移动通信论文-第三代移动通信技术的现状及前景.doc

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1、0 东北大学秦皇岛分校电子信息系东北大学秦皇岛分校电子信息系 移动通信论文移动通信论文 第三代移动通信技术的现状及前景第三代移动通信技术的现状及前景 专业名称通信工程 班级学号 学生姓名 指导教师 时间2012.4.182012.4.252012.4.182012.4.25 1 第三代移动通信技术的现状及前景第三代移动通信技术的现状及前景 摘要摘要：第三代移动通信技术的目标，是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

2、众多的宽带非话业务。本文详 细介绍了目前第三代移动通信技术的三大主流无线接口标准-WCDMA、CDMA2000 和 TDSCDMA 以及有可能应用于第三代移动通信系统中的五项新兴技术。分析 了其应用前景和我国目前的发展状况。 关键词关键词：3G;标准；技术；发展 2 1 1 引言引言 社会的进步，移动通信技术的发展也日新月异，层出不穷，令人眼花缭乱， 目不暇接，然而人们对移动通信的要求也不断变化，而且越来越不满足现状。 人们要求手机不仅仅是用来通话，而且还能上网，收发 E-mail，传输数据，提 供多媒体业务。而现存的第二代移动通信系统（GSM,或 IS-95）也不能满足要 求了，可怜的 9.

3、6 kbit/s 的传输速率让我们只能进行语音通信，对数据通信我 们实在不敢奢望。因而能够提供无线 Internet 业务和多媒体业务的第三代移动 通信商用化已提上议事日程，这样第三代移动通信系统（3G）应运而生。它应 能支持从话音到分组数据到多媒体业务；应能根据需要提供带宽。 ITU 规定的 第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足以下三种，即：A 快速 移动环境，最高速率达 144kbits ; B 室外到室内或步行环境，最高速率达 到 384kbits ; C 室内环境，最高速率达到 2Mbits ; （参考文献 1） 这样的速率已经能满足我们对无线 Internet 业务和多媒

4、体业务要求了。 2 2 移动通信的发展历程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

5、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。 （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 3 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

6、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

7、业务 2Mb/s 第四代 EMBS ATM 面 无核心网宽带多媒体综合业务 155Mb/s （参考文献 3） 3 3 3G3G 的技术特点的技术特点 1999 年 11 月初，在芬兰赫尔率基 ITU 会议通过了 IMT2000 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 、IMT2000 CDMAD（对应 WCDMA） 2 、IMT2000 CDMA MC（对应 cdma 2000） 3 、IMT2000 CDMA TDD (对应 TMSCDMA 和 UTRATDD) 4 4 、IMT2000 CDMA TDD（对应 UWC136） 5 、IMT2000 CDMATDMA（

8、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。接着 ITU 在 2000 年 5 月将 WCDMA、CDMA2000 和 TDSCDMA 确定为目前 3G 的三大主流无线接口标准（参考 文献 8） 。 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

9、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。 3.13.1 智能天线技术智能天线技术 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

10、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。 （参考文献 14） 3.23.2 WAPWAP 技术技术 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

11、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 5 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

12、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。 （参 考文献 4） 3.33.3 快速无线快速无线 IPIP 技术技术 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。

13、 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。 （参考文献 6） 3.43.4 软件无线电技术软件无线电技术 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

14、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 6 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

15、化、个人化和兼容性带来深远影响。 （参考文献 5） 3.53.5 多载波技术多载波技术 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。 （参考文献 7） 3.63.6 多用户检测技术多用户检测技术 在 CDMA 系统中，

16、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

17、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。 （参考文献 13） 4 4 3G3G 目前的市场状况目前的市场状况 全球移动通信发展的速度非常迅速，1999 年已经超过 4 亿用户，其中一半 以上是 GSM 用户，其它主要是 PDC 和 IS-95 的用户。全球上网手机的数量超过 上网代的数量的时间将提前到 2002 年。2000 年能上网的手机达到 6000 万，其 中支持 WAP（无线应用协议）的手机约 4000 万。诺基亚预测到 2001 年上网手 机数量将增加到 2 亿左右，其中 WAP 手机有 1.8 亿。 7 移动运营商目

18、前主要面临的就是 Internet 业务和其它增值业务，如银行业 务。定位业务等的引人。这方面日本的 NTT DoCoMo 率先引入了 iMode 移动 Internet 业务，取得了巨大的商业成功，目前有一万多个商业网站在经营 iMode 业务。新业务的引入对无线通信网络提出了新的要求。建立在原有第 二代移动通信制式上的数据传输方案已经远远不能满足需求，需要适合于宽带 数据业务和 IP 业务的新的宽带移动通信系统。 其次，原有第二代移动业务由于频谱资源较少（不到 100MHz） ，频谱效率 本身比较低，根本无法满足现有的以语音为主的业务需求。实际上，目前一些 移动业务发达地区的容量已严重不足

19、，日本等国家和一些中心城市的问题尤为 突出。 ITU 早在 WRC92 会议上就为 IMT-2000 规划了 120MHz（19201980MHz，21102170MHz）的对称频谱资源供 FDD 使用， 35MHz（19001920MHz，20102025MHz）的非对称频谱资源供 TDD 使用。 WRC2000 的会议上又增加了 800MHz 频段（806960MHz） 、1.7GHz 频段 （17101885MHz） 、2.5GHz 频段（25002690MHz）供 IMT-2000 业务使用，两 者相加使得 3G 未来的频谱有 500MHz 以上，为未来的应用预留了巨大的资源空 间。

20、再者，全球一体化的进程迫切需要一个全球统一的移动通信系统，第二代 移动通信系统现有的多制式的空中接口和网络设备，不可能实现这个要求，因 此新的有望实现全球统一的移动通信系统被寄予厚望。 最后，移动通信技术日新月异，第二代通信系统的标准化和产业化工作已 经完成了很久，其主要目的也仅仅是为了解决语音通信的需求。近年来，随着 CDMA 等无线通信技术的日益成熟，以及无线数据通信技术的发展，需要对原来 无线通信技术体制进行相应的更新，提高频谱资源的利用效率和运营商的成本 收益。 （参考文献 10） 3G 预期提供的业务是非常丰富的。可以通过 3G 终端，享受普通话音业务， 多媒体业务，可视电话和视频会

21、议电话；移动网络上的 Internet 应用也更为普 遍，Email、WWW 浏览、电子商务。电子贺卡等业务将与移动网络相结合。移动 办公类业务也是一个发展方向：Intranet 接入、企业 VPN 等将大力普及。信息、 8 教育类业务也将有很好的应用前景，股票信息、交通信息、气象信息。位置服 务（LCS） 、网上教室、网上游戏等移动应用将极大地丰富人们的生活。 IMT-200 提出了 SoLSA、VHF 等新的特色业务，使得业务提供更加灵活和个 性化。Release99 中可通过 MexE、SAT、CAMEL 等现有技术来体现 VHE 的业务 平台概念。3G 支持多呼业务能力，即能够支持终端

22、同时进行多个 CS 呼叫或 PS 会话的能力。3G 丰富的切换能力也保证了移动网络中的业务连续性。 业务 IP 化、分组化、多媒体化、个性化、生成简单化是总的发展趋势。在未来 的业务生成体系中，移动网络运营者、业务提供者（ISP）和内容提供者 （ICP）将进行紧密的分工合作。特别重要的是，未来的网络将提供开放的业务 结构（OSA） ，移动运营者可以自己或者和其它机构合作，在网络提供的开放业 务平台上开发出各种各样的灵活业务，从而满足移动用户的更高要求。 （参考文 献 9） 5 5 3G3G 的市场应用的市场应用 目前，运用 3G 的广大用户可以享受到运营商所提供的五种服务。 5.15.1 In

23、ternetInternet 接入业务接入业务 Internet 接入 3G 可以提供 Internet 接入业务：Web 浏览、新闻、体育、 天气查询、城市黄页等各种各样的信息服务；实现各类精彩的游戏，如 AOD、VOD、卡拉 OK、下载游戏软件等；帮助商业人士提供移动证券、移动银行、 保险、网上购物等电子商务；提供各种生活信息，如旅游、饮食、娱乐的服务 地点、费用、时间、方式等。面向集团用户可以提供虚拟局域网功能 (VPN)接 入企业服务器、内部电子邮件、多媒体会议、信息发布等业务。这些数据业务 的应用种类繁多，业务提供商利用 3G 网络平台开发各种各样的应用，以求最 大限度的满足移动用户

24、的需求。 5.25.2 短消息业务平台短消息业务平台 建立整套短消息业务平台 3G 将提供从短信(SMS)、增强短信(EMS)到多媒体 消息 (MMS)的整套消息业务平台，提供从超长的文本消息到图片、音频信息、 视频信息的传送。可即时实现端到端、终端到互联网或互联网到终端传送包括 声频、图片、图像、动画和视频的信息。 5.35.3 多媒体业务多媒体业务 9 娱乐 3G 为用户提供实时的多媒体业务。轻轻松松实现用手机看电视、听音 乐，观赏热门大片，而且宽带的传输速度使得观赏质量得到极大提升。实时多 媒体将首先利用 3G 电路域的承载通道实现，在未来将通过全 IP 的方式实现， 用户使用起来将更为

25、顺心顺手。 5.45.4 智能业务智能业务 提供智能业务 3G 所具有的移动网络智能业务，还可以与目前的固定网络相 融合，为全业务电信运营商，提供综合的 3G 智能业务平台，既可根据综合业 务运营商的需要，兼容性接入 GSM、GPRS、PSTN、IP 网，也可以独立支持不同 网络的智能应用平台。在降低经营成本的同时，也达到扩大服务范围的效果。 W-CDMA 智能平台开发的主要智能业务包括个人类、家庭类和团体类。个人类智 能业务有预付费(PPS)、一号通、移动广告业务(MAD)、亲情号码、被叫付费、 电子投票、话费即知、去话筛选业务、用户追拨业务等。集团类智能业务主要 包括移动虚拟专网业务(MV

26、PN)、移动会议电话业务(MCC)。家庭类智能业务重点 是家庭卡业务，融合了个人类和集团类业务的双重特点。无论个人、家庭还是 公司集团，都可以从这里享受到高品质的服务。 5.55.5 定位业务定位业务 提供定位业务定位业务(LCS)具有极大的市场和商业前景，目前已经在国内 外移动运营商的 GSM、GPRS 网络中开始了商用。在 3G 网络中，随着各种定位技 术的成熟、地理信息库的丰富以及定位精度的提高，W-CDMA 定位系统可根据不 同的业务和不同的定位精度需求，实现 SAI+RTT(小区 )、OTDOA(可观察的到达 时间差 )、A-GPS(辅助 GPS)三种定位技术，其中 OTDOA 的精

27、度可达到 75 米以 内,A-GPS 的精度可达到 10 米之内。 目前可以发挥威力的具体定位业务包括车辆调度功能；基于位置信息的服 务查询；寻人定位、防止儿童走失业务；紧急事件报告功能；城市指南业务； 导航业务；被盗汽车追踪指示；本地信息业务；到达通知业务和区域指定折扣 业务等。其中车辆调度功能利用价值是十分巨大的。通过利用 LCS 系统建设车 辆定位通信系统，通过车载智能移动信息终端可以实现对车辆的智能调度、防 劫报警、税控和实时监控、跟踪，达到提高出租车辆的有效利用率，保障车辆 安全，加强对车辆和驾驶员管理的目的。 （参考文献 15） 10 6 6 结语结语 我们相信在未来无线通信系统中

28、，人们的生活方式必然会发生巨大的改变。 我们的未来将是一个无线的世界我们在任何时候，任何地方，可以和世界 上任何人进行通信，可以获得任何你想要的信息。3G 时代的到来将会让我们在 实现个人通信这一理想目标的道路上跨出坚实的一步。 参考文献参考文献 1 权力,李莲萍,王卫群. 第三代移动通信技术及其未来发展J. 江西通信科技, 2003, (04) . P14. 2 彭雪海,张宏科. 第三代移动通信技术的发展及现状J. 邮电商情, 2000, (24) .P3. 3 曹淑敏. 第三代移动通信的发展现状及分析J. 电信网技术, 2001, (04) .P6. 4 董海波. 浅谈第三代移动通信的若干

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