1、关键词：3G 发展 无线传输 移动通信摘要：随 着 通 讯 原 理 的 发 展 ， 它 被 运 用 到 越 来 越 多 的 方 面 。 其 中 非 常 重 要 的 一 部 分 就 是通 信 原 理 在 移 动 通 信 上 的 应 用 。 移 动 通 信 (Mobile communication)是 移 动 体 之 间 的 通信 ， 或 移 动 体 与 固 定 体 之 间 的 通 信 。 移 动 通 信 是 通 信 领 域 中 最 具 活 力 、 最 具 发 展 前 途 的一 种 通 信 方 式 ， 它 是 当 今 信 息 社 会 中 最 具 个 性 化 特 征 的 通 信 手 段 。 它 的
2、 发 展 与 普 及 改 变了 社 会 也 改 变 了 人 类 的 生 活 方 式 。 我 们 目 前 用 的 是 第 三 代 移 动 通 信 ， 它 包 含WCDMA、 CAMA2000、 TDSCDMA， 但 我 国 用 的 最 多 的 是 前 两 种 。正文：一、引言随着通讯原理的发展，它被运用到越来越多的方面。其中非常重要的一部分就是通信原理在移动通信上的应用。上世纪 70 年代末,诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工 FDMA 模拟调频系统,但由于模拟系统固有的先天缺陷,在 90 年代初被以 TDMA 为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代,相对FDMA 系统有诸多优点,如频谱
3、利用率高,系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以 CDMA 为基础的数字蜂窝通信系统,相比 TDMA 系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。随着网络的广泛普及,图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加,人们对通信业务多样化的要求也与日俱增,而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求,所以诞生了第三代移动通信技术,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的 3G 标准有三个:CDMA2000、WCDMA 以及 TD-SCDMA,这里主要从各个方面做 WCDMA 和 CDMA2
4、000 的对比研究。二 、移动通信的发展历程 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。 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
5、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。 （参考文献 2） 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。按 ITU 众多要求中可以看到，主要是使用频率使用效率更高的体制，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
6、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” ，其功能能否会被也在不断发展有线智能网取代，这就是正有人研究的“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。 下表为各代典型移动通信系统特性比较：第几代 典型 技术 特性数据速率第一代 AMPS 小区制蜂窝系统 模拟话音 /第二代 GSM 数字蜂窝 数字话音 9.6kb/s第二代半 GPRS 通用分组数字蜂窝 数据在线连接 115kb/s第三代 W-CDMA 宽带码分多址 实现宽带多媒体业务 2Mb/s第四代 EMBS ATM 面 无核心网 宽带多媒体综
7、合业务 155Mb/s三、WCDMA 和 CDMA2000 的综合比较由于 WCDMA 和 CDMA2000 这两种技术都是将 CDMA 技术用于蜂窝系统,许多的思想都是源于 CDMA 系统,因此 WCDMA 和 CDMA2000 有许多相试之处:从双工方式上看,WCDMA 和 CDMA2000 属于 FDD 模式。WCDMA 和 CDMA2000 都满足 IMT-2000 提出的技术要求,支持高速多媒体业务、分组数据和 IP 接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。WCDMA 和 CDMA2000 各有优势和缺点。WCDMA 技术较成熟,能同广泛使用的GSM 系统
8、兼容;相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务;而且 WCDMA 能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有 GSM 系统的核心网部分,无线侧设备可以共用的很少。CDMA2000 的优势是可以和窄带 CDMA 的基站设备很好地兼容,能够从窄带CDMA 系统平滑升级,只需增加新的信道单元,升级成本较低,核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比 IS-95A 增加了两倍,手机待机时间也增加了两倍。缺点是 CDMA2000 系统无法和 GSM 系统兼容。1.WCDMA 与 CDMA2000 的物理层技术比较WCDMA 和 CDMA2000 物理层技术细节上有相似也有差异,由于考虑出发点不同,造成了
9、不同的技术特点。WCDMA 技术规范充分考虑了与第二代 GSM 移动通信系统的互操作性和对 GSM 核心网的兼容性;CDMA2000 的开发策略是对以 IS-95标准为蓝本的窄带 CDMA 的平滑升级。(1)这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点:内环均采用快速功率控制。CDMA 系统是干扰受限系统,因此为了提高系统容量,应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰,这意味着同一小区内可容纳更多的用户数,即小区的容量增加。因此 CDMA 系统中引入功率控制技术是非常必要的。系统都支持开环发射分集,信道编码采用卷积码和 Turbo 码。系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移
10、动台需要切换时,先与新的基站连通再与原基站切断联系,而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行,因此模拟系统、TDMA 系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性,大大减少切换造成的掉话。WCDMA 工作频段:19002025MHz 频段分配给 FDD 上行链路使用,21102170MHz 频段分配给 FDD 下行链路使用,21102170MHz 频段分配给 TDD 双工方式使用。其中 WCDMA 和 CDMA2000 利用 19002025MHz 频段(上行),21102170MHz(下行)。(2)两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点:扩频码
11、片速率和射频带宽。WCDMA 根据 ITU 关于 5 MHz 信道基本带宽的划分规则,将基本码片速率定为 3.84Mcps。WCDMA 使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X 的 3 倍以上,能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000 分两个方案,即 CDMA2000-1X 和 CDMA2000-3X 两个阶段。CDMA2000 系统可支持话音、分组数据等业务,并且可实现 QoS 的协商。室内最高数据速率达 2Mbit/s,步行环境 384kb/s,车载环境 144kb/s。CDMA2000 在前向和反向 CDMA 信道在单载波上采用码片速率 1.2288Mc
12、ps 的直接序列扩频,射频带宽为 1.25MHz。支持不同的核心网标准。WCDMA 要求实现与 GSM 网络的兼容,所以它把GSMMAP 协议作为上层核心网络议;CDMA2000 要求兼容窄带 CDMA,因此它把 ANSI-41 作为自己的核心网络协议。WCDMA 进行功率控制的速度是 CDMA2000 的 2 倍,能保证更好的信号质量,并支持多用户。为了使支持基于 GSM 的 GPRS 业务而部署的所有业务也支持 WCDMA 业务,为了完善新的数据话音网络,CDMA2000-1x 需要添加额外的网元或进行功能升级。2.WCDMA 与 CDMA2000 网络接口的比较3G 标准的基本目标是能在
13、车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为 144kbit/s、384kbit/s 和 2048kbit/s 的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是 3G 标准的核心要求。CDMA2000 可分别用于 900MHZ 和 2GHZ 两个频段 CDMA2000 的码片速率与 IS-95 相同,两系统可以兼容。WCDMA 的码片速率为 3.84Mcps,显然 WCDMA 系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升,在 CDMA2000 系统中则不会如此。WCDMA 的接口标准规范、制定严谨、组织严密,而 CDMA2000 的接口标准严谨性有待加强。IS- 95 厂家
14、设备难以互通,给运营商设备选型带来了较大问题;3G 许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游,这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游,没有这些基本要素,3G 就不能称其为 3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题,更重要的是商业利益。在这方面WCDMA 显然更胜一筹,它支持全球漫游,全球移动用户均有唯一标识,而 CDMA2000尚不能很好做到这一点。WCDMA 的接口标准规范、制定严谨、组织严密,而 CDMA2000 的接口标准严谨性有待加强。IS- 95 厂家设备难以互通,给运营商设备选型带来了较大问题;3G 许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游,这是至
15、关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游,没有这些基本要素,3G 就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题,更重要的是商业利益。在这方面 WCDMA 显然更胜一筹,它支持全球漫游,全球移动用户均有唯一标识,而 CDMA2000 尚不能很好做到这一点。3.WCDMA 和 CDMA2000 网络演进的比较(1)WCDMA 的网络演进技术现有的 GSM 系统利用单一时隙可提供 9.6kbit/s 的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为 HSCSD(高速电路交换数据)方式;此后出现了 GPRS(通用分组无线业务),首次在核心网中引入了分组交换的方式,可提供 144kbit/s 的数据速率。接
16、着继续升级采用 8PSK 调制,这样传输速率可以上升至 384kbit/s 这就是EDGE;WCDMA 的数据传输速率将高达 2M/s。(2)CDMA2000 网络演进技术主要的 CDMA2000 运营商将来自现在的窄带 CDMA 运营商。窄带 CDMA 向CDMA2000 过渡的方式为 IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A 的数据传输速率为 14.4kbit/s,为了提供更高的速率,1999 年部分厂商开始采用 IS-95B标准,理论上支持 115.2kbit/s 的速率。IS-95C 进一步使容量加倍,最后升级为CDMA2000。窄带 CDMA 系统向 CDMA2
17、000 系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。目前窄带 CDMA 系统的空中接口是基于 IS295A,其支持的数据速率为14.4kbit/s,由 IS295A 升级到 IS295B,可支持 64kbit/s。窄带 CDMA 网络接口的演进主要指窄带 CDMA 系统 A 接口的升级和演进。对于窄带 CDMA 系统,以前其 A 接口不是规范接口(即不是开放接口),窄带 CDMA和 GSM 的 A 接口的规范相比较, GSM 是先有 A 接口标准,然后厂家依据标准开发;窄带 CDMA 是厂家各自开发,然后广泛宣传,最后凭借自身影响修改标准。窄带 CDMA 的核心网在美国经过多年发展后
18、,从 IS241A 到 IS241B 到IS241C,我国 CDMA 试验网和红皮书以 IS241C 为基础,IS241D 规范在 1999 年底发布,目前 IS241E 规范还未正式发布。三、WCDMA 和 CDMA2000 在我国的前景对 3G 标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度,还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看,两种标准最后不能融合成一种,但可以共存。在我国,GSM MAP 网络已形成巨大的规模,欧洲标准的 WCDMA 在网络上充分考虑到与第二代的 GSM 的兼容性,在技术上也考虑了与 GSM 的双模切换兼容,向WCDMA 体制的第三代系统演进,从一开始
19、就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000 采用 GPS 系统,对 GPS 依赖较大;在小区站点同步方面,CDMA2000 基站通过 GPS 实现同步,将造成室内和城市小区部署的困难,而 WCDMA 设计可以使用异步基站,运营者独立性强;对于电信设备制造行业,我国在 GSM 蜂窝移动通信方面发展成熟,而窄带 CDMA 系统尚未形成规模和产业。WCDMA 采用全新的 CDMA 多址技术,并且使用新的频段及话音编码技术等。因此 GSM 网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务,却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到 WCDMA。而 CDMA2000 的设计是以 IS-95 系统的丰富
20、经验为依据的,因此窄带 CDMA 向 CDMA2000 的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板,并将系统软件升级,即可将 IS-95基站升级为 CDMA2000 基站。参考文献：1李小文. TD-SCDMA 第三代移动通信系统、信令及实现. 2连骏. 中国 3G 技术标准 TD-SCDMA 的知识产权战略D. 西南政法大学, 2008 .3阚凯力. 3G 与电信业的未来J. 通信企业管理, 2006,(05) .4张德华. 怀化电信移动业务营销应关注的几个问题J. 企业家天地下半月刊(理论版), 2009,(10) . 5.吴伟陵 牛凯.移动通信原理（第二版） 电子工业出版社 2010.11
