第三代移动通信主流技术标准及其演进

摘要：分析第三代移动通信技术标准分类特点，阐述不同标准移动通信技术发展技术的演进过程。
关键词：第三代移动通信 WCDMA CDMA2000 LTE UMB
1 第三代移动通信（3G）与前两代的主要是提升了传输声音和数据的速度，能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括电话会议、电子商务等多种信息服务
3G系统采用码分多址（CDMA）和分组交换技术。三种主流的技术标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。主要问题在于：没有一个统一的世界标准；语音不是在IP网络结构上；数据传输达不到速度要求。
国际两大3G标准化组织：3GPP和3GPP2。第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，即3GPP）成立于1998年12月。成员包括欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、中国CCSA、韩国TTA和北美ATIS。3GPP的目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的(第三代) 移动通信系统规范，致力于WCDMA的发展。第三代合作伙伴计划２（3rd Generation Partnership Project 2，即3GPP2）成立于1998年12月，成员包括：TIA (北美)、CCSA(中国)、ARIB/TTC(日本)和TTA(韩国)。3GPP2其致力于使ITU的 IMT-2000计划中的(3G)移动电话系统规范在全球的发展，它是从2G的CDMA或者IS-95发展而来的CDMA2000标准体系的标准化机构。
WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。WCDMA（宽带码分多址）采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz。基于Release99/Release4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。
HSDPA（高速下行分组接入，High Speed Downlink Packages Access）技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，HSDPA是与R99的信道在同一载波上，只是为HSDPA增加了专门的信道，只需要进行软件升级即可。HSDPA下行峰值速率理论最大值可达14.4Mbps。
HSUPA(高速上行链路分组接入，high speed uplink packet access)。HSUPA通过采用多码传输、HARQ、基于Node B的快速调度等关键技术，使得单小区最大上行数据吞吐率达到5.76Mbit/s，大大增强了WCDMA上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。HSUPA引入了五条新的物理信道E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH和两个新的MAC实体 MAC-e和MAC-es，并把分组调度功能从RNC下移到NodeB，实现了基于NodeB的快速分组调度，并通过混合自动重传HARQ、2ms无线短帧及多码传输等关键技术，使得上行链路的数据吞吐率最高可达到5.76Mbit/s，大大提高的上行链路数据业务的承载能力。
HSDPA是WCDMA下行链路方向(从无线接入网络到移动终端的方向)针对分组业务的优化和演进。与HSDPA类似，HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进。HSUPA是继HSDPA后，WCDMA标准的又一次重要演进。
  CDMA2000即CDMA2000 1×EV，1xEV的意思为“Evolution”，表示标准的发展，DO意为Data Only（后来把Data Only改为Data Optimized，表示EV-DO是对CDMA2000 1X网络在提供数据业务方面的一个有效的增强）。CDMA2000 1×EV-DO（Data Only），采用话音分离的信道传输数据。CDMA2000 1×EV-DV（Date and Voice），即数据信道于话音信道合一。CDMA网提供两大类应用，语音和数据。根据应用CDMA2000演进可分为继续提高语音容量，从CDMA2000 1X演进到1X增强版或从CDMA2000 1X标准演进到EV-DO版本0，然后从EV-DO版本0演进到EV-DO版本A以及EV-DO版本B再到EV-DO增强版。
CDMA2000 1X到1X增强版的平滑演进是利用1/8空白速率帧，使用更有效的闭环功控、反向链路提早结束、前向链路提早结束、前向链路干扰抵消（QLIC）、QOF等技术，采用双天线接收的话，则每扇区的容量可达120个同时通话。1X增强版显著增加了语音容量，同时让网络和频谱投资最大化。
从CDMA2000 1X演进到EV-DO版本0，在原有的1X基站上增加一个专门用来做高速数据传输的载频，还需要增加新的PCF（分组控制功能模块）。兼容特性使得1x EV-DO可沿用现有网络的规划及射频部件。1x EV-DO基站还可与CDMA2000 1X的基站合一，并允许用户经由1X的载波使用高质量的话音服务和通过1x EV-DO的载波使用高性能的移动数据业务。
从EV-DO版本0演进到EV-DO版本A，只需对EV-DO版本0网络设备进行软件更新，升级基站中的信道板，基站系统中的其他硬件设备则完全可以保留重用。针对网络的不同情况，EV-DO版本A标准还支持终端在EV-DO版本A和EV-DO版本0网络之间的快速切换。终端和网络的后向兼容性保证了运营商可以逐步向版本A演进，保护了对原版本0网络和终端的投资。由于EV-DO版本A设备已经成熟，可以选择跳过EV-DO版本0而直接从CDMA2000 1X升级为EV-DO版本A。EV-DO版本A到EV-DO版本B，基站和终端之间可以在前反向多个载波上同时传送数据，从而获得更高的峰值传输速率和系统吞吐量。EV-DO版本B可以通过支持多个载频的EV-DO版本A基站进行升级来实现，这需要对基站和基站控制器进行软件更新。EV-DO版本B完全后向兼容EV-DO版本0和EV-DO版本A。EV-DO版本A和EV-DO版本0终端可以无缝接入到EV-DO版本B网络中获取服务。EV-DO版本B网络可以更有效地支持VoIP和可视电话等实时业务。EV-DO增强版完全后向兼容EV-DO版本0、EV-DO版本A和EV-DO版本B。EV-DO版本B、EV-DO版本A和EV-DO版本0的终端可以无缝接入到EV-DO增强版网络中获取服务。
2 在3G之后，第四代（4G）移动通信更先进的技术旨在建立一个新的全IP化的接入网和与固网融合的纯IP核心网，目的是提供宽带移动无线接入
3G向4G的演进路线为：WCDMA和TD-SCDMA，均从HSDPA演进至HSUPA，进而到LTE（3GPP长期演进项目）；CDMA2000沿着1xEV-DO.0、1xEV-DO.A、1xEV-DO.B，最终到UMB，超移动宽带（Ultra Mobile Broadband）。
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />3G LTE使用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、正交频分复用技术)以及它的后续技术OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access、正交频分多址技术)是未来无线宽带技术的基础。同UMB一样，LTE也采用了OFDM/OFDMA作为物理层的核心技术，不同的是LTE不再支持CDMA，而UMB为了保持良好的兼容性仍然支持在总带宽中分出一部分带宽来支持CDMA。LTE在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供大于100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽。UMB是可以在1.25MHz和20MHz间以约150KHz的频率增量灵活部署，支持频段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz、1700/2100MHz、1900/2100MHz(IMT)和2500MHz(3G扩展频段)，可与现有的CDMA20001X和1xEV-DO系统兼容，但在数据传输速率、延迟性、覆盖度、移动能力及布建弹性等方面都更具优势。UMB系统继承了1xEV-DO系统的自适应编码调制、HARQ(物理层混合重传)以及QoS控制机制，结合了CDMA、TDM、QOFDMA(准OFDMA)、LDPC(低密度奇偶校验码)等其它先进技术，同时引入了基于MIMO(多路输入输出)、SDMA(空分复用接入)和Beam forming(波束赋性)等多天线技术。在4G网络中将主要使用以下一些核心技术。
正交频分复用（OFDM）/正交频分多址接入(OFDMA).OFDM是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，子载波并行传输。每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM可以消除或减小信号波形间的干扰，提高了频谱利用率。OFDMA是OFDM调制的一种形式，具有更高的频谱效率和更好的抗衰落性能。对于低数据率用户，需要更低的发射功耗，具有恒定而不是随时间变化的更短延迟。OFDMA会把副载波的子集分配给各个用户，以信道状态的反馈能执行自适应用户到副载波的分配。与OFDM相比，快速衰退、窄带同频干扰性能都得到了提高，改进了系统的频谱效率。
软件无线电是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。多输入多输出（MIMO、Multiple-Input Multiple-Out-put）技术利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，采用分立式多天线能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。
第四代移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。
综上，随着移动通信的发展呈现趋势传送宽带化、应用个性化、接入多样化、网络数据化、系统互补化及有线、无线一体化的大趋势，宽带无线市场必定潜力巨大，发展前景一片光明。
参考文献：
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