第1章 第三代移动通信概述
本章主要内容：
? 第三代移动通信的标准化组织，3G技术标准； ? 第三代移动通信系统频谱分配； ? 第三代移动通信系统的业务特点； ? 第三代移动通信的演进路径；
? IMT-Advanced标准化进程，关键技术。
1.1 第三代移动通信的标准化
1.1.1 第三代移动通信标准化组织
第三代移动通信系统简称3G，又被国际电联(ITU ，International Telecommunication Union)称为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统。IMT-2000的标准化工作开始于1985年。第三代移动通信标准规范具体由第三代移动通信合作伙伴项目（3GPP，3G Partnership Project）和第三代移动通信合作伙伴项目二（3GPP2，3G Partnership Project 2）分别负责。
1.第三代移动通信的目标
（1）全球统一频谱、标准，实现全球无缝漫游。 （2）更高的频谱效率，更低的建设成本。 （3）能提供较高的服务质量和保密性能。
（4）能提供足够的系统容量，方便2G系统的过渡和演进。
（5）能提供多种业务，适应多种环境。快速移动环境中最高传输速率可达144kbit/s，室外到室内或步行环境中最高传输速率达到384kbit/s，室内环境中最高传输速率达到2Mbit/s。
2.第三代移动通信的特征
（1）3G系统具有大容量语音、高速数据和图像传输的能力。 （2）3G系统可以基于第二代移动通信系统平滑过渡和演进。 （3）3G系统采用了新的通信技术。 3. 第三代移动通信的标准化组织
(1) 第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP) ①3GPP的组织机构
第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP)是由欧洲的ETSI，日本的ARIB、日本的TTC，韩国的TTA以及美国的T1P1五个标准化组织在1998年底发起成立的，1998年12月正式成立。中国无线通信标准化组织(CWTS)于1999年在韩国正式签字加入3GPP，成为3GPP的组织伙伴。
为了确保3GPP的高效运转，3GPP建立了四个不同的技术规范组（TSG，Technical Specification Group），分别为核心网络和终端、业务和系统、无线接入网、GSM/EDGE无线接入网，每组又被分为不同的工作组。
②3GPP工作
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3GPP主要工作为研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即制定以GSM移动应用部分(GSM MAP ，GSM Mobile Application Part)为核心网，通用陆地无线接入网(UTRA ，Universal Terrestrial Radio Access)为无线接口的标准。
3GPP已制定了WCDMA、CDMA-TDD(含TD-SCDMA和UTRA-TDD，其中TD-SCDMA标准由中国提出)，EDGE等标准。3GPP的标准目前有多个版本，包括R99、R4、R5、R6、R7 和R8等有关标准。
(2) 第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2) ①3GPP2的组织
第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2)由美国TIA、日本ARIB和TTC、韩国TTA等4个标准化组织发起，1999年1月正式成立。中国无线通信标准化组织(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2，成为3GPP2的组织伙伴，在此之前，我国是以观察员的身份参与3GPP2的标准化活动。
②3GPP2工作
3GPP2的主要工作为制定以ANSI/IS-41为核心网、CDMA2000为无线接口的3G标准。ANSI(American National Standards Institute)是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。
3GPP2已制定了CDMA2000标准，已发布R0、RA、RB、RC、 RD标准，正在制定UMB等有关标准。
1.1.2 第三代移动通信技术标准
1.第三代移动通信标准的提出
1999年11月5日在芬兰赫尔辛基召开的ITU TG8/1第18次会议上最终确定了5种技术标准作为第三代移动通信的基础，如表1-1所示。
表1-1 IMT-2000无线接口的5种技术标准
多址接入技术 CDMA 正式名称 IMT-2000 CDMA-DS IMT-2000 CDMA-MC IMT-2000 CDMA-TDD TDMA IMT-2000 TDMA-SC IMT-2000 TDMA-MC 习惯称呼 WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA/UTRA-TDD UWC-136 EP-DECT 2.3大主流技术标准性能对比 3G的3大主流技术的网络基础、核心网、空中接口、码片速率、载频间隔、扩频方式、同步和功控速度等主要技术特点如表1-2所示。
表1-2 3G的主流标准性能对比 标准 性能指标 核心网 带宽 多址方式 码片速率 双工方式 帧长 GSM MAP 5MHz CDMA 3.84Mchip/s FDD/TDD 10ms/15时隙/帧 ANSI-41 1.25MHz CDMA 1.2288Mchip/s FDD 5、10、20、40、80ms/16GSM MAP 1.6MHz CDMA/TDMA 1.28Mchip/s TDD 5*2ms/7*2时隙/2子帧/帧 WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA 2
时隙/帧 语音编码 自适应多速率语音编码器（AMR） 信道编码 信道化码 卷积码和Turbo码 可变速率声码器IS-773、IS-127 卷积码和Turbo码 自适应多速率语音编码器（AMR） 卷积码和Turbo码 OVSF，扩频因子16~1 扰码（v1-v16），长度固定为16 开环+闭环 软切换 上行专用导频； 下行公共或专用导频。 GPS同步 开环+闭环 接力切换 下行公共导频DwPTS； 上行同步UpPTS 同步 前向OVSF，扩频因子512~4； 前向：Walsh和长码； 反向OVSF，扩频因子256~4。 反向：Walsh和准正交码。 扰码 前向：18位GOLD码； 反向：24位GOLD码。 长码和短PN码 功率控制 切换 导频结构 开环+闭环 软切换 上行专用导频； 下行公共或专用导频 基站同步 同步/异步 1.1.3 第三代移动通信标准化进程
1.3GPP技术规范的版本划分
（1）R99版本
R99版本的功能于2000年3月份确定，3GPP制定完成的第一个3G正式版本，有时称为UMTS标准，后续版本不再以年份命名。
R99版本的主要特征是在网络结构上继承了2G系统的GSM/GPRS核心网结构。R99版本的电路域与GSM完全兼容，分组域采用了基于服务GPRS支撑节点(SGSN ，Serving GPRS Support Node)和网关GPRS支撑节点(GGSN ，Gateway GPRS Support Node)的网络结构。与GPRS不同的是扩大了系统带宽，增加了服务等级的概念，提高了分组域的业务质量保证能力。
（2）R4版本
R4版本功能于2001年3月确定。与R99版本相比，在无线接入网络结构方面无明显变化，重要的改变是在核心网电路域方面，此外增加了一些接口协议的增强功能和特性。
R4版本在电路域完全体现了下一代网络(NGN ，Next Generation Network)的体系构架思想，引入了软交换的概念，实现了控制和承载分离。
R4版本与R99版本相比，增加了低码片速率的TDD模式，即TD-SCDMA系统的空中接口标准。
（3）R5版本
R5版本功能于2002年6月份确定。R5版本在无线接入网方面做了如下改进。
① 提出高速下行分组接入（HSDPA）技术，使下行数据理论峰值速率可达14．4Mbit/s。 ② Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可选择传输方式，保证无线接入网能实现全IP化。 ③R5版本在核心网（CN，Core Network）方面，在R4基础上增加了IP多媒体子系统(IMS)，完成了IMS子系统基本功能的描述。
（4）R6版本
R6版本功能于2004年12月确定。与R5版本相比，网络结构没有太大的变动，主要是对已有功能的增强，增加了一些新的功能特性。R6研究的主要内容如下。
①PS域与承载无关的网络框架，研究是否在分组域也实行控制和承载的分离，将SGSN和GGSN分为GSN Server和媒体网关的形式。
②在网络互操作方面，研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN等网络的互操作，以实现IMS
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与其他网络的互联互通；研究WLAN-UMTS网络互通，保证用户使用不同的接入方式时切换不中断业务。
③在业务方面，研究包括多媒体广播/多播业务（MBMS）、Push业务、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）业务、网上聊天业务及数字权限管理等。
④无线接入方面采用的新技术有正交频分复用调制（OFDM）技术、多天线技术（MIMO）、高阶调制技术和新的信道编码方案等等，OFDM和MIMO也是后3G的重点技术。
⑤引入用于提高上行分组域的数据速率的高速上行分组接入（HSUPA）技术。 （5）R7版本
①无线接入方面新技术的研究 ②与IMS应用相关的研究`。 ③业务的增强。
④LTE的可行性研究。
⑤FDD HSPA演进工作范围研究。
⑥引入了先进全球导航卫星系统(AGNSS ，Advanced Global Navigation Satellite System)的概念。
（6）R8版本
①3G长期演进(LTE)和3G系统架构演进(SAE)。
②3G家庭节点B(Home Node B)与家庭演进型节点B(Home eNode B)。 ③网络互通方面。
④业务方面包括基于SMS的增值业务；地震与海啸报警系统；IMS多媒体电话与补充业务等。
（7）R9版本
R9研究和标准化工作主要包括以下内容。 ①网络互通方面 ②业务方面
③Home Node B和Home eNode B安全性的研究。 ④LTE-advanced的研究等。 2. 3GPP2技术规范的发展历程
（1）CDMA2000无线技术的发展历程
①CDMA2000 1X是CDMA2000移动通信系统发展的第一阶段，对应CDMA2000标准的Rev.0、Rev.A、Rev.B协议版本。
②CDMA2000 1X EV-DO技术起源于美国Qualcomm公司提出的高速率数据（HDR，High Data Rate）技术。2000年3月，3GPP2专门成立了HDR工作组并开始标准化工作。2000年10月，CDMA2000 1X EV-DO获得通过，标准编号C.S0024，在TIA/EIA标准中编号为IS-856。2001年12月，CDMA2000 1X EV-DO作为CDMA2000家族的一个分支被吸收为IMT-2000标准之一。3GPP2已完成的CDMA2000 1X EV-DO标准对应HDR Rev.0和Rev.A协议版本。
③CDMA2000 1X EV-DV综合了CDMA20001X和CDMA20001X EV-DV的优点，对应Rev.C和Rev.D协议版本。
（2）CDMA2000核心网发展历程
CDMA2000的核心网架构是基于3GPP2制定的全IP网络架构。全IP网络的演进共分为4个阶段。
? 阶段0：基于传统的电路模式，核心网标准为ANSI-41。
? 阶段1：是向全IP网络演进过程中的增强型网络，分组网络能力扩大，接入网和
分组网络信令和承载开始分离，信令用IP进行传输。
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? 阶段2：引入软交换思想，信令和承载开始独立演变并采用IP进行传输，核心网
和接入网也开始分离。引入了传统MS域(Legacy MS Domain，LMSD)概念，在IP核心网中支持传统的终端，以及多媒体域IMS的一些实体。 ? 阶段3：也称为多媒体域，包括分组数据子系统（PDS）和IP多媒体子系统（IMS），
目前正在研究。实现全IP网络及空中接口IP化是移动网络的最终目标。
1.2 第三代移动通信频谱分配
1.IMT-2000的频谱划分
图1-3 WRC2000频谱安排
信息产业部在2002年10月，公布了中国3G的频谱分配方案，其中TDD方式分配了155MHz。
1.3 第三代移动通信业务
3G业务可以从不同的角度进行不同的分类，不同分类所属的各种业务可以是相互交叠的。基于GSM网络和固定网络数据业务的分类，UMTS论坛将3G业务分为6类，即移动Internet接入、定制信息和娱乐业务、多媒体短消息业务、基于位置的业务、移动Internet/Extranet接入业务和增强语音（含可视电话服务）；按照应用层QoS的业务分类，3GPP定义了四种基本业务类型，即会话类业务、流媒体业务、交互类业务和背景类业务；按照媒体的表现形式，3G业务可以分为文本业务、视频业务和多媒体业务。下面根据应用层QoS的业务和用户体验来分类介绍3G业务。
1.按照应用层QoS的业务分类介绍3G业务
按照应用层QoS的业务分类，3GPP定义了四种基本业务类型，各种业务类型的区别主要是对时延灵敏度有不同要求。
2.根据用户的体验来分类介绍3G业务。 （1）通信类业务 （2）娱乐类业务 （3）资讯类业务 （4）互联网业务 （5）金融业务 （6）位置服务 （7）监控服务
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1.4第三代移动通信演进
1.4.1第三代移动通信的演进路径
WCDMATD-SCDMACDMA2000802.16e3GPP3GPP2GSMCDMACDMA1X EV DO/DVUMB802.16mWiMAX802.16dIMT-AdvancedHSPALTE 图1-6 3G的演进有三条路径
一是以3GPP为基础的技术轨迹，即从第二代的 GSM、2.5代的GPRS到第三代的WCDMA、第三代增强型的HSDPA/HSUPA，以及LTE发展路线，最后演进到IMT-Advanced，即B3G/4G。二是以3GPP2为基础的技术路线，即从第二代的 CDMA2000到2.75代CDMA2000 1X，再到第三代的CDMA2000 1X EV-DO/DV，以及长期演进的UMB升级版本，最后演进到B3G/4G。以上是移动通信演进的两个主流路线，也是占世界绝大多数移动通信市场的路线。三是以WiMAX为基础的技术路线，是宽带无线接入技术向着高移动性、高服务质量的方向演进的结果。最终3条路径演进至IMT-Advanced。
1.4.2 IMT-Advanced
1．ITU-Advanced的标准化进程
第一版本的IMT-2000标准M.1457完成后，2000年3月，ITU-R WP8F组在日内瓦正式成立，平始考虑IMT-2000的未来发展和后续演进问题(QUESTION ITU-R 229-1／8)，随后开始了相关工作。这些工作分为两部分：对IMT-2000的未来发展(Future Development of IMT-2000)及IMT-2000后续系统(System Beyond IMT-2000)的研究。2003年，WP8F完成了IMT.TREND技术报告和M.1645技术报告，对IMT-2000演进的技术趋势以及IMT-2000未来发展和后续演进的框架和目标进行了初步定义。
2．ITU-Advanced关键技术
（1）ITU-Advanced无线接口技术 （2）ITU-Advanced网络技术
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第1章 第三代移动通信概述 - 图文
