3G移动通信技术研究本科毕业论文.docx

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3G移动通信技术研究本科毕业论文

武汉工业学院

毕业论文

论文题目:

3G移动通信技术研究

目录

摘要I

AbstractII

1．绪论1

1.13G的起源1

1.23G的不同的标准1

1.33G的基本特点1

1.43G技术的应用2

2．3G主流技术标准之CDMA20005

2.1CDMA2000概述5

2.2CDMA2000的技术特点6

2.3CDMA2000的应用现状及发展探讨8

3.3G主流技术标准之WCDMA10

3.1WCDMA概述10

3.2WCDMA的技术特点10

3.3WCDMA的应用现状及发展探讨12

4.3G主流技术标准之TD-SCDMA14

4.1TD-SCDMA概述14

4.2TD-SCDMA的技术特点15

4.3TD-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

6.13G服务的市场“围城”25

6.23G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。

关键词：

第三代移动通信；CDMA2000；WCDMA；TD-SCDMA

Abstract

Thethirdgenerationmobilecommunicationtechnology—3Gtechnologyisthenewgenerationmobilecommunicationssystem,whichcombineswirelesscommunicationswiththeinternet,multimediacommunications.Thirdgenerationmobilecommunicationsystemhasbeeninourcommercialoperation,3Gnetworkforavarietyofbusinesseswithmoreresources,3Gmobileservicetimesnotonlyforthenetwork,butalsoputforwardhigher-endrequirements,3Gterminalsmustbeaccompaniedbymorerapidcommunicationandprocessingcapabilities,whilealsomorehumaneandmorescalability.

Thispaperbrieflyintroducedthe3G'stechnicalterminology,3Gcourseofdevelop-ment,thestatusquo,aswellasrelatedindustries,suchaschain.Thendescribedindetailinthe3Gofthethreemainstreamstandards（CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA）,andthemaincharacteristicsofthemajoradvantages,andtheirmutualcomparisonbetweentheadvantagesandinadequate.ThepaperalsocompleteintroductionTD-SCDMA,WCDMA,CDMA2000threekindofdifferent3Gmobilecommunicationinternationalmainstreamstandard.Themainstreamtechniquesinthethirdgenerationofmobilecommunicationvariouskindofcodedivisionmultipleaccessareanalyzedandcomparedindetail.ThedevelopmentandtechniquesrouteofthethirdgenerationofmobilecommunicationhasbeenproposedsuitabletoChinesecondition.Atlast，thepaperintroducesthedevelopmentandchallengeofthe3Gmobilecommunicationtechnology。

Keyword:

3G；CDMA2000；WCDMA；TD-SCDMA

1．绪论

1.13G的起源

第三代移动通信（3rdGenerationMobileCommunications:

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:

InternationalTelecommunicationsUnion）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（InternationalMobileTelephony2000）。

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个候选方案的频谱效率、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。

1.23G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–95CDMA系统的核心网络差别很大，无法用统一的方法兼容现有的系统，ITU提出IMT-2000核心网络“家族”概念，对原有的GSM和IS-95CDMA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-95CDMA（2G）-CDMA20001x-CDMA20003x（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3G技术规范，由欧洲提出，它的演进策略为GSM（2G）-GPRSEDGE-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通讯标准[1]。

1.33G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、降低成本至关重要[2]。

1.43G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，像是升级的版本一样，让用户在游戏的视觉和效果方面感觉更有体验[3]。

2．3G主流技术标准之CDMA2000

2.1CDMA2000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）－CDMA20001x－CDMA20003x（3G）的演进策略。

CDMA2000lx被称为2.5代移动通信技术。

CDMA20003x与CDMA2000lx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CDMAIS95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CDMA2000family,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CDMA20001x、CDMA20001xEV-DO及CDMA20001xEV-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，CDMA20001x原意指采用单载波形式的CDMA2000系统，也可以理解为CDMA2000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，CDMA20001xRelease0版本技术已经非常成熟，在全球多个国家和地区成功商用。

CDMA20001xRelease0中还定义了CDMA20003x多载波模式。

它与CDMA20001x的主要区别是，前向信道采用多路载波方式，而CDMA20001x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CDMA20001xEV更感兴趣。

CDMA20001xEV是在CDMA2000lx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CDMA20001xEV-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CDMA20001xEV-DV技术，它对数据业务和语音业务同时进行了增强，集CDMA20001x和CDMA20001xEV-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的分组数据速率[4]。

2.2CDMA2000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CDMA2000lx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1xEV-DORelease0标准（正式的名称为HRPD-HighRatePacketData）。

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。

1xEV-DORelease0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1xEV-DO载波的全部功率，1xEVDO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.HybridARQ。

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BestEffort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。

1xEV-DORelease0仅仅是CDMA迈向3G世界的第一步，因此，在提供新业务方面，能力尚显不足。

第一，反向业务能力还维持在CDMA20001x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，DORelease0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，DORelease0不能后向兼容1x系统。

双模终端在使用EVDO网络的同时，需要周期性地监听1x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数据业务的使用。

EV-DV由于对DORelease0仅提高数据业务的性能不满意，因此3GPP2又开始了1xEV-DV的研究工作。

1xEV-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。

1xEV-DV空中接口标准分为两个版本：

ReleaseC和ReleaseD。

ReleaseC主要改进和增强了CDMA20001x的前向链路，前向峰值速率达到3.1Mbit/s。

ReleaseD在ReleaseC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）HybridARQ。

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ReleaseD中获得完善和增强，CDMA2000EV-DO也于同期针对Release0的不足做了改进，制定了ReleaseA。

ReleaseA的分组数据信道采用了和EV-DVReleaseD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。

ReleaseA还完善了1x/DO双模操作，在网络侧对结构做了改动，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。

CDMA20001x演进到1xEV-DO或1xEV-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-DOReleaseA与EV-DVRelease