李波、杨家玮：第三代移动通信的进展

　　李波 杨家玮

　　[摘要]本文介绍了第三代移动通信系统的技术概况，在对各种移动通信系统进行分析比较的基础上，重点讨论了IMT-2000网络标准和网络优化的特点。

　　关键词：移动通信 3G IMT-2000

　　[Abstract] This paper introduced the general technique situation of the third generation mobile communication system ,and discussed the network standard and optimizing network characteristic of IMT-2000 system based on analyzing and comparing all kinds of mobile communication systems.

　　Key words: mobile communication 3G IMT-2000

　　一、引言

　　现在，手机已成为普通百姓生活中不可缺少的通讯工具，它为人们的语音通讯提供了很多便利。但是，现在的手机通话质量不好的问题一直困扰着人们，而且随着信息时代的到来，人们对数据和图像的需求量越来越大，现在的手机无法满足人们的需求。于是人们开始关心下一代手机什么样？通信专家会告诉你：下一代手机更加精致、轻便，通过它你可以接受电子邮件、上互联网购物、可以开着车收听网上新闻，可以与企业局域网连接并查询相关信息，可以打可视电话。这就是业内人士常说的第三代移动通信——宽带CDMA带给我们的全新通信方式。这一切听起来是那么美好，你一定会觉得它会离我们十分遥远，其实它近在眼前。电信厂商告诉人们，这一切的实现只需要5年时间。他们一致认为未来几年将是CDMA的天下。

　　到目前为止，移动通信系统已发展到第二代。第一代移动通信系统是采用FDMA方式的模拟蜂窝系统，如AMPS、TACS等，其缺点是容量小，不能满足飞速发展的移动通信业务量的需要；第二代移动通信系统采用TDMA或CDMA为主的数字蜂窝系统，如GSM/DCS1800、IS-136、IS-95等，其容量和功能都比模拟系统有了很大的提高，但其业务种类主要限于话音和低速数据(≤9.6 kbit/s)，而社会的发展对通信业务种类和数量需求的剧增，人们已不再满足于第二代系统。移动通信发展的最终目标是实现任何人可以在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。于是，一种能够提供全球漫游、支持多媒体业务且有足够容量的第三代移动通信系统就应运而生。

　　目前，世界各主要通信厂商，包括摩托罗拉、诺基亚、爱立信、飞利浦、三星、中国中兴、大唐电信等都在全力推动第三代移动通信的发展，投入巨大的人力、物力进行研发工作，并纷纷宣布其投入商用的时间。例如日本ARIB宣布于2001年商用，爱立信宣布于2002年投入商用等。厂商的这种竞争所造成的声势,更加剧了第三代移动通信到来的紧迫感。

　　二、三代移动通信(3G)——多媒体时代的需求

　　国际电讯联盟(ITU)主要吸取了各大移动通信企业及标准化组织的意见，提出了第三代移动通信系统的概念, IMT-2000 的提出对于移动通信的发展具有里程碑和划时代的意义。

　　IMT-2000其主要特性有：

　　1.全球性

　　如今3G已经是移动通信领域最热门的话题。3G―第三代移动通信系统IMT-2000, 是国际电联(ITU)早在1985年提出的第三代移动通信系统的概念, IMT-2000 的提出对于移动通信的发展具有里程碑和划时代的意义。

　　IMT-2000其主要特性有：

　　IMT-2000是一个全球性的系统，能够促成全球标准，能同时容纳不同系统，具有世界统一的频段和基于终端移动性的全球漫游特性。

　　2.支持分组交换和多媒体业务

　　IMT-2000第三代移动通信应当能够同时提供实时语音和宽带数据等多媒体业务，包括：能够支持新的基于分组交换的空中接口，实现无线接入互联网及无线IP技术，支持话音、活动视频和高清晰图像等多种多媒体业务，实现多种信息一体化。

　　3.高速传输、传输速率能按需分配

　　支持快速移动环境中的144kbit／s数据速率和室内慢速移动环境下的2Mbit／s 数据速率；室内外步行环境至少384 kbit/s数据速率；卫星移动环境至少9.6 kbit/s数据速率。支持多种速率的业务，包括低速寻呼、语音以及与视像和文件传送有关的高速业务，传输速率能按需分配；具有支持上行和下行数据速率不对称的能力。

　　4.统一性

　　能把现存的寻呼、无绳、蜂窝、卫星移动等通信系统综合在统一的系统中，以提供多种服务。

　　5.兼容性

　　能够实现多个网络互联，包括与第二代移动通信网、ISDN及PDN等互联；IMT-2000具有系统从第二代系统演进、用户从第二代系统过渡以及在IMT-2000内部演进的灵活性；在其内部以及与固定网之间的业务可相互兼容；具有能使移动网业务不断扩充并能获取固定网业务和设施的构架。

　　6.业务灵活性

　　第三代的网络体系必须能够做到方便地调整网络以增加新的业务，即要求网络体系可以灵活地引入新业务，最小程度地影响网络各单元。

　　7.智能化

　　网络上则以智能化为典型特征。移动终端可以连接地面网和卫星网，可移动使用也可固定使用。

　　总之，全球漫游和多媒体业务是第三代移动通信系统所追求的主要目标。第三代移动通信系统的研究为人们展示了一个美好的前景，未来人们可以带着一部手机周游世界，而不必为在哪些国家无法进行通信担心，用户还可用这部手机实现可视通话，接入互联网等，真正实现随时随地的多媒体通信。

　　三、第三代移动通信系统的组成及分层结构

　　IMT-2000系统主要由四个功能子系统组成(如图1)，即核心网(CN),无线接入网(RAN)、移动台(MT)和用户识别模块(UIM)构成。分别对应于GSM系统的交换子系统(SSS)、基站子系统(BSS)、移动台(MS)和SIM卡。另外，ITU定义了四个标准接口，即：

　　*网络与网络接口(NNI):由于ITU在网络部分采用“家族概念”,因而此接口是指不同家族成员之间的标准接口，是保证互通和漫游的关键接口；

　　*无线接入网和核心网之间的接口(RAN-CN)，对应于GSM系统的A接口；

　　*无线接口(UNI)；

　　*用户识别模块和移动台之间的接口(UIM-MT)。

　　第三代移动通信分层结构简介如下：

　　★物理层：有一系列下行物理信道和上行物理信道组成。

　　★链路层：由媒体接入控制(MAC)子层和链路接入控制(LAC)子层组成，分别完成对物理层资源的管理以及业务质量控制。

　　★高层：负责完成各种业务呼叫信令处理以及对各种业务的控制和处理，相当于OSI模型中网络层以上各层的集合。

　　四、TD-SCDMA--中国移动通信技术和产业的骄傲

　　根据ITU要求，世界上各大电信运营商提出了自己的第三代移动通信系统方案。例如， W-CDMA，cdma2200， TD-CDMA。我国也第一次提出自己的建议:TD-SCDMA，又在此无线传输技术(RTT)的基础上，通过自己的努力和国际合作，完成了TD-SCDMA标准，成为CDMA TDD标准的一员。这是我国的一次创举，也是中国对国际上第三代移动通信发展的一个贡献。

　　TD-SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准。

　　1、TDD双工方式在第三代移动通信中的重要性

　　在第三代移动通信标准制定过程中，国际上对TDD双工方式第一次给予了高度重视，在CDMA和TDMA系统中都制定了TDD的标准。很多国家的营运商都表示了首先选用TDD系统的愿望。其主要原因为在同样满足IMT2000要求的前提下，TDD系统有如下特点：

　　•TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；

　　•TDD适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；

　　•TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；

　　•TDD系统设备成本较低，将可能比FDD系统低20%-50%。

　　TDD系统的主要问题是在终端的移动速度和覆盖距离等方面，如目前ITU要求TDD系统达到120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h；FDD系统的小区半径可能达到数十公里而TDD系统只有几公里。

　　以上情况说明，移动通信一定是以FDD为主流的传统论点已受到挑战，TDD系统在第三代移动通信中的位置已不可动摇。目前，多数人预测第三代移动通信网络的前景是一个共同的网络，卫星移动通信系统用来完成全球无缝覆盖，FDD系统用来建设全国和国际移动通信网，而TDD系统用来在城市人口集中地区提供高密度和高容量的话音、数据及多媒体业务，用双模甚至多模用户终端来实现全球漫游。

　　2、TD-SCDMA--具有最佳频谱利用率的3G解决方案

　　对于实现对称和非对称业务的最佳频谱利用率的目标来说，实现灵活的，自适应的频谱分享是十分必要 的。一些为克服FDD模式的缺点的研究工作的结果表明，在频域上，自适应的频谱分享将导致下列困难 ——系统自身干扰和引起EMC问题，也就是增加了系统的复杂性和整体费用。因此，TD-SCDMA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的周期地重复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/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，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。

　　对于FDD和TDD模式下的对称业务，它们的频谱利用率基本上是相等的。

　　如果在成对的频谱上，对称的FDD模式业务的带宽为5MHz,在成对的频谱中上/下链路的要求为10MHz的总 频谱。然而，对于在成对的频带上非对称FDD-互联网模式，也就是IP业务，是典型的满负荷下行链路和与相对 小的负荷的上行链路。这样，大多数上行链路频谱不能被利用。作为一种选择，灵活的非对称TDD-互联网模式 极容易设立一个转换点，即大约80%的下行链路获得容量(等于大约50%的下行链路带宽),与此同时上行链路的容 量被减至20%。

　　上述情况表明，在FDD模式中由于增长的非对称业务量的关系，数据吞吐量有一个固有的下落。然而， TDD模式则在每种独立的业务中都呈现出满负荷的数据吞吐量。在非成对频谱中TDD模式的这种性能是系统固有 的灵活时域上/下行链路的资源分配的结果。

　　据此，我们可以得出结论，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。但在FDD系统中，由于其固定的上/下行链路分配，导致这个问题不能在 频域中被彻底解决。进一步应被强调的是，在时域TDD模式的系统中，对于频率规划管理来说，不成对频域更容 易被分配和利用。

　　五、走进移动通信新时代

　　CDMA在中国取得了长足发展，这带给我们机遇，同时也是对我们民族通信产业的一次挑战。如果说GSM时代我们已经落后，那么CDMA时代应该是我们赶上国际水平的一个契机。我们从联通“新时空”、大唐电信、中兴的身上已看到了黎明前的曙光。努力吧，同胞们！！

[泰尔实验室专稿]