨论移动通信的CCIRSG-8会议上提出了未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）的概念，从而拉开了第三代移动通信技术发展的序幕。1997年以来、国内外有关第三代移动通信的研究逐渐成为移动通信领域的研究热点。按照ITU的既定时间表、1999年3月完成第三代移动通信标准IMT－2000RTT关键参数的选定。1999年底完成包括上层协议在内的完整的无线接口标准制定工作。2000年底完成核心网全部标准的制定工作。我国第三代移动通信系统发展历程1997年6月国家八六三通信技术主题在安徽黄山发起了首次规模较大的有关宽带移动通信系统技术研讨会,来自国内外的著名厂商均派代表参加了本次会议。1997年7月中国第三代移动通信评估协调组（ChEG）成立。1998年国家八六三通信技术主题又与邮电部第三代移动通信评估协调组（ChEG）联合在香山召开了规模更为庞大的第三代移动通信研讨会。1998年6月邮电部电信技术研究院向ITU提交了自己的第三代移动通信建议标准TD－SCDMA。1998年9月ChEG完成了对其它国家有关提案的评估(重点针对欧洲WCDMA和北美cdma2000)报告，并提交ITU。1998年11月，国家第三代移动通信系统研究开发重大项目启动,该项目的主要目标是在2000年12月之前，通过自主科研开发拥有一批核心专利技术，建立具有第三代移动通信基本特征的实验系统，为制定我国的第三代移动通信体制标准提出建议。第三代移动通信的特点和基本特征第三代移动通信区别于现有的第一代和第二代移动通信系统，其主要特点概括为:（１）全球普及和全球无缝漫游的系统。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及全球统一标准。1992年世界无线电大会在2GHz频段上给FPLMTS陆地和卫星业务分配了230MHz频率,即1885～2025MHz和2110～2200MHz,其中卫星部分为1980～2010MHz和2170～2200MHz。为了统一标准,1994年国际电联将FPLMTS正式改名为国际移动通信系统2000(InternationalMobileTelecommunication2000,简称IMT2000),它取意于工作在2000MHz频段,在2000年左右商用的全球移动通信系统。IMT2000的目标是全球统一频段,统一标准,全球无缝覆盖;实现高服务质量,高保密性能,高频谱效率;提供多媒体业务,实现车速环境144kbit/s速率,步行环境384kbit/s速率,室内环境2Mbit/s速率的无线多媒体通信。（２）具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务的能力。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100kb/s～200kb/s的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率能力为384kb/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；应能根据需要，提供所需带宽。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足以下三种环境的要求，即：快速移动环境，最高速率达144kb/s；室外到室内或步行环境，最高速率达384kb/s；室内环境，最高速率达2Mb/s。第三代移动通信的特点和基本特征（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，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。（４）高频谱效率。（５）高服务质量。（６）低成本。（７）高保密性。第三代移动通信的特点和基本特征第三代移动通信的系统组成IMT-2000系统构成见下图，它主要有四个功能子系统构成，即核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM）组成。分别对应于GSM系统的交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）和SIM卡。另外ITU定义了4个标准接口，即：网络与网络接口(NNI)：由于ITU在网络部分采用了“家族概念”，因而此接口是指不同家族成员之间的标准接口，是保证互通和漫游的关键接口。无线接入网与核心网之间的接口（RAN-CN），对应于GSM系统的A接口。无线接口(UNI)用户识别模块和移动台之间的接口（UIM-MT）第三代移动通信的系统组成第三代移动通信系统的分层结构第三代移动通信的系统组成物理层：它由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。链路层：它由媒体接收控制（MAC）子层和链路接入控制（LAC）子层组成：MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层业务实体所需的QoS级别。LAC子层负责与物理层相对独立的链路管理与控制，并负责提供MAC子层所不能提供的更高级别的QoS控制,这种控制可以通过ARQ等方式来实现，以满足来自更高层业务实体的传输可靠性。高层：它集OSI模型中的网络层，传输层，会话层，表达层和应用层为一体。高层实体主要负责各种业务的呼叫信令处理，话音业务（包括电路类型和分组类型）和数据业务（包括IP业务，电路和分组数据，短消息等）的控制与处理等。第三代移动通信的系统组成第三代移动通信系统的标准化活动1、提交ITU的十种备选方案及其特点（１９９８．７）上述10种提案按其技术特性可以分为以下几类:（1）W-CDMA（序号１～５）欧洲ETSIUTRAFDD、日本ARIBW-CDMA、韩国TTACDMAⅡ、美国T1WCDMA/NA和TIATR46的WIMSW-CDMA这五种提案可以归为一类。这类提案的多址方式均采用W-CDMA，同步方式、码片速率、帧结构等方面也基本一致。其中美国T1提交的WCDMA/NA和美国TIATR46提交的WIMSW-CDMA后来已融合为一个标准，称为WP-CDMA,即宽带分组CDMA技术。第三代移动通信系统的标准化活动（2）ＣＤＭＡ2000（序号7～8）美国TIA的cdma2000、韩国TTA的CDMAⅡ可以归为一类,均是基于IS-95技术发展来的。（3）ＵＷＣ-136（序号９）UWC-136是在北美IS-136TDMA(D-AMPS)技术的基础上提交的。由于IS-136TDMA是北美第二代系统的主要技术之一,其用户规模与IS-95相当，IS-136的运营者继续采用UWC-136也在情理之中。第三代移动通信系统的标准化活动（4）我国的TD-SCDMA（序号6）该方案与欧洲UTRATDD（序号2）（即TD-CDMA）技术比较相似,相互间融合的可能性最大。但在帧结构、码片速率、切换方式和一些新技术（如智能天线、多用户检测）的应用上差别很大，技术融合也不是一件简单的事情。（5）EP2DECT（序号10）欧洲数字无绳通信系统DECT。从候选提案的技术特点来看，CDMA技术占据了绝大多数，宽带CDMA技术无疑是第三代移动通信系统无线接入技术的主流，而其典型代表是U-TRANFDD和CDMA2000。第三代移动通信系统的标准化活动目前国际电联接受的3G标准目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。1、W-CDMA全称为WidebandCDMA，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演进策略。GPRS是GeneralPacketRadioService（通用分组无线业务）的简称，EDGE是EnhancedDatarateforGSMEvolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。目前国际电联接受的3G标准2、CDMA2000CDMA2000是由窄带CDMA（CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，该标准提出了从CDMAIS95（2G）—CDMA20001x—CDMA20003x（3G）的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。目前国际电联接受的3G标准3、TD-SCDMA全称为TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA），是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。但目前大唐电信公司还没有基于这一标准的可供商用的产品推出。目前国际电联接受的3G标准三个技术标准的比较WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA都能在静止状态下提供2Mbit/s的数据传输速率，但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别，性能上也有所不同。1、双工模式WCDMA与CDMA2000都是采用FDD（频分数字双工）模式，TD-SCDMA采用TDD（时分数字双工）模式。FDD是将上行（发送）和下行（接收）的传输使用分离的两个对称频带的双工模式，需要成对的频率，通过频率来区分上、下行，对于对称业务（如语音）能充分利用上下行的频谱，但对于非对称的分组交换数据业务（如互联网）时，由于上行负载低，频谱利用率则大大降低。TDD是将上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上、下行并进行切换，物理层的时隙被分为上、下行两部分，不需要成对的频率，上下行链路业务共享同一信道，可以不平均分配，特别适用于非对称的分组交换数据业务（如互联网）。TDD的频谱利用率高，而且成本低廉，但由于采用多时隙的不连续传输方式，基站发射峰值功率与平均功率的比值较高，造成基站功耗较大，基站覆盖半径较小，同时也造成抗衰落和抗多普勒频移的性能较差，当手机处于高速移动的状态下时通信能力较差。WCDMA与CDMA2000能够支持移动终端在时速500公里左右时的正常通信，而TD-SCDMA只能支持移动终端在时速120公里左右时的正常通信。TD-S