第三代移动通信（3G）概览

2019-11-03 09:43:47

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第三代移动通信（3G）概览（唐志宣）[摘要] 本文扼要介绍了3G技术的发展特征、系统结构及部分关键技术，提出了我国发展3G的有利条件及必须考虑的一些问题。[关键词] 第三代移动通信；AMPS；GPRS；W-CDMA1 引论如果说无线通信的历史是频率使用效率提高的历史，则移动通信的历史就是频率使用效率提高和用户“位移”扩大的历史。这是符合要实现随时、随地、任何人之间、用任何业务进行通信目标的。众多的复杂的技术发展，归根结底，就是如何更充分地使用有限的、宝贵的频率资源以及实现更高密度的全球活动通信。我们认为，提高频率使用效率技术，主要属于信息传输技术范畴（但不仅仅是传输技术），如多址接收技术、调制解调、抗干扰编解码……等等；扩大“位移”技术主要属于网络技术范畴（但不仅仅是网络技术），如信息交换、存贮、处理……等等，这两大类技术相互发展交叉结合，在市场动力促进下到某个时期出现了具有某种更为鲜明技术特征的应用，这就是所谓“第X代”移动通信了。如第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量密度低、活动范围受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输的种种优点。第三代移动通信按目前通行的概念是宽带多媒体蜂窝系统。从ITU众多要求中可以看到，主要是使用频率利用率高的体制，能提供高质量宽带多媒体综合业务，并能实现全球覆盖。技术上从第二代到第三代并无重大的变迁，属于一种平滑过渡，因此也就有了什么“二代半”等出现。虽然，第三代要解决众多的传输和网络技术问题，但它的“定义”并无反映鲜明的技术特征，更多的是商业应用特征。鉴于第三代移动通信仍需一个强大的移动“核心网”，其功能是否会被也在不断发展的有线智能网取代，这就是有人正在研究的“第四代”问题了，如果能取代，在实现全球覆盖上大有好处。第四代移动通信的技术特征就很可能是“网络”性的了。本文主要介绍基于ITU概念的第三代移动通信。2 第三代移动通信的缘起及特征2.1 市场动力第二代数字移动通信的成熟，极大地满足了广大用户的要求，今天全世界GSM，DAPS第二代手机用户已达6亿，2007年内还有望达到13亿，然而第二代的几种体制已不能满足目前信息时代的要求，主要表现在：（1）不能满足工业发达国家和一部分第三世界国家（如中国、印度）大中城市手机用户高密度要求；（2）速率过低（9.6kb／s或57kb／s）与目前ip技术与多媒体业务要求距离甚远，不能满足政府、先进企业及新兴“白领”阶层对高速数据量的要求；（3）不能实现全球覆盖无缝连接。第一代以国家为基础，第二代以区域为基础，新的第三代就应以全球为基础，基本实现全球随处均可进行移动通信活动。这一点，发达工业国的经销商有特别强烈的愿望。因此，国际电讯联盟主要吸取了各大移动通信企业及标准化组织的意见，提出第三代移动通信（IMT-2000）系统的目标，其要点如下： ●全球化：多种环境，多种技术，统一频率，统一标准。 ●综合化：多种业务话音、宽带数据、多媒体，适应信息化社会。 ●个人化：支持UPT，足够容量潜力和多种用户管理能力。实现以上目标是宏观的，分阶段提出具体要求，分阶段完成，但上述三大目标的确反映了市场对目前移动通信系统的新要求。2.2 技术支持如无下列领域技术在近年来的飞速发展，第三代移动通信系统将不能成熟发育推向市场。（1）微电子技术（大规模IC设计与生产）；（2）小型化技术（元件、部件、结构及生产工艺、低功耗）；（3）数字通信庞大的专题技术族，包括新频段的开发。（4）计算机技术，特别是软件技术；（5）以上四类技术的综合运用（标准、协议、测试）。以上技术由于本身的难度或由于经济、政治、管理、市场等等原因，要由一个公司、一个国家全面推出，成为一种全球认可的可实施系统，实际上是困难的，因此，在国际ITU会议上，众多的技术体制大多是国际合作的成果。2.3 第三代移动通信的特点按ITU总目标，第三代移动通信系统有如下特点：（1）提供高速率和多种速率支持多种业务，能支持从话音到分组数据到多媒体业务，特别是Internet，应能根据需要来提供必要的带宽，其最低无线传输要求是：快速移动环境：最高速率达114kb／s 步行环境：最高速率达384kb／s 室内环境：最高速率达2Mb／s （2）全球覆盖、全球无缝漫游、全球使用共用频段（1885-2025MHz，2110-2200MHz）。但不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一致，而要求在网络接口、互通及业务能力方面的统一或协调。（3）高频谱效率。（4）高服务质量：具有长话的话音质量，比特错误率小于10（负6次方）的数据业务。（5）低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。表1 移动通信各代典型系统特性比较

	典型	技术	特性
第一代	AMPS	小区制蜂窝系统	模拟话音
第二代	GSM	数字蜂窝（时分复址）	数字话音数据速率9.6kb/s (HSCSD:6时隙合并为57kb/s)
第二代半	GPRS	通用分组数字蜂窝	数据速率:115kb/s 数据在线连接 (EDGE为:384kb/s)
第三代	W-CDMA	宽带码分多址，实现宽带多媒体业务	数据速率最高达2Mb/s 数据在线连接宽带数据业务
第四代	(EM-BS)	宽带多媒体综合业务 ATM面无核心网	无线接入点:60GHz 155Mb/s
第五代…

表1为务代典型系统特性比较。3 第三代移动通信组成及关键技术 IMT－2000系统构成，由4个子系统组成： UIM为用户识别模块（相当于GSM中SIM卡）与移动台之间接口；UNI为移动台与基地台之间无线接口；RAN-CN为无线接入网与核心网（相当于GSM交换系统）之间接口；NNI为核心网与其它IMT-2000家族核心网之间接口。以上四个接口标准由ITU完成定义。接入网完成用户接入业务全部功能，包括所有空中接口相关功能。核心网受无线接口影响很小，接入网与核心网之间有个清晰的分界，使它们可以分别独立地演化。这一点非常重要，是第三代标准化的主导思想。核心网由交换网和业务网组成，交换网完成呼叫及承载控制所有功能。业务网完成支撑业务所需功能，包括位置管理。第三代移动通信分层结构简介如下： ●物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。 ●链路层：由媒体接入控制（MAC）子层和链路接入控制（LAC）子层组成，分别完成对物理层资源的管理以及业务质量控制。 ●高层：负责完成各种业务呼叫信令处理以及对各种业务的控制和处理，相当于OSI模型中网络层以上各层的集合。4 第三代移动通信无线接口标准 1999年11月初，在芬兰赫尔率基ITU会议通过了IMT-2000无线接口技术规划建议，将无线接口标准明确为以下五个标准。（1）IMT－2000 CDMAD（对应WCDMA）（2）IMT-2000 CDMA MC（对应cdma 2000）（3）IMT-2000 CDMA TDD（对应TM-SCDMA和UTRATDD）（4）IMT-2000 CDMA TDD（对应UWC-136）（5）IMT-2000 CDMA／TDMA（对应于DECT）以上五种标准中，前三种属于CDMA体制，后两种属于TDMA体制。日本（ARIB）、欧洲（ETSI）。美国（TIA）、（TIPI）、中国（CATT）、韩国（TTA）等是众多标准的主要提出者。从双工方式来看大体上FDD与TDD两种方案均会并存，从接入主流技术来看，目前主要是宽带CDMA技术，限于篇幅本文不对上述各标准展开介绍。宽带CDMA系统关键技术主要有：（1）信道编译码技术：选择效率高、编码增益高、时延性能好、译码算法较简单、存储量较小、溢出概率小、对同步要求不要过高，适于衰落信道传送、易于实现。（2）多速率匹配技术：对不同信号速率采用不用RF信号码片速率与之匹配。（3）克服多径影响的Rake接收技术。（4）同步技术：实现可靠的PN码同步，符号同步、帧同步和扰码同步。（5）多用户检测技术：测量各个用户扩频码之间的非正交性，用算法来消除多用户之间的相互干扰，保证在衰落环境下实现大容量。要完成宽带CDMA系统的商品化需解决的技术难题，远不只这几个。5 中国发展3G的条件和问题综上所述，目前发展3G，有它的市场动力、技术条件及商业目标，最近ITU在3G标准的制订方面也有了较大的进展，因此3G热潮正在高涨，3G时代似乎不远。中国无疑也正在开展3G的研究和开发，由于起动的力度及网络建设的启动时间与国情有关，在中国发展3G存在一定有利条件也有不少需正视的问题，择其要者列出，供参考。5.1 中国发展3G的有利条件：（1）大中城市频率资源逐渐短缺，要求3G来扩容。（2）有部分用户对高速移动数据业务、多媒体业务有要求。（3）对第二代GSM网络已积累了运营和管理经验。（4）通过引进国外技术、技术合作以及近十年的研究开发，已对移动通信各类关键技术有所认识、有所掌握甚至有所创新。交换机及移动台生产能力有明显提高。（5）政府及企业界非常重视。5.2 中国发展3G要考虑的问题：（1）中国对3G有迫切要求的用户有多少？属哪一类用户？他们占GSM用户比例是多少？（2）我们是否发展窄带CDMA来解决城市无线频率资源不足的问题。（3）目前，3G的核心网标准未确定，各种3G设备还未成熟，还可能有源源不断的新技术注入到体制中。此时，我们如何部署3G网络？是否立即部署国营发生产某种体制的3G手机？（4）我们的资金投放于运营业和开发比例如何？是否仍象第一代、第二代那样先大量引进TACS及GSM运营后，待大量市场被国外产品挤占后，才发现制造业的落后？（5）技术与系统，产品和市场之间关系如何？从掌握或创新局部新技术到有能力开发整个系统有多大距离？从能够生产3G粗品，到能在市场竞争中取胜有多大距离？我们应如何缩短这距离（资金、速度、系列化）。摘自《移动通信》

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