第三代移动发通信技术发展探讨与平滑.docx

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第三代移动发通信技术发展探讨与平滑

南京信息职业技术学院

毕业设计论文

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题目第三代移动通信技术发展探讨与平滑过渡

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完成时间：

毕业设计（论文）中文摘要

题目：

第三代移动通信技术的探讨与平滑过渡

摘要：

当前,正在蓬勃发展的移动通信､多媒体通信业务和IP网络是21通信领域最引人注目的突出成就,也是发展最快的领域之一,随着这些业务的比例迅速增加,第二代移动通信系统的缺点和局限性日益显现,因此市场驱动和技术驱动促使人们探索和研究新的通信系统,即第三代移动通信系统｡

但是,第三代移动通信的发展并不是一帆风顺的,由于其技术的不成熟性,不少国家都在使用过程中出现各种问题｡根据他们发展第三代移动通信的经验,如何由第二代移动通信平滑过渡到第三代移动通信是至关重要的｡

此次毕业设计主要就是分析第三代移动通信的相关技术及其发展情况,并对其平滑过渡进行探讨｡

关键词：

第三代移动通信平滑过度

毕业设计（论文）外文摘要

Title:

Thethirdgenerationmobilecommunicationtechnologyandsmoothtransitionisdiscussed

Abstract:

Atpresent,theboomingofmobilecommunications,multimediacommunicationsservicesandIPnetworkisthemostconspicuousprominentachievements,21communicationisalsooneofthefastestgrowingareas,withtherapidincreaseoftheproportionofthebusinessofthesecondgenerationmobilecommunicationsystembecomesincreasinglyshortcomingsandlimitations,sothemarketdriversandtechnicaldriverspromptedpeopletoexploreandresearchthenewcommunicationsystem,namelythethirdgenerationmobilecommunicationsystem.

But,thedevelopmentofthethirdgenerationmobilecommunicationisnotsmooth,becauseofthetechnologyisnotmaturity,manycountriesareintheprocessofusingallsortsofproblems.Accordingtotheirexperienceinthedevelopmentofthethirdgenerationmobilecommunication,howtofromthesecondgenerationofmobilecommunicationsmoothtransitiontothethirdgenerationmobilecommunicationisvital.

Thegraduationdesignmainlyistoanalyzetherelatedtechnologiesandthedevelopmentofthethirdgenerationmobilecommunication,anddiscussesitssmoothtransition.

keywords:

thethirdgenerationmobilecommunicationsmoothtransition

第一章绪论

当前,正在蓬勃发展的移动通信､多媒体通信业务和IP网络是21通信领域最引人注目的突出成就,也是发展最快的领域之一,随着这些业务的比例迅速增加,第二代移动通信系统的缺点和局限性日益显现,因此市场驱动和技术驱动促使人们探索和研究新的通信系统,即第三代移动通信系统｡

所谓第三代移动通信,是由卫星移动通信网和地面移动通信网组成,形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络满足城市和边远地区各种用户密度和高速移动用户的需求｡它能够提供高速分组数据传输的增值业务,可以提供除了语音外的其它应用如数据､视频等｡现在的移动通信系统,增值标准已经发展到能够提供适应第三代移动通信中所需求的业务｡

如今,第三代移动通信的各种技术标准已经得到全面的发展,世界各国都纷纷开始第三代移动通信网络的测试和试用,我国的第三代移动通信也正在测试之中,并有望在2008年之前实现商用｡

但是,第三代移动通信的发展并不是一帆风顺的,由于其技术的不成熟性,不少国家都在使用过程中出现各种问题｡根据他们发展第三代移动通信的经验,如何由第二代移动通信平滑过渡到第三代移动通信是至关重要的｡

此次毕业设计主要就是分析第三代移动通信的相关技术及其发展情况,并对其平滑过渡进行探讨｡

第二章研究背景

在3G在我国商用到来的五六年间，我国对移动通信的需求又将进人高峰期。

因此，恰当地选择部署第二代技术直接关系到我国通信产业能否平稳过渡第三代，同时也深刻关系到我国经济能否持续高效平稳地增长。

信息产业部公布的数字表明，1987年以来，我国移动通信运营业几乎以每年翻番的速度迅猛发展。

1987年我国蜂窝移动电信的用户仅有3200名；到1997年底，这个数字为1310万；而到1998年底已达到2498万。

其中从1997年到1998年这一年移动通信用户增长的数量几乎相当于这之前10年用户增长的总和。

据专家预测，到2000年，我国将拥有3800万移动通信用户，约占全国人口的3%，到2005年，这个数字将达到1亿。

我国无线通信用户的爆炸式增长使本来已经拥塞的第二代GSM网越发显得捉襟见肘，难于应付。

虽然我国已经建成了世界上最大的GSM网络。

并仍在不断扩容，可GSM技术固有的先天不足使它无法充分满足用户对高质量的话音通信和新一代无线通信服务的强烈需求，而经大量商用试验证明成熟的IS-95CDMAOne技术（也就是我国目前所采有的CDM-A技术），不但可以更有效率地利用频谱资源，提供至少是GSM系统3～6倍的容量，而且可以提供更好的话音服务和数据服务，并能以更经济的方式使我国尽早平滑过渡到3G的商用实践。

2.1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，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。

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。

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。

下表为各代典型移动通信系统特性比较：

表2—1各代典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

第三章第三代移动通信技术

移动通信技术自从兴起以来，因其满足了人们在任何时间、任何地点与任何个人进行通信的愿望，因此得到飞速的发展。

与此同时，在信息支撑技术、市场竞争和需求的共同作用下，移动通信技术在短短的二三十年间，跨越式地发展。

从传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统、卫星移动系统；从本地覆盖到全国覆盖，并实现了国内、国际漫游；从提供语音业务到提供包括数据的综合业务；从模拟移动通信系统到数字移动通信系统等,目前已经历了三代。

3.1三代移动通信系统性能

第一代移动通信系统（1G）起源于20世纪70年代末，主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术，由于受到传输带宽的限制，导致了其最致命的缺点为不能进行移动通信的大区域性漫游；第二代移动通信系统（2G）起源于20世纪90年代的初期，主要采用的是数字的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术，此系统以数字传输方式来实现语音和数据等业务。

第二代移动通信系统替代第一代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变；第三代移动通信系统（3G）是正在全力深入开发与试商用的移动通信系统，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，比如高速数据、慢速图像、电视图像等。

第三代移动通信系统现已试商用。

这三代移动通信移动系统性能比较如下表所示。

表3—1　三代移动通信系统性能比较

移动通信系统

传输速率

主要技术

频率范围

主流系统

应用领域

第一代（1G）

低速率

FDMA，小区蜂窝系统电路交换

450MHZ

800MHZ

900MHZ

AMPS,TACS

语音业务，本地漫游

第二代（2G）

9.6kbps,384kbps

TDMA，FDD

900MHZ

1800MHZ

1900MHZ

GSM,N-CDMA

语音、数据业务，国际漫游

第三代（3G）

２Mb/s

W-CDMA,TD-SCDMA,CDMA2000

２GHZ

IMT-2000，

UMTS

多媒体业务，国际漫游

3.23G简介

第三代移动通信系统（IMT-2000），亦即现已试商用并即将大规模使用的移动通信系统，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先进的移动通信系统。

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。

在第二代数字移动通信系统中，通信标准的无序性所产生的百花齐放局面，虽然极大地促进了移动通信前期局部性的高速发展，但也在很大程度上制约了移动通信后期全球性的进一步开拓，即包括不同频带利用在内的多种通信标准并存局面，使得“全球通”漫游业务很难真正实现，同时现有带宽也无法满足信息内容和数据类型日益增长的需要。

伴随芬兰赫尔辛基国际电联（ITU）大会帷幕的徐徐落下，在由中国所制订的TD-SCDMA、美国所制订的CDMA2000和欧洲所制订的WCDMA所组成的最后三个提案中，几经周折后，最终将确定一个提案或几个提案兼容来作为第三代移动通信的正式国际标准（IMT-2000）。

其中，中国的TD-SCDMA方案完全满足国际电联对第三代移动通信的基本要求，在所有提交的标准提案中，是唯一采用智能天线技术，也是频谱利用率最高的提案，可以缩短运营商从第二代移动通信过渡到第三代系统的时间，在技术上具有明显的优势。

更重要的是，中国的标准一旦被采用，将会改变我国以往在移动通信技术方面受制于人的被动局面；在经济方面可减少、甚至取消昂贵的国外专利提成费，为国家带来巨大的经济利益；在市场方面则会彻底改变过去只有运营市场没有产品市场的畸形布局，从而使我国获得与国际同步发展移动通信的平等地位。

TD-SCDMA技术方案是我国首次向国际电联提出的中国建议，是一种基于CDMA，结合智能天线、软件无线电、高质量语音压缩编码等先进技术的优秀方案。

TD-SCDMA技术的一大特点就是引入了SMAP同步接入信令，在运用CDMA技术后可减少许多干扰，并使用了智能天线技术。

另一大特点就是在蜂窝系统应用时的越区切换采用了指定切换的方法，每个基站都具有对移动台的定位功能，从而得知本小区各个移动台的准确位置，做到随时认定同步基站。

3.33G的基本特征

根据IMT-2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，它们是核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM），且基本对应于GSM系统的交换子系统（SSS）、基站子系统（BBS）、移动台（MS）和SIM卡4部分。

其中核心网和无线接入网是第三代移动通信系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制订中最难办的技术内容。

第三代移动通信系统可以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。

第三代移动通信系统的特点是：

综合了蜂窝、无绳、寻呼、集群、无线扩频、无线接入、移动数据、移动卫星、个人通信等各类移动通信功能，提供了与固定电信网络兼容的高质量业务，支持低速率话音和数据业务，以及不对称数据传输。

第三代移动通信系统可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一个通过微微小区，到微小区，到宏小区，直到随时随地连接的全球性卫星网络。

第三代移动通信的基本特征和它与第二代移动通信系统的基本区别主要有：

●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，拥有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；

●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；

●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；

●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，移动终端体积小、重量轻，具有真正的全球漫游能力；

●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。

3.43G标准中的主要技术

第三代移动通信中所采用的多种高新技术，为第三代移动通信系统带来天翻地覆的变化。

它们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TTD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。

3.4.1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信号，增加系统的容量和频谱效率。

智能天线用于调节各阵元信号的加权幅度和相位，从而调节天线阵列的方向图形状，达到增强所需信号，抑制干扰信号的目的；利用信号入射方向差别，将同频率、同时隙的信号区分开来，从而达到成倍地扩展通信系统容量的目的。

3.4.2WAP技术

WAP（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。

3.4.3快速无线IP技术

快速无线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。

3.4.4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。

3.4.5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。

其实早在1993年的PIMRC会议上就被提出来了。

目前，它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，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。

3.4.6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。

多用户检测就是把所有用户的信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理，这样可以充分利用各用户信号的幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度地降低多径多址干扰。

3.4.7功率控制技术

为了克服宽带CDMA系统的远近效应，需要动态范围达80db的功率控制。

上行链路功率控制方式分为开环和闭环两种，开环功率控制主要用于克服距离衰减，闭环功率控制主要用于克服多普勒频率产生的衰减，以此保证基站接收到的所有移动台信号具有相同的功率。

下行链路采用插入功控子信道实现前向的闭环功控。

3.53G新增业务

新技术有利支撑新业务，利用第三代移动通信系统可提供话音、数据、视频图像等新业务。

第三代移动通信业务的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，常见的新业务有：

1、高速电路交换数据（HSCSD）业务是GSM向第三代移动通信兼容的一种软件解决方案，它把单个业务信道的数据速率从9.6kb/s提高到14.4kb/s，并可把4条信道复用在一个时隙中，从而使数据经营者能够提供高达57.6kb/s的传输速率，是目前数据传输速率的6倍。

2、通用分组无线业务（GPRS）是由诺基亚开发的基于IP解决方案的可使GSM运营者迈向多媒体无线业务以其兼容第三代移动通信系统的另一项新技术，可提供高达115kb/s的数据传输速率。

3、增强型数据速率（EDGE）业务是由GSM和TDMA厂商正在合作开发的基于未来移动通信系统的应用平台，它将能为未来移动通信系统IMT-2000提供高达384kb/s的移动速率业务。

总之，第三代移动通信系统国际标准，即IMT-2000，是一种真正的宽带多媒体系统，它能够提供高质量宽带综合业务并实现全球无缝覆盖。

随着Internet等高速数据通信及多媒体通信需求的驱动，宽带多媒体综合业务将逐步增长，而且就未来信息高速公路建设的无缝覆盖而言，宽带移动通信作为整个移动市场份额的子集将显得愈来愈重要。

第三代移动通信系统现正在试商用，必将得到大规模应用。

第四章第三代移动通信技术的主流标准

4.1第三代移动通信的基本要求

第三代移动通信系统的目标是：

世界范围内设计上的高度一致性；与固定网络各种业务的相互兼容；高服务质量；全球范围内使用的小终端；具有全球漫游能力；支持多媒体功能及广泛业务的终端。

为了实现上述目标，对第三代无线传输技术（RTT）提出了支持高速多媒体业务（高速移动环境：

144Kbps，室外步行环境：

384Kbps，室内环境：

2Mbps）、比现有系统有更高的频谱效率等基本要求。

4.2第三代移动通信系统的三种主流标准

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定以WCDMAA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）。

WCDMA由标准化组织3GPP所制定，CDMA2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成。

TD-SCDMA标准由