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1、东北大学秦皇岛分校电子信息系移动通信论文第三代移动通信技术的现状及前景专业名称通信工程班级学号学生姓名指导教师时间2012.4.182012.4.25第三代移动通信技术的现状及前景摘要：第三代移动通信技术的目标，是使全球范围内的任何用户所使用的小型廉价移动台实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证全球漫游用户在任何地方、任何时候与任何人进行通信，并能提供具有有线电话的语音质量，提供智能网业务，多媒体、分组无线电、娱乐及众多的宽带非话业务。本文详细介绍了目前第三代移动通信技术的三大主流无线接口标准-WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA以及有可能应用于第三代移动通信系统中的五项新兴技
2、术。分析了其应用前景和我国目前的发展状况。关键词：3G;标准；技术；发展1 引言 社会的进步，移动通信技术的发展也日新月异，层出不穷，令人眼花缭乱，目不暇接，然而人们对移动通信的要求也不断变化，而且越来越不满足现状。人们要求手机不仅仅是用来通话，而且还能上网，收发E-mail，传输数据，提供多媒体业务。而现存的第二代移动通信系统（GSM,或 IS-95）也不能满足要求了，可怜的9.6 kbit/s的传输速率让我们只能进行语音通信，对数据通信我们实在不敢奢望。因而能够提供无线Internet业务和多媒体业务的第三代移动通信商用化已提上议事日程，这样第三代移动通信系统（3G）应运而生。它应能支持从
3、话音到分组数据到多媒体业务；应能根据需要提供带宽。 ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足以下三种，即：A 快速移动环境，最高速率达 144kbits ; B 室外到室内或步行环境，最高速率达到 384kbits ; C 室内环境，最高速率达到 2Mbits ; （参考文献1）这样的速率已经能满足我们对无线Internet业务和多媒体业务要求了。 2 移动通信的发展历程 如果说无线通信的历史是频率使用效率提高的历史，则移动通信的历史就是频率使用效率提高和用户“位移”扩大的历史。这是符合要实现随时、随地、任何人之间，用任何业务进行通信目标的。众多的复杂的技术发展，归根结底，
4、就是如何更充分地使用有限的、宝贵的频率资源以及实现更高密度的全球活动通信。 提高频率使用效率技术，主要属于信息传输技术范畴（但不仅仅是传输技术），如多址接收技术、调制解调、抗干扰编解码等等，扩大“位移”技术主要属于网络技术范畴（但不仅仅是网络技术），如信息交换、存贮、处理等等，这两大类技术相互发展交叉结合，在市场动力促进下到某个时期出现了具有某种更为鲜明技术特征的应用，这就是所谓“第 X代 ”移动通信了。（参考文献2） 第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量密度低活动范围受限的问题。 第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输的种种优点
5、。 第三代移动通信按目前通行的概念是宽带多媒体蜂窝系统。按 ITU众多要求中可以看到，主要是使用频率使用效率更高的体制，能提供高质量宽带多媒体综合业务，并能实现全球覆盖。技术上从第二代到第三代并无重大的变迁。属于一种平滑过渡，因此也就有了什么 “二代半 ”等出现。 虽然，第三代要解决众多的传输和网络技术问题，但它的“定义”并无反映鲜明的技术特征。更多的是商业应用特征。 鉴于第三代移动通信仍需一个强大的移动“核心网”，其功能能否会被也在不断发展有线智能网取代，这就是正有人研究的“第四代”问题了，如果能取代，在实现全球覆盖上大有好处。第四代移动通信的技术特征就很可能是“网络”性的了。 下表为各代典
6、型移动通信系统特性比较： 第几代典 型 技 术 特 性数据速率 第一代 AMPS 小区制蜂窝系统 模拟话音 / 第二代GSM 数字蜂窝 数字话音 9.6kb/s第二代半 GPRS通用分组数字蜂窝 数据在线连接 115kb/s 第三代W-CDMA 宽带码分多址实现宽带多媒体业务 2Mb/s 第四代 EMBS ATM 面 无核心网宽带多媒体综合业务 155Mb/s （参考文献3） 3 3G的技术特点 1999 年 11月初，在芬兰赫尔率基ITU会议通过了IMT2000无线接口技术规划建议。将无线接口标准明确为以下五个标准。 1 、IMT2000 CDMAD（对应WCDMA） 2 、IMT2000
7、CDMA MC（对应cdma 2000） 3 、IMT2000 CDMA TDD (对应TMSCDMA和UTRATDD) 4 、IMT2000 CDMA TDD（对应UWC136） 5 、IMT2000 CDMATDMA（对应于DECT） 以上五种标准中，前三种属于CDMA体制，后两种属于TDMA体制。日本（ARIB）、欧洲（ETSI）、美国（TIA）、（TIPI）、中国（CATT）、韩国（TTA）等是众多主要提出者，从双工方式来看大体上FDD与TDD两种方案均会并存，从接入主流技术来看，目前主要是宽带CDMA技术。接着ITU在2000年5月将WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA确定为
8、目前3G的三大主流无线接口标准（参考文献8）。 带来第三代移动通信系统天翻地覆变化的当然是第三代移动通信中所采用的多种高新技术，这些高新技术是第三代移动通信系统的精髓，也是制订第三代移动通信系统标准的基础，了解这些技术就了解了第三代移动通信系统。下面我们就专门介绍几项有可能应用于第三代移动通信系统中的技术。3.1智能天线技术智能天线技术是中国标准TD-SDMA中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化，同时可对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰
9、信号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。（参考文献14）3.2 WAP技术WAP（Wireless Application Protocol，无线应用协议）已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和电话服务的实际世界标准。WAP可提供相关服务和信息，提供其他用户进行连接时的安全、迅速、灵敏和在线的交互方式。 WAP驻留在因特网上的TCP/IP环境和蜂窝传输环境之间，但是独立于
10、所使用的传输机制，可用于通过移动电话或其他无线终端来访问和显示多种形式的无线信息。 WAP规范既利用了现有技术标准中适应于无线通信环境的部分，又在此基础上进行了新的扩展。由于WAP技术位于GSM网络和因特网之间，一端连接现有的GSM网络，一端连接因特网。因此，只要用户具有支持WAP协议的媒体电话，就可以进入互联网，实现一体化的信息传送。而厂商使用该协议，则可以开发出无线接口独立、设备独立和完全可以交互操作的手持设备Internet接入方案，从而使得厂商的WAP方案能最大限度地利用用户对Web服务器、Web开发工具、Web编程和Web应用的既有投资，保护用户现有利益。同时也解决了无线环境所带来的
11、有关新问题。目前，全球各大移动电话制造商，包括诺基亚、爱立信、摩托罗拉和阿尔卡特在内，都已保证提供支持WAP的无线设备。 （参考文献4） 3.3快速无线IP技术快速无线IP（Wireless IP，无线互联网）技术将是未来移动通信发展的重点，宽频带多媒体业务是最终用户的基本要求。根据ITM-2000的基本要求，第三代移动通信系统可以提供较高的传输速度（本地区2Mb/s，移动144Kb/s）。现代的移动设备越来越多了（手机、笔记本电脑、PDA等），剩下的好像就是网络是否可以移动，无线 IP技术与第三代移动通信技术结合将会实现这个愿望。由于无线IP主机在通信期间需要在网络上移动，其IP地址就有可能
12、经常变化，传统的有线IP技术将导致通信中断，但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理，完全可以使移动节点采用并保持固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上或在移动中保持与IP主机的单一链路层连接，完成移动中的数据通信。（参考文献6） 3.4软件无线电技术在不同工作频率、不同调制方式、不同多址方式等多种标准共存的第三代移动通信系统中，软件无线电技术是一种最有希望解决这些问题的技术之一。软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将AD转换器尽量靠近RF射频前端，利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作，从而可为第二代移动通信
13、系统向第三代移动通信系统的平滑过渡提供一个良好的无缝解决方案。第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要。所以在未来移动通信应用中有着广泛的应用意义，不仅可改变传统观念，还将为移动通信的软件化、智能化、通用化、个人化和兼容性带来深远影响。（参考文献5）3.5多载波技术多载波MC-CDMA是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。多载波 CDMA技术早在 1993年
14、的PIMRC会议上就被提出来了。目前，多载波CDMA作为一种有着良好应用前景的技术，已吸引了许多公司对此进行深入研究。多载波CDMA技术的研究内容大致有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用每个码片来调制不同的载波。另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流，再用每个数据流来调制不同的载波。（参考文献7） 3.6多用户检测技术在CDMA系统中，由于码间不正交，会引起多址干扰（MAI），而多址干扰将会限制系统容量，为了消除多址干扰影响，人们提出了利用其他用户的已知信息去消除多址干扰的多用户检测技术。多用户检测技术分为两大类：线性多用户检测和相减去干扰检测。在线性多用户检测中，对传统的
15、解相器软输出的信号进行一种线性的映射（变换）以期产生新的一组有希望提供更好性能的输出。在相减去干扰检测中，可产生对干扰的预测并使之减小。目前,CDMA系统中的多用户检测技术还存在一定的局限，主要表现在：多用户检测只是消除了小区内的干扰，而对小区间的干扰还是无法消除；算法相当复杂，不易在实际系统中实现。多用户检测技术的局限是暂时的，随着数字信号处理技术和微电子技术的发展，降低复杂性的多用户检测技术必将在第三代移动通信系统中得到广泛的应用。（参考文献13） 4 3G目前的市场状况 全球移动通信发展的速度非常迅速，1999年已经超过4亿用户，其中一半以上是GSM用户，其它主要是PDC和IS-95的用
16、户。全球上网手机的数量超过上网代的数量的时间将提前到2002年。2000年能上网的手机达到6000万，其中支持WAP（无线应用协议）的手机约4000万。诺基亚预测到2001年上网手机数量将增加到2亿左右，其中WAP手机有1.8亿。移动运营商目前主要面临的就是Internet业务和其它增值业务，如银行业务。定位业务等的引人。这方面日本的NTT DoCoMo率先引入了iMode移动Internet业务，取得了巨大的商业成功，目前有一万多个商业网站在经营iMode业务。新业务的引入对无线通信网络提出了新的要求。建立在原有第二代移动通信制式上的数据传输方案已经远远不能满足需求，需要适合于宽带数据业务和
17、IP业务的新的宽带移动通信系统。其次，原有第二代移动业务由于频谱资源较少（不到100MHz），频谱效率本身比较低，根本无法满足现有的以语音为主的业务需求。实际上，目前一些移动业务发达地区的容量已严重不足，日本等国家和一些中心城市的问题尤为突出。ITU早在WRC92会议上就为IMT-2000规划了120MHz（19201980MHz，21102170MHz）的对称频谱资源供FDD使用，35MHz（19001920MHz，20102025MHz）的非对称频谱资源供TDD使用。WRC2000的会议上又增加了800MHz频段（806960MHz）、1.7GHz频段（17101885MHz）、2.5GH
18、z频段（25002690MHz）供IMT-2000业务使用，两者相加使得3G未来的频谱有500MHz以上，为未来的应用预留了巨大的资源空间。再者，全球一体化的进程迫切需要一个全球统一的移动通信系统，第二代移动通信系统现有的多制式的空中接口和网络设备，不可能实现这个要求，因此新的有望实现全球统一的移动通信系统被寄予厚望。最后，移动通信技术日新月异，第二代通信系统的标准化和产业化工作已经完成了很久，其主要目的也仅仅是为了解决语音通信的需求。近年来，随着CDMA等无线通信技术的日益成熟，以及无线数据通信技术的发展，需要对原来无线通信技术体制进行相应的更新，提高频谱资源的利用效率和运营商的成本收益。（
19、参考文献10）3G预期提供的业务是非常丰富的。可以通过3G终端，享受普通话音业务，多媒体业务，可视电话和视频会议电话；移动网络上的Internet应用也更为普遍，Email、WWW浏览、电子商务。电子贺卡等业务将与移动网络相结合。移动办公类业务也是一个发展方向：Intranet接入、企业VPN等将大力普及。信息、教育类业务也将有很好的应用前景，股票信息、交通信息、气象信息。位置服务（LCS）、网上教室、网上游戏等移动应用将极大地丰富人们的生活。IMT-200提出了SoLSA、VHF等新的特色业务，使得业务提供更加灵活和个性化。Release99中可通过MexE、SAT、CAMEL等现有技术来体
20、现VHE的业务平台概念。3G支持多呼业务能力，即能够支持终端同时进行多个CS呼叫或PS会话的能力。3G丰富的切换能力也保证了移动网络中的业务连续性。业务IP化、分组化、多媒体化、个性化、生成简单化是总的发展趋势。在未来的业务生成体系中，移动网络运营者、业务提供者（ISP）和内容提供者（ICP）将进行紧密的分工合作。特别重要的是，未来的网络将提供开放的业务结构（OSA），移动运营者可以自己或者和其它机构合作，在网络提供的开放业务平台上开发出各种各样的灵活业务，从而满足移动用户的更高要求。（参考文献9）5 3G的市场应用目前，运用 3G的广大用户可以享受到运营商所提供的五种服务。5.1 Inter
21、net接入业务Internet接入3G可以提供Internet接入业务：Web浏览、新闻、体育、天气查询、城市黄页等各种各样的信息服务；实现各类精彩的游戏，如AOD、VOD、卡拉OK、下载游戏软件等；帮助商业人士提供移动证券、移动银行、保险、网上购物等电子商务；提供各种生活信息，如旅游、饮食、娱乐的服务地点、费用、时间、方式等。面向集团用户可以提供虚拟局域网功能 (VPN)接入企业服务器、内部电子邮件、多媒体会议、信息发布等业务。这些数据业务的应用种类繁多，业务提供商利用 3G网络平台开发各种各样的应用，以求最大限度的满足移动用户的需求。 5.2 短消息业务平台建立整套短消息业务平台3G将提供
22、从短信(SMS)、增强短信(EMS)到多媒体消息 (MMS)的整套消息业务平台，提供从超长的文本消息到图片、音频信息、视频信息的传送。可即时实现端到端、终端到互联网或互联网到终端传送包括声频、图片、图像、动画和视频的信息。 5.3 多媒体业务娱乐3G为用户提供实时的多媒体业务。轻轻松松实现用手机看电视、听音乐，观赏热门大片，而且宽带的传输速度使得观赏质量得到极大提升。实时多媒体将首先利用3G电路域的承载通道实现，在未来将通过全IP的方式实现，用户使用起来将更为顺心顺手。 5.4 智能业务提供智能业务3G所具有的移动网络智能业务，还可以与目前的固定网络相融合，为全业务电信运营商，提供综合的 3G
23、智能业务平台，既可根据综合业务运营商的需要，兼容性接入GSM、GPRS、PSTN、IP网，也可以独立支持不同网络的智能应用平台。在降低经营成本的同时，也达到扩大服务范围的效果。 W-CDMA智能平台开发的主要智能业务包括个人类、家庭类和团体类。个人类智能业务有预付费(PPS)、一号通、移动广告业务(MAD)、亲情号码、被叫付费、电子投票、话费即知、去话筛选业务、用户追拨业务等。集团类智能业务主要包括移动虚拟专网业务(MVPN)、移动会议电话业务(MCC)。家庭类智能业务重点是家庭卡业务，融合了个人类和集团类业务的双重特点。无论个人、家庭还是公司集团，都可以从这里享受到高品质的服务。 5.5 定
24、位业务提供定位业务定位业务(LCS)具有极大的市场和商业前景，目前已经在国内外移动运营商的GSM、GPRS网络中开始了商用。在3G网络中，随着各种定位技术的成熟、地理信息库的丰富以及定位精度的提高，W-CDMA定位系统可根据不同的业务和不同的定位精度需求，实现SAI+RTT(小区 )、OTDOA(可观察的到达时间差 )、A-GPS(辅助GPS)三种定位技术，其中OTDOA的精度可达到75米以内,A-GPS的精度可达到10米之内。 目前可以发挥威力的具体定位业务包括车辆调度功能；基于位置信息的服务查询；寻人定位、防止儿童走失业务；紧急事件报告功能；城市指南业务；导航业务；被盗汽车追踪指示；本地信
25、息业务；到达通知业务和区域指定折扣业务等。其中车辆调度功能利用价值是十分巨大的。通过利用 LCS系统建设车辆定位通信系统，通过车载智能移动信息终端可以实现对车辆的智能调度、防劫报警、税控和实时监控、跟踪，达到提高出租车辆的有效利用率，保障车辆安全，加强对车辆和驾驶员管理的目的。（参考文献15） 6 结语 我们相信在未来无线通信系统中，人们的生活方式必然会发生巨大的改变。我们的未来将是一个无线的世界我们在任何时候，任何地方，可以和世界上任何人进行通信，可以获得任何你想要的信息。3G时代的到来将会让我们在实现个人通信这一理想目标的道路上跨出坚实的一步。参考文献1 权力,李莲萍,王卫群. 第三代移动
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