第三代移動通信（3G）概覽

2019-11-03 09:43:47

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供稿：網(wǎng)友

第三代移動通信（3G）概覽（唐志宣）[摘要] 本文扼要介紹了3G技術(shù)的發(fā)展特征、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及部分關(guān)鍵技術(shù)，提出了我國發(fā)展3G的有利條件及必須考慮的一些問題。[關(guān)鍵詞] 第三代移動通信；AMPS；GPRS；W-CDMA1 引論如果說無線通信的歷史是頻率使用效率提高的歷史，則移動通信的歷史就是頻率使用效率提高和用戶“位移”擴大的歷史。這是符合要實現(xiàn)隨時、隨地、任何人之間、用任何業(yè)務(wù)進行通信目標(biāo)的。眾多的復(fù)雜的技術(shù)發(fā)展，歸根結(jié)底，就是如何更充分地使用有限的、寶貴的頻率資源以及實現(xiàn)更高密度的全球活動通信。我們認(rèn)為，提高頻率使用效率技術(shù)，主要屬于信息傳輸技術(shù)范疇（但不僅僅是傳輸技術(shù)），如多址接收技術(shù)、調(diào)制解調(diào)、抗干擾編解碼……等等；擴大“位移”技術(shù)主要屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)范疇（但不僅僅是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），如信息交換、存貯、處理……等等，這兩大類技術(shù)相互發(fā)展交叉結(jié)合，在市場動力促進下到某個時期出現(xiàn)了具有某種更為鮮明技術(shù)特征的應(yīng)用，這就是所謂“第X代”移動通信了。如第一代移動通信技術(shù)主要指蜂窩式模擬移動通信，技術(shù)特征是蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了大區(qū)制容量密度低、活動范圍受限的問題。第二代移動通信是蜂窩數(shù)字移動通信，使蜂窩系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸?shù)姆N種優(yōu)點。第三代移動通信按目前通行的概念是寬帶多媒體蜂窩系統(tǒng)。從ITU眾多要求中可以看到，主要是使用頻率利用率高的體制，能提供高質(zhì)量寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)，并能實現(xiàn)全球覆蓋。技術(shù)上從第二代到第三代并無重大的變遷，屬于一種平滑過渡，因此也就有了什么“二代半”等出現(xiàn)。雖然，第三代要解決眾多的傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問題，但它的“定義”并無反映鮮明的技術(shù)特征，更多的是商業(yè)應(yīng)用特征。鑒于第三代移動通信仍需一個強大的移動“核心網(wǎng)”，其功能是否會被也在不斷發(fā)展的有線智能網(wǎng)取代，這就是有人正在研究的“第四代”問題了，如果能取代，在實現(xiàn)全球覆蓋上大有好處。第四代移動通信的技術(shù)特征就很可能是“網(wǎng)絡(luò)”性的了。本文主要介紹基于ITU概念的第三代移動通信。2 第三代移動通信的緣起及特征2.1 市場動力第二代數(shù)字移動通信的成熟，極大地滿足了廣大用戶的要求，今天全世界GSM，DAPS第二代手機用戶已達6億，2007年內(nèi)還有望達到13億，然而第二代的幾種體制已不能滿足目前信息時代的要求，主要表現(xiàn)在：（1）不能滿足工業(yè)發(fā)達國家和一部分第三世界國家（如中國、印度）大中城市手機用戶高密度要求；（2）速率過低（9.6kb／s或57kb／s）與目前ip技術(shù)與多媒體業(yè)務(wù)要求距離甚遠，不能滿足政府、先進企業(yè)及新興“白領(lǐng)”階層對高速數(shù)據(jù)量的要求；（3）不能實現(xiàn)全球覆蓋無縫連接。第一代以國家為基礎(chǔ)，第二代以區(qū)域為基礎(chǔ)，新的第三代就應(yīng)以全球為基礎(chǔ)，基本實現(xiàn)全球隨處均可進行移動通信活動。這一點，發(fā)達工業(yè)國的經(jīng)銷商有特別強烈的愿望。因此，國際電訊聯(lián)盟主要吸取了各大移動通信企業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化組織的意見，提出第三代移動通信（IMT-2000）系統(tǒng)的目標(biāo)，其要點如下： ●全球化：多種環(huán)境，多種技術(shù)，統(tǒng)一頻率，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 ●綜合化：多種業(yè)務(wù)話音、寬帶數(shù)據(jù)、多媒體，適應(yīng)信息化社會。 ●個人化：支持UPT，足夠容量潛力和多種用戶管理能力。實現(xiàn)以上目標(biāo)是宏觀的，分階段提出具體要求，分階段完成，但上述三大目標(biāo)的確反映了市場對目前移動通信系統(tǒng)的新要求。2.2 技術(shù)支持如無下列領(lǐng)域技術(shù)在近年來的飛速發(fā)展，第三代移動通信系統(tǒng)將不能成熟發(fā)育推向市場。（1）微電子技術(shù)（大規(guī)模IC設(shè)計與生產(chǎn)）；（2）小型化技術(shù)（元件、部件、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝、低功耗）；（3）數(shù)字通信龐大的專題技術(shù)族，包括新頻段的開發(fā)。（4）計算機技術(shù)，特別是軟件技術(shù)；（5）以上四類技術(shù)的綜合運用（標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、測試）。以上技術(shù)由于本身的難度或由于經(jīng)濟、政治、管理、市場等等原因，要由一個公司、一個國家全面推出，成為一種全球認(rèn)可的可實施系統(tǒng)，實際上是困難的，因此，在國際ITU會議上，眾多的技術(shù)體制大多是國際合作的成果。2.3 第三代移動通信的特點按ITU總目標(biāo)，第三代移動通信系統(tǒng)有如下特點：（1）提供高速率和多種速率支持多種業(yè)務(wù)，能支持從話音到分組數(shù)據(jù)到多媒體業(yè)務(wù)，特別是Internet，應(yīng)能根據(jù)需要來提供必要的帶寬，其最低無線傳輸要求是：快速移動環(huán)境：最高速率達114kb／s 步行環(huán)境：最高速率達384kb／s 室內(nèi)環(huán)境：最高速率達2Mb／s （2）全球覆蓋、全球無縫漫游、全球使用共用頻段（1885-2025MHz，2110-2200MHz）。但不要求各系統(tǒng)在無線傳輸設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部技術(shù)完全一致，而要求在網(wǎng)絡(luò)接口、互通及業(yè)務(wù)能力方面的統(tǒng)一或協(xié)調(diào)。（3）高頻譜效率。（4）高服務(wù)質(zhì)量：具有長話的話音質(zhì)量，比特錯誤率小于10（負6次方）的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。（5）低成本、低功耗、小體積、高保密等良好的商業(yè)特性。表1 移動通信各代典型系統(tǒng)特性比較

	典型	技術(shù)	特性
第一代	AMPS	小區(qū)制蜂窩系統(tǒng)	模擬話音
第二代	GSM	數(shù)字蜂窩（時分復(fù)址）	數(shù)字話音數(shù)據(jù)速率9.6kb/s (HSCSD:6時隙合并為57kb/s)
第二代半	GPRS	通用分組數(shù)字蜂窩	數(shù)據(jù)速率:115kb/s 數(shù)據(jù)在線連接 (EDGE為:384kb/s)
第三代	W-CDMA	寬帶碼分多址，實現(xiàn)寬帶多媒體業(yè)務(wù)	數(shù)據(jù)速率最高達2Mb/s 數(shù)據(jù)在線連接寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
第四代	(EM-BS)	寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù) ATM面無核心網(wǎng)	無線接入點:60GHz 155Mb/s
第五代…

表1為務(wù)代典型系統(tǒng)特性比較。3 第三代移動通信組成及關(guān)鍵技術(shù) IMT－2000系統(tǒng)構(gòu)成，由4個子系統(tǒng)組成： UIM為用戶識別模塊（相當(dāng)于GSM中SIM卡）與移動臺之間接口；UNI為移動臺與基地臺之間無線接口；RAN-CN為無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)（相當(dāng)于GSM交換系統(tǒng)）之間接口；NNI為核心網(wǎng)與其它IMT-2000家族核心網(wǎng)之間接口。以上四個接口標(biāo)準(zhǔn)由ITU完成定義。接入網(wǎng)完成用戶接入業(yè)務(wù)全部功能，包括所有空中接口相關(guān)功能。核心網(wǎng)受無線接口影響很小，接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間有個清晰的分界，使它們可以分別獨立地演化。這一點非常重要，是第三代標(biāo)準(zhǔn)化的主導(dǎo)思想。核心網(wǎng)由交換網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)組成，交換網(wǎng)完成呼叫及承載控制所有功能。業(yè)務(wù)網(wǎng)完成支撐業(yè)務(wù)所需功能，包括位置管理。第三代移動通信分層結(jié)構(gòu)簡介如下： ●物理層：由一系列下行物理信道和上行物理信道組成。 ●鏈路層：由媒體接入控制（MAC）子層和鏈路接入控制（LAC）子層組成，分別完成對物理層資源的管理以及業(yè)務(wù)質(zhì)量控制。 ●高層：負責(zé)完成各種業(yè)務(wù)呼叫信令處理以及對各種業(yè)務(wù)的控制和處理，相當(dāng)于OSI模型中網(wǎng)絡(luò)層以上各層的集合。4 第三代移動通信無線接口標(biāo)準(zhǔn) 1999年11月初，在芬蘭赫爾率基ITU會議通過了IMT-2000無線接口技術(shù)規(guī)劃建議，將無線接口標(biāo)準(zhǔn)明確為以下五個標(biāo)準(zhǔn)。（1）IMT－2000 CDMAD（對應(yīng)WCDMA）（2）IMT-2000 CDMA MC（對應(yīng)cdma 2000）（3）IMT-2000 CDMA TDD（對應(yīng)TM-SCDMA和UTRATDD）（4）IMT-2000 CDMA TDD（對應(yīng)UWC-136）（5）IMT-2000 CDMA／TDMA（對應(yīng)于DECT）以上五種標(biāo)準(zhǔn)中，前三種屬于CDMA體制，后兩種屬于TDMA體制。日本（ARIB）、歐洲（ETSI）。美國（TIA）、（TIPI）、中國（CATT）、韓國（TTA）等是眾多標(biāo)準(zhǔn)的主要提出者。從雙工方式來看大體上FDD與TDD兩種方案均會并存，從接入主流技術(shù)來看，目前主要是寬帶CDMA技術(shù)，限于篇幅本文不對上述各標(biāo)準(zhǔn)展開介紹。寬帶CDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）信道編譯碼技術(shù)：選擇效率高、編碼增益高、時延性能好、譯碼算法較簡單、存儲量較小、溢出概率小、對同步要求不要過高，適于衰落信道傳送、易于實現(xiàn)。（2）多速率匹配技術(shù)：對不同信號速率采用不用RF信號碼片速率與之匹配。（3）克服多徑影響的Rake接收技術(shù)。（4）同步技術(shù)：實現(xiàn)可靠的PN碼同步，符號同步、幀同步和擾碼同步。（5）多用戶檢測技術(shù)：測量各個用戶擴頻碼之間的非正交性，用算法來消除多用戶之間的相互干擾，保證在衰落環(huán)境下實現(xiàn)大容量。要完成寬帶CDMA系統(tǒng)的商品化需解決的技術(shù)難題，遠不只這幾個。5 中國發(fā)展3G的條件和問題綜上所述，目前發(fā)展3G，有它的市場動力、技術(shù)條件及商業(yè)目標(biāo)，最近ITU在3G標(biāo)準(zhǔn)的制訂方面也有了較大的進展，因此3G熱潮正在高漲，3G時代似乎不遠。中國無疑也正在開展3G的研究和開發(fā)，由于起動的力度及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的啟動時間與國情有關(guān)，在中國發(fā)展3G存在一定有利條件也有不少需正視的問題，擇其要者列出，供參考。5.1 中國發(fā)展3G的有利條件：（1）大中城市頻率資源逐漸短缺，要求3G來擴容。（2）有部分用戶對高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)有要求。（3）對第二代GSM網(wǎng)絡(luò)已積累了運營和管理經(jīng)驗。（4）通過引進國外技術(shù)、技術(shù)合作以及近十年的研究開發(fā)，已對移動通信各類關(guān)鍵技術(shù)有所認(rèn)識、有所掌握甚至有所創(chuàng)新。交換機及移動臺生產(chǎn)能力有明顯提高。（5）政府及企業(yè)界非常重視。5.2 中國發(fā)展3G要考慮的問題：（1）中國對3G有迫切要求的用戶有多少？屬哪一類用戶？他們占GSM用戶比例是多少？（2）我們是否發(fā)展窄帶CDMA來解決城市無線頻率資源不足的問題。（3）目前，3G的核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)未確定，各種3G設(shè)備還未成熟，還可能有源源不斷的新技術(shù)注入到體制中。此時，我們?nèi)绾尾渴?G網(wǎng)絡(luò)？是否立即部署國營發(fā)生產(chǎn)某種體制的3G手機？（4）我們的資金投放于運營業(yè)和開發(fā)比例如何？是否仍象第一代、第二代那樣先大量引進TACS及GSM運營后，待大量市場被國外產(chǎn)品擠占后，才發(fā)現(xiàn)制造業(yè)的落后？（5）技術(shù)與系統(tǒng)，產(chǎn)品和市場之間關(guān)系如何？從掌握或創(chuàng)新局部新技術(shù)到有能力開發(fā)整個系統(tǒng)有多大距離？從能夠生產(chǎn)3G粗品，到能在市場競爭中取勝有多大距離？我們應(yīng)如何縮短這距離（資金、速度、系列化）。摘自《移動通信》

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