第三代移动通信系统(3G)的发展特点及其关键技术

3G是英文3rd Generation的缩写, 指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机 (1G) 和第二代GSM, TDMA等数字手机 (2G) , 第三代手机一般是指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。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。为了提供这种服务, 无线网络必须能够支持不同的数据传输速度, 即在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2MB/s、384k B/s以及144k B/s的传输速度。

1 3G发展的目标

全球化:全球性的系统, 在设计上具有高度的通用性, 能提供全球漫游。

多媒体化:提供高质量的多媒体 (如话音、可变速率数据、活动视频、高清晰度图像等) 传输, 实现多种信息一体化。

综合化:能把现存的寻呼、无绳、蜂窝、卫星移动等移动通信系统综合在一起, 以提供多种服务。

智能化:主要表现在优化网络结构方面 (引入智能网概念) 和收发信机的软件无线电化。

个人化:用户可用惟一的个人电信号码 (PTN) 在任何终端上获取所需要的电信业务, 超越传统的终端移动性, 真正实现个人化移动通信。

2 3G的三大标准及其特点

国际电联已确定WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA为3G的三种主流标准。其中:WCDMA标准是在欧洲2G标准的基础上演变而来;C D M A 2 0 0 0是在高通公司CDMA的基础上演变而来;TD-SCDMA是由我国大唐公司代表中国政府提出来的。3G技术除了提供2G的无线语音和低速数据业务外, 主要提供基于高速数据和多媒体业务的服务。

2.1 WCDMA技术标准的基本特点

WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点。支持高速数据传输, 支持可变速传输。基站支持异步基站运行方式, 组网方便、灵活。它能向包括HSDPA、HSUPA等数据更强的技术演进。

2.2 CDMA2000技术标准的基本特点

它是从CDMA-1X演进而来的第三代移动通信技术。CDMA2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点, 网络运营商可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。从2000年开始, 3GPP2就在CDMA20001X基础上制定了1X的增强技术, 即1XEV的标准, 目前1XEV第一阶段C D M A 2 0 0 0 1 X E V-D O, 支持平均速率650kbit/s、最高可达2.4Mbit/s速率的高速数据业务;第二阶段为CDMA20001XEV-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, 最大数率可达到5Mbit/s。

2.3 TD-SCDMA技术标准的基本特点

TD-SCDMA技术进展迅速, 已全部顺利通过信息产业部的测试和验收, 成功的户外演示显示出TD-SCDMA的强大技术优势, 并加速了TD-SCDMA的产业化及商用进程。TD-SCDMA总共获得了155M的3G频谱资源, 为未来的发展提供了广阔的空间;TD-SCDMA采用智能天线技术, 提高了频谱效率;多时隙, 具有上下行非对称信道分配能力, 适应数据业务;采用接力切换, 降低掉话率, 提高切换效率;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进, 并保持了与它们的兼容性。

3 3G的关键技术

3.1 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。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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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, 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。

3.5 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。

3.6 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。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。

摘要：本文主要介绍了第三代移动通信系统 (3G) 的发展目标和三大标准的基本特点, 并对3G关键技术进行了较为深入的研究。

关键词：3G,关键技术