毕业论文-第三代移动通信系统的发展探讨.doc

甘肃联合大学学生毕业论文题 目： 第三代移动通信系统的发展探讨 作 者： 罗汉娣 指导老师： 管子涵 电子信息工程 学院 计算机 系 计算机通信 专业 09 级 3 年制 计算机通信 班 2011年10月17日第三代移动通信系统的发展探讨(The third generation mobile communication technology development to discuss)摘要：“3G”或“三代” 是第三代移动第三代移动通信的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能同时传输声音（语音）及数据信息（电子邮件等）。能够处理图像、声音、视屏等多种形式，提供网页浏览、电话会议等。第三代移动通信是当代全球信息通信产业的热点。也是各方面关注的焦点第三代移动通信的发展经历了体制标准之争，已逐渐演变的完善。面对激烈的竞争形式，快速提供业务、减少宽带费用，提高通信服务质量已成为移动通信市场获取优势的主要因素，因此，3G移动通信已在整个信息发展中占重要位置。本文介绍了第三代移动通信系统的国内外发展，分析和比较了分别以日本、美国和欧洲为主提出的W-CDMA、CdmaOne和TD-CDMA系统的技术特点，最后探讨了第三代移动通信系统的发展趋势。Abstract: 3G or three generations is short for third generation mobile third-generation mobile communications refers to support high speed data transmission in cellular mobile communication technology. 3G services to transmit both voice (voice) and data information (email, etc). Can handle image, sounds, screen such forms, provides website, conference call. Third generation mobile communications is the modern global information communication industry focus. Also concerns focus. Generation mobile communications development experience with institutional standards battle, evolution of perfection. The face of fierce competition, for quick access to your business, reduce the cost of broadband, improve the quality of communications services have become the main factor of mobile communication market advantage, so 3G in the development of mobile communications throughout the entire information feature. This article describes the development of third generation mobile communication systems, analysis and comparison of, respectively, to Japan and the United States and Europes W-CDMA, CdmaOne and technical characteristics of the TD-CDMA system, final discussion on the development trend of third generation mobile communications system.关键词：第三代移动通信系统；码分多址；IMT-2000 1.移动通信系统的发展 第一代移动通信系统是在20世纪80年代初提出的，它完成于20世纪90年代初。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996年提出了GSM Phase 2+，目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。它主要包括CMAEL(客户化应用移动网络增强逻辑)，SO(支持最佳路由)、立即计费，GSM 900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进；半速率编解码器可使GSM系统的容量提高近一倍。但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。于是出现了第三代通信业务。第三代移动通信系统(3G)，也称IMT2000，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动时最大支持144Kbps，所占频带宽度5MHz左右。但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支。 第三代移动通信系统对全世界电信行业工作者及信息社会越来越具吸引力。作为第三代移动通信的主导技术，近来发展迅速，在第三代移动通信系统个技术标准中，最具竞争力而迅速的发展。相比于2G、2.5G等通信技术，3G通信的优势主要表现在： （1）智能化、多媒体化趋势明显 由于3G网络能够提供内容丰富的多媒体业务和下载业务等，因此，对3G终端而言，需要对其配备更大、更清晰和3D显示效果更逼真的显示屏，以便用户更好地欣赏移动多媒体业务要配备像素更高的摄像头以拍摄更清晰的图像，以增强图片的感观效果；要提供更大的存储空间，来储蓄下载而来的更多图片和音视频文件等。 （2）单模、双模和多模终端共存 多种3G技术体制并存以及第三代移动通信发展初期，第二代移动通信不会在短期内退出市场的现实情况，决定了未来的移动终端必将是单模、双模和多模终端共存的局面。目前市场上已有GSM/WCDMA、GSM/cdma2000、cdma20001X/1XEV-D0双模终端；随着TDSCDMA标准的正式商用，未来支持TD-SCDMA网络和其他网络的双模手机或多模手机也可能会出现。对3G终端的功能要求不断提高3G的技术特性，决定了3G网络能够提供更为智能化、多样化、个性化的移动业务，这就要求3G移动终端的功能日益增强。不仅要支持现有话音业务、短信业务、窄带数据业务等，同时应支持以多媒体业务和高速数据业务为代表的宽带通信业务等。 2移动通信系统的技术 第三代移动通信业务主要是话音和中低速数据,码率为384 kb/ s (局域网可达2 Mb/ s) ,因而可传送比目前GSM (第二代移动通信)更高码率的信息。随着多媒体业务的发展, 2 Mb/ s的码率将越来越不能满足用户各种新的宽带业务的需要,因此国际上已开始研究第四代移动通信系统,第一步目标是10 Mb/ s以上。需要解决的关键技术有:宽带多媒体移动通信系统的体系结构,包括频段、多址方法、无线接入技术、软件无线电的硬件和软件、多载波调制和OFDM技术、自适应天线阵、高效信道编码技术(如Turbo码)等。2.1.第三代移动通信技术的基本特点(1)全球统一频段,统一标准,全球无缝覆盖和漫游。(2)频谱利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能达到全覆盖和全移动性,还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务。(4)支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。(5)有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力。(6)适应多用户环境,包括室内、室外、快速移动和卫星环境。(7)安全保密性能优良。(8)便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。(9)可与各种移动通信系统融合,包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等。(10) 第三代移动通信技术标准及其发展研究。 2.2移动通信系统的标准第三代移动通信系统在国际上统称为IMT-2000(简称3G)，是国际电信联盟(ITU)在1985年提出的工作在2000MHz频段的系统。与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统相比，第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务。第三代移动通信的主流技术标准主要有三种：IMT-2000 CDMA-DS(IMT-2000直接扩频CDMA)，即WCDMA，它可以在一个宽达5MHz的频带内直接对信号进行扩频;IMT-2000CDMA-MC(IMT-2000多载波CDMA)，即CDMA2000，这是美国提出的技术，它是由1个或多个1.25MHz的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统;TD-SCDMA(时分同步码分多址)，是由中国提出的，是CDMATDD标准的一员。2.2.1.WCDMAWCDMA(Wideband CDMA)标准由3GPP组织制定，它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网分为电路域和分组域，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放业务接入(OSA)的概念。WCDMA的技术优势主要有以下几点：(1)业务灵活。WCDMA允许每个5MHz载波处理从8kbWs到2Mbit/s的混合业务。另外在同一信道上既可进行电路交换业务也可以进行分组交换业务，利用在单一终端上进行多个电路和分组交换连接，实现真正的多媒体业务。可以支持不同质量要求的业务(例如话音和分组数据)并保证高质量和完美的覆盖。(2)频谱效率高。WCDMA能够高效利用无线电频谱。由于它采用单小区复用，因此不需要频率规划。利用分层小区结构、自适应天线阵列和相干解调(双向)等技术，网络容量可以得到大幅提高。(3)容量和覆盖范围大。WCDMA射频收发信机能够处理的话音用户是典型窄带收发信机的8倍。每个射频载波可处理80个同时话音呼叫或者50个同时的Internet数据用户。WCDMA的容量差不多是窄带CDMA的两倍。更大的带宽能在上/下行链路中使用相干解调和快速功率控制允许更低的接收机门限。2.2.2 CDMA2000CDMA2000是国际电信联盟(ITU)规定的第三代移动通信无线传输技术之一，是从窄频CDMA one数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA one结构直接升级到3G，建设成本低廉。按照使用的带宽来区分，CDMA2000可以分为1x系统和3x系统。其中1x系统使用1.25MHz的带宽，提供的数据业务速率最高只能达到307kbit/s。在1x系统以后，国际上比较公认的发展方向是1x EV-DO和1x EV-DV系统。其中1x EV-DO系统重点提高了数据业务的性能，将用户的最大数据业务传送速率提高到2.4Mbit/s。目前技术仅支持前两种，1.25MHz(CDMA2000-1x)和3.75MHz(CDMA2000-3x)。其他的技术特点还包括：可以更加有效地使用无线资源;可实现CDMA one向CDMA2000系统平滑过渡;核心网协议可使用IS-41、GSM-MAP以及IP骨干网标准;前向发送分集;快速前向功率控制;使用Turbo码;辅助导频信道;灵活帧长;反向链路相干解调。2.2.3.TD-SCDMATD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术标准之一。它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中国电信行业近百年来第一个完整的通信技术标准，是集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术，采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系、自适应功率调整等技术。TD-SCDMA的技术特点主要表现在：(1) 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力高。TD-SCDMA仅需要1.6MHz的最小带宽。若带宽为5MHz则支持3个载波，在一个地区可组成蜂窝网，支持移动业务，并可通过自动信用卡道分配(DCA)技术提供不对称数据业务。(2)高频谱利用率。TD-SCDMA为对称话音业务和不对称数据业务提供的频谱利用率高。也就是说，在使用相同频带宽度时，TD-SCDMA可支持多一倍的用户。(3)设备成本低。此外，WCDMA和CDMA2000都采用FDD模式，只有TD-SCDMA采用TDD模式。FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，系统进行接收和发送，用频段来分离接收和传送信道;采用包交换等技术，可突破第二代发展的瓶颈，实现高速数据业务，并可提高频谱利用率，增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率，即在每25MHz的带宽内提供第三代业务。该方式在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换(互联网)工作时，频谱利用率则大大降低，在这点上，TDD模式有着FDD无法比拟的优势。3.我国移动通信系统的探讨方向我国目前尚没有能力从事整个第三代系统的研制，但可在跟踪的基础上，争取在移动通信的关键技术中有所突破，形成自主开发的专利技术。我们可以在以下几个方面有所突破：（1） 智能天线；（2） 干扰抑制（多用户检测）；（3） 多址划分；（4） 功率控制；（5） 系统优化；（6） 组网技术。我国的移动通信制造业丢失了第一代，错过了第二代，如何发展第三代? 3.1、中国移动通信的发展现状到2001年6月底，中国移动通信用户数已达1.16亿户，成为世界上第二大移动电话市场，产值规模超过一万亿元。比起其它行业，移动通信巳成为名符其实的支柱产业和新的经济增长点。在以下方面都有很大发展：（1）运营业中国移动拥有中国最大的GSM网，覆盖2018个县市、330个地市，95%县以上城市,系统容量超过11000万。它的移动智能网是全球最大的，覆盖全国31个省、市、自治区。拥有超过8000万的GSM用户。中国联通拥有中国第二大的GSM网，覆盖300多个城市，基本实现全国覆盖，系统容量超过3000万。移动智能网容量达400多万，2001年将达1000万。拥有超过2000万的GSM用户和约50万的IS-95 CDMA网用户。中国联通还将建成全球最大的CDMA网络。（2）制造业近十年，中国移动通信运营业蓬勃发展，而制造业却举步维艰，发展极不平衡。可喜的是，1998年以来，中国移动通信产业捷报频传，华为、中兴、大唐、巨龙、金鹏、普天等一大批民族通信企业在网络基础设施方面取得了零的突破，产品相继投入运营。近两年，中国科建、康佳、波导、厦华、东方通信、TCL和南方高科等一大批电子企业在移动终端方面同时异军突起，国产手机开始打破了外国品牌一统天下的格局。3.2 、第三代移动通信系统IMT-2000存在的问题（1）IMT2000无论是接入网还是核心网都没有统一制式欧洲和日本接入网要用CDMA DS，核心网要用GSM MAP，以便继承当前的GSM系统。美国接入网要用CDMA MC，核心网要用ANSI-41，以便兼容当前的IS-95 CDMA系统。这显然完全违背统一标准的初衷。这5种制式很难实现全球通用、全球漫游的目标。（2）IMT2000的系列建议与主流技术不适应因特网的发展需求IMT2000估计电话业务的频谱是162MHz，占71，对有限非话业务是65MHz，占29，今天看来，当时的频谱估计并不能满足数据超过话音的信息需求。IMT2000的频带划分，适合频分双工(FDD)带宽为290MHz，占78，余下的50MHz则适合时分双工(TDD)使用，仅占22，也不适应因特网非对称传输的要求。作为主流技术的频分双工的W-CDMA与cdma2000适合对称传输的电话业务，并不适应因特网的非对称传输。从以上分析可见，IMT2000既没有统一制式，又不适应因特网的发展需求，当前第三代移动通信朝移动无线因特网转向已是大势所趋。4.中国自主发展第三代移动通信系统的可行性4.1运营业已建成全球最大的网络中国移动通信运营业已建成全球最大的GSM网。中国移动与中国联通已经积累了运营通信业务的丰富经验，已经掌握了建设移动通信网络的先进技术，再加上中国电信也即将加盟移动通信，只要这三支运营力量团结起来，一致支持并参与中国标准，完全有可能在进入WTO之后与国际移动通信运营商竞争。4.2 制造业取得群体突破中国的华为、中兴、普天、大唐、巨龙、金鹏、科建、波导、康佳、东方、厦华及南方高科等一大批民族通信企业近两年在移动通信领域取得群体突破之后，马不停蹄，一直在进行CDMA跟踪性应用研究和第三代各种体制的局部开发工作，有了一定的从事规模生产的基础。只要国家与运营业明确表态采用中国标准，这些企业就会全力以赴。 5、中国发展第三代移动通信系统的战略中国移动通信近十年来以惊人的速度在发展，2000年移动用户达8526万，但对于13亿人口的大国，普及率仅为6.6 %。预计2005年，移动用户可能达3亿，未来基础设施的投资总额可能超过5000亿元，移动终端的销售总额也可能超过5000亿元，二者相加可能超过1万亿元，由移动通信产业带动的相关产业可能超过10万亿元。比起经济发达国家的25-55%的普及率，中国移动通信发展的空间仍然十分巨大。同时，中国又面临加入WTO的形势。不言而喻，中国移动通信的发展巳成为当今世界各国关注的焦点之一。我们必须把握这一千载难逢的机遇，迎接挑战，奋力拼搏，才有可能凭借国内巨大的市场来支持民族工业取得辉煌的发展。5.1中国应发展自主知识产权的3G产品W-CDMA与cdma2000的知识产权掌握在欧洲与美国手里，拥有核心知识产权和强大生产能力的日本和韩国在3G的研发上也颇具实力，这使得未来3G的竞争更趋白热化。即使中国能开发并生产出来这些产品，由于不掌握核心知识产权，第三代移动通信产业要向外国公司缴纳高额专利提成费，仍将受制于人。再者由于中国基础工业薄弱，形成产品必然晚一步，这就有可能象第二代一样，中国的移动通信市场仍然被跨国大公司“跑马圈地”，自己只能分一杯羹，老是跟踪必然丧失机遇。而发展中国体制标准就有可能使知识产权掌握在自己手里，通过努力创新就能摆脱被动。5.2加快发展中国体制标准的TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与市场的交互关系决定了中国3G的演进道路必须经历两个基本阶段：在第一阶段，即3G初期阶段，演进的重点是在保持现有电路交换网络的基础上，引入分组交换网络，让电路交换与分组交换并行发展。同时，在高数据业务量的热点地区，岛屿式地自主建设TD-SCDMA无线接入网络，以解决容量和业务量问题，并把IMT-2000的部分服务引入到第二代系统中。这一阶段大约在2005年左右完成。在第二阶段，通过对TD-SCDMA与LAS-CDMA融合的接入网与分组核心网的逐步加强和扩展，逐步发展到全IP结构的全国移动无线因特网。这一阶段估计在2010年左右实现。5.3研究中国GSM网过渡的有效途径中国在第二代，已经形成以GSM为主的国际上最大的移动通信网，估计中国第三代移动通信网络起步时，GSM网将拥有1.8亿用户，这就决定了必然是以GSM MAP为基础，以最大限度保护投资商、运营商和用户的利益。虽然从2001年开始，中国联通的CDMA网将进行建设，但其规模及发展空间，只可能是GSM网的一个补充，而不可能成为中国移动通信网的主流。因此，TD-SCDMA第一型应充分考虑在中国GSM网的基础上过渡的有效途径。5.4严格控制第三代移动通信网的建设进度3G最主要的优势是支持多媒体数据业务，而国内移动数据业务的市场要有一个培育的过程，需要运营商、业务供应商和用户多方共同促进。中国第二代移动通信网通过网络优化及加强，无论是系统容量还是移动数据业务都应能满足近期全国用户的需求。目前，第三代移动通信核心网的标准进展缓慢，国际上正在讨论全IP移动网的有关问题，核心网的发展途径并不明朗。2002年前，任何厂家都不可能有真正合乎第三代标准的产品，中国企业也没有可能在第三代系统方面作好准备。因此，中国完全没有必要象日本那样在2001年便急匆匆上第三代移动通信网。我们可以冷静观察国际上各种第三代移动通信网的建设情况，发挥“后发优势”，吸取他们宝贵的经验教训。为了积累建设和运营第三代移动通信网经验，我们可以选点建设W-CDMA试验网和cdma2000试验网，以便和中国的TD-SCDMA网比较，取长补短。总而言之，未来对多媒体业务的需求、技术的发展、第三代移动通信系统的不足以及在实际研发中政策、经济等各方面因素导致的众多争议，一方面推动了Beyond3G移动通信系统的研究，另一方面使得Beyond3G移动通信技术具有无限广阔的市场前景。毫无疑问，3G移动通信技术在不久的将来，对我们生活中人际关系的传播将会产生重大的影响。 6.3G系统的劣势 （1）多径衰落。这个问题存在于所有的移动通信系统中。无线电波在传播过程中将发生折射、反射和散射，从而产生多条传播路径。不同路径的信号到达接收机时，由于天线的位置、方向和极化不同，使接收信号的幅度、相位起伏变化，产生严重的衰落现象。为了保证通信质量，不得不增加信号功率，这就直接影响了系统的容量。(2) 多址干扰。由于3G系统采用CDMA技术，即采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频