3G移动通信技术研究

3G移动通信技术研究 毕业论文 论文题目:3G移动通信技术研究 姓 名 王 杰 学 号 071203122 院 系 数理科学系 专 业 电子信息科学与技术 指导老师 李 丹 2011 年 6 月 5 日 目录 摘 要 ................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................... II (绪论 .............................................................................................................................1 1 1.1 3G的起源 ..........................................................................................................1 1.2 3G的不同的标准 ..............................................................................................1 1.3 3G的基本特点 ..................................................................................................2 1.4 3G技术的应用 ..................................................................................................3 2(3G主流技术标准之CDMA2000 ....................................................................................5 2.1 CDMA2000概述 ....................................................................................................5 2.2 CDMA2000的技术特点 ........................................................................................6 2.3 CDMA2000的应用现状及发展探讨 .....................................................................8 3. 3G主流技术标准之WCDMA ........................................................................................ 10 3.1 WCDMA概述 ........................................................................................................ 10 3.2 WCDMA的技术特点 ............................................................................................ 10 3.3 WCDMA的应用现状及发展探讨 ......................................................................... 12 -SCDMA .................................................................................. 14 4. 3G主流技术标准之TD 4.1 TD-SCDMA概述 .................................................................................................. 14 4.2 TD-SCDMA的技术特点 ...................................................................................... 15 4.3 TD-SCDMA的应用现状及发展探讨 ................................................................... 17 5. 3种主流技术标准的比较 ......................................................................................... 19 5.1 三种标准的主要优劣势分析 ............................................................................ 19 5.2 三种标准的各种性能的比较 ............................................................................ 20 5.3运用不同标准的三大运营商优劣势分析 ......................................................... 22 6. 中国3G时代的现状和发展前景 ............................................................................... 25 6.1 3G服务的市场“围城” ................................................................................ 25 6.2 3G带来挑战的应对策略................................................................................. 25 6.3 中国3G的发展前景 ......................................................................................... 26 谢 辞 ............................................................................................................................... 28 参考文献 ......................................................................................................................... 29 摘 要 第三代移动通信技术一3G技术是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。第三代移动通信系统已在我国商业化运营，3G网络为各种业务提供了更多的资源，3G时代的移动业务不仅对网络，同时也对终端提出了更高的要求，3G终端必须具备更快更强的通信和处理能力，同时还要更加人性化，更具扩展性。 本文首先简要的介绍了有关3G方面的技术术语、 3G的发展历程、现状，以及相关的产业链等。接着详细介绍了3G中的三大主流标准(CDMA2000、WCDMA、TD- SCDMA)，以及主要特点，主要优点等，并且相互比较了它们之间的优点以及不足。同时又完整的介绍了TD-SCDMA，WCDMA，CDMA2000三种不同的3G移动通信国际主流标准，对这三种技术的特点作了分析和比较，论述了适合国情的自主产权的TD-SCDMA 系统特点,最后介绍了3G移动通信的发展趋势及面临的挑战。 WCDMA; TD-SCDMA 关键词: 第三代移动通信; CDMA2000; I Abstract The third generation mobile communication technology—3G technology is the new generation mobile communications system,which combines wireless communications with the internet, multimedia communications.Third generation mobile communication system has been in our commercial operation, 3G network for a variety of businesses with more resources, 3G mobile service times not only for the network, but also put forward higher- end requirements, 3G terminals must be accompanied by more rapid communication and processing capabilities, while also more humane and more scalability. This paper briefly introduced the 3G's technical terminology, 3G course of develop- ment, the status quo, as well as related industries, such as chain. Then described in detail in the 3G of the three mainstream standards (CDMA2000, WCDMA, TD-SCDMA), and the main characteristics of the major advantages, and their mutual comparison between the advantages and inadequate. The paper also complete introduction TD-SCDMA, WCDMA, CDMA2000 three kind of different 3G mobile communication international mainstream standard. The mainstream techniques in the third generation of mobile communication various kind of code division multiple access are analyzed and compared in detail. The development and techniques route of the third generation of mobile communication has been proposed suitable to Chinese condition. At last，the paper introduces the development and challenge of the 3G mobile communication technology。 Keyword: 3G; CDMA2000; WCDMA; TD-SCDMA II 1( 绪论 1.1 3G的起源 第三代移动通信(3rdGeneration Mobile Communications:3G)系统是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。它是为多媒体通信设计的,开发第三代移动通信系统的工作始于“国际电信联盟”(ITU: International Telecommunications Union)下的世界无线电管理大会1992年会议,在此次会议中,2GHz附近的频率被指定给第三代移动通信系统使用。在ITU中,第三代移动通信系统被称为IMT-2000(International Mobile Telephony 2000)。2000年5月,国际电联(ITU)在土耳其召开全会,经对IMT- 2000无线接口技术标准的10个候选的频谱效率、网络接口、QoS、技术复杂性、覆盖率、灵活性和设备体积等诸多方面的全面评估,正式确认了五种标准,分别是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CD-MA、SC-TDMA和MC-TDMA。这是一个以CDMA技术为主体,兼顾TDMA技术,包含FDD和TDD两种双工方式的多元化体系标准。 1.2 3G的不同的标准 国际电联最初在规划第三代移动通信系统时，曾经希望定制一套全球统一的移动通信网络体系结构。但由于第三代移动通信标准化时，原有的GSM和IS – 95 CDMA 系统的核心网络差别很大，无法用统一的兼容现有的系统，ITU 提出IMT-2000 核心网络“家族”概念，对原有的GSM 和IS-95 CDMA 采用不同的演进方式演进到未来的第三代移动通信系统。 目前国际电联接受的3G 标准有三种: (1)CDMA2000:CDMA2000 是由窄带CDMA(IS-95CDMA)技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，提出了从IS-95 CDMA(2G)- CDMA 2000 1x -CDMA 20003x(3G)的演进策略，目前中国移动采用的此种3G通讯标准。 (2)WCDMA :WCDMA是基于GSM的3 G技术规范，由欧洲提出，它的演进策略为GSM(2G)-GPRS EDGE-WCDMA(3G)，目前中国联通采用的此种3G通讯标准。 (3)TD-SCDMA:TD-SCDMA 由我国大唐电信公司提出，该标准不经过2.5G的中间环节，由GSM(2G) 直接向TD-SCDMA(3G)过渡，目前中国电信采用的此种3G通 [1]讯标准。 1 1.3 3G的基本特点 从目前已确立的3G标准分析，其网络特征主要体现在无线接口技术上。蜂窝移动通信系统的无线技术包括小区复用、多址，双工方式、应用频段、调制技术、射频信道参数、信道编码及纠错技术、帧结构、物理信道结构和复用模式等诸多方面。纵观3G无线技术演变，一方面它并非完全抛弃了2G，而是充分借鉴了2G网络运营经验，在技术上兼顾了2G的成熟应用技术，另一方面，根据IMT-2000确立的目标，未来3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境，并具有较好的网络灵活件和全覆盖能力。3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面: 1.采用高频段频谱资源 为实现全球漫游目标，按ITU规划IMT-2000将统一采用2G频段，可用带宽高达230MHz，分配给陆地网络170MHz，卫星网络60MHz，这网络为3G容量发展，实现全球多业务环境提供了广阔的频谱空间，同时可更好地满足宽带业务。 2.采用宽带射频信道，支持高速率业务 充分考虑承载多媒体业务的需要，3G网络射频载波信道根据业务要求，可选用5,10,20M等信道带宽，同时进一步提高了码片速率，系统抗多径衰落能力也大大提高。 3.实现多业务、多速率传送 在宽带信道中，可以灵活应用时分复用、码分复用技术，单独控制每种业务的功率和质量，通过选取不同的扩频因子，将具有不同QoS要求的各种速率业务映射到宽带信道上，实现多业务、多速率传送。 4.快速功率控制 3G主流技术均在下行信道中采用了快速闭环功率控制技术，用以改善下行传输信道性能，这一方面提高了系统抗多径衰落能力，但另一方面由于多径信道影响导致扩频码分多址用户间的正交性不理想，增加了系统自干扰的偏差，但总体上快速功率控制的应用对改善系统性能是有好处的。 5.采用自适应天线及软件无线电技术 3G基站采用带有可编程电子相位关系的自适应天线阵列，可以进行发信波束赋形，自适应地调整功率，减小系统白干扰，提高接收灵敏度，增大系统容量，另外软件无线电技术在基站及终端产品中的应用，对提高系统灵活性、降低成本至关 [2]重要。 2 1.4 3G技术的应用 中国的3G之路刚刚开始，最先普及的3G应用是“无线宽带上网”，六亿的手机用户随时随地手机上网(而无线互联网的流媒体业务将逐渐成为主导(3G的核心应用包括: 1(宽带上网 宽带上网是3G手机的一项很重要的功能，届时我们能在手机上收发语音邮件、写博客、聊天、搜索、下载图铃等，现在不少人以为这些在手机上的功能应用要等到3G时代，其实目前的无线互联网门户也已经可以提供(尽管目前的GPRS网络速度还不能让人非常满意，但3G时代来了，手机变成小电脑就再也不是梦想了。 2(视频通话 3G时代，传统的语音通话已经是个很弱的功能了，到时候视频通话和语音信箱等新业务才是主流，传统的语音通话资费会降低，而视觉冲击力强，快速直接的视频通话会更加普及和飞速发展(3G时代被谈论得最多的是手机的视频通话功能，这也是在国外最为流行的3G服务之一。相信不少人都用过QQ、MSN或Skype的视频聊天功能，与远方的亲人、朋友“面对面”地聊天。今后，依靠3G网络的高速数据传输，3G手机用户也可以“面谈”了。当你用3G手机拨打视频电话时，不再是把手机放在耳边，而是面对手机，再戴上有线耳麦或蓝牙耳麦，你会在手机屏幕上看到对方影像，你自己也会被录制下来并传送给对方。 3(手机电视 从运营商层面来说，3G牌照的发放解决了一个很大的技术障碍，TD和CMMB等标准的建设也推动了整个行业的发展。手机流媒体软件成为了3G时代最多使用的手机电视软件，在视频影像的流畅和画面质量上不断提升，突破技术瓶颈，真正大规模被应用。 4(无线搜索 对用户来说，这是比较实用型的移动网络服务，也能让人快速接受。随时随地用手机搜索将会变成更多手机用户一种平常的生活习惯。 5(手机音乐 在无线互联网发展成熟的日本，手机音乐是最为亮丽的一道风景线，通过手机上网下载音乐是电脑的50倍。3G时代，只要在手机上安装一款手机音乐软件，就能通过手机网络，随时随地让手机变身音乐魔盒，轻松收纳无数首歌曲，下载速度更快，耗费流量几乎可以忽略不计。 6(手机购物 不少人都有在淘宝上购物的经历，但手机商城对不少人来说还是个新鲜事。事 3 实上，移动电子商务是3G时代手机上网用户的最爱。目前90,的日本韩国手机用户都已经习惯在手机上消费，甚至是购买大米、洗衣粉这样的日常生活用品。专家预计，中国未来手机购物会有一个高速增长期，用户只要开通手机上网服务，就可以通过手机查询商品信息，并在线支付购买产品。高速3G可以让手机购物得更实在，高质量的图片与视频会话能使商家与消费者的距离拉近，提高购物体验，让手机购物变为新潮流。 7(手机网游 与电脑的网游相比，手机网游的体验并不好，但方便携带，随时可以玩，这种利用了零碎时间的网游是目前年轻人的新宠，也是3G时代的一个重要资本增长。3G时代到来之后，游戏平台会更加稳定和快速，兼容性更高，像是升级的版本一 [3]样，让用户在游戏的视觉和效果方面感觉更有体验。 4 2( 3G主流技术标准之CDMA2000 2.1 CDMA2000概述 CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,由美国主推,该标准提出了从CDMAIS95(2G),CDMA2000 1 x,CDMA2000 3 x(3 G)的演进策略。CDMA2000lx被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA 2000lx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。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡,并已建成了CDMA IS95网络。 CDMA2000 是从 CDMAOne 演进而来的第三代移动通信技术。事实上 ,CDMA2000 标准是一个体系结构 ,称为CDMA2000 family,它同样还包含一系列的子标准。 经过10 多年发展，CDMA 标准已经经历了多个技术阶段。其中，IS-95A 和IS-95B 同为系列标准，总称为IS-95。IS-95B 是IS-95A 的进一步发展。一般认为，它们均属于第二代移动通信技术标准。CDMA2000 是IS-95 标准向第三代技术演进的方案，由3GPP2 负责制定和发布。CDMA 标准的后向兼容性是其重要优势之一。从IS-95 到CDMA2000 1x、CDMA2000 1x EV-DO 及CDMA2000 1xEV-DV，都是后向兼容的。只要部署了CDMA 网络， 就可以较低的代价平滑向下一代演进。兼容性有两方面的含义:下一代移动终端可以直接在上一代网络中漫游，无须更换终端;上一代移动终端也可以直接漫游到下一代网络中，也无须更换终端。在一系列标准中，CDMA2000 1x 原意指采用单载波形式的CDMA2000系统，也可以理解为CDMA 2000的第一阶段。它在核心网部分引入了分组交换，可支持移动IP 业务。 目前，CDMA2000 1xRelease 0 版本技术已经非常成熟，在全球多个国家和地区成功商用。CDMA2000 1x Release 0 中还定义了CDMA2000 3x 多载波模式。它与CDMA2000 1x 的主要区别是，前向信道采用多路载波方式，而CDMA2000 1x 用单载波方式。目前多载波是CDMA2000 的AIE(空中接口演进)第一阶段的主要工作内容。从技术和商用成熟度考虑，运营商对CDMA2000 1x EV 更感兴趣。CDMA2000 1x EV 是在CDMA2000 lx基础上进一步提高速率的增强体制。它从2000 年开始分为两个方向发展:一个称为CDMA20001x EV-DO 技术，主要是对数据业务进行了增强，即在网络容量(固定带宽，每个小区容纳的用户数)和业务级别(提供给每个用户的平均数据吞吐量)方面进行了优化。该技术有助于提升无线数据业务的利润空间，已经在韩国、美国和日本等国家有了规模商用。另一个叫做CDMA2000 1xEV-DV 技术，它对数据业务和语音业务同时进行了增强，集CDMA2000 1x 和CDMA2000 1x EV-DO 两者之优势，可在1.25MHz 带宽内，同时提供语音业务和高达3.1Mbit/s 的 [4]分组数据速率。 5 2.2 CDMA2000的技术特点 CDMA2000的发起者主要以美国和韩国为主的以IS-95CDMA为标准的制造商和运营公司，它继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点，网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过度到3G。事实上，CDMA2000标准是一个体系结构，它同样包含一系列子标准。其技术特点有:前反向同时采用导频辅助相干调节;通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频宽带从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功能控制;下行信道中从用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量;码片速率分别为1.2288Mcps和3.6864Mcps，多栽波方式能很好的兼容IS-95网络;核心网络给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;在同步方式上CDMA2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式等。 下面我们来具体分析EV-DO 与EV-DV这两种技术的技术特点: 首先，EV-DO与EV-DV可以说是齐头并进。从EV-DO的角度来看，尽管CDMA 2000 lx 数据承载能力相对IS-95已经有了很大的提高，但应用于多媒体业务时，还是存在空中接口上的瓶颈。为了解决这一问题，3GPP2 发布了1x EV-DO Release 0 标准(正式的名称为HRPD-High Rate Packet Data)。该标准根据无线数据业务的非对称特性，优化了数据业务的传输能力，前向最高传输速率提高到2.4Mbit/s。 1x EV-DO Release 0 的主要技术特点包括: 1.前向链路时分复用。对于前向链路，在给定的某一瞬间，某一用户将得到1x EV-DO 载波的全部功率，1x EVDO载波总是以全功率发射。 2.自适应调制编码。根据前向射频链路的传输质量，移动终端可以要求9种数据速率，最低为38.4kbit/s，最高2457.6kbit/s。网络不决定前向链路的速率，而是由移动终端根据测得的C/I 值，请求最佳的数据速率。 3.Hybrid ARQ。根据数据速率的不同，一个数据包在一个或多个时隙中发送。HARQ 功能允许在成功解调一个数据包后提前终止发送该数据包的剩余时隙，从而提高系统吞吐量。 4.反向链路码分复用。移动终端根据前向RAB 信道指示，增加或降低传输速率，数据承载能力与1x 系统相同，峰值速率为153.6kbit/s。 5.调度算法兼顾Best Effort 和Fair。对无线信道状况比较好的用户，基站给予的前向业务速率比较大。前向调度算法决定下一个时隙给哪一个用户使用。调度程序向某一用户分配时隙的原则是，移动终端请求的速率与其平均吞吐量之比为最高。在保证系统综合性能最大的同时，所有用户都能获得适当的服务。 1x EV-DO Release 0 仅仅是CDMA迈向3G 世界的第一步，因此，在提供新业务 6 方面，能力尚显不足。第一，反向业务能力还维持在CDMA2000 1x 系统的水平上，峰值速率只有153.6kbit/s，难以适应对称性较强的业务需求，如可视电话等。第二， 对QoS的支持考虑不够，不能满足业务多样性要求，比如，对于以可视电话为代表的实时业务，无法提供足够的QoS保证机制。第三，存在数据与话音业务的并发问题。首先，DO Release 0设计的初衷是优化数据业务传输能力，需要独立的载波承载DO 业务，当分组数据业务量不是很高时，存在对载波的利用不够充分的问题。其次，DO Release 0 不能后向兼容1x 系统。双模终端在使用EVDO网络的同时，需要周期性地 网络的高优先级的寻呼信息，这将影响终端的待机时间和EV-DO 数据业务的监听1x 使用。EV-DV由于对DO Release 0 仅提高数据业务的性能不满意， 因此3GPP2 又开始了1x EV-DV 的研究工作。1x EV-DV 与CDMA2000 系列标准完全后向兼容， 能够在一个载波上提供混合的高速数据和话音业务。1x EV-DV 空中接口标准分为两个版本:Release C 和Release D。ReleaseC 主要改进和增强了CDMA2000 1x 的前向链路， 前向峰值速率达到3.1Mbit/s。Release D 在Release C 的基础上改进和增强了反向链路，反向峰值速率达到1.8Mbit/s。 EV-DV 的主要技术特点有:(1)兼容CDMA2000，支持多种业务组合。同时使用了时分复用(TDM)和码分复用(CDM)，根据所支持的业务性质使用不同的资源分配方法，可通过多个业务信道的组合，支持不同QoS 要求的多种业务。(2)增强的前反向信道。增加了新的前反向分组数据信道(PDCH)和相应的控制信道、链路质量指示信道等，采用高阶调制(16QAM/8PSK)技术，将前反向峰值速率提高到3.1 和1.8Mbit/s。(3)自适应调制编码(AMC)。改变调制和编码格式，使它在系统限制范围内与信道条件相适应，而信道条件则可以通过发送反馈来估计。(4)Hybrid ARQ。结合使用纠错编码和ARQ 技术，有效增加无线链路的数据吞吐量，减小重传的时延。物理层的HARQ 技术和AMC 的结合，可以使数据传输更加适应无线链路的变化，改善数据链路的性能。(5)反向链路控制方式灵活，调度和速率控制快。支持公共速率控制、专用速率控制等不同的调度模式，并且由MAC 层向基站传输MS 的相关信息和请求，使得反向链路从申请到发送的调整时延减小，保证了系统的QoS 性能和对时延敏感型业务的支持能力。 另外，EV-DO与EV-DV也可以说是殊途同归。随着EV-DV 的性能在Release D 中获得完善和增强，CDMA2000 EV-DO 也于同期针对Release 0 的不足做了改进，制定了Release A。 Release A 的分组数据信道采用了和EV-DV Release D 相同的复用和调制方式，支持的前反向峰值速率亦达到3.1 和1.8Mbit/s。同时，增强了QoS 支持，前向链路增加了对小数据包的支持，有利于对时延敏感的小包的传送，RLP 层改进了对单用户多流程的支持，反向链路采用子分组发送、公共速率控制的调度机制，这些改进有效减少了时延，保障了EV-DO 的QoS。Release A 还完善了1x/DO 双模操作，在网络 7 侧对结构做了改动，使得EV-DO系统可以接收1x 系统发送的寻呼消息、短信息等电路域消息。 CDMA2000 1x 演进到1x EV-DO 或1x EV-DV，在分组核心网结构方面，并没有发生大的变化，网络结构基本同1x一致。即使是专门提供数据业务的EVDO，也仅需在核心网中增加AN-AAA，分组域无需大的改动。 从CDMA 的两条技术演进路径看，EV-DO 和EV-DV 都充分考虑了同现有网络的后向兼容性， 比如与CDMA20001x 的互操作性、核心网的一致性。在数据速率支持方面，EV-DO Release A 与EV-DV Release D 完全相同。在对实时业务的支持方面，两者也都提出了相应的解决方案。相比较而言，在对话音和高速数据并发业务的支持、对同一载波话音和数据业务的配置比例支持、与1x 反向兼容等方面，EV-DV 相对EV-DO 具有一定优势，但技术也更复杂，实现难度更大。随着CDMA2000 1x EV 技术标准的不断完善，特别是核心网完全IP 化以后，EV-DV 和EV-DO 的业务支持能 [5,6]力将会趋于统一。 2.3 CDMA2000的应用现状及发展探讨 从2000年开始，3GPP2就在CDMA2000 1x基础上制定了1x的增强技术，即1x EV的标准，目前1x EV分为两个阶段。在CDMA2000 1x EV两个发展阶段中，第一阶段是CDMA2000 1x EV-DO，支持平均速率650kbit/s、最高可达2.04Mbit/s速率的高速数据业务;第二阶段为CDMA2000 1x EV-DV，它属于数据、话音改进型，具有数据信道与话音信道合一的特点，可同时传输数据和话音两种业务，最大速率可达到5Mbit/s。 据悉，CDMA2000继续巩固其作为全球领先的3G技术的市场地位，在不同的市场上提供电话通讯和宽带移动服务，也是下一代移动宽带整合服务中不可或缺的组成部分。目前在123个国家中有超过331家运营商选择CDMA2000作为其3G平台，其中311家提供商业服务。同时，根据CDG消息，CDMA2000在一些全球最发达的移动市场上是领先的3G解决方案，如加拿大、日本、韩国和美国;全球106个国家有超过244家运营商在使用CDMA2000技术，包括中国、印度、尼日利亚和俄罗斯。据了解，截止到2010年底，有超过67%的CDMA2000运营商提供基于1xEV-DO移动宽带服务;自1xEV-DO版本A进行商业发布以来的三年内，有122家运营商使用了版本A，覆盖超过5亿的用户，使其成为历史上推广最快的无线技术。 根据CDG统计，截止到2009年第三季度末，CDMA2000的用户达到5.18亿;EV-DO全球用户为1.42亿，其使用量以约27%的增长率在不断增长。同时，有27%的CDMA 2000用户使用EV-DO设备和服务;CDMA2000总共占有全球3G市场55%的市场份额。此外，CDG预测，CDMA2000将继续保持强劲的增长势头，到2014年用户数将累计达到7亿。据了解，根据来自124家制造商的超过2330件设备，CDMA2000可以提供众多 8 可供选择的设备，包括智能手机、电视手机、笔记本、PC卡、USB接口调制解调器、无线路由器、CE设备、超低价手机和无线终端固定台。经济规模和竞争程度促使CDMA2000手机价格降低，达到了GSM手机的价位，然而它能够提供更多的功能和特点。同时，对于价格敏感的全球细分市场，有众多价位低于25美元的超低价CDMA 2000手机可供选择。此外，WorldMode设备使CDMA2000运营商能够向其客户提供全球漫游，有超过200种设备可以同时在CDMA2000、WiMAX、GSM/GPRS/EDGE和WCDMA/HSPA网络上运行。 随着中国市场的打开以及网络建设等工作的开展，这将对全球3G的发展产生巨大的推动作用，特别是对CDMA2000而言，在全球大多数运营商的发展逐步放缓的前提下，中国电信的强势加入显得至关重要。中国电信已于2009年上半年完成全国342个城市的CDMA网络的升级和扩容。中国电信所规划的两个阶段中，已完成近800亿的投资，其中第一阶段是2008年下半年进行的CDMA业务启动期，投资总额约279亿元，2008年下半年进行的CDMA招标属于第一阶段，2009年上半年全国342个城市的CDMA网络扩建、改建工作完成，并于下半年启动了更大规模的第二阶段的网络投资。 对于中国市场而言，3G的启动略晚与其他市场，但是从发展的角度看来，中国更晚进入3G时代使中国的电信市场可以更加成熟和完善，对3G发展的推动力度也更加巨大。特别是对于略显颓势的CDMA2000而言，“雪中送炭”将比“锦上添花”更显得意义重大。 之前，CDMA全球发展联盟以及高通公司的多位高层在接受采访时，都表示了对未来中国电信运营CDMA网络和CDMA2000网络非常强烈的支持与期待，在与中国电信合作方面也做出了积极的努力和尝试，由此可见，中国CDMA2000能否获得成功对 [7,8]于其全球的发展都有着至关重要的作用。 9 3. 3G主流技术标准之WCDMA 3.1 WCDMA概述 WCDMA全称是Wideband Code Division Multiple Access,即“宽带码分多址”。这是基于GSM发展出来的3G技术规范,是欧洲提出的宽带CDMA技术。该标准提出了GSM(2G) ,GPRS EDGE,WCDMA(3G)的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service(通用分组无线业务)的简称,EDGE是Enhanced Datarate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM演进)的简称,这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡,并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。 GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。欧洲于1988年开展RACE?(欧洲先进通信技术的研究)程序,并一直延续到1992年6月,它代表了第三代无线研究活动的开始。1992-1995年之间欧洲开始了RACE?程序。ACTS (先进通信技术和业务)建立于1995年底,为UMTS (通用移动通信系统)建立了FRAMES(未来无线宽带多址接入系统)方案。在这些早期研究中,对各种不同的接入技术包括TDMA、CDMA、OFDM等进行了实验和评估。为WCDMA奠定了技术基础。 WCDMA支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率,在高速移动的状态,可提供384Kbps的传输速率,在低速或是室内环境下,则可提供高达2Mbps的传输速率。而GSM系统目前只能传送9.6Kbps,固定线路Modem也只是56Kbps的速率,由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。 此外,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,使得我们可以超越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。 在费用方面,WCDMA因为是借助分包交换的技术。所以,网络使用的费用不是 [9]以接入的时间计算,而是以消费者的数据传输量来定。 3.2 WCDMA的技术特点 WCDMA的发起者主要是欧洲和日本的标准化组织和厂商，WCDMA继承了 10 第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。WCDMA支持高速数据传输(慢速移动时384kbit/s，室内走动时2Mbit/s)，支持可变速传输。其主要特点如下: 1.WCDMA的物理层采用DS-CDMA多址技术.将用户数据和利用CDMA扩频码片序列相乘，从而将用户信息扩展到较宽的带宽上(可以根据具体速率要求，选用不同的扩频因子)。 2.WCDMA支持FDD/TDD两种工作模式。其中FDD要求为上下行链路成对分配频谱，而TDD可以使用不对称频谱供上下行链路共享，因此从某种意义上说，TDD可以更节省地使用频谱资源。 3.WCDMA支持异步基站操作，网络侧对同步没有要求.因而易于完成室内和密集小区的覆盖。 4.WCDMA采用10ms帧长，码片速率为3.84Mc/是。其3.84Mc/s的码片速率要求上下行链路分别使用5MHz的载波带宽，实际载波间距离的要求根据干扰的不同在4.4MHz-5MHz之间变化.变化步长为20OkHz。对于人口密集地带可选用多个载波覆盖。其10ms帧长允许用户的数据速率可变.虽然在10ms内用户比特率不变，但10ms帧之间用户的数据容量可变。 5.WCDMA在上下行链路均利用导频相干检测，扩大了覆盖范围。WCDMA空中接口包括先进的CDMA接收机，它利用了多用户检测和自适应智能天线技术，这些手段可以较好地提高系统覆盖和容量。 6.WCDMA允许不同Qos要求的业务进行复用。 7.WCDMA系统允许与GSM网络共存和协同工作，支持系统间的切换。 8.WCDMA在上行传输信号的包络中无同期性分量，故右避免音频干扰。 另外WCDMA 标准由第三代合作伙伴组织(3GPP)制订，目前有R99、R4、R5 三个版本完成定稿，正在进行R6版本的制订工作。每个版本都有独特的性质，其标准规划清晰，制定严谨。 .成熟、稳定的R99。目前在全球已经安装和试开通的WCDMA 网络都是基于这1 个版本的。其最大的特征在于网络结构上继承了GSM/GPRS 核心网结构。与GSM 不同的是在无线接入网部分引入了全新的无线接口WCDMA，并采用了分组化传输，更有利于实现高速移动数据业务的传输。在接口方面引入了基于ATM的Iub、Iur和Iu 接口，该版本功能在2000年3月份被确定，目前标准已相当完善。 2.支持先进核心网络的R4。R4 在核心网电路域部分针对R99 基于TDM 的电路核心网进行了很大改进，提出与承载无关的电路交换网络BICSCN 的概念。R4电路域由MSCServer、GMSCServer、MGW 等实体组成，各实体之间提供标准化的接口;信令可使用IP 承载;语音分组化实现了网络带宽动态分配，并且对带宽要求有所下降。 11 3.全面IP 化的R5。 R5 在接入网部分通过引入IP 技术实现端到端的全IP化。这些技术包括HSDPA(高速下行分组接入，其峰值数据速率可高达10Mb/s，时延更小)和UE 定位增强功能(更多的支持定位业务的实现手段)。特别是在R5 阶段引入了IP 多媒体子系统(IMS)，叠加在分组域网络之上，由CSCF(呼叫状态控制功能)、MGCF(媒体网关控制功能)、MRF(媒体资源功能)和HSS(归属签约用户服务器)等功能实体组成。R5 在业务方面除原有的CAMEL、OSA 之外，新支持SIPAS。 4.面向运营商新需求的R6。 R6 完成时间尚未确定，目前计划的R6主要特性包括:UTRAN和CN传输增强，无线接口增强，IMSphase2，Presence，Push 业务，多媒体广播和多播MBMS，LCS、MMS、MeXE、紧急呼叫等增强，数字权限管理DRM，WLAN,UMTS互通，优先业务，通用用户信息GUP，网络共享，不同网络间的互通。 3.3 WCDMA的应用现状及发展探讨 截至2008年6月，全球WCDMA用户数已经突破2.5亿，有91个国家部署了211张WCDMA商用网络，占3G网络总数的72%。在中国发牌前，亚洲地区共计拥有12张WCDMA牌照。作为WCDMA技术发展的代表性国家，日本和韩国在WCDMA的发展和应用上起到了先锋作用，但是欧洲用户数已超过亚太地区。 日本的NTTDoCoMo是全球第一个发展3G的运营商，也是目前全球提供WCDMA技术的最大的3G移动服务运营商。韩国是全球3G业务发展最快的市场之一，韩国三大运营商SKT、KTF和LGT都推出了3G业务。尽管SKT和KTF获得的是WCDMA的运营许可证，并且也在2004年年初推出了商用业务，但是目前他们仍以CDMA2000的业务为主。 欧洲市场的商用网络部署更加突出。截至2007年底，欧洲就已经累计部署了111个WCDMA商用网络、96个HSDPA商用网络和18个HSUPA商用网络。一些运营商的WCDMA网络已经形成相当规模，T-Mobile在德国的WCDMA网络覆盖率超过50%，Vodafone在英国的WCDMA网络覆盖率达到40%，而Telefónica在瑞典的网络覆盖率达到了75%。2010年底，全球3G用户数将接近8亿，其中使用WCDMA的用户数将占到用户总数的75%。西欧的发展尤其令人瞩目，新增移动用户中WCDMA用户超过30%。 最早进入WCDMA领域是爱立信、摩托罗拉等国外设备商，凭借卓越的研发和市场化能力，他们赢得了WCDMA第一桶金。随后，从R99版本到HSPA，WCDMA技术经历了巨大的变化，在这一过程中，中国制造商拥有了后发优势。 综合2007年以来的公开信息，伴随中兴、华为等国内设备厂商的快速崛起，部分传统优势厂商正在逐步衰落。除了北电、摩托罗拉之外，阿尔卡特朗讯和诺基亚西门子在欧洲的传统优势供应商地位也正在遭受国内设备商的挑战。在比利时等 12 地，华为替换了阿朗的WCDMA;罗马尼亚运营商Zapp、巴西最大运营商BrT则选择了中兴作为UMTS网络建设的合作伙伴。 据Gartner统计数据分析，2007年中兴通讯无线新增合同全球第一，GSM出货量同比增长300%，WCDMA系统2007年至2008年间获11个正式合同，其中4个来自欧洲市场。华为方面则表示，公司2007年无线收入达70亿美元。这一成就的取得很大程度上得益于后发优势。 中国联通此次建设WCDMA网络，仍将首先给国内企业带来机会，同时也将带动WCDMA运营中心向亚洲回归。中国联通2008年7月开始的试验网建设。在上海、深圳、佛山、柳州、郑州、保定、无锡和武汉八地各进行约100个基站规模的外场测试。“中国联通移动通信网升级改造项目”将在全国超过200个城市实施。首批招标规模将在7万基站左右。 在2009年的最后一天，中国联通宣布，经过系列网络验证及大量业务验证测试，WCDMA网络二期建设的7省(区)50个城市均已具备正式商用条件， 50个城市近日启动3G正式商用，对外向公众放号。目前，中国联通WCDMA网络已经覆盖了我国335个大中城市，基本覆盖全国地市级以上城市(除西藏5个地市以外)、交通干线和重点旅游景区，网络质量较为理想。 从获得3G牌照到现在，中国联通WCDMA网络的建设速度、网络规模已双双创下全球第一。而此前，中国联通还创造了WCDMA网络建设和业务开通时间的全球最快纪录。 除了建设网络外，正式商用以来，中国联通推出了手机上网、手机电视、可视电话、手机音乐等3G业务，受到消费者青睐。中国联通还在京发布了“乐媒”业务，该业务创新了传统彩信业务的编辑发送模式，将多媒体内容编辑和发送融为一体，优化了文本、图像、音频和视频多种媒体信息的相互分享，比传统彩信操作更加便捷。据了解，目前已有约30款主流WCDMA 制式3G手机支持“乐媒”。这 [10]一业务在此时推出，对于3G业务节日市场的开发意义非凡。 13 4. 3G主流技术标准之TD-SCDMA 4.1 TD-SCDMA概述 TD-SCDMA的全称是Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access,即“时分同步码分多址技术”,该项通信技术也属于一种无线通信的标准技术,它是由中国第一次提出并在此无线传输技术(RTT)的基础上与国际合作,完成了TD- SCDMA标准,成为CDMA TDD标准的一员,这是中国移动通信界的一次创举,也是中国对第三代移动通信发展的贡献。在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中,中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一,这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。该方案的主要技术集中在大唐公司手中,它的设计参照了TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。 TDD模式是基于在无线信道时域里周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下,可以方便地实现上/下行链路间的灵活切换。这一模式突出的优势是,在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变,以满足不同的业务要求。这样,运用TD-SCDMA这一技术,通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。 TD-SCDMA的无线传输方案灵活地综合了FDMA,TD-MA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合,它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线,容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰,并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务性,TD-SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器(RNC)连接到交换网络,如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里,计划让TD-SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。 TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的,它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率,可支持速率从8kbps到 [11]2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。 14 4.2 TD-SCDMA的技术特点 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:在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155MHz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试验网的成功试运营，也进一步加速了TD-SCDMA的产业化及商用进程。 TD-SCDMA的主要技术特点为: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;接受机和发射机采用软件无限电技术;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，并保持与他们的兼容性;基站间采用GPS或者网络同步方式，降低基站间干扰。 下面我们就TD-SCDMA某些技术特点作具体分析和研究: 1.智能天线技术 智能天线是由若干空间分隔的同心圆形天线阵列组成，每个天线的输出通过多输入接收机组合在一起，本质上，它是采用数字波束成型技术的自适应天线阵。其突出优点呈现在二个方面:第一，可增加系统容量及覆盖范围，借助有用信号和干扰信号在入射角上的差异，选择恰当的合并权值，将天线阵列方向图主瓣对准和自适应跟踪接收信号，而旁瓣或零陷对准主要的干扰信号，从而可有效地抑制干扰，更大比例地降低频率复用因子;第二，可减少多径效应，智能天线波束成型算法可将多径传播综合考虑，克服了多径传播引起数字无线通信系统性能的恶化，从接收角度看，基站利用智能天线对来自移动台的多径电波方向进行波达方向(DOA)估计，并进行空间滤波，也成为上行波束成型，可抑制其它移动台干扰和多径干扰。 智能天线的现存问题主要有2个。 第一，在高速移动环境下，性能受到影响。移动通信本身是一个时变信道，终端用户具有移动性，由于智能天线是由接收信号对上下行波束成型，因多谱勒频移特性要求TDD的周期不能太长。例如，当移动用户速度达到，100 Km/h时，其多谱勒频移接近20 Hz，用户端在10 ms内的位置变化达到28 CM, TD-SCDMA工作在2GHz频段，已超过一个波长，这对下行波束成型将带来较大误差。为此，就要将下TDD周期至少缩短一半，使收发间隔控制在子帧5 ms内，否则，无法保证智能天线的正常算法功能。 第二，在PLMN中，智能天线只能克服一个码片间隔内的多径干扰，而无法克 15 服一个码片时间外多径时延引起的干扰。 2.同步CDMA技术 同步CDMA指上行链路各终端用户信号与基站解调器要求完全一致，其同步功能通过软件设计和物理层帧结构设计实现。具体的实现是根据一定算法由基站向终端用户发送一个“同步移动指令”。同步CDMA技术可让使用正交扩频码的各个 址码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，从而克服了异步CDMA多技术存在的问题，大大提高了CDMA系统的容量和频谱利用率。 同步CDMA技术的问题在于，系统对同步要求非常严格，上行同步要求为，1/8 Chip宽度，网络同步要求为5 us。此外，在移动环境下实现严格同步存在难度，特别是高速移动环境中，基站到用户的电波传播时间不断变化，实现严格同步更加困难。 3.联合检测技术 联合检测技术(JD)是在多用户检测技术(MUD)基础上提出的，TD-SCDMA首次在CDMA上采用JD，实现了智能天线与JD技术的有机结合。由于TD-SCDMA采用低码片速率，扩频增益较小，为了更好地解决智能天线主波束内多用户干扰问题和克服多径时延干扰问题，TD-SCDMA引入JD算法。JD算法的核心问题是利用智能天线空域滤波的结果、小区内用户的已知信息、信号估计的结果，对小区内所有用户信号数据进行联合检测，以得到多个用户的数据信息，从而提取有用用户信息，并利用所有用户的信道编码和信道信息，消除符号间干扰(ISI)和用户间多址干扰(MAI )。 JD通过最小化MAI，分别允许每个载波高业务负载因子和每兆Hz的高数据吞吐量。从降低干扰看，JD具有提高系统容量,覆盖范围以及减少“呼吸效应”和远近效应等优点。 但是，JD运算f很大，并且仅消除了小区内的干扰。由于相关技术因素和成本限制，目前，JD仅能在基站内实现。 .软件无线电技术 4 软件无线电技术的基本概念是高速A/D , D/A转换器硬件功能尽可能依靠天线来处理，芯片硬件上的功能由软件定义，从而采用软件编程实现专用芯片的特定功能。由于TD-SCDMA的TDD模式和低码片速率(1.28 Mchip/s )，使数字信号的处理量大大降低，适合于基站和终端采用软件无线电结构，所有基带数字信号处理采用软件很方便。其最大优点首先是在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，针对不同的功能采用不同软件来处理，由于软件价格比高速硬件芯片低廉得多，可大大减少终端用户费用和系统基站成本;其次，当系统欲增加新功能时，可应用软件升级实现，因而具有高度的灵活性和可编程性，能实现多模式通信系统的无缝连接;最后，采用该技术，在了TD-SCDMA系统中可实现智能天线、同步检测和载波恢 16 复等功能。有待进一步解决的问题是多功能软件的开发和应用。 5.动态信道分配技术 动态信道分配(DCA)指所有信道资源设置于中心存储区内，根据小区之间和本小区内的干扰情况，按照一定定算法，利用剩余信道资源进行信道分配和调整，可有效分配空、时、频、码信道资源。由于能较好地避免干扰、使信道重用距离最小化，提高了系统容量。并且，该技术能很好地适应3G多种业务的需要，特别是高速率的上、下行不对称数据业务和多媒体业务。 DCA应用上的问题在于计算和控制的复杂性，当系统负荷很高时，DCA的效率不如固定信道分配(FCA)。此外，如存在剩余信道资源不足时，DCA也无法发挥作用。 4.3 TD-SCDMA的应用现状及发展探讨 自2001年3月3GPPR4发布后，TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成。在R4标准发布之后的两年多时间里，大唐与其他众多的业界运营商、设备制造商一起，又经过无数次会议讨论、邮件组讨论，通过提交的大量文稿，对TD-SCDMA标准规范的物理层处理、高层栈消息、网络和接口信令消息、射频指标和参数、一致性测试等部分的内容进行了一次次的修订和完善，使得到目前为止的TD-SCDMAR4规范达到了相当稳定和成熟的程度。 2008年1月，中国移动在中国北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门、秦皇岛市建成了TD-SCDMA试验网;中国电信集团公司在中国保定市建成了TD- SCDMA试验网;原中国网络通信集团公司(现中国联合网络通信集团有限公司)在中国青岛市建成了TD-SCDMA试验网。4月，中国移动在中国北京、上海、天津、沈阳、青岛、广州、深圳、厦门、秦皇岛和保定等10个城市启动TD,SCDMA社会化业务测试和试商用。 TD网络的技术成熟得较快 ，但是TD手机的发展却成为了影响TD发展的瓶颈，分析人士指出:“目前来说,如果就厂家本身来说,数量已经不少了,但是缺乏受消费者欢迎,又能够确保质量的手机,另外手机价格明显偏高。”，所以解决手机的瓶颈,是移动的一个很大的任务。 由于外资手机品牌均为跨国企业，同时也是WCDMA和CDMA2000的专利持有者，因此他们不情愿研发TD-SCDMA手机，也就造成了目前中国TD手机大部分为国产机的现状，同时这也阻碍了TD-SCDMA手机的快速成熟。 但是外资手机企业要想在中国发展，就必须支持TD手机，一方面因为有中国政府的支持，有大量的TD扶持政策。另一方面，中国移动拥有庞大的手机用户群，占据了较大的市场份额，再加上中国移动拿出巨额的资金来支持TD终端的开发， 17 因此也吸引了不少终端生产商。 随着中国移动拿出巨额资金的支持，许多国外的手机生产商已经纷纷加入了TD手机研发生产的行列，TD手机的种类已经大幅度的增加，但目前还是以价格较为昂贵的中高端机型为主。中国移动也在调整政策鼓励手机制造商，生产价格较为便宜的中低端手机，以抢占更大份额的市场。 2009年1月7日，中国政府正式向中国移动颁发了TD-SCDMA业务的经营许可，中国移动也已经开始在中国的28个直辖市、省会城市和计划单列市进行TD-SCDMA的二期网络建设， 2009年6月建成并投入商业化运营。该公司计划在今年，TD-SCDMA网络能够覆盖中国大陆100%的地市。由于TD- SCDMA独有的技术优势和政府的大力支持,从技术、频率、制造商、运营商多角度分析,中国TD-SCDMA产业面临良好的发展机遇,TD-SCDMA必将在3G中占有一 [12]席之地。 18 5. 3种主流技术标准的比较 5.1 三种标准的主要优劣势分析 CDMA2000的优点主要是产品成熟度较高，近期建网成本可能稍低;其次非核心频段的产品已大规模商用，有成熟的组网经验，网规网优也比较容易;CDMA2000 1x商用终端种类较多，已经超过300种。CDMA2000也有缺点，这主要包括:第一、将来的规模效应小;第二、全球漫游能力有一定的局限性，尤其在欧洲;第三、核心频段上的产品尚未成熟;第四、必须采用GPS同步，所以存在一定风险。 WCDMA的优势首先是规模效应大，全球漫游能力强，因为GSM网络用户占移动用户的70%以上，116家获得3G牌照的运营商中的绝大多数(114家)选择了WCDMA;第二，WCDMA已有核心网基于R4软交换构架的商用产品，向全球IP网络演进的路线明确;第三，WCDMA可以采用异步和同步方式，风险小。WCDMA的劣势主要表现在:第一，标准和产品成熟度较低，版本更新频繁;第二，目前商用终端10种左右，相对较少，并且互操作性有待印证;第三，目前商用用户较少，市场有待进一步培育。 TD-SCDMA 技术的优点是能够为网络运营商提供从第二代网络向现有的传输链接提供第三代业务网络的渐进、无缝的转换，因为码分多址、智能天线、移动电话与基站之间的互同步和现在所有的利用先进的硅工艺以物理方式实现的联合检测等高级功能，频谱的利用率可能会比普通GSM高出3到5倍，这些技术优势将会给运营商和终端OEM带来较以往更连贯的经营模式，并能够缩短类似3G业务的面市时间，促进应用和内容的开发。作为ITU-T接受的低码片率TDD世界级标准，能够在一个移动连接过程中大幅度地调节分配给上行链路和下行链路通信的时间比例，是TD-SCDMA 的一个独一无二的性能。这种特性可以最大限度地提高频谱的利用率，这对于移动互联网应用迅速增长、频谱资源比较宝贵的亚太地区尤为重要。另外，与WCDMA和CDMA2000共享的频分双工FDD模式不同的是，TD- SCDMA所用的时分双工TDD技术是国际电联选用的3种3G标准中唯一的TDD技术，TD-SCDMA组网可以采用TSM和LCR两种方式。这使TD-SCDMA在某种程度上具有不可替代的优越性，它不是其他制式的补充。TD-SCDMA无线接入网可部署在现有的GSM核心网基础上，这种方式已由CWTS制订为TSM标准。TSM可以采用混合组网和独立组网两种方式。TSM混合组网时，其核心网设备使用现有 19 的频带宽度窄，不能充分利用多径，降低了系统效率，实现软切换和软容量能力较 [13]困难。而且，TD-SCDMA系统要精确实，小区间保持同步，对定时系统要求高。 5.2 三种标准的各种性能的比较 1.稳定性 在标准稳定性的方面,WCDMA标准由3GPP组织制订,目前已经有四个版本,即R99、R4、R5和R6,其中R99版本已经稳定,目前处于完善过程中它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术,核心网分为电路域和分组域,分别支持话音业务和数据业务,并提出了开放业务接入(OSA)的概念,目前的设备多基于R99版本,最高下行速率可以达到384kbit/s。R4版本是向全分组化演进的过渡版本与R99比较其主要变化在电路域引入了软交换的概念,将控制和承载分离,话音通过分组域传递,另外,R4中也提出了信令的分组化方案,包括基于ATM和IP的两种可选形式。R5和R6是全分组化的网络,在R5中提出了高速下行分组接入(HSD-PA)的方案,可以使最高下行速率达到10Mbit/s,目前标准仍在制订中。 CDMA2000标准由3GPP2组织制订,版本包括R0、RA、EV-DO和EV-DV,R0的主要特点是沿用基于ANSI-41D的核心网,在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体,此版本已经稳定。联通已经开通的CDMA二期工程采用的就是这个版本,单载波最高上下行速率可以达到153.6kbit/s。RA是R0的加强,单载波最高速率可以达到307.2kbit/s,并且支持话音业务和分组业务的并发。EV-DO采用单独的载波支持数据业务,可以在1.25MHz标准载波中支持平均速率600kbit/s、峰值速率为2.4Mbit/s的高速数据业务,到EV-DV阶段,可在一个1.25 MHz的标准载波中,同时提供语音和高速分组数据业务,最高速率可达3.1Mbit/s。 TD-SCDMA标准也由3GPP组织制订,目前采用的是中国无线通信标准组织制订的TSM标准,基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TD-SCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备,其A接口和Gb接口与GSM完全相同,只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足,特别是在高密度用户区容量不足的问题,另一方面可以为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务,所以基于TSM标准TD-SCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TD- SCDMA将融入3GPP的R4及后续标准中。 2.系统性能 系统性能主要表现为系统容量和覆盖,对于蜂窝系统来说,单纯从理论上计算单小区的容量是没有实际意义的,只能作为参考,必须从蜂窝组网的情况来考察,一般系统容量可以通过系统仿真和实测来获得,下面主要对这两个方面进行比较。首 20 先是容量。在讨论无线系统的容量时,不能脱离具体的业务和无线环境,因此在采用CDMA技术的系统中,空中接口的容量与业务的Eb/IO(比特能量与干扰功率密度之比)、增益处理、其它小区的干扰、基站发射功率和信道码的数量均有关系,下面分别说明对于话音业务和高速分组数据业务,三种技术的容量差别。对于话音业务,由于三种系统载波带宽不同,一般比较单位带宽内的平均容量。虽然不同公司在进行 但是WCDMA和CDMA2000的结果相近,TD- 系统仿真时设定的条件不完全相同, SCDMA也没有大的差别。对于数据业务容量,一般用系统的单位带宽内的数据吞吐量来表示,3G引入了多种速率的数据业务,即使是对同一系统,不同的业务组合也会产生不同的数据吞吐量。一般对数据吞吐量的比较都针对同一小区内用户均使用相同速率的数据业务,从仿真的结果看,对于中低速数据,WCDMA以和CDMA2000是基本相当的,但是WCDMA做在高速数据业务上具有优势。TD-SCDMA由于其技术特点,在理论上具有较高的频谱效率,适合提供数据业务,但还需要得到更多试验的验证。其次是覆盖。基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般通过上下行链路预算,来估算基站的覆盖范围,在相同的频带内,WCDMA和CDMA2000的覆盖基本相同。由于TD-SCDMA采用TDD方式,在覆盖上要逊于采用FDD方式的其它两种技术。总之,WCDMA和CDMA2000同为FDD的CDMA技术,技术上没有本质差别,许多仿真和现场试验结果反映系统性能基本相当。TD-SCDMA与其它两种技术有较大差别,要做更多的仿真和试验验证其性能。 3.业务提供能力 目前业务的竞争已经成为现有运营商的竞争焦点,对于新的移动运营商也不例外,只有能够提供全方位的大众业务和特色业务,才能更多地争取用户,提高竞争力。3GPP和3GPP2都对业务分类和业务生成机制进行了规范,在业务种类方面二者基本相同,包括基本话音业务、补充业务以及多种数据业务。在业务生成机制方面, 3GPP中定义了多种业务生成机制,例如基于网络的OSA和用户化应用移动网络增强逻辑、移动执行环境和USAT等。这些机制都着眼于能使运营商方便快速地提供业务,并本着业务的提供和基础网络相分离的原则,使得业务可以由运营商以外的第三方提供,在业务和网络之间采用开放的标准接口,业务的开发主要由IT开发人员来完成,运营商负责网络的运营和对众多的业务提供商的组织和管理。3GPP2也提出了相应的业务理念,在智能网方面有WIN规范,在开放业务体系方面,目前并无相关规范,打算采用3GPP的OSA概念。所以3GPP2在开放业务体系方面起步较晚,没有3GPP完善。 4.设备成熟度 设备成熟度是运营商建设网络要考虑的一个重要因素,它关系到网络运行的稳定性、可靠性。从目前的情况看,CDMA2000是最成熟的,尤其在终端方面,商用终端种类达到一百多种(使用频段在800MHz,1.9GHz),用户可以有更多的选择。 21 CD MA2000已经在韩国、日本、美国、加拿大等国家运营。WCDMA的系统产品也基本成熟,终端仍是开展业务的瓶颈。据统计,到今年9月份为止,全球共有312张3G网络,而其中WCDMA在55个国家和地区中有所建树,网络总数量已经达到122个。目前不论在系统还是终端方面,TD-SCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和CDMA2000,还缺少网络规划和测试的工具。 5.漫游能力 良好的全球漫游能力有利于与其他运营商的合作和吸引高端用户,影响漫游能力的主要因素包括运营商的采用情况、使用频段以及信令的互通性。 从运营商的选择看,虽然CDMA2000的商用早于WCDMA和TD-SCDMA,而且应用范围也较广,但是从全球主要运营商的选择来看,80%的运营商选择WCDMA技术,这就为WCDMA的漫游能力提供了良好的发展机会。 从使用的频段看, CDMA2000多采用带内演进的方式实现,即多数运营商使用CDMAOne的800MHz频段,WCDMA多采用ITU规定的2GHz频段。在我国,信息产业部已经公布了3G的频率规划,可以看出,对于FDD和TDD方式都是首先启用2GHz频段。 从信令互通性看,在核心网方面,WCDMA基于GSM的移动应用协议(MAP),用户识别使用和GSM系统相同的IMSI(国际移动用户识别),实践证明具有良好的互通性。CDMA2000采用基于CDMAOne的ANSI-41协议,用户识别使用基于MIN的IMSI,虽然在技术上实现互通不成问题,但要对系统进行升级,实践证明这些都影响了漫游能力。 [14]TD-SCDMA目前商用网络几乎为零,其漫游将有赖于多模终端的出现。 5.3 运用不同标准的三大运营商优劣势分析 1.中国联通 3G时代，中国联通获得了公认的最好的标准WCDMA，该标准的优势已经不必多说，国外商用多年，建网经验丰富，上下行数据传输速度最快，产业链非常成熟，手机终端有1800多款，全球最大的手机销售商诺基亚的所有高端手机都是该种制式的。 中国联通已在215个国家和地区开通WCDMA的国际漫游，国内3G网络城市覆盖年内将达335个，无线上网速度下行峰值达到7.2M/秒、上行峰值5.76M/秒，是国内无线上网速度最快的3G网络。同时，手机上网、手机音乐、手机电视等众多成熟的 3G业务也已全面上线。 中国联通面临的问题可能大多是其自身的问题:联通网通重组，内部员工矛盾重重;联通的品牌在大家的印象中就是低端品牌，能不能扭转形象是3G时代能否成功的关键。联通的组网能力和网络优化能力在2G时代被证明是大大落后于中国 22 移动的，而3G在技术上拼的就是运营商的组网和网络优化的能力。 2.中国电信 中国电信强大的宽带市场占有率使得其可以随意的进行宽带移动捆绑营销。其几年前的光纤数量就已经达到现在中国移动的光纤数量，强大健全的接入网为中国电信的3G网络发展提供了全面的帮助。中国电信在集团客户市场占有率达到了95%以上，成熟的客户管理体制和客户经理团队将使得他们在推广业务时得心应手。 0另外，中国电信在三家运营商中首先打出单向收费牌。中国电信宣布，自201年10月1日起，新加入“我的e家”“商务领航”和天翼商旅套餐的客户，在全国31个省区市范围内接听免费。据中国电信相关部门负责人介绍，为实现手机用户全国接听免费，全集团历时半年，在全网范围内对IT业务支撑系统进行了高效整合与升级改造，对移动网络进行持续完善与优化。目前绝大部分省(市、自治区)将于10月1日起实现新老客户同时享受接听免费的优惠，因工程进度原因，个别省份也于11月1日起为老客户提供接听免费优惠。为了配合此次行动，中国电信还陆续推出了70余款千元3G天翼手机，供用户选用新套餐时选用。 中国电信有较好品牌效益与较强核心平台能力。虽然“天翼”品牌初露头角，但要真正实施全业务综合信息服务及构建优质、完善、有效的CDMA网络，无论从资金投入至网络优化、终端与应用吸引力、尽快遏制住C网用户流失及实施有效增长以及有效利用CN2平台、加强开放性及创新业务模式、确立与快速扩展等方面，还有很长的路要走。此外，数字集群有效发展策略的确定，还要妥善处理好公网、专网、共网关系，应急通信保障、数字城市发展策略，企业效应、社会效益、政治责任关系等方面的问题。 3.中国移动 中国移动的3G网络采用的是中国自主创新的TD-SCDMA技术，业务品牌为“G3”。作为一项国产技术，TD的发展得到了国家的大力扶持，是国内最早投入运营的3G网络。 从2G时代以来，对手机终端实施补贴一直是中国移动黏住旧客户和开拓新客户的重要手段。进入3G时代后，该手段将大规模移植到3G手机上。中国移动内部人士曾对媒体证实，随着TD-SCDMA网络的完善，为了发展用户，从明年起，中国移动将大幅度减少 2G手机终端补贴，并将相关补贴转移到3G手机终端补贴上。除了透过话费补贴手机终端的销售，中国移动还透过对TD手机的研发成立基金来弥补 TD产业链上的缺陷。 TD-SCDMA试商用已取得快速进展，中国移动亦已明确提出TD-SCDMA与FDD-2G网络平滑衔接与融合组网，但双网有效互操作，TD终端的品种、质量、性能、价格，TD网络整体质量与稳定性，TD系统发展的产业链与国际化依然面临 23 较严重挑战，尤其是双网融合的有效互操作直接影响用户对TD的接受度。此外，中国移动缺乏有力的宽带核心平台支撑能力及对家庭及企业宽带视频用户的吸引力，未来快速推进全业方IP化与宽带化、多媒体化均面临较严重挑战。 3G牌照发放后，移动获得的是现在技术最不成熟，产业链最不健全，终端几乎没有的TD-SCDMA牌照。目前移动面临的困境也基本在这三个方面，技术上，现在的TD-SCDMA面临着寻找同步信号会消耗大量的电池电力，导致3G终端几乎得每天充一次电;灵活的上下行带宽分配虽然具有一定的优势，也导致了下行带宽占用了大量上行带宽，使得下载速度虽然能满足要求，可是需要上传带宽的网页浏览服务却慢得和蜗牛一样。另外，同频干扰导致目前三期工程需要对基站进行重新选址。相比于技术上的不足，目前TD在产业链和终端方面已经有了很大的改善，虽然诺基亚推出TD手机的时间一拖再拖，但是多普达、三星、LG等大产商对TD终端的大力支持使得TD的发展出现了曙光。 虽然TD目前仍然有这样那样的问题，但是中国移动强大的品牌优势，业务规模和组网优化能力能很好的弥补这样那样的不足，相信在中国，有可能把TD技术做好的运营商也只有中国移动一家了。经过几年来中国移动在TD上的大力投入，经过三期建设的北京、广州、上海等城市的网络状况已经有大幅度的好转，网络基本稳定，下载速度也一般能控制在120K/S，如果能将浏览网页慢的问题解决掉，以中国移动的品牌优势和资金优势以及政府的大力支持，相信TD的前景必然非常美[15]妙。 24 6. 中国3G时代的现状和发展前景 6.1 3G服务的市场“围城” 中国进入3G时代已三年了，但总体上看，3G网络服务并没有广泛地得到中国消费者的认可。据一份最新抽样调查显示，3G使用率最高的是15,30岁年龄段，也仅3,，而且使用者中还有超过一半的人对其服务有诸多不满，有放弃继续使用倾向。这折射出3G在国内市场“叫好不叫座”的现状。 从国家角度讲，3G的推广本身不仅仅是电信行业的事情。通过通信网的基础建设，就业、原材料的消耗等等都会被相应带动起来。但是，仅仅从3G的市场推广角度来说，三种牌照并存并非是件好事。不同的3G制式对应不同的终端，需要不同的网络，而网络之间却难以融合。这个给用户会造成很大的麻烦。 事实上，从发展趋势看，4G迈入中国电信市场的时间不会太久，留给3G推广的时间已不多了。监管部门和运营商要让3G推广更快地跨过市场鸿沟，必须尽快消除当前制约3G服务的三大因素。 另外资费门槛较高。在调查中，对于不使用3G 的理由，过高的资费是排在首位的。从中国移动3G网络服务费结构来看，与2G标准的GPRS网络服务相比，3G的资费套餐价格基本相同，但是超出套餐的资费则要高出10倍。而现行3G的主流潜力用户群又是以学生为主的年轻人，大多数没有收入来源或者收入不高，他们之中绝大部分没有经济实力支持使用昂贵的3G网络服务。中国联通资费面对同样问题。从中国联通公司的无线上网资费套餐中，可以发现其流量价格比基本与中国移动公司的流量价格比相近，而超出流量的费用要少一些。综合来讲，并没有太大优势。同时，在于3G网络潜在用户群——青年人、学生中，选择中国联通的并不多。这也导致联通很难拓宽3G市场。可见，资费问题是3G推广中的一个重要瓶颈。了解3G甚至有可能需要使用3G的人群无法承担3G服务的价格，这使得3G服务在大陆市场的推广速度缓慢，三年的时间内，没有沉淀出稳定的3G网络使 [16,17]用人群。 6.2 3G带来挑战的应对策略 在目前的态势下，国内每个通信设备商都面临着巨大的商机和严峻的挑战。3G网络设备的生产，要远比2G复杂得多。目前在3G网络设备方面，虽然国产设备与国外设备在整体性能上差距已经微不足道，但是在某些领域，目前国产设备和国 25 外进口设备的还存在不小的差距，这主要源于3G主要的核心专利都被国外厂商所掌控，以及国产设备普遍缺乏大规模的试验网来验证设备性能、提高设备稳定性。同时，激励竞争的市场形式迫使通信设备商做研发，只有通过研发上的大量投入，设备商才能提供更高端的解决方案以满足客户需求，在3G时代这种情况尤为突出，这对设备商的技术创新能力是巨大的挑战。 国内通信设备厂商应注重核心技术突破，不断创新;加强合作，分享价值链的利益;在通信产业链上，加强纵向横向合作，实现竞争双赢;实施全球化战略，打造品牌效应，积极参与全球市场竞争的大跨度战略调整，实施全球化战略。3G时代的来临，无疑给在2G时代中错失机遇的国内通信设备厂商带来了巨大的机遇和严峻的挑战。不断根据市场变化来调整思路，努力打造核心竞争力。实施全球化战略，国内通信设备商才能迎接挑战，把握机遇，成为这个在市场的真正的主导者和 [18,19]引领者。 6.3 中国3G的发展前景 1. 3G将成为中国通信行业发展新动力 3G市场的启动将拉动国内通信设备制造、终端以及通信业务等行业的发展。由于国际金融危机的影响，2008年下半年我国通信产业受到严重冲击，尤其是设备行业收入和利润双双下降。3G市场的启动拉动了国内通信设备、建网和终端的需求，这种拉动作用已经在2009年上半年显现，未来几年还将持续。 3G业务的增长将为行业持续平稳发展作出重要贡献。3G业务将带动基础电信运营企业的业务收入保持快速增长。预计到2012年，中国移动业务收入将达到6(9亿元，其中25,将来自3G业务收入。在移动业务收入增速放缓的情况下，3G业务的启动将带动移动业务整体收入的不断上升。 2. 3G将成为提升我国信息化水平的新引擎 在产业升级的背景之下，两化融合已经成为业界创新的方向和驱动力，而3G市场的适时启动将成为这一趋势的新引擎。目前三大运营商均非常注重发挥固网、宽带、移动等多种业务的融合优势，推出基于移动互联网、移动固定融合的综合信息应用，以提升信息化产品的提供能力，并结合自身网络建设进度和产业链成熟度，逐步完善面向集团客户的综合信息化服务。 26 大力推广基于3G的行业信息化应用，提升企业的信息化水平，促进两化融合，将成为3G市场发展的重心。尤其是在国家提倡面向工业生产和商贸流通等重点行业和企业、引入感知网等最新技术的大环境下，基于3G网络打造移动化综合信息服务平台，实现产供销信息的流动和共享，提高市场信息的效率，促进制造业、物流、服务业等产业的信息化进程，必将使3G成为推动我国两化融合的新引擎。 3.突破终端瓶颈，用户将大规模发展 目前用户对3G服务认可度不高，终端款数不多、价格偏高是影响3G发展的主要因素，尤其是终端瓶颈突出，已经成为三家运营商3G发展的共性问题。 三家运营商均已在终端环节大力投入，尤其中国移动和中国电信，通过终端补贴、集中采购等策略，集中力量突破终端瓶颈;此外，具备CMMB手机电视功能和WiFi/WAPI功能的3G终端将在2010年开始规模上市，在2010年中国3G终端市场取得了良好的收效。因此，从2010年开始，中国的3G市场将进入快速增长阶段，预计到到2012年3G用户总数将达到2.44亿。 4. 手机终端用户比例将逐渐提高 中国3G市场处于起步阶段，三家运营商的3G网络覆盖和质量还不完善，3G手机终端款式较少、价格偏高，这些因素导致运营商在3G发展初期倾向于主推移动宽带接人业务，利用简单的数据卡和上网本等3G终端吸引用户。目前中国3G移动宽带接入用户约占中国3G用户总数的57,左右。 但移动宽带接入用户对网络资源占用率很高，少数用户往往占用大部分的网络资源，从而影响其它3G用户的业务质量。移动宽带接入用户的比例过高将影响3G市场的正常发展。从国际市场经验来看，移动宽带接入用户约占3G总用户的10,左右。因此，随着终端瓶颈逐渐被打开，运营商的发展重点将逐步由发展数据卡用户转移到发展手机用户，刺激用户通过手机终端使用3G网络，限制以数据卡为终端的移动宽带接入用户的发展势头，从2010年下半年开始，3G手机用户的比例已 [20,21]逐渐提高，而移动宽带接入用户的比例将逐渐下降。 中国的3G发展的道路将不会是一帆风顺的，需要各方共同努力,这样中国的通信事业的路才会越走越远! 27 谢 辞 大学四载，一朝挥别，昔事今忆，欲诉忘言。经过几个月的查阅资料、整理材料、写作，今天终于顺利完成了论文。四年的努力与付出，随着本次论文的完成，终于让大学生活得以划下完美的句号。此刻，我的心中感慨万千，但最想表达的还是对老师们和同学们的感激之情。 首先，我要感谢导师李丹老师，因为在我完成论文期间得到了李老师的精心指导。从开题到论文的完成无不凝聚着李老师的心血，她在百忙之中抽出大量时间来指导我，初期指引我写作的方向，并为我查阅了一些相关文献，中期为论文检查并修改，后期确定论文。论文得以完成，李老师功不可没。写作期间，李老师给了我无尽的启迪，除了佩服她的专业知识外，她严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风也将会是我工作学习的榜样。 另外，我要感谢同学们的帮助与支持，是他们一直陪在我的身边。在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，给我提出了很多宝贵的意见，让我受益匪浅，我们一起学习，交流和讨论，论文的完成也包含了他们的汗水。更要感谢大学期间的各位任课老师，是他们的认真负责与无私付出，才让我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成论文。 最后，感谢那些在百忙之中能抽出宝贵时间来批阅我的毕业论文及参加我的毕业论文答辩的老师，辛苦你们了～ 总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，即为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。 再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们。 28 参考文献 [1]王惠，宁华华.浅谈3G通信技术的发展[J].电脑知识与技术，2009，20:396-397 [2]丁顺.浅谈3G技术特点及其应用前景[J].黑龙江科技信息，2009，13:12 第三代移动通信3G技术解析[J].石家庄铁路学院学报，2010，9:[3]刘佳，王军峰. 3 [4]许玮. 3G技术在移动通信中的发展研究[B].中国电子商务，2010，10:281-282 第三代移动通信技术与业务(北京:人民邮电出版社，2005:20-25 [5]罗凌，陆冰. 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