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计算机学院3G无线互联网应用
JISUANJIXUEYUAN
结课论文
2011-2012学年第2学期
课程名称:
3G无线互联网应用
学生姓名:
学生学号:
学生班级:
09计算机(3)班
学生专业:
计算机科学与技术
摘要
随着手机的普及,新一代移动通信系统的研究正如火如荼地进行中,从1995年问世的第一代(1G)模拟制式手机,到1996到1997年出现的第二代(2G)GSM、TDMA等数字制式手机,在经历了前两代的发展之后第三代(3G)移动通信技术手机,技术已经变得越来越成熟。
中国的3G牌照在2009年1月7日正式下发,分别是移动(TD-SCDMA),联通(WCDMA)电信(CDMA2000),标明了中国正式进入3G时代!
而3G网络也代表着这一技术的发展方向,而这一技术的研究并不是只言片语可以阐明,而这一技术的研究也显得非常地重要。
关键字:
第三代移动通信;3G;通讯技术;TD-SCDMA;
Abstract
Withthepopularityofcellphone,anewgenerationofmobilecommunicationsystemofresearchareunderway,cameoutin1995,fromthefirstgeneration(1G)simulationmobilephonesystem,to1996to1997yearsinthesecondgeneration(2G)GSM,TDMAdigitalmobilephonesystem,afterthefirsttwogenerationsafterthedevelopmentofthirdgeneration(3G)mobilephonetechnology,technologyhasbecomemoreandmoremature.China's3Glicencesinjan.7,2009formallyissued,respectivelyismobile(td-scdma),unicom(WCDMA)telecom(CDMA2000),marktheChinaofficiallyentersthe3Gera!
And3Gnetworkalsorepresentedthetechnologytothedevelopmentdirection,andthetechnologyisnotthewordcanclarify,atechnologyresearchalsoappearsveryimportant.
Keywords:
Thethirdgenerationmobilecommunication;Development;Operationproblem.
一.3G简介5
1.13G的来源5
1.2.3G的发展历程6
二.3G技术介绍8
2.1移动通信信道8
2.2扩频通信系统8
2.3数字调制技术8
2.4信源编码技术9
2.5信道编码技术9
2.6功率控制技术9
2.7发送接收技术9
2.8蜂窝组网技术9
三.3G的三大通信标准10
3.1TD-SCDMA10
3.2WCDMA11
3.3CDMA200013
四.3G在我国发展的状况14
4.1我国3G进展概况14
4.2TD-SCDMA产业发展状况15
4.3通信行业标准出台15
4.4我国3G网络容量和覆盖情况15
4.5我国3G服务情况16
4.6我国3G业务资费情况16
4.7我国3G终端发展情况16
五.未来发展的方向及前景17
六.结束语19
参考文献20
一.3G简介
1.13G的来源
3G(TheThird-GenerationCommunicationSystem,第三代通信系统)中文意思为第三代移动通讯,是英文3rdGeneration的缩写,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,速率一般在几百kbps以上,主要承载着数据通讯业务。
目前,3G存在四种标准:
CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA和WiMAX,前3个使用比较广泛。
从2002年初开始,日、韩等国家纷纷顺利平滑地完成了由2.5到3G的过渡,迅速迈入了3G时代,创造了从颁发第一张频率证书到在全国范围内建立起覆盖率达95%以上的通信网络,仅耗时近六个月的业界神话。
我国的各大电信运营商也从原来步伐沉稳的内部网络测试、服务试点之类一跃变成了大张旗鼓的从国外购置设备、签订技术合作合同。
现在国内五大电信运营商中,除CRC铁通之外,均对外公布了极其详尽的3G通信网络建设计划和相应的时间表,以及系统所采用的相关核心技术。
我国发放的WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三张牌照,分别属于中国联通、中国电信和中国移动。
接下来依次介绍之。
WCDMA,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。
WCDMA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WCDMA具有先天的市场优势。
WCDMA已是当前世界上采用的国家及地区最广泛的,终端种类最丰富的一种3G标准,占据全球80%以上市场份额。
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。
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。
相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA它的起步较晚,技术不够成熟。
1.2.3G的发展历程
从1G到2G在3G出现之前,其实是没有1G和2G的。
换句话说,1G到2G这个名词是随着3G的出现而为了有别于以往的行动通讯技术才应运而生。
在80年代初期,个人通讯系统(Personalcommunicationsystem:
PCS)开始流行,当时有许多国家提倡应该要在个人通讯上实现移动化(mobile),为了实现这个需求,各种不同的通讯技术纷纷被提出,如早期的卫星电话就是一个最好的例子。
当时无线基地台建置成本还是相当高昂时,卫星电话等许多空中无线通讯平台都是被看好的技术,但是最后普及的却是美国的AMPS系统。
AMPS系统最早是在70年代美国开始试验,后来在1981年斯堪第那维亚开始了商业化服务,而日本在1980年也开始了商业运转。
早期AMPS系统是提供给车辆上可用电话为主要目的,客户锁定为特定的商业人士。
但是后来因为广受欢迎,价格渐渐普及化,而AMPS也系统不断地在改良,到了1990年中,美国将AMPS系统变成一个全国性的服务。
它最大的特色是采用了细胞式(或称蜂窝式,因为每一个基地台彼此间服务的范围彼此紧邻而成
一个细胞网络)系统,可以允许每一个人可以在一个基地台的服务范围内可以拨出和接收电话。
这是现今所有行动电话网络的始祖,即使到现在全世界的行动电话还是采用地面蜂巢网络得架构,丝毫没有改变。
AMPS系统即是我们所俗称的1G。
一直到1990年,AMPS系统趋于饱和,于是许多公司提出其它的解决方案。
北美提出两种解决方案,欧洲提出一种。
北美两种方案分别是NA-TDMA与CDMA系统,欧洲则提出GSM系统。
这三种即是俗称的2G,而CDMA后来则演变成所有3G相关技术的先趋。
GSM系统台湾翻成「泛欧式数字细胞行动通信系统」,但是实际上他的全名是行动通信全球系统「GlobalSystemforMobileCommunication」。
1982年欧洲的AMPS系统已经进入了商业部署,但是欧洲当局预期行动电话将会有长足的进步,于是促使「欧洲邮电管理会议」研拟新的行动电话技术。
该会议成立一个特别行动电话小组(GroupSpecialMobileorSpecialMobileGroup),而该小组的成员以开头的第一个字母自称GSM,这就是GSM的由来。
GSM主要设计的目的是可以国际漫游,这也是其它标准如CDMAIS-95没有的优点。
而GSM也不同于AMPS系统,它是纯数字的讯号,不像AMPS是模拟讯号,所以GSM可以提供较高的数据传输服务频宽,最高可达9,600b/s,以当时而言已经是很够用了。
GSM因为目标放在国际漫游上,所以后来全球市场将近70%都是GSM系统,而采用CDMA标准的国家如美国、加拿大、韩国这些国家,因为无法与其它国家互通而被有些使用者冠上了「通讯孤岛」之类的称号,这是GSM非常成功的一点。
值得一提的是,GSM一开始设计时允许用户数据与手机分离,于是有SIM卡的设计,但是CDMA与NA-TDMA没有,所以CDMA与NA-TDMA的手机号码是烧在手机上不能随意更改的。
经过了AMPS系统与GSM、CDMA与NA-TDMA等系统改进,国际电信联盟ITU(InternationalTelecommunicationUnion)在1990年就提出3G的概念,称为IMT-2000标准(InternationalMobileTelecommunication2000)。
但是这个标准只是提出一个大略的描述,说明3G应该具备什么样的特性,达到什么样的要求。
到了1998年,ITU接受15个关于IMT-2000的技术标准建议案,其中采用卫星的有六个,9个采用地面基地台建议案(又是一次卫星与地面技术之争)。
而地面建议案中,如果是采用多任务接取技术的项目,有八种采用CDMA相关技术,所以CDMA几乎是成为IMT-2000标准的主流。
而后的两个重要组织确定了这些标准之中何者出线。
一个是3GPP,一个是3GPP2,各组织成员纷纷在ITU提案希望可以争取关于标准之制订。
一直到了1999年11月,从所有相关建议案中选出了四项技术,分别是WCDMA、cdma2000、UTRATDD、EDGE。
EDGE是IS-136的升级版本,UTRATDD后来变成了TD-SCDMA。
3G的标准演变就此确定。
二.3G技术介绍
2.1移动通信信道
信道是信号的传输介质,可分为有线信道和无线信道两类。
移动通信中的各种新技术,都是针对无线信道的特点,优化解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性。
2.2扩频通信系统
CDMA是在扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
采用多址接入技术,有时分多址,频分多址和码分多址.
2.3数字调制技术
调制的最基本功能是将基带信号通过载波调制,使其频谱搬移至适应不同信道特性的射频频带上进行传输。
这种用基带数字信号控制高频载波,把基带数字信号变换为频带信号的过程称为数字调制。
在接收端通过解调器把频带信号还原成基带数字信号,这种数字信号的逆变换过程称为解调。
通常将数字调制和解调合起来称为数字调制,把包括调制和解调过程的传输系统称为数字信号的频带传输系统。
2.4信源编码技术
信源编码是信源研究中的一个核心问题,也是信息论所讨论的编码中最重要的编码之一。
信源编码的目的是压缩数据率,去除信号中的冗余度,提高传输的有效性。
2.5信道编码技术
信道编码是移动通信系统中提高数据传输可靠性(减少差错)的有效方法。
信道编码通过加入校验位(即增加冗余)实现纠错和检错能力,其追求的目标是如何加入最少的冗余位而获得最好的纠错能力。
信道编码的目的是为了克服数字信号在存储或传输通道中产生的失真或错误,包括码间干扰产生的错误和外界干扰产生的突发性错误。
2.6功率控制技术
功率控制的目的是确保发射机输出合适的发射功率,使得到达接收端的信号强度大致相同,尽量降低对其他信道的干扰,进而提高系统容量。
2.7发送接收技术
在通信频率资源紧张的情况下,为了扩大系统容量,采用分区制和频率重用的组网技术。
FDMA系统和CDMA系统均使用了频率重用技术,主要区别在于FDMA系统相邻小区使用不同的载频,而CDMA系统相邻小区既可以使用相同载频,也可以使用不同载频。
2.8蜂窝组网技术
在移动通信中通常采用正六边形、无空隙、无重叠地覆盖一定区域,构成小区。
由于正六边形构成的网络形同蜂窝,因此将小区形状为正六边形的小区制移动通信网称为蜂窝网。
三.3G的三大通信标准
3.1TD-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。
相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA它的起步较晚,技术不够成熟。
TD-SCDMA目前主要是中国大唐集团和鼎桥公司在开发,TD-SCDMA技术进展迅速:
顺利通过信息产业部MTnet一、二阶段测试的同时,成功的户外演示显示出TD-SCDMA走向最终商用的不可逆转之势;3G频谱规划的出台,TDD获得了总共155M的频谱资源,结合TD-SCDMA技术在频谱利用率方面的优势,必将为TD-SCDMA在未来的发展上提供广阔的空间;TD-SCDMA试验网的成功试运行,也进一步加速了TD-SCDMA的产业化及商用进程。
TD-SCDMA其主要技术特点为:
信号带宽为1.6MHz;码片速率为1.28Mchip/s;采用智能天线技术,提高了频谱效率;采用同步CDMA技术,降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度;接收机和发射机采用软件无线电技术;采用联合检测技术,降低多址干扰;多时隙,具有上下行不对称信道分配能力,适应数据业务;采用接力切换,降低掉话率,提高切换的效率;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与它们的兼容性;基站间采用GPS或者网络同步方式,降低基站间干扰。
TD-SCDMA的技术特点主要表现在:
(1)频谱灵活性和支持蜂窝网的能力高。
TD-SCDMA仅需要1.6MHz的最小带宽。
若带宽为5MHz则支持3个载波,在一个地区可组成蜂窝网,支持移动业务,并可通过自动信用卡道分配(DCA)技术提供不对称数据业务。
(2)高频谱利用率。
TD-SCDMA为对称话音业务和不对称数据业务提供的频谱利用率高。
也就是说,在使用相同频带宽度时,TD-SCDMA可支持多一倍的用户。
(3)设备成本低。
在天线基站方面,TD-SCDMA的设备成本低,主要因为(a)由多天线阵、相干收发信机和DSP算法组成的智能天线具有降低多址干扰、提高容量和接收灵敏度以及降低发射功率和天线基站成本等优点;(b)各终端上行链路信号在基站解调器完全同步,即上行同步,它的优点是CDMA码道正交,降低码道间干扰,提高CDMA容量,可以简化基站硬件,降低天线基站成本;(c)通过DSP软件实现无线电功能,即软件无线电技术,可实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理,使系统可灵活地使用新技术,并可降低产品开发周期和成本。
(4)系统兼容。
由于TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口的要求,所以TD-SCDMA的基站子系统既可作为2G和2.5GGSM基站的扩容,又可作为3G网中的基站子系统,能同时兼顾现在的需求和未来的发展。
3.2WCDMA
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。
WCDMA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WCDMA具有先天的市场优势。
WCDMA已是当前世界上采用的国家及地区最广泛的,终端种类最丰富的一种3G标准,占据全球80%以上市场份额。
1.主导运营商:
中国联通(新联通,成立于2008年10月15日,由中国联通、中国网通合并而成。
)是国内WCDMA的主导运营商。
全球WCDMA用户累计已达3亿户,日韩、欧洲都有一些WCDMA运营商,如日本电信、澳大利亚Telstra、爱尔兰O2、葡萄牙Vodafone等,预计在今年全球将再部署约50个WCDMA商用网络、50个HSDPA商用网络和120个HSUPA商用网络。
2.技术特点:
WCDMA(宽带码分多址)有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。
采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz。
基于Release99/Release4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384kbps的用户数据传输速率。
在同一些传输通道中,它还可以提供电路交换和分包交换的服务,因此,消费者可以同时利用交换方式接听电话,然后以分包交换方式访问因特网,这样的技术可以提高移动电话的使用效率,使得用户可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
WCDMA基于R99的版本能提供最大2Mbit/s的传输速率,从目前技术上来看,支持和提供HSDPA,部分网络开始提供HSUPA商业应用成为WCDMA发展的主流。
HSPA(包含HSDPA、HSUPA等技术)技术作为WCDMA的增强型无线技术能够有效提高系统的频谱效率和码资源效率,是一种提升网络性能和容量的有效方式。
HSPA的引入对原有WCDMA版本基本没有影响,可以保证WCDMA网络性能的稳定和平滑演进。
而目前中国联通所采用的技术也将是以WCDMA+HSDPA为主导,而HSUPA是否建设取决于成本、终端等方面进展。
3.可实现带宽:
WCDMA声称在车载、步行和静止环境分别能达到144kbit/s、384bit/s和2Mbit/s的用户速率,但这样的速率只是其理论速率,在实际应用中肯定远远达不到这样的速率。
HSPA技术中,采用HSUPA技术,初期终端支持下行速率25Mbit/s、上行速率5Mbit/s,用户的峰值实际速率可达到1.4~5.8Mbit/s;而HSDPA理论速率可达14.4Mbit/s,实际上可提供1~3Mbit/s的下行速度,与早期产品相比明显增加了下行容量,可更好的实现互联网应用。
4设备主要提供商:
华为、爱立信、中兴、诺基亚西门子、上海贝尔等厂商都是国内WCDMA网络设备的提供商,其都具备较强的产品及技术竞争力,谁会在未来占据更多的国内WCDMA市场份额,除了公关,产品价性比是最重要的因素。
5发展态势:
在2009年,中联通将完成国内55个大中城市的WCDMA网络建设(多数城市将于5月建成),以尽快的开展3G业务,为广大用户提供移动宽带业务。
此后,中联通的建网原则是,在东部沿海省市要覆盖到所有城市市区、县城城区和重点乡镇;中部省市要覆盖到所有城市市区、重点县城;西部省市要覆盖到重点城市市区;郊区覆盖原则上不允许采用新建3G站址补盲2G覆盖。
行政村原则上初期不考虑3G覆盖。
从用户数预估来看,到2011~2012年,中国联通有望成为全球最大的WCDMA运营商。
3.3CDMA2000
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.主导运营商:
天翼通;国内获得CDMA2000运营权的是中国电信;国外的CDMA2000运营商主要有VerizonWireless(美国)、Reliance(印度)
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