第三代移动通信系统简介

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无论您是身处戈壁沙漠、深山老林，还是置身茫茫大海、冰雪高原，您是否希望可以天涯咫尺，能方便地与家人、朋友随时电视电话互访，使孤独的您仿佛又重新回到了亲朋友身边。无论您是学富五车的学界泰斗、资深的公司业务经理还是一位爱好电脑的普通百姓，当您习惯带上手机和笔记本电脑出差办公或游山玩水时，您是否想过可以丢开冗重的笔记本电脑，仅用手机直接上网浏览Web、发送与接收电子邮件和传真，甚至能用手机讲学、办公和演示商品，用手机进入辉煌的多媒体世界。第三代移动通信将会给人们带来方便和通信享受，使您梦想成真。
　　　　　　　　

第三代移动通信系统简介

　　第三代移动通信系统（IMT-2000），亦即未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最选进的移动通信系统。第三代移动通信系统一个突出特色就是，要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间、任何地点，与任何人，用任意方式、高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输。可见，第三代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统中的主要地位，所以又叫未来个人通信系统。

　　众所周知，在第二代数字移动通信系统中，通信标准的无序性所产生的百花齐放局面，虽然极大地促进了移动通信前期局部性的高速发展，但也较强地制约了移动通信后期全球性的进一步开拓，即包括不同频带利用在内的多种通信标准并存局面，使得“全球通”漫游业务很难真正实现，同时现有带宽也无法满足信息内容和数据类型日益增长的需要。第二代移动通信所投入的巨额软硬件资源和已经占有的宠大市场份额决定了第三代移动通信只能与第二代移动通信在系统方面兼容地平滑过渡，同时也就使得第三代移动通信标准的制定显得复杂多变，难以确定。

　　伴随芬兰赫尔辛基国际电联（ITU）大会帷幕的徐徐落下，在由中国所制订的TD-SCDMA、美国所制订的CDMA2000和欧洲所制订的WCDMA所组成的最后三个提案中，几经周折后，最终将确定一个提案或几个提案兼容来作为第三代移动通信的正式国际标准（IMT-2000）。其中，中国的TD-SCDMA方案完全满足国际电联对第三代移动通信的基本要求，在所有提交的标准提案中，是唯一采用智能天线技术，也是频谱利用率最高的提案，可以缩短运营商从第二代移动通信过渡到第三代系统的时间，在技术上具有明显的优势。更重要的是，中国的标准一旦被采用 ，将会改变我国以往在移动通信技术方面受制于人的被动局面；在经济方面可减少、甚至取消昂贵的国外专利提成费，为祖国带来巨大的经济利益；在市场方面则会彻底改变过去只有运营市场没有产品市场的畸形布局，从而使我国获得与国际同步发展移动通信的平等地位。

　　TD-SCDMA技术方案是我国首次向国际电联提出的中国建议，是一种基于CDMA，结合智能天线、软件无线电、高质量语音压缩编码等先进技术的优秀方案。TD-SCDMA技术的一大特点就是引入了SMAP同步接入信令，在运用CDMA技术后可减少许多干扰，并使用了智能天线技术。另一大特点就是在蜂窝系统应用时的越区切换采用了指定切换的方法，每个基站都具有对移动台的定位功能，从而得知本小区各个移动台的准确位置，做到随时认定同步基站。TD-SCDMA技术的提出，对于中国能够在第三代移动通信标准制定方面占有一席之地起到了关键作用。

　　显然，第三代移动通信系统将会以宽带CDMA系统为主，所谓CDMA，即码分多址技术。移动通信的特点要求采用多址技术，多址技术实际上就是指基站周围的移动台以何种方式抢占信道进入基站和从基站接收信号的技术，移动台只有占领了某一信道，才有可能完成移动通信。目前已经实用的多址技术有应用于第一代和第二代移动通信中的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和窄带码分多址（CDMA）三种。FDMA是不同的移动台占用不同的频率。TDMA是不同的移动台占用同一频率，但占用的时间不同。CDMA是不同的移动台占用同一频率，但各带有不同的随机码序，以示区分布进行扩频，因此同一频率所能服务的移动台数量是由随机码的数量来决定的。多址技术的性能比较见表1所示。宽带CDMA不仅具有CDMA所拥有的一切优点，而且运行带宽要宽得多，抗干扰能力也很强，传递信号功能更趋完善，能实现无线系统大容量和高密度地覆盖漫游，也更容易管理系统。第三代移动通信所采用的宽带CDMA技术完全能够满足现代用户的多种需要，满足大容量的多媒体信息传送，具有更大的灵活性。


　　
　　 随着第三代移动通信系统标准的最后敲定，其终端设备也已初见端倪，浮出水面。爱立信公司最近推出的R320双频手机具有内置Modem、红外接口、可进行图形Internet浏览、游戏、语音拨号及短信息服务。诺基亚公司推出的7100系列手机则可支持GSM网上的9.6kb/s数字通信和CDMA网上的14.4kb/s的数字通信，也具备了游戏、语音拨号和短信息功能（图1）；另一款由诺基亚最新推出的媒体移动电话MP（Media Phone），则可以提供简单的Web浏览。而Alcatel公司不仅为无线IP提供了WAP网点，还推出了“口袋大小”的Internet移动电话One Touch Pocket。该话机尺寸仅有116mm×59mm×15mm，可提供全屏幕显示，采用锂电池，通话时间可达3小时，待机时间为80小时，用户使用该手机，可从中心局存储、管理和恢复E-mail、语音邮件和传真信息，用户还可利用“文本-语音”新技术从该手机中收听E-mail话音邮件，完成转送传真到任何一部传真机上的工作。最近，摩托罗拉公司又推出了具有未来移动通信意义上的手机芯片，该芯片可以安装在任何手机上，可使安装了该芯片的手机在全球任何地方通信。总之，第三代移动通信设备不管是从功能方面、还是从外观方面都将为用户带来新的技术革命。
　
第三代移动通信系统的基本特征

　　根据IMT-2000系统的基本标准，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。其中核心网和无线接入网是第三代移动通信系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制订中最难办的技术内容。

　　第三代移动通信系统可以使全球范围内的任何用户所使用的小型廉价移动台，实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证全球漫游用户在任何地方、任何时候与任何人进行通信，并能提供具有有线电话的语音质量，提供智能网业务，多媒体、分组无线电、娱乐及众多的宽带非话业务。第三代移动通信系统的特点是：综合了蜂窝、无绳、寻呼、集群、无线扩频、无线接入、移动数据、移动卫星、个人通信等各类移动通信功能，提供了与固定电信网络兼容的高质量业务，支持低速率话音和数据业务，以及不对称数据传输。第三代移动通信系统可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一个通过微微小区，到微小区，到宏小区，直到“随时随地”连接的全球性卫星网络。下面，我们就来总结第三代移动通信的基本特征和它与第二代移动通信系统的基本区别。

　　1、第三代移动通信的基本特征

　　（1）具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少和高度兼容性；

　　（2）具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性；

　　（3）具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能；

　　（4）具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽；

　　（5）移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互连；

　　（6）能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务；

　　（7）支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接；

　　（8）语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信息；

　　（9）一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司；

　　（10）手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力；

　　（11）具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参数的新收费机制。

　　2、宽带CDMA与窄带CDMA或GSM的主要区别

　　IMT-2000的主要技术方案是宽带CDMA，并同时兼顾了在第二代数字式移动通信系统中应用广泛的GSM与窄带CDMA系统的兼容问题。那么，支撑第三代移动通信系统的宽带CDMA与在第二代移动通信系统中运行的窄带CDMA和GSM在技术与性能方面有什么区别呢？

　　（1）更大的通信容量和覆盖范围。宽带CDMA可以使用更宽的信道，是窄带CDMA的4倍，提供的容量也要比它高4倍。更大的带宽可改善频率分集效果，从而可降低衰减问题。还可为更多用户提供更好的统计平均效果。宽带CDMA的上行链路中使用了相干解调，可提供2-3dB的解调增益，从而有效地改善了覆盖范围。由于宽带CDMA的信道更宽，衰减 效应较小 ，可改善功率控制精度。其上、下行链中的快速功率控制还可抵消衰减，并可降低平均功率水平，从而能够提高容量。

　　（2）具有可变的高速数据率。宽带CDMA同时支持无线接口的高低数据比特率，其全移动的384kb/s数据率和本地通的2Mb/s数据率不仅可支持普通话音，还可支持多媒体数据，可满足具有不同通信要求的各类用户。由于可变的高速数据率，可通过使用可变正交扩频码，使得发射输出功率的自适应得以实现。应用中，用户会发现宽带CDMA要比窄带CDMA和GSM具有更好的应用性能。

　　（3）可同时提供高速电路交换和分组交换业务。虽然在窄带CDMA与GSM移动通信业务中，只有也只需要与话音相关的电路和交换。但分组交换所提供的与主机应用始终“联机”而不占用专用信道的特性，可以实现只根据用户所传输数据的多少来付费，而不是像现在的移动通信那样，只根据用户连续占用时间的长短来付费的新收费机制。另外，宽带CDMA还有一种优化分组模式，对于不太频繁的分组数据，可提供快速分组传播，在专用信道上，也支持大型或比较频繁的分组 。同时，分组数据业务对于建立远程局域网和无线国际互联网接入的经济高效应用也非常重要。当然，高速的电话交换业务仍然非常适应像视频会议这样的实时应用。

　　（4）宽带CDMA支持多种同步业务。每个宽带CDMA终端均可同时使用多种业务，因而可使每个用户在连接到局域网的同时还能够接收话音呼叫，即当用户被长时间数据呼叫占据时也不会出现像现在常见的忙音现象。

　　（5）宽带CDMA技术还支持其他系统改进功能。第三代移动通信系统中的宽带CDMA还将引进其他可改进系统的相关功能，以期达到进一步提高系统容量的目的。具体内容主要是支持自适应天线阵（AAA），该天线可利用天线方向图对每个移动电话进行优化，可提供更加有效的频谱和更高容量。自适应天线要求下行链中每个连接都有导频符，而宽带CDMA系统中的每个区中都使用一个公共导频广播。

　　无线基站再也不需要全球定位系统来同步，由于宽带CDMA拥有一个内部系统来同步无线电基站，所以不像GSM移动通信系统那样在建立和维护基站时需要GPS（全球定位系统）外部系统来进行同步。因为依赖全球定位系统卫星覆盖来安装无线电基站，在购物中心和地铁等地区会导致实施困难等问题。

　　支持分层小区结构（HCS），宽带CDMA的载波可引进一种被称为“移动辅助异频越区切换（MAIFHO）” 的新切换机制，使其能够支持分层小区结构。这样，移动台可以扫描多个码分多址载波，使得移动系统可在热点地区部署微小区。

　　支持多用户检测，因为多用户检测可消除小区中的干扰并能提高容量。

　　3、第三代移动通信增加的新业务

　　（1）高速电路交换数据（HSCSD）业务是GSM向第三代移动通信兼容的一种软件解决方案，它把单个业务信道的数据速率从9.6kb/s提高到14.4kb/s，并可把四条信道复用在一个时隙中，从而使数据经营者能够提供高达57.6kb/s的传输速率，是目前数据传输速率的6倍。

　　（2）通用分组无线业务（GPRS）是由诺基亚开发的基于IP解决方案的可使GSM运营者迈向多媒体无线业务以其兼容第三代移动通信系统的另一项新技术，可提供高达115kb/s的数据传输速率。

　　（3）增强型数据速率（EDGE）业务是由GSM和TDMA厂商正在合作开发的基于未来移动通信系统的应用平台，它将能为未来移动通信系统IMT-2000提供高达384kb/s的移动速率业务。

第三代移动通信标准中的主要技术　

　　1、影响第三代移动通信的三大技术因素

　　在第三代移动通信标准IMT-2000K中 ，提出了对频谱和业务上的基本要求，即有名的2GHz频段和384kb/s广域网和2Mb/s本地网数据传输速率业务等。显然，要实现第三代移动通信系统中的基本要求，首选必须解决频谱、核心网络和无线接入三大技术因素。

　　（1）必须确定全球统一的频谱段。IMT-2000标准确定在2GHz左右的频段，而美国联邦通信委员会却在1994年就把PCS定位在1.9GHz，并已拍卖，使得第三代移动通信系统建立统一频谱出现了裂痕。

　　（2）必须建立统一的核心网络系统。第三代移动通信系统标准将是在第二代移动通信系统的核心网络基础上，逐步将电路交换演变成高速电路交换与分组交换相结合的核心网络。现在世界上存在两大移动通信系统核心网络，即GSM-MAP和ANSI-41，国际电联已决定将两大网络都定为第三代核心网络。因此，要实现全球漫游，就必须通过信令转换器把它们连接起来，形成逻辑上的统一核心网络系统。

　　（3）必须考虑多频谱的无线接入方案。国际电联称之为无线传输技术（RTT）的无线接入方案，可以分为两大类，一类是建立在现有频段上把现有无线接入技术革新演变成能为第三代移动通信提供业务的RTT，这里最重要的是考虑反向兼容要求，其中工作频段在900/1800/1900MHz的GSM、北美的D-AMPS和窄带CDMA（IS-95）都在考虑向第三代过渡的反向兼容性。一类是直接工作在新的频段上，即IMT-2000制订的2GHz频段上，为第三代移动通信开发出新的无线传输技术，即宽带CDMA技术。

　　2、第三代移动通信标准中的主要技术

　　带来第三代移动通信系统天翻地覆变化的当然是第三代移动通信中所采用的多种高新技术，这些高新技术是第三代移动通信系统的精髓，也是制订第三代移动通信系统标准的基础，了解这些技术就了解了第三代移动通信系统。下面我们就专门介绍几项有可能应用于第三代移动通信系统中的技术。

　　（1）TD-SCDMA技术。TD-SCDMA是中国唯一提交的关于第三代移动通信的标准技术，它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，其中最关键的创新部分是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了，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。总的来讲，TD-SCDMA有价格便宜、容量较高和性能优良等诸多优点。

　　（2）智能天线技术：智能天线技术是中国标准TD-SDMA中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化，同时可对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。

　　（3）WAP技术。WAP（Wireless Application Protocol，无线应用协议）已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和电话服务的实际世界标准。WAP可提供相关服务和信息，提供其他用户进行连接时的安全、迅速、灵敏和在线的交互方式。WAP驻留在因特网上的TCP/IP环境和蜂窝传输环境之间，但是独立于所使用的传输机制，可用于通过移动电话或其他无线终端来访问和显示多种形式的无线信息。

　　WAP规范既利用了现有技术标准中适应于无线通信环境的部分，又在此基础上进行了新的扩展。由于WAP技术位于GSM网络和因特网之间，一端连接现有的GSM网络，一端连接因特网。因此，只要用户具有支持WAP协议的媒体电话，就可以进入互联网，实现一体化的信息传送。而厂商使用该协议，则可以开发出无线接口独立、设备独立和完全可以交互操作的手持设备Internet接入方案，从而使得厂商的WAP方案能最大限度地利用用户对Web服务器、Web开发工具、Web编程和Web应用的既有投资，保护用户现有利益。同时也解决了无线环境所带来的有关新问题。目前，全球各大移动电话制造商，包括诺基亚、爱立信、摩托罗拉和阿尔卡特在内，都已保证提供支持WAP的无线设备。

　　（4）快速无线IP技术。快速无线IP（Wireless IP，无线互联网）技术将是未来移动通信发展的重点，宽频带多媒体业务是最终用户的基本要求。根据ITM-2000的基本要求，第三代移动通信系统可以提供较高的传输速度（本地区2Mb/s，移动144Kb/s）。现代的移动设备越来越多了（手机、笔记本电脑、PDA等），剩下的好像就是网络是否可以移动，无线IP技术与第三代移动通信技术结合将会实现这个愿望。由于无线IP主机在通信期间需要在网络上移动，其IP地址就有可能经常变化，传统的有线IP技术将导致通信中断，但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理，完全可以使移动节点采用并保持固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上或在移动中保持与IP主机的单一链路层连接，完成移动中的数据通信。

　　（5）软件无线电技术。在不同工作频率、不同调制方式、不同多址方式等多种标准共存的第三代移动通信系统中，软件无线电技术是一种最有希望解决这些问题的技术之一。软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将AD转换器尽量靠近RF射频前端，利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作，从而可为第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的平滑过渡提供一个良好的无缝解决方案。

　　第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要。所以在未来移动通信应用中有着广泛的应用意义，不仅可改变传统观念，还将为移动通信的软件化、智能化、通用化、个人化和兼容性带来深远影响。

　　（6）多载波技术。多载波MC-CDMA是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。多载波CDMA技术早在1993年的PIMRC会议上就被提出来了。目前，多载波CDMA作为一种有着良好应用前景的技术，已吸引了许多公司对此进行深入研究。多载波CDMA技术的研究内容大致有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用每个码片来调制不同的载波。另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流，再用每个数据流来调制不同的载波。

　　（7）多用户检测技术。在CDMA系统中，由于码间不正交，会引起多址干扰（MAI），而多址干扰将会限制系统容量，为了消除多址干扰影响，人们提出了利用其他用户的已知信息去消除多址干扰的多用户检测技术。多用户检测技术分为两大类：线性多用户检测和相减去干扰检测。在线性多用户检测中，对传统的解相器软输出的信号进行一种线性的映射（变换）以期产生新的一组有希望提供更好性能的输出。在相减去干扰检测中，可产生对干扰的预测并使之减小。目前，CDMA系统中的多用户检测技术还存在一定的局限，主要表现在：多用户检测只是消除了小区内的干扰，而对小区间的干扰还是无法消除；算法相当复杂，不易在实际系统中实现。多用户检测技术的局限是暂时的，随着数字信号处理技术和微电子技术的发展，降低复杂性的多用户检测技术必将在第三代移动通信系统中得到广泛的应用。