第三代移动通信技术（3G）

1 第三代移动通信（3G）含义

第三代移动通信系统是将无线通信和国际互联网等通信技术全面结合，以此形成一种全新的移动通信系统。这种移动技术可以处理图像、音乐等媒体形式，除此之外，也包含了电话会议等一些商务功能。为了支持以上所述功能，无线网络可以对不同数据传输的速度进行充分的支持，即无论是在室外、内还是在行车的环境下，都可以提供最少为2Mbps、384kbps与144kbps的数据传输速度。

第三代移动通信系统由国际电讯联盟(ITU)为2000年国际移动通信而提出的，具有全球移动、综合业务、数据传输蜂窝、无绳、寻呼、集群等多种功能，并能满足频谱利用率、运行环境、业务能力和质量、网络灵活及无缝覆盖、兼容等多项要求的全球移动通信系统，简称IMT-2000系统。系统工作于2000MHz频段，可同时提供电路交换和分组交换业务，上下行频段为1890-2030MHz, 2110-2250MHz。

3G对移动通信技术标准做出了定义，使用较高的频带和CDMA技术传输数据进行相关技术支持，工作频段高，主要特征是速度快、效率高、信号稳定、成本低廉和安全性能好等，和前两代的通信技术相比最明显的特征是3G网络技术全面支持更加多样化的多媒体技术。

2 第三代移动通信的三大主流技术

第三代移动通信采用码分多址（CDMA）技术，现已基本形成了三大主流技术，包括有：W-CDMA、CDMA-2000和TD-SCDMA。这三种技术都属于宽带CDMA技术，都能在静止状态下提供2Mbius的数据传输速率。但这三种技术在工作模式、区城切换等方面又有各自不同的特点。

CDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。预计在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度会相当高。因此WCDMA具有先天的市场优势。WCDMA已是当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准，占据全球80%以上市场份额。

CDMA-2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，它是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。

TD-SCDMA全称为Time Division-Synchronous CDMA（时分同步CDMA），该标准是由中国独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出，但技术发明始于西门子公司，TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内地庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

中国3G牌照花落三家，分别是
TD—SCDMA 中国移动，中国技术。
WCDMA 中国联通，欧洲技术。
CDMA 2000 中国电信，美国技术。

3 第三代移动通信技术的工作模式

FDD，频分双工（Frequency Division Duplexing）（也是全双工），是指上行链路（移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）采用两个分开的频率（有一定频率间隔要求）工作，该模式工作在对称频带上。FDD适用于为每个用户提供单个无线频率信道的无线通信系统。

FDD的特点是，
（1）由于发送频带和接收频带有一定的间隔（10MHz或45MHz），因此可以大大提高抗干扰能力；
（2）使用方便，不需控制收发的操作，特别适用于无线电话系统使用，便于与公众电话网接口；
（3）适合于多频道同时工作的系统；
（4）适合于宏小区、较大功率、高速移动覆盖。
（5）移动台不能互相直接通话，而要通过基站转接。
（6）由于发射机处于连续发射状态，因此电源耗电量大。
（7）FDD系统需要成对的频谱，且上下行频段之间需要保护间隔，对频谱规划有一定要求。此外，由于上下行信道不相关，下行信道质量只能通过用户测量、量化后反馈给发射端，这就为系统带来了较大的反馈开销，并且链路性能还受限于反馈时延以及量化误差等因素。特别是在多天线系统中，下行预编码矩阵的选取、信道秩的获得都与信道状态信息有关，当天线数目较多时，信道反馈开销，信道时延以及量化误差对链路性能的影响是非常严重的。

TDD时分双工(Time Division Duplexing)（也是半双工），是将上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上、下行并进行切换，物理层的时隙被分为上、下行两部分，不需要成对的频率，上下行链路业务共享同一信道，可以不平均分配，特别适用于非对称的分组交换数据业务。由于数据传输速率很快，因此通信双方很难认为数据传输是间歇的、半双工的。

TDD与FDD的比较，
（1）成本：TDD设备成本较低，比FDD系统低20%~50%。
（2）传输方式：TDD采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差；
（2）功率半径：TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，故小区半径一般不超过10km，而FDD系统的小区半径可达到10km；
（3）抗干扰：对于上下行链路之间的干扰，TDD采取基站之间的无线帧相互同步来消除干扰，FDD使用了190MHz的频率间隔避免了这一干扰。
（4）系统物理层：物理层是比较不同的无线通信系统的重点，物理层的结构直接影响无线链路的性能，同时也直接决定了用户终端与交换设备的复杂度。简单地说，TDD与FDD模式采用频分复用技术的差异是，TDD模式是一种时分复用（TDMA）和码分复用（CDMA）的组合，FDD采用频分复用技术（FDMA）。
（5）应用场景：FDD适用于大区制的国际间和国家范围内的覆盖及对称业务（如话音、交互式实时数据业务等）。TDD适用于高密度用户地区（城市及近郊区）的局部覆盖和对称及不对称的数据业务（如话音、实时数据业务、特别是互联网方式的业务）
（6）TDD高速移动的状态下通信能力比FDD差很多。

W-CDMA能够工作在FDD和TDD两种方式下，和GSM系统使用同一时钟，实现CDMA与GSM系统手机的双模工作，是一种兼容的系统。W-CDMA能够支持移动终端在时速500公里左右时的正常通信。在TDD方式中，W-CDMA的扩频增益不变，可使用多码传输，实现高速数据通信。它的最大特点是具有上行链路多用户检测技术，多用户检测技术可通过测量各用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆法或迭代法来消除多用户间的相互干扰。

CDMA-2000只支持FDD工作模式。

TD-SCDMA是我国提出的IMT-2000系统设计方案，采用TDD模式。TD-SCDMA只能支持移动终端在时速120公里左右时的正常通信，在高速公路及铁路等高速移动的环境中处于劣势。

4 区域切换技术

W-CDMA在扇区间及小区间采用了 “软切换”技术，即当手机发生移动或目前与手机通信的基站业务繁忙使手机需要与一新基站通信时，先与新基站连接后再中断与原基站的联系，W-CDMA的越区切换是采用异步软切换方式进行的，W-CDMA的基站之间不需同步，也不需特别的同步参考源。载频间的切换采用的硬切换，也就是说，先中断与原基站的联系再与新基站连接。

CDMA-2000也采用了越区“软切换”技术，CDMA-2000需要基站间的严格同步，因而必须借助GPS等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。载频间采用的是硬切换。

TD-SCDMS采用了越区“接力切换“技术，智能天线可大致定位用户的方位和距离，基站和基站控制器可根据用户的方位和距离信息，判断用户是否移动到应切换给另一基站的临近区域。如果进入切换区，便由基站控制器通知另一基站做好切换准备，移动台在越区切换前与认定的基站同步，并报告网络，由网络控制移动台完成越区切换。该方法既适用于同频切换也适用于异频切换。接力切换是一种改进的硬切换技术，降低了掉话率，提高切换成功率，与软切换相比所用的信令和资源都很少。TD-SCDMA需要基站间的严格同步，采用GPS或者网络同步的方法，降低基站间的干扰。

5 信号调制编码

W-CDMA的信号调制上行采用的是BPSK，下行采用的是QPSK方式。扩频编码上行采用walsh(信道化)+Gold序列241-1(区分用户)，下行采用walsh(信道化)+Gold序列218-1(区分小区)。信道编码为卷积码及RS级连码，分集采用RAKE接收加天线分集。功率控制采用开环K慢速闭环(1.6K)。联合检测时导频符号辅助相干检测RAKE，上行采用专用导频符号，下行采用perch信道+专用导频符号。

CDMA-2000的信号调制上行采用的是BPSK调制方式，下行采用的是QPSK调制方式。扩频编码上行采用walsh(信道化)+Gold序列241-1(区分用户)，下行采用walsh(信道化)+Gold序列215-1(区分小区).在联合检测时，上行采用公共导频信道，下行采用专用导频信道。TD-SCDMA的信号调制方式采用的是QPSK/BPSK调制方式。扩频编码上行采用Walsh(信道化)+时隙号(区分用户)，下行采用walsh(信道化)+Gold序列(区分小区).功率控制采用开环+快速闭环(0-200Hz).联合检测时，上/下行同步信号Gold码+训练序列。

TD-SCDMA中采用的关键技术是智能天线技术。智能天线是在基站采用阵列天线自适应地形成多个波束，分别跟踪多个共享同一信道的用户。接收时通过空域滤波抑制同信道干扰，并将各用户分离；发射时，通过多波束形成使期望用户接收的信号功率最大，对其它位置上非期望用户的干扰最小。这样，即可降低信号的发送功率，又可减少来自其他用户的干扰，从而提高了系统的容量和通信质量。TD-SCDMA智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性（无线环境和传输条件相同）而获得的。智能天线还可以减少小区间及小区内的干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。
TD-SCDMA系统采用了智能天线和低码片速率信号传输，信号的频谱利用率很高，它能够解决高人口密度地区频率资源紧张的问题，它在互联网浏览、非对称移动数据传输、视频点播多媒体业务等方面具有突出的优势。
TD-SCDMA采用了软件无线电技术，在运营部门增加业务时它能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件来实现不同的业务性能。
当采用同步CDMA通信方式时，下行到达每个移动台的信号是同步的，上行到达每个基站的信号也是同步的，通过对基站到移动台信号的精确传播时延的测定可获得移动台信号的准确发送时间。TD-SCDMA采用了上行同步CDMA技术，使上行信号与基站解调器完全同步，既降低了上行用户间的干扰和保护时隙的宽度，又提高了系统容量，使硬件得到了简化，成本明显降低。