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移动通信

《移动通信》报告

题目：

第三代移动通信（3G）

学院：

滨江学院

系别：

电子工程系

专业:

通信工程

姓名：

王灿田

学号：

20072334006

第三代移动通信系统

摘要：

目前3G还处于起步阶段，但其发展前景十分看好。

随着通信网络和技术的不断发展，3G技术环境下电信增值业务进入了高速发展，业务范围持续扩大，经营主体趋向多元，经营模式日益创新的新阶段。

文章介绍了3G（第三代移动通信系统）的含义及3G技术的基本特点，分析了3G的三种技术标准，并对3G技术在中国发展作以展望。

关键字：

3G技术；技术标准；系统；发展

一、3G技术概述

1.含义

第三代移动通信系统简称3G,是由国际电信联盟（ITU）率先提出并负责组织研究的,采用宽带码分多址（CDMA）数字技术的新一代通信系统,是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。

2.特征、构成

典型特征：

1、全球性

2、支持分组交换和多媒体业务

实现无线接入互联网，支持话音、活动视频和高清图像等多媒体业务

3、高速传输、传输速率能按需分配

室内:

：

2Mbit/s室外：

384kbit/s快速移动：

144kbit/s

4、统一性

寻呼、无绳、蜂窝、卫星移动等通信系统综合在统一的系统中，可提供多种服务

5、兼容性

可实现多网路互联，包括与第二代移动通信网、ISDN及PDN等互联

6、业务灵活性

可灵活的引入新技术，最小程度地影响网络各单元

7、智能化

网络突出只能化，移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用也可固定使用

构成：

第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM），且基本对应于GSM系统的交换子系统（SSS）、基站子系统（BBS）、移动台（MS）和SIM卡四部分。

3.第三代移动通信的主要无线技术

WCDMA技术、cdma2000技术、TD-SCDMA技术

二、3G技术标准

国际电信联盟（ITU）在2000年5月即确定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三个主流3G标准。

（1）W-CDMA

　　　全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，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。

W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。

该标准提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略。

这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。

预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高。

因此W-CDMA具有先天的市场优势。

1.系统的组成：

WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进的,即由WCDMA是基于GSM的第三代技术。

它的系统组成模块如下图所示，可分为三部分：

用户设备、基站和核心网。

2.关键技术：

1）CDMA技术

CDMA技术的WCDMA系统采用宽带CDMA方式,包含了软切换、更软切换、功率控制等技术。

从话音业务角度来说,WCDMA系统仍可算是上行受限。

从无线网络规划角度而言,WCDMA与GSM有本质的区别。

同时,WCDMA具备软容量概念。

2）电路交换

以WCDMA系统目前产品化较为成熟的、市场上正在大量部署的R99版本标准来看,CS域采用的仍是基于64K电路交换的MSC架构,所有从UTRAN当中传出的分组话音,必须经适当的编解码转换,变为电路方式通过核心网传送;反之则进行相反的转换。

3）ATM技术及协议

在WCDMA系统标准,尤其是R99和R4的UTRAN中,大量采用了ATM及其相关协议作为二层传送机制和服务质量保证机制,如AAL2话音封装、AAL5信令封装、CAC连接接纳控制机制及PNNI网络信令等。

4）IP承载及应用

IP作为目前数据业务事实上的底层承载标准,在WCDMA系统标准中获得了广泛应用。

从UTRAN中传出的数据包,通过PS域,可承载于IP,通过SGSN传至GGSN公共数据网。

R4及以后的版本,分组话音也可承载于IP。

5）分组话音技术

R4以后,电路域的话音采用了分组而非TDM方式承载,采用了标准的分组话音网关加服务器的分布式网络体系结构,采用H.248作为网关控制协议,同时,相对于64K电路静态交换方式而言,网络规划的复杂程度加大,服务质量保证能力要求提高。

6）传统信令

WCDMA系统标准中由于考虑到对GSM核心网设备的向下兼容性,大量保留了传统的信令和协议,如MAP、ISUP等,这些信令对WCDMA系统网络与GSM网络的漫游切换及与PSTN系统的互联至关重要。

（2）CDMA2000

　　　CDMA2000是由窄带CDMA（CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。

这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。

但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。

不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。

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。

目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。

1.系统结构

一个完整的CDMA2000移动通信网络由多个相对独立的部分构成,如下图所示。

其中的三个基础组成部分分别是无线部分、核心网的电路交换部分和核心网的分组交换部分。

无线部分由BSC（基站控制器）、分组控制功能（PCF）单元和基站收发信机（BTS）构成;核心网电路交换部分由移动交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器/鉴权中心（HLR/AC）构成;核心网的分组交换部分由分组数据服务点/外部代理（PDSN/FA）、认证服务器（AAA）和归属代理（HA）构成。

除了基础组成部分以外,系统还包括各种业务部分,比较典型的业务有以下四种:

智能网部分由业务交换点（SSP）、业务控制点（SCP）和智能终端（IP）构成;短信息部分主要是短信息中心（MC）;位置业务部分主要由移动位置中心（MPC）和定位实体（PDE）构成。

另外,还有WAP等业务平台。

这四个部分构成了当前CDMA2000网络的主要业务部分。

2.技术特点:

（1）多种信道带宽。

前向链路上支持多载波（MC）和直扩（DS）两种方式;反向链路仅支持直扩方式。

当采用多载波方式时,能支持多种射频带宽,即射频带宽可为N×1.25MHz（N=1、3、5、9、12）。

目前技术仅支持前两种,即1.25MHz（CDMA2000-1X）和3.75MHz（CDMA2000-3X）。

（2）可以更加有效地使用无线资源。

（3）可实现CDMAOne向CDMA2000系统平滑过渡。

（4）核心网协议可使用IS-41、GSM-MAP以及IP骨干网标准。

（5）前向发送分集。

（6）快速前向功率控制。

（7）使用Turbo码。

（8）辅助导频信道。

（9）灵活帧长。

（10）反向链路相干解调。

（11）可选择较长的交织器。

（3）TD-SCDMA　

全称为TimeDivision-SynchronousCDMA（时分同步CDMA），该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出，但技术发明始祖于西门子公司，TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。

该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。

另外，由于中国内地庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD—SCDMA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。

军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

1.系统结构

TD-SCDMA在GSM基础上采用了时分多址（TDMA）和时分双工（TDD）、软件无线电（SoftwareRadio）、只能天线（SmartAntenna）和同步（Synchronous）CAMA等技术。

TD-SCDMA系统组成模块如下图所示，分为三部分：

用户设备、基站和核心网。

2.关键技术：

1）智能天线

TD-SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的,直径为25cm。

同全方向天线相比,它可获得8dB的增益。

采用智能天线后,应用波束赋形技术显著提高了基站的接收灵敏度和发射功率,大大降低了系统内部的干扰和相邻小区间的干扰,从而使系统容量扩大1倍以上。

同时,还可以使业务高密度市区和郊区所需基站数目减少。

天线增益的提高也能降低高频放大器（HPA）的线性输出功率,从而显著降低运营成本。

2）综合采用多种多址方式

TD-SCDMA使用了第二代和第三代移动通信中的所有接入技术,包括TDMA、CDMA和SDMA,其中最主要的创新部分是SDMA。

SDMA可以在时域、频域之外用来增加容量和改善性能,SDMA的关键技术就是利用多天线对空间参数进行估计,对下行链路的信号进行空间合成。

另外,将CDMA与SDMA技术结合起来也起到了相互补充的作用,尤其是当几个移动用户靠得很近并使得SDMA无法分出时,CDMA就可以很轻松地起到分离作用,而SDMA本身又可以使相互干扰的CDMA用户降至最小。

SDMA技术的另一个重要作用是可以大致估算出每个用户的距离和方位,可应用于第三代移动通信用户的定位,并能为越区切换提供参考信息。

3）动态信道分配

TD-SCDMA系统采用RNC集中控制的动态信道分配（DCA）技术,在一定区域内,将几个小区的可用信道资源集中起来,由RNC统一管理,按小区呼叫阻塞率、候选信道使用频率、信道再用距离等诸多因素,将信道动态分配给呼叫用户。

这样可以提高系统容量、减少干扰、更有效地利用信道资源。

4）多用户检测

多用户检测主要是指利用多个用户码元、时间、信号幅度以及相位等信息来联合检测单个用户的信号,以达到较好的接收效果。

最佳多用户检测的目标就是要找出输出序列中最大的输入序列。

对于同步系统,就是要找出函数最大的输入序列,从而使联合检测的频谱利用率提高并使基站和用户终端的功率控制部分更加简单。

更值得一提的是在不同智能天线情况下,通过联合检测就可在现存的GSM基础设备上，通过C=3的蜂窝再复用模式使TD-SCDMA可以在1.6MHz的低载波频带下通过。

5）同步CDMA

同步CDMA指在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步,相互间不会产生多址干扰,提高了TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率。

6）Turbo编/译码

Turbo编/译码（Turboencode/decode）主要是由于Turbo码译码采用软输出迭代译码算法,充分利用了译码输出的软信息。

另外,Turbo码还采用了伪随机交织器分隔的递归系统卷积码（RSC）作为分量码。

交织码除了抗信道突发错误外,还改变码的重量分布,控制编码序列的距离特性,使重量频窄带化,从而使Turbo码的整体纠错性能得以提高。

但随着Turbo码关键技术研究的突破和硬件计算速度及工艺水平的提高,Turbo码必将取代现在业已成熟的卷积编码方法,成为第三代移动通信系统中高业务质量和高速率数据传输业务的最佳信道编码方案。

7）软件无线电

软件无线电的基本原理就是将宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线处,从而以软件来代替硬件实施信号处理。

采用软件无线电的优越性在于,基于同样的硬件环境,采用不同的软件就可以实现不同的功能。

三、中国3G发展展望

中国3G正在全面启动，包括运营商、设备商和业务提供商在内的电信产业链都在从中获益。

同时，全球3G发展也在进入快速发展期。

目前全球3G用户已经超过7.5亿，预计到2012年将超过16亿，全球运营商借助3G推出的各种丰富多彩的数据业务，实现了业绩的显著提升。

3G也在推动移动通信与互联网、无线行业与消费电子等的融合，智能手机、移动计算终端等融合终端正在脱颖而出，备受消费者青睐。

展望未来，中国的消费者将能日益感受到3G所带来的无线宽带体验，将能享受到手机音乐、手机电视、手机定位、手机对讲、手机社交网络等丰富多彩的数据业务；中国厂商也将借势崛起，取得更大的成功。

参考文献:

[1]邱玲朱近康《第三代移动通信技术》人民邮电出版社.

[2]杨武军郭娟张继荣屈军锁《现代通信网概论》西安电子科技大学出版社