第三代移动通讯系统的研究与应用报告.docx
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第三代移动通讯系统的研究与应用报告
网络教育学院
本科生毕业论文（设计）
题目：
第三代移动通讯系统的研究与应用
学习中心：
广东陆河奥鹏中心
层次：
专科起点本科
专业：
网络工程专业
年级：
2012年秋季
学号：
131********9
学生：
黄文滦
指导教师：
高国娟
完成日期：
2012年6月23日
内容摘要
本文介绍了第三代移动通信系统的研究现状，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以及移动通信在军事上的运用。
关键词：
第三代移动通信系统3GCDMATDMA
目录
内容摘要I
引言1
1概述2
1.1背景2
2第三代移动通信综述2
2.1什么是第三代移动通信系统2
2.2第三代移动通信技术的相关知识4
33G系统主流技术的分类与比较8
3.1WCDMA系统8
3.2CDMA2000系统8
3.3TD-SCDMA系统9
4 3G的国际应用状况分析12
5结论16
参考文献17
引言
第三代移动通信系统是指能够满足国际电联提出的IMT-2000/FPLMTS系统要求的新一代移动通信系统。
国际电联于1995年提出了IMT-2000/FPLMTS的评估标准，对未来蜂窝移动通信系统提出了较详细的要求。
1997年以来,国内外有关第三代移动通信的研究逐渐成为移动通信领域的研究热点.按照ITU的既定时间表,1999年3月完成第三代移动通信标准IMT22000RTT关键参数的选定,1999年底完成包括上层协议在内的完整的无线接口标准制定工作,2000年底完成核心网全部标准的制定工作.由于移动通信在未来的信息产业占有举足轻重的作用,发达国家的政府部门,电信运营及制造商均不遗余力,积极参与有关第三代移动通信标准制定及其科研开发工作,以期在未来的竞争中占据有利地位.日本是第三代移动通信的最积极的倡导者,他们急切希望通过第三代移动通信产品的推出,以改变日本在第二代移动通信所处的不利局面,并希望在2002年世界杯足球赛中能实际使用第三代移动通信产品.
1概述
1.1背景
移动通信的历史可以追溯到19世纪80年代，在第二次世界大战期间种种军事上的需求导致了移动通信事业的巨大变化，二次大战后，移动通信开始转为民用，从80年代初模拟蜂窝移动通信系统出现以来，移动通信技术得到了迅猛发展，特别是90年代以后，无论是发展中国家还是发达国家，移动通信都以更高速度进入千家万户。
移动通信的高速发展是建立在技术发展和市场需求基础上的，第一代移动通信系统出现在70年代中期，采用模拟调制技术，主要提供话音业务。
AMPS（北美蜂窝系统）、NMT（北欧移动电话）和TACS（全向通信系统）是三种主要的窄带模拟标准。
第一代无线网络技术使用户第一次能够在他们所在的任何地方无线接收和拨打电话。
由于其频谱利用率低、保密性能差（第三方只需将接收机频点调整到合适的信道，便能听到通话双方的信息）、业务单一，所以逐渐被第二代移动通信系统所代替。
第二代移动通信系统出现在80年代中期，采用数字调制技术，除提供语音业务外，还提供少量短信息服务。
它提供更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户引入了无缝的国际漫游。
当今的GSM、D-AMPS、PDC和IS-95CDMA等第二代数字无线标准，均为窄带系统。
第二代移动通信技术的应用和推广，推动了移动通信系统的广泛使用，对无线通信领域以及人们的社会生活方式产生了深远影响。
20世纪末，移动通信技术和Internet技术的发展极大地影响了人们的生活、学习和工作方式，二者的结合是信息产业发展的必由之路。
由于制式、技术以及其它各方面的原因，第二代移动通信系统在支持全球漫游、频谱利用率以及数据业务方面都有较大的不足。
随着全球经济一体化和社会信息化的进程移动通信业务和移动通信用户呈高速增长的趋势，这使第二代移动通信系统在系统容量和业务种类上趋于饱和，为了适应对移动通信个人化、智能化、多媒体化的要求，ITU和世界上其它的电信标准实体和研究单位都早已开始了对第三代移动通信的研究，提出了第三代移动通信系统标准并将按照此标准开发第三代移动通信系统。
2第三代移动通信综述
2.1什么是第三代移动通信系统
第三代移动通信系统（3G）是在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主，并能同时提供语音数据综合服务和移动多媒体服务的移动通信系统，亦即未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最选进的移动通信系统。
第三代移动通信系统一个突出特色就是，要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间、任何地点，与任何人，用任意方式、高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输。
可见，第三代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统中的主要地位，所以又叫未来个人通信系统。
第三代移动通信系统将会以宽带CDMA系统为主，所谓CDMA，即码分多址技术。
移动通信的特点要求采用多址技术，多址技术实际上就是指基站周围的移动台以何种方式抢占信道进入基站和从基站接收信号的技术，移动台只有占领了某一信道，才有可能完成移动通信。
二、第三代移动通信系统的特征
第三代移动通信的基本特征：
具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少和高度兼容性；具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性；具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能；具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽；移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互连；能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务；支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接；语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非话数据和视频信息；一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司；手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力；具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参数的新收费机制。
宽带CDMA与窄带CDMA或GSM的主要区别：
IMT-2的主要技术方案是宽带CDMA，并同时兼顾了在第二代数字式移动通信系统中应用广泛的GSM与窄带CDMA系统的兼容问题。
那么，它们在技术与性能方面有什么区别呢？
3G与2G相比，具有:
更大的通信容量和覆盖范围；具有可变的高速数据率；可同时提供高速电路交换和分组交换业务；支持多种同步业务；支持其他系统改进功能。
具体内容主要是支持自适应天线阵（AAA），该天线可利用天线方向图对每个移动电话进行优化，可提供更加有效的频谱和更高容量。
自适应天线要求下行链中每个连接都有导频符，而宽带CDMA系统中的每个区中都使用一个公共导频广播。
无线基站再也不需要全球定位系统来同步，由于宽带CDMA拥有一个内部系统来同步无线电基站，所以不像GSM移动通信系统那样在建立和维护基站时需要GPS（全球定位系统）外部系统来进行同步。
因为依赖全球定位系统卫星覆盖来安装无线电基站，在购物中心和地铁等地区会导致实施困难等问题。
支持分层小区结构（HCS），宽带CDMA的载波可引进一种被称为“移动辅助异频越区切换（MAIFHO）”的新切换机制，使其能够支持分层小区结构。
这样，移动台可以扫描多个码分多址载波，使得移动系统可在热点地区部署微小区。
支持多用户检测，因为多用户检测可消除小区中的干扰并能提高容量。
2.2第三代移动通信技术的相关知识
1.13G概述
3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术[1]。
相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指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。
它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。
为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节／每秒）、384kbps（千字节／每秒）以及144kbps的传输速度。
这样的解释或许太枯燥了，简单地说，3G实际上就是一个宽带的无线网络。
而启动这个无线宽带网络的意义在于它可以为用户实施各种新的应用，提供更为宽广的平台。
1.23G的历史
从1G到2G在3G出现之前，其实是没有1G和2G的。
换句话说，1G到2G这个名词是随着3G的出现而为了有别于以往的行动通讯技术才应运而生。
在80年代初期，个人通讯系统（Personalcommunicationsystem：
PCS）开始流行，当时有许多国家提倡应该要在个人通讯上实现移动化（mobile），为了实现这个需求，各种不同的通讯技术纷纷被提出，如早期的卫星电话就是一个最好的例子。
当时无线基地台建置成本还是相当高昂时，卫星电话等许多空中无线通讯平台都是被看好的技术，但是最后普及的却是美国的AMPS系统。
AMPS系统最早是在70年代美国开始试验，后来在1981年斯堪第那维亚开始了商业化服务，而日本在1980年也开始了商业运转。
早期AMPS系统是提供给车辆上可用电话为主要目的，客户锁定为特定的商业人士。
但是后来因为广受欢迎，价格渐渐普及化，而AMPS也系统不断地在改良，到了1990年中，美国将AMPS系统变成一个全国性的服务。
它最大的特色是采用了细胞式（或称蜂窝式，因为每一个基地台彼此间服务的范围彼此紧邻而成一个细胞网络）系统，可以允许每一个人可以在一个基地台的服务范围内可以拨出和接收电话。
这是现今所有行动电话网络的始祖，即使到现在全世界的行动电话还是采用地面蜂巢网络得架构，丝毫没有改变。
AMPS系统即是我们所俗称的1G。
一直到1990年，AMPS系统趋于饱和，于是许多公司提出其它的解决方案。
北美提出两种解决方案，欧洲提出一种。
北美两种方案分别是NA-TDMA与CDMA系统，欧洲则提出GSM系统。
这三种即是俗称的2G，而CDMA后来则演变成所有3G相关技术的先趋。
GSM系统台湾翻成「泛欧式数字细胞行动通信系统」，但是实际上他的全名是行动通信全球系统「GlobalSystemforMobileCommunication」。
1982年欧洲的AMPS系统已经进入了商业部署，但是欧洲当局预期行动电话将会有长足的进步，于是促使「欧洲邮电管理会议」研拟新的行动电话技术。
该会议成立一个特别行动电话小组（GroupSpecialMobileorSpecialMobileGroup），而该小组的成员以开头的第一个字母自称GSM，这就是GSM的由来。
GSM主要设计的目的是可以国际漫游，这也是其它标准如CDMAIS-95没有的优点。
而GSM也不同于AMPS系统，它是纯数字的讯号，不像AMPS是模拟讯号，所以GSM可以提供较高的数据传输服务频宽，最高可达9,600b/s，以当时而言已经是很够用了。
GSM因为目标放在国际漫游上，所以后来全球市场将近70%都是GSM系统，而采用CDMA标准的国家如美国、加拿大、韩国这些国家，因为无法与其它国家互通而被有些使用者冠上了「通讯孤岛」之类的称号，这是GSM非常成功的一点。
NA-TDMA是美国所提出的另一个AMPS改进方案。
TDMA全文是分时多任务接取（TimeDivisionMultipleAccess），NA指的是北美，所以NA-TDMA指的是北美分时多任务接取系统。
NA-TDMA经过许多版本的修订，最后主要的版本是IS-136（InterimStandard136，中期标准136号）。
IS-136是AMPS的延伸，可以在AMPS系统环境上操作，可以提供短信息服务。
北美很多提供IS-136服务的公司标到1900MHz的频段，而后来IS-136中模拟话音通道的技术采用GSM技术，这也就是为什么后来我们的三频手机（GSM900、1800、1900）可以在北美某些地方使用的缘故。
值得一提的是，GSM一开始设计时允许用户数据与手机分离，于是有SIM卡的设计，但是CDMA与NA-TDMA没有，所以CDMA与NA-TDMA的手机号码是烧在手机上不能随意更改的。
经过了AMPS系统与GSM、CDMA与NA-TDMA等系统改进，国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）在1990年就提出3G的概念，称为IMT-2000标准（InternationalMobileTelecommunication2000）。
但是这个标准只是提出一个大略的描述，说明3G应该具备什么样的特性，达到什么样的要求。
到了1998年，ITU接受15个关于IMT-2000的技术标准建议案，其中采用卫星的有六个，9个采用地面基地台建议案（又是一次卫星与地面技术之争）。
而地面建议案中，如果是采用多任务接取技术的项目，有八种采用CDMA相关技术，所以CDMA几乎是成为IMT-2000标准的主流。
[2]
而后的两个重要组织确定了这些标准之中何者出线。
一个是3GPP，一个是3GPP2，各组织成员纷纷在ITU提案希望可以争取关于标准之制订。
一直到了1999年11月，从所有相关建议案中选出了四项技术，分别是WCDMA、cdma2000、UTRATDD、EDGE。
EDGE是IS-136的升级版本，UTRATDD后来变成了TD-SCDMA。
3G的标准演变就此确定。
[3]
1.33G发展的外部环境（3G与Wi-Fi技术）
谈到一个事物的发展，其周边环境如何也是必须要提及的。
因为没有任何一个事物、任何一项技术可以脱离周围的环境而发展。
3G也是如此。
在3G诞生并发展的同时，也有着多种其他的网络技术在发展着，其中就有目前发展势头也非常良好的WI-FI。
以下就着重比较2者，让我们看看，3G是否更有发展前景呢。
WI-FI（WirelessFidelity），就是无线保真。
其技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。
该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。
其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b，IEEE802.11g，IEEE802.11n。
该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。
Wi-Fi技术突出的优势在于[6]：
其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合15米，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。
最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。
据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺接近100米的通信距离扩大到4英里约6.5公里。
其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11mbps，符合个人和社会信息化的需求。
其三，厂商进入该领域的门槛比较低。
厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。
这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。
也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。
拿WiFi与3G来比较，一般而言，3G拥有涵盖范围广、语音通讯与高移动性等优点，但建置成本高与静止时2Mbps的传输速率远逊于WiFi等缺点；而WLAN则有建置成本较低与固定范围内较高传输速率等优势，此外，VoWLAN正快速发展，一旦这样的技术成熟后，WLAN对于语音资料的传输成本上也将相较于3G来的低，不过WLAN只能在固定范围中提供有限移动性[11]。
所以，既然这两个技术各擅胜场，且有互补的可能性，因此整合彼此的长处将可能带来更大的好处，例如在户外没有WLAN提供的地方或高速移动下，3G就是目前必备的解决方案，相反的，在户外有WLAN服务提供的地方则当然优先使用WLAN以获得较高数据传输率与较低成本的通讯，故这样一来在保障移动性的前提下，降低了整体的通讯成本，并也提供了更高品质的语音与数据服务。
WI-FI有2点是优于3G的：
它当前已经存在；它的部署费用便宜。
但是WiFi技术也存在一个与3G相同的问题：
没有人确切地知道如何利用它来赚钱。
WI-FI究竟是不是会取代3G，我们是否有必要继续3G网络的建设呢？
也许是有威胁的，但是目前3G市场的发展却给予了我们希望，我们有理由相信，不久的将来3G将步入我们的生活。
这里还有一个不争的事实，现在全球已经部署的WCDMA基站已经成千上万，整个移动产业为3G付出了太多太多，不论是制造业、运营业。
从这个角度出发，3G也不会轻易被抛弃，3G在全球进入成熟的商用和繁荣期只是时间上的问题。
33G系统主流技术的分类与比较
3.1WCDMA系统
WCDMA（Wide-bandCDMA）又称宽带码分多址，其核心网是基于演进的GSM/GPRS（General PacketRadioService通用分组无线业务）网络技术，空中接口采用直接序列扩频（DirectsequenceSpreadspectrum,DS）,此标准将同时支持GSMMAP和ANSI-41两个核心网络。
该标准的最初提出者是欧洲电信联盟协会。
这是基于GSM网发展出来的3G技术规范,与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。
其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通等厂商。
该标准提出了GSM（2G）→GPRS→EDGE→WCDMA（3G）的演进策略。
GPRS是GeneralPacketRadioService（通用分组无线业务）的简称，EDGE是EnhancedDatarateforGSMEvolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。
目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。
与现在市场上通常提供的技术相比，该技术能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。
WCDMA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。
W-CDMA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）。
输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。
窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。
3.2CDMA2000系统
CDMA2000（CodeDivisionMultipleAccess2000）是一个3G移动通讯标准，国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口，也是2GCDMAOne标准的延伸。
根本的信令标准是IS-2000。
CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容。
作为一项新兴技术，CDMA2000正迅速风靡全球并已占据20%的无线市场。
截止2012年，全球CDMA2000用户已超过2.56亿，遍布70个国家的156家运营商已经商用3GCDMA业务。
包含高通授权LICENSE的安可信通信技术有限公司在内全球有数十家OEM厂商推出EVDO移动智能终端·2002年，高通公司芯片销售创历史佳绩；1994年至今，高通公司已向全球包括中国在内的众多制造商提供了累计超过75亿多枚芯片。
CDMA2000也称为CDMAMulti-Carrier，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，韩国现在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。
但目前使用CDMA的地区只有日、韩、北美和中国，所以相对于WCDMA来说，CDMA2000的适用范围要小些，使用者和支持者也要少些。
不过CDMA2000的研发技术却是目前3G各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。
技术特点
1.前向和反向同时采用导频辅助相干解调。
2.在扩频码选择采用相同的M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户。
3.射频带宽从1.25MHz到20MHz可调。
4.快速前向和反向功率控制。
5.下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高了系统容量。
6.在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps。
7.支持F-QPCH（ForwardLinkQuickPagingChannel，前向快速寻呼信道），可延长手机待机时间。
8.核心网给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性。
9.支持软切换和更软切换。
10.设计了两类码复用业务信道：
a.基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道。
b.补充信道用于传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能。
11.在同步方式上与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。
12.支持高速补充业务信道，单个信道的峰值速率可达307.2kbps。
13.可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。
3.3TD-SCDMA系统
TD-SCDMA是英文TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（时分同步码分多址）的简称，中国提出的第三代移动通信标准（简称3G），也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。
是我国电信史上重要的里程碑。
（相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA，它的起步较晚，技术不够成熟。
）根据野村证券的统计，截至2014年底，TD-SCDMA网络建设累计投资超过1880亿元。
加上中国移动投入的终端补贴、营销资源，保守估计投入远远超过2000亿元
1.技术特点
TD-SCDMA标准是中国制定的3G标准。
原标准研究方为西门子。
为了独立出WCDMA，西门子将其核心专利卖给了大唐电信。
之后在加入3G标准时，信息产业部（现工业信息部）官员以爱立信，诺基亚等电信设备制造厂商在中国的市场为条件，要求他们给予支持。
1998年6月29日，原中国邮电部电信科学技术研究院（现大唐电信科技产业集团）向ITU提出了该标准。
该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电（SDR）等技术融于其中。
另外，由于中国庞大的通信市场，该标准受到各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。
TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵活性、对业务支持具有多样性及成本等方面有独特优势。
TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号
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