第三代移动通信（3G）概览

第三代移动通信（3G）概览（唐志宣）
[摘要] 本文扼要介绍了3G技术的发展特征、系统结构及部分关键技术，提出了我国发
展3G的有利条件及必须考虑的一些问题。
[关键词] 第三代移动通信；AMPS；GPRS；W-CDMA
1 引论
    如果说无线通信的历史是频率使用效率提高的历史，则移动通信的历史就是频率使
用效率提高和用户“位移”扩大的历史。这是符合要实现随时、随地、任何人之间、用
任何业务进行通信目标的。众多的复杂的技术发展，归根结底，就是如何更充分地使用
有限的、宝贵的频率资源以及实现更高密度的全球活动通信。
    我们认为，提高频率使用效率技术，主要属于信息传输技术范畴（但不仅仅是传输
技术），如多址接收技术、调制解调、抗干扰编解码……等等；扩大“位移”技术主要
属于网络技术范畴（但不仅仅是网络技术），如信息交换、存贮、处理……等等，这两
大类技术相互发展交叉结合，在市场动力促进下到某个时期出现了具有某种更为鲜明技
术特征的应用，这就是所谓“第X代”移动通信了。
    如第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服
了大区制容量密度低、活动范围受限的问题。
    第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输的种种优点。
    第三代移动通信按目前通行的概念是宽带多媒体蜂窝系统。从ITU众多要求中可以看
到，主要是使用频率利用率高的体制，能提供高质量宽带多媒体综合业务，并能实现全
球覆盖。技术上从第二代到第三代并无重大的变迁，属于一种平滑过渡，因此也就有了
什么“二代半”等出现。
    虽然，第三代要解决众多的传输和网络技术问题，但它的“定义”并无反映鲜明的
技术特征，更多的是商业应用特征。
    鉴于第三代移动通信仍需一个强大的移动“核心网”，其功能是否会被也在不断发
展的有线智能网取代，这就是有人正在研究的“第四代”问题了，如果能取代，在实现
全球覆盖上大有好处。第四代移动通信的技术特征就很可能是“网络”性的了。
    本文主要介绍基于ITU概念的第三代移动通信。
2 第三代移动通信的缘起及特征
2.1 市场动力
    第二代数字移动通信的成熟，极大地满足了广大用户的要求，今天全世界GSM，DAPS
第二代手机用户已达6亿，2007年内还有望达到13亿，然而第二代的几种体制已不能满足
目前信息时代的要求，主要表现在：
    （1）不能满足工业发达国家和一部分第三世界国家（如中国、印度）大中城市手机
用户高密度要求；
    （2）速率过低（9.6kb／s或57kb／s）与目前IP技术与多媒体业务要求距离甚远，
不能满足政府、先进企业及新兴“白领”阶层对高速数据量的要求；
    （3）不能实现全球覆盖无缝连接。第一代以国家为基础，第二代以区域为基础，新
的第三代就应以全球为基础，基本实现全球随处均可进行移动通信活动。这一点，发达
工业国的经销商有特别强烈的愿望。
    因此，国际电讯联盟主要吸取了各大移动通信企业及标准化组织的意见，提出第三
代移动通信（IMT-2000）系统的目标，其要点如下：
    ●全球化：多种环境，多种技术，统一频率，统一标准。
    ●综合化：多种业务话音、宽带数据、多媒体，适应信息化社会。
    ●个人化：支持UPT，足够容量潜力和多种用户管理能力。
    实现以上目标是宏观的，分阶段提出具体要求，分阶段完成，但上述三大目标的确
反映了市场对目前移动通信系统的新要求。
2.2 技术支持
    如无下列领域技术在近年来的飞速发展，第三代移动通信系统将不能成熟发育推向
市场。
    （1）微电子技术（大规模IC设计与生产）；
    （2）小型化技术（元件、部件、结构及生产工艺、低功耗）；
    （3）数字通信庞大的专题技术族，包括新频段的开发。
    （4）计算机技术，特别是软件技术；
    （5）以上四类技术的综合运用（标准、协议、测试）。
    以上技术由于本身的难度或由于经济、政治、管理、市场等等原因，要由一个公司、
一个国家全面推出，成为一种全球认可的可实施系统，实际上是困难的，因此，在国际
ITU会议上，众多的技术体制大多是国际合作的成果。
2.3 第三代移动通信的特点
    按ITU总目标，第三代移动通信系统有如下特点：
    （1）提供高速率和多种速率支持多种业务，能支持从话音到分组数据到多媒体业务，
特别是Internet，应能根据需要来提供必要的带宽，其最低无线传输要求是：
    快速移动环境：最高速率达114kb／s
    步行环境：最高速率达384kb／s
    室内环境：最高速率达2Mb／s
    （2）全球覆盖、全球无缝漫游、全球使用共用频段（1885-2025MHz，2110-2200MHz）。
但不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一致，而要求在网络接口、互通及业
务能力方面的统一或协调。
    （3）高频谱效率。
    （4）高服务质量：具有长话的话音质量，比特错误率小于10（负6次方）的数据业务。
    （5）低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。
表1 移动通信各代典型系统特性比较












































  
     
 
      
    
    
 
      典型
    
    
 
      技术
    
    
 
      特性
    
  
  
     
 
      第一代
    
    
 
      AMPS
    
    
 
      小区制蜂窝系统
    
    
 
      模拟话音
    
  
  
     
 
      第二代
    
    
 
      GSM
    
    
 
      数字蜂窝（时分复址）
    
    
 
      数字话音数据速率9.6kb/s

        (HSCSD:6时隙合并为57kb/s)
    
  
  
     
 
      第二代半
    
    
 
      GPRS
    
    
 
      通用分组数字蜂窝
    
    
 
      数据速率:115kb/s

        数据在线连接

        (EDGE为:384kb/s) 
    
  
  
     
 
      第三代
    
    
 
      W-CDMA
    
    
 
      宽带码分多址，实现宽

        带多媒体业务
    
    
 
      数据速率最高达2Mb/s

        数据在线连接宽带数据业务 
    
  
  
     
 
      第四代
    
    
 
      (EM-BS)
    
    
 
      宽带多媒体综合业务

        ATM面无核心网
    
    
 
      无线接入点:60GHz

        155Mb/s 
    
  
  
     
 
      第五代…
    
    
 
      
    
    
 
      
    
    
 
      
    
  

    表1为务代典型系统特性比较。
3 第三代移动通信组成及关键技术
    IMT－2000系统构成，由4个子系统组成：
    UIM为用户识别模块（相当于GSM中SIM卡）与移动台之间接口；UNI为移动台与基地台
之间无线接口；RAN-CN为无线接入网与核心网（相当于GSM交换系统）之间接口；NNI为核
心网与其它IMT-2000家族核心网之间接口。以上四个接口标准由ITU完成定义。
    接入网完成用户接入业务全部功能，包括所有空中接口相关功能。核心网受无线接口
影响很小，接入网与核心网之间有个清晰的分界，使它们可以分别独立地演化。这一点非
常重要，是第三代标准化的主导思想。
    核心网由交换网和业务网组成，交换网完成呼叫及承载控制所有功能。业务网完成支
撑业务所需功能，包括位置管理。
    第三代移动通信分层结构简介如下：
    ●物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。
    ●链路层：由媒体接入控制（MAC）子层和链路接入控制（LAC）子层组成，分别完成
对物理层资源的管理以及业务质量控制。
    ●高层：负责完成各种业务呼叫信令处理以及对各种业务的控制和处理，相当于OSI
模型中网络层以上各层的集合。
4 第三代移动通信无线接口标准
    1999年11月初，在芬兰赫尔率基ITU会议通过了IMT-2000无线接口技术规划建议，将
无线接口标准明确为以下五个标准。
    （1）IMT－2000 CDMAD（对应WCDMA）
    （2）IMT-2000 CDMA MC（对应cdma 2000）
    （3）IMT-2000 CDMA TDD（对应TM-SCDMA和UTRATDD）
    （4）IMT-2000 CDMA TDD（对应UWC-136）
    （5）IMT-2000 CDMA／TDMA（对应于DECT）
    以上五种标准中，前三种属于CDMA体制，后两种属于TDMA体制。日本（ARIB）、欧洲
（ETSI）。美国（TIA）、（TIPI）、中国（CATT）、韩国（TTA）等是众多标准的主要提
出者。从双工方式来看大体上FDD与TDD两种方案均会并存，从接入主流技术来看，目前主
要是宽带CDMA技术，限于篇幅本文不对上述各标准展开介绍。
    宽带CDMA系统关键技术主要有：
    （1）信道编译码技术：选择效率高、编码增益高、时延性能好、译码算法较简单、
存储量较小、溢出概率小、对同步要求不要过高，适于衰落信道传送、易于实现。
    （2）多速率匹配技术：对不同信号速率采用不用RF信号码片速率与之匹配。
    （3）克服多径影响的Rake接收技术。
    （4）同步技术：实现可靠的PN码同步，符号同步、帧同步和扰码同步。
    （5）多用户检测技术：测量各个用户扩频码之间的非正交性，用算法来消除多用户
之间的相互干扰，保证在衰落环境下实现大容量。
    要完成宽带CDMA系统的商品化需解决的技术难题，远不只这几个。
5 中国发展3G的条件和问题
    综上所述，目前发展3G，有它的市场动力、技术条件及商业目标，最近ITU在3G标准
的制订方面也有了较大的进展，因此3G热潮正在高涨，3G时代似乎不远。中国无疑也正在
开展3G的研究和开发，由于起动的力度及网络建设的启动时间与国情有关，在中国发展3G
存在一定有利条件也有不少需正视的问题，择其要者列出，供参考。
5.1 中国发展3G的有利条件：
    （1）大中城市频率资源逐渐短缺，要求3G来扩容。
    （2）有部分用户对高速移动数据业务、多媒体业务有要求。
    （3）对第二代GSM网络已积累了运营和管理经验。
    （4）通过引进国外技术、技术合作以及近十年的研究开发，已对移动通信各类关键
技术有所认识、有所掌握甚至有所创新。交换机及移动台生产能力有明显提高。
    （5）政府及企业界非常重视。
5.2 中国发展3G要考虑的问题：
    （1）中国对3G有迫切要求的用户有多少？属哪一类用户？他们占GSM用户比例是多少？
    （2）我们是否发展窄带CDMA来解决城市无线频率资源不足的问题。
    （3）目前，3G的核心网标准未确定，各种3G设备还未成熟，还可能有源源不断的新技
术注入到体制中。此时，我们如何部署3G网络？是否立即部署国营发生产某种体制的3G手机？
    （4）我们的资金投放于运营业和开发比例如何？是否仍象第一代、第二代那样先大量
引进TACS及GSM运营后，待大量市场被国外产品挤占后，才发现制造业的落后？
    （5）技术与系统，产品和市场之间关系如何？从掌握或创新局部新技术到有能力开发
整个系统有多大距离？从能够生产3G粗品，到能在市场竞争中取胜有多大距离？我们应如何
缩短这距离（资金、速度、系列化）。
摘自《移动通信》