详解3G

第三代移动通信(IMT-2000)概况

第三代移动通信系统最早1985年由国际电信联盟(ITU)提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，1996年更名为IMT-2000(国际移动通信-2000)，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000 kb/s，预期在2000年左右得到商用。从1997年开始，由于第二代移动通信系统的巨大成功， 用户的高速增长与有限的系统容量和有限的业务之间的矛盾渐趋明显，第三代移动通信的标准化工作开始逐渐进入实质阶段。目前，第三代移动通信系统的框架已确定，将以卫星移动通信网与地面移动通信网结合，形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求，支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理想。

ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求是：在室内、手持机及移动三种环境下，支持话音和各种多媒体数据业务（速率达2Mb／s），实现高质量、高频谱利用率、低成本的无线传输技术以及全球兼容的核心网络。　　

与前两代系统相比，第三代的主要特征是可提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kb/s，步行慢速移动环境支持384kb/s，室内支持2Mb/s的数据传输。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好的兼容性。

在经过几年的技术评估、研究分析及大量的协调和融合工作之后，在1999年底ITU TG8/1最后一次会议上，通过了IMT-2000的无线接口技术规范，这标志着第三代技术的格局已最终确定，它分为CDMA和TDMA两大类共五种技术，其中主流技术为以下三种CDMA技术：
　　
1)IMT-2000 CDMA-DS(IMT-2000 直接扩频CDMA)，即WCDMA。它是在一个宽达5M的频带内直 接对信号进行扩频；
2)IMT-2000 CDMA-MC(IMT-2000 多载波CDMA)，即cdma2000。这是美国提出的技术，由多 个1.25M的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统；
　　
以上两种技术都属于频分双工(FDD)模式，此外还有CDMA TDD技术：IMT-2000 CDMA TDD(IMT-2000 时分双工CDMA)：目前包括TD-SCDMA和UTRA TDD，其中TD-SCDMA是我国提出的技术，UTRA。 总体来讲，第三代的无线技术主要是CDMA技术。下面就W-CDMA、cdma2000和TD-SCDMA这三种方案作一比较，如表1所示。

表1 W-CDMA、cdma2000和TD-SCDMA性能比较一览表


第二代向第三代的演进

GSM向第三代的演进

向移动用户提供高速率的数据业务是推动第二代向第三代发展的重要因素。对于现有GSM系统，一般仅能够提供9.6kb/s的电路型数据业务。如果将多个时隙复用在一起，则可以提供n×9.6kb/s的数据业务，目前为n=6，用户最高数据速率为57.6kb/s，该种方式被称为高速电路交换业务(HSCSD)。此后出现的通用分组数据业务（GPRS），在核心网 络首次引入了分组交换的方式，成为GSM向第三代网络演进的必经之路，通常被称为二代半的技术。由于在GPRS无线接口采用了新的信道编码方式，对于用户提供的最高速率为 171kb/s,一般为108kb/s。
　　
考虑到一些第二代的运营者很难获得第三代的运营执照，但又要保证其网络在相当长的一段时间内能够具有竞争力。HSCSD（或原GSM系统）和GPRS系统都可以采用一种新的高电平调制方式的EDGE来提高调制的有效性，它使得用户数据速率可达到384kb/s。EDGE技术可以说是GSM系统的边缘技术，即它能达到的最高能力。
　　
对于能够获得第三代执照的运营者，其无线接入网络一般基于WCDMA无线技术，与GSM 相比，是革命性的变化。在网络部分则会采用演进(evolution)的方式，即在初期，将针对话音和数据业务分别接入到不同的交换网络。电路型和分组型的交换网络都是增强的GSM和GPRS核心网络。随着网络的进一步发展，此后会出现全IP网络，即一个 核心网络能够同时承载话音和数据业务，并采用IP技术。

窄带CDMA向第三代的过渡

与GSM系统相比，窄带CDMA系统无论是无线还是网络部分向第三代移动通信过渡都采用演进的方式。 现有的窄带CDMA一般指IS-95A技术，它的数据传输能力一般为14.4kb/s；为了提供较高速率的数据传输能力，从1999年开始采用了IS-95B技术，理论上IS-95B可支持115.2kb/s 的数据传输，但一般实际的IS-95B系统，采用现有的电路交换设备提供64kb/s的速率。北美的运营者无意采用IS-95B向第三代过渡。
　　
cdma2000-1X(cdma2000 单载波方式)是cdma2000的第一阶段。cdma-2000-1X容量是IS -95系统的两倍，可支持308kb/s的数据传输。网络部分则将引入分组交换方式，以支持移动IP业务。也就是说在cdma2000-1X商用初期，网络部分在窄带CDMA网络基础上，保持电路交换、引入分组交换方式，分别支持话音和数据业务，cdma2000的网络也将向全IP方向发展。
　　
为了在cdma2000-1X基础上进一步增强能力，以便与WCDMA竞争，在3GPP2已制定支持速率高于2Mb/s的cdma2000-1X增强标准，其中高通公司的HDR(高数据速率)、摩托罗拉和诺基亚公司联合提交的1xtreme，还有中国的LAS-CDMA都作为侯选技术在探讨中， 这类技术目前可以说是cdma2000-1X的边缘技术。
　　
cdma2000-1X再往后发展，或者沿着cdma2000-3X(cdma2000 三载波系统)及更多载波方式发展，或者改而采用直接扩频方式，即WCDMA。目前韩国和日本的窄带CDMA的运营者明显倾向于后者。三载波方式普遍不被看好。当然我国窄带CDMA发展情况，也将直接影响着世界移动通信发展的格局。
　　
根据国内外多数预测，在21世纪前十余年，第三代移动通信的市场发展可能至少分为如下三个阶段：
　　· 初期，2001－2005年。其特点为：第二代移动通信继续发展和扩大，在第二代移动通信网络的基础上，在局部地区(城市等用户集中地区)提供第三代移动通信业务，数据业务速率限制在384kbps及以下，地区或国际漫游依赖于第二代移动通信系统；
　　· 中期，2004－2010年。它是第三代移动通信系统的高速成长期，其特点为：第二代移动通信网络和系统停止发展，建设成功全国或全球覆盖的第三代移动通信网络，全面达到IMT2000的各项要求。
　　· 后期，2010年以后，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统，第四代移动通信设备开始进入市场，提供更高速率的多媒体业务。

未来移动通信系统
　
近两年来，随着IMT-2000无线接口技术大局已定，日本、欧盟号称已经开始"第四代" 移动通信技术的研究，我国有些高校也声称开始第四代移动通信的研究。
　　
事实上，分析它们所谓的"第四代"，概念和含义相差甚远，甚至难以自圆其说，且难以称为新的“一代”，如在最近一次ITU-R的会议上，日本提出的第四代的特征是可支持2Mb/s～10Mb/s，容量是第三代的10倍，价格是现在的1/10。而欧洲则认为2Mb/s～10Mb/s的速率在第三代的后期是可以实现的。会议多数代表反对“第四代”的叫法，认为一方面不严谨，另外目前第三代还没有商用，此时开始“第四代”说法对运营公司及其不利。ITU-R明确建议不要使用“第四代”的说法，而将采用“IMT-2000的增强(Enhancement of IMT-2000)”和“后IMT-2000 系统(Systems beyond IMT-2000)”。对于在现有IMT- 2000基础上的改进和增强，如适合IP应用等，称为IMT-2000的增强；而对于“后IMT-2000 系统”则将在今后两年就其概念、特征、要求等进行定义。