移動通信3G技術(shù)概述

2019-11-03 09:29:26

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供稿：網(wǎng)友

福建移動通信有限公司鄭瀾簡介

　　中國移動與中國聯(lián)通在移動通信市場的競爭日趨激烈，競爭領(lǐng)域從原先的話音業(yè)務(wù)發(fā)展到增值業(yè)務(wù)。伴隨著移動增值業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，邁向3G（3rd Generation，第三代移動通信）則是兩大移動運營商的必然選擇。與前兩代系統(tǒng)相比，第三代移動通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務(wù)，其傳輸速率在高速移動環(huán)境中支持144kb/s，步行慢速移動環(huán)境中支持384kb/s，靜止?fàn)顟B(tài)下支持2Mb/s。其設(shè)計目標(biāo)是為了提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括話音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。

　　目前國際電聯(lián)接受的3G標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA。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(shù)基礎(chǔ)。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(wù)。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)性能大為改善，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(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強、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?br>
1、 WCDMA

　　全稱為Wideband CDMA，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同，目前正在進一步融合。該標(biāo)準(zhǔn)提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演進策略。GPRS是General Packet Radio Service（通用分組無線業(yè)務(wù)）的簡稱，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution（增強數(shù)據(jù)速率的GSM演進）的簡稱，這兩種技術(shù)被稱為2.5代移動通信技術(shù)。目前中國移動正在采用這一方案向3G過渡，并已將原有的GSM網(wǎng)絡(luò)升級為GPRS網(wǎng)絡(luò)。

2、 CDMA2000

　　CDMA2000是由窄帶CDMA（CDMA IS95）技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，由美國主推，該標(biāo)準(zhǔn)提出了從CDMA IS95（2G）—CDMA20001x—CDMA20003x（3G）的演進策略。CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術(shù)。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區(qū)別在于應(yīng)用了多路載波技術(shù)，通過采用三載波使帶寬提高。目前中國聯(lián)通正在采用這一方案向3G過渡，并已建成了CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)。

3、 TD-SCDMA

　　全稱為Time Division-Synchronous CDMA（時分同步CDMA），是由我國大唐電信公司提出的3G標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級。但目前大唐電信公司還沒有基于這一標(biāo)準(zhǔn)的可供商用的產(chǎn)品推出。

三個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較

　　WCDMA、CDMA2000與TD—SCDMA都屬于寬帶CDMA技術(shù)。寬帶CDMA進一步拓展了標(biāo)準(zhǔn)的CDMA概念，在一個相對更寬的頻帶上擴展信號，從而減少由多徑和衰減帶來的傳播問題，具有更大的容量，可以根據(jù)不同的需要使用不同的帶寬，具有較強的抗衰落能力與抗干擾能力，支持多路同步通話或數(shù)據(jù)傳輸，且兼容現(xiàn)有設(shè)備。WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA都能在靜止?fàn)顟B(tài)下提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，但三者的一些關(guān)鍵技術(shù)仍存在著較大的差別，性能上也有所不同。

1、雙工模式

　　WCDMA與CDMA2000都是采用FDD（頻分?jǐn)?shù)字雙工）模式，TD-SCDMA采用TDD（時分?jǐn)?shù)字雙工）模式。FDD是將上行（發(fā)送）和下行（接收）的傳輸使用分離的兩個對稱頻帶的雙工模式，需要成對的頻率，通過頻率來區(qū)分上、下行，對于對稱業(yè)務(wù)（如語音）能充分利用上下行的頻譜，但對于非對稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如互聯(lián)網(wǎng)）時，由于上行負載低，頻譜利用率則大大降低。TDD是將上行和下行的傳輸使用同一頻帶的雙工模式，根據(jù)時間來區(qū)分上、下行并進行切換，物理層的時隙被分為上、下行兩部分，不需要成對的頻率，上下行鏈路業(yè)務(wù)共享同一信道，可以不平均分配，特別適用于非對稱的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如互聯(lián)網(wǎng)）。TDD的頻譜利用率高，而且成本低廉，但由于采用多時隙的不連續(xù)傳輸方式，基站發(fā)射峰值功率與平均功率的比值較高，造成基站功耗較大，基站覆蓋半徑較小，同時也造成抗衰落和抗多普勒頻移的性能較差，當(dāng)手機處于高速移動的狀態(tài)下時通信能力較差。WCDMA與CDMA2000能夠支持移動終端在時速500公里左右時的正常通信，而TD-SCDMA只能支持移動終端在時速120公里左右時的正常通信。TD-SCDMA在高速公路及鐵路等高速移動的環(huán)境中處于劣勢。

2、碼片速率與載波帶寬

　　WCDMA(FDD-DS)采用直接序列擴頻方式，其碼片速率為3.84Mchip/s。CDMA20001x與CDMA20003x的區(qū)別在于載波數(shù)量不同，CDMA20001x為單載波，碼片速率為1.2288Mchip/s，CDMA20003x為三載波，其碼片速率為1.2288×3＝3.6864Mchip/s。TD-SCDMA的碼片速率為1.28Mchip/s。碼片速率高能有效地利用頻率選擇性分集以及空間的接收和發(fā)射分集，可以有效地解決多徑問題和衰落問題，WCDMA在這方面最具優(yōu)勢。

　　載波帶寬方面，WCDMA采用了直接序列擴譜技術(shù)，具有5MHz的載波帶寬。CDMA20001x采用了1.25MHz的載波帶寬，CDMA20003x利用三個1.25MHz載波的合并形成3.75MHz的載波帶寬。TD-SCDMA采用三載波設(shè)計，每載波具有1.6M的帶寬。載波帶寬越高，支持的用戶數(shù)就越多，在通信時發(fā)生網(wǎng)塞的可能性就越小。在這方面WCDMA具有比較明顯的優(yōu)勢。

　　TD－SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mchip/s的碼片速率，采用TDD雙工模式，因此只需占用單一的1.6M帶寬，就可傳送2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而WCDMA與CDMA2000要傳送2Mbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，均需要兩個對稱的帶寬，分別作為上、下行頻段，因而TD-SCDMA對頻率資源的利用率是最高的。

3、智能天線技術(shù)

　　智能天線技術(shù)是TD-SCDMA采用的關(guān)鍵技術(shù)，已由大唐電信申請了專利，目前WCDMA與CDMA2000都還沒有采用這項技術(shù)。智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。TD－SCDMA智能天線的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無線路徑的對稱性（無線環(huán)境和傳輸條件相同）而獲得的。智能天線還可以減少小區(qū)間及小區(qū)內(nèi)的干擾。智能天線的這些特性可顯著提高移動通信系統(tǒng)的頻譜效率。

4、越區(qū)切換技術(shù)

　　WCDMA與CDMA2000都采用了越區(qū)“軟切換”技術(shù)，即當(dāng)手機發(fā)生移動或是目前與手機通信的基站話務(wù)繁忙使手機需要與一個新的基站通信時，并不先中斷與原基站的聯(lián)系，而是先與新的基站連接后，再中斷與原基站的聯(lián)系，這是經(jīng)典的CDMA技術(shù)。“軟切換”是相對于“硬切換”而言的。FDMA和TDMA系統(tǒng)都采用“硬切換”技術(shù)，先中斷與原基站的聯(lián)系，再與新的基站進行連接，因而容易產(chǎn)生掉話。由于軟切換在瞬間同時連接兩個基站，對信道資源占用較大。而TD-SCDMA則是采用了越區(qū)“接力切換”技術(shù)，智能天線可大致定位用戶的方位和距離，基站和基站控制器可根據(jù)用戶的方位和距離信息，判斷用戶是否移動到應(yīng)切換給另一基站的臨近區(qū)域，如果進入切換區(qū)，便由基站控制器通知另一基站做好切換準(zhǔn)備，達到接力切換目的。接力切換是一種改進的硬切換技術(shù)，可提高切換成功率，與軟切換相比可以減少切換時對鄰近基站信道資源的占用時間。

　　在切換的過程中，需要兩個基站間的協(xié)調(diào)操作。WCDMA無需基站間的同步，通過兩個基站間的定時差別報告來完成軟切換。CDMA2000與TD-SCDMA都需要基站間的嚴(yán)格同步，因而必須借助GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）等設(shè)備來確定手機的位置并計算出到達兩個基站的距離。由于GPS依賴于衛(wèi)星，CDMA2000與TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)布署將會受到一些限制，而WCDMA的網(wǎng)絡(luò)在許多環(huán)境下更易于部署，即使在地鐵等GPS信號無法到達的地方也能安裝基站，實現(xiàn)真正的無縫覆蓋。而且GPS是美國的系統(tǒng)，若將移動通信系統(tǒng)建立在GPS可靠工作的基礎(chǔ)上，將會受制于美國的GPS政策，有一定的風(fēng)險。

5、與第二代系統(tǒng)的兼容性

　　WCDMA由GSM網(wǎng)絡(luò)過渡而來，雖然可以保留GSM核心網(wǎng)絡(luò)，但必須重新建立WCDMA的接入網(wǎng)，并且不可能重用GSM基站。CDMA20003x從CDMA IS95、CDMA20001x過渡而來，可以保留原有的CDMA IS95設(shè)備。TD-SCDMA系統(tǒng)的的建設(shè)只需在已有的GSM網(wǎng)絡(luò)上增加TD-SCDMA設(shè)備即可。三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，WCDMA在升級的過程中耗資最大。

移動運營商的3G策略

　　目前全球已經(jīng)頒發(fā)了73個WCDMA運營牌照，13個CDMA2000運營牌照。我國的3G牌照尚未發(fā)放，中國移動、中國聯(lián)通等運營商將采用何種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前仍未確定。不久前信息產(chǎn)業(yè)部已經(jīng)對WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA的使用頻率進行了規(guī)劃，預(yù)示著這三種標(biāo)準(zhǔn)在我國都將被采用。

　　在2G與3G之間衍生出了2.5G技術(shù)。2.5G技術(shù)突破了2G電路交換技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸速率的制約，引入了分組交換技術(shù)，從而使數(shù)據(jù)傳輸速率有了質(zhì)的突破，是一種介于2G與3G之間的過渡技術(shù)。目前中國移動已經(jīng)建成了2.5代的GPRS網(wǎng)絡(luò)，正朝著WCDMA的方向發(fā)展。中國聯(lián)通在發(fā)展了GSM網(wǎng)絡(luò)后突然轉(zhuǎn)向發(fā)展CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)，正朝著CDMA2000的方向發(fā)展。雖然CDMA2000在升級的過程中節(jié)省投資，但由于中國聯(lián)通是由GSM網(wǎng)絡(luò)改而發(fā)展CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)成本投入也相當(dāng)大。由于中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起步較晚，目前尚未建成2.5代的CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)，在與中國移動的2.5代業(yè)務(wù)競爭上處于劣勢。今年10月1日，中國移動正式推出了基于2.5代網(wǎng)絡(luò)的彩信業(yè)務(wù)（MMS，多媒體信息服務(wù)），該業(yè)務(wù)能在手機短信中加載聲音、圖像、視頻等多媒體信息，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)能達到約40Kbit/s的傳送速度，揭開了移動多媒體時代的序幕，具有彩屏和弦內(nèi)置數(shù)碼相機等新功能的手機立刻走俏市場。為應(yīng)對中國移動的彩信業(yè)務(wù)，廣東聯(lián)通不久前推出了彩e業(yè)務(wù)，但中國聯(lián)通的CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)只能基于電路交換方式提供14.4Kbit/s的傳送速度，對多媒體信息的發(fā)送形成瓶頸。迅速發(fā)展2.5代的CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為中國聯(lián)通的當(dāng)務(wù)之急。

　　我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA能否在3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)爭霸中搶占一席之地倍受關(guān)注。TD-SCDMA能有效地節(jié)約頻譜資源，能夠?qū)崿F(xiàn)從GSM系統(tǒng)的廉價升級，但其通信質(zhì)量較WCDMA及CDMA2000差。畢竟能否節(jié)約頻譜資源與投資成本只是政府與運營商們關(guān)心的事，作為用戶永遠是將通信質(zhì)量作為首選。在我國移動通信市場激烈競爭的格局下，滿足用戶的需求始終是運營商們努力追求的目標(biāo)，將來TD-SCDMA可能會在低端3G市場得到應(yīng)用。目前TD-SCDMA技術(shù)尚未被國外的運營商所采納，如果今后只有我國采用這一標(biāo)準(zhǔn)將對國際漫游提出新的難題。大唐電信至今還沒有基于TD-SCDMA技術(shù)的成熟產(chǎn)品推出，其研發(fā)進度落后于WCDMA與CDMA2000。但不久前我們高興地看到“TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”成立，大唐電信、南方高科、華立、華為、聯(lián)想、中興、中國電子、中國普天等8家企業(yè)組成了聯(lián)盟的第一核心，使該技術(shù)邁向商用有了強大的技術(shù)力量支持。TD-SCDMA是中國在移動通信領(lǐng)域的第一個標(biāo)準(zhǔn)，它的出現(xiàn)是中國百年電信史上零的突破。我們樂見TD-SCDMA能夠走向成熟。

　　目前第二代移動通信系統(tǒng)中，無論是GSM或是CDMA IS95都已經(jīng)能提供令人基本滿意的話音質(zhì)量與通信穩(wěn)定性，但其數(shù)據(jù)傳輸速率低下，因而第三代移動通信系統(tǒng)最吸引人的地方并不在于話音質(zhì)量與通信穩(wěn)定性的提高，而是數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅提升，這將大大促進移動多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展。然而手機的主要用途畢竟是通話，而不是其它的增值業(yè)務(wù)。3G的巨大投資能否創(chuàng)造出效益，目前還是個未知數(shù)。目前2.5代的業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r可以為我們的3G策略提供一定的幫助。

　　中國移動的GPRS推出至今，較為成功MMS業(yè)務(wù)是基于GPRS帶寬的多媒體業(yè)務(wù)，而直接利用GPRS手機與電腦連接上網(wǎng)的用戶數(shù)始終不多，畢竟具有移動上網(wǎng)需求的人還只是少數(shù)。目前2.5代的GPRS或CDMA20001x已經(jīng)可以提供40Kbit/s左右的數(shù)據(jù)傳輸速率，能基本滿足聲音、圖像、簡短的視頻等多媒體信息傳輸?shù)膸捯蟆Ｒ苿由暇W(wǎng)的主要用途是對時間要求非常緊迫的收發(fā)E-Mail等公務(wù)，而不是下載視頻等的娛樂活動，目前的帶寬也可以基本滿足。GPRS或CDMA20001x的理論傳輸速率都在150kbit/s左右，今后隨著2.5G網(wǎng)絡(luò)的不斷升級，其實際傳輸速率將逐步接近這一數(shù)值，可對移動多媒體及移動上網(wǎng)業(yè)務(wù)提供更強有力的支撐。

　　而3G網(wǎng)絡(luò)在手機靜止?fàn)顟B(tài)下能夠具有2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。就多媒體業(yè)務(wù)而言，3G較2.5G的優(yōu)勢在于能夠提供更加豐富多彩的視頻信息；就移動上網(wǎng)而言，能夠使手機上網(wǎng)速度基本達到目前有線寬帶網(wǎng)的水平。但大幅提高的帶寬能否增加足夠多的業(yè)務(wù)量以使3G達到贏利呢？在多媒體應(yīng)用方面，可以采用手機進行數(shù)碼錄像后迅速將視頻發(fā)往其它手機，這可以應(yīng)用于記者采訪和婚宴等重要聚會。這是3G的一個贏利點，但用戶數(shù)畢竟很少。在移動上網(wǎng)方面，可以采用手機上網(wǎng)下載視頻或收看在線電影、在線電視直播等。但由于有線寬帶網(wǎng)的迅速普及，這類用戶廖廖無幾。況且移動通信的成本大大高于有線通信，其資費自然不低，價格也將成為制約3G業(yè)務(wù)發(fā)展的不利因素。

　　綜合以上各種因素考慮，我國目前尚不具備發(fā)展3G的市場條件。而世界其他國家對發(fā)展3G也都采取了十分謹(jǐn)慎的態(tài)度。作為WCDMA發(fā)展較快的日本已經(jīng)推遲了3G的發(fā)展計劃。英國沃達豐集團宣布原計劃今天秋季在德國推出的3G服務(wù)將推遲約6個月，同時終止了正在英國和歐洲其它地區(qū)進行的3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)。法國電信旗下的Orange公司正在與瑞典官方進行談判，要求推遲在瑞典的3G服務(wù)。西班牙電信Telefonica和芬蘭Sonera電信公司宣布暫停向德國、意大利、奧地利和瑞士提供3G服務(wù)。德國的6家通用移動通信系統(tǒng)的供應(yīng)商均已被迫推遲3G商業(yè)化運營的時間。而在我國香港，原先預(yù)計在今明兩年全面發(fā)展3G的運營商也把時間推遲到2005年或2006年。

　　目前移動運營商們需要重點考慮的應(yīng)是如何建設(shè)并進一步優(yōu)化2.5G網(wǎng)絡(luò)，對移動多媒體及移動上網(wǎng)業(yè)務(wù)提供更好的支持，這畢竟是投入少而效益大贏利項目。發(fā)展3G是大勢所趨，但應(yīng)以潛在市場的成熟作為啟動的依據(jù)，切不可陷入國與國或運營商與運營商的盲目攀比之中。

摘自《通信市場》

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