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第三代移動(dòng)通信（3G）業(yè)務(wù)將涵蓋語(yǔ)音、視頻和高速Internet接入，從根本上改變移動(dòng)通信僅是固定電話的便攜式替代品的傳統(tǒng)觀念。本文將對(duì)3G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)做一分析。
3G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)
畢庶民 王蕾
何為3G？
---- 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)為模擬制式，并于1981年建立了以FDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（如AMPS、TACS、NMT等）。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2nd Generation，2G）是以傳送語(yǔ)音和數(shù)據(jù)為主的數(shù)字通信系統(tǒng)，典型的系統(tǒng)有GSM（采用TDMA方式）、DCS1800和IS-95CDMA。2G除提供語(yǔ)音通信服務(wù)之外，也可提供低速數(shù)據(jù)服務(wù)和短消息服務(wù)。所謂第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3rd Generation，3G），國(guó)際電聯(lián)也稱IMT-2000(International Mobile Telecommunications in the year 2000），歐洲的電信業(yè)巨頭們則稱其為UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）。它能夠?qū)⒄Z(yǔ)音通信和多媒體通信相結(jié)合，其可能的增值服務(wù)將包括圖像、音樂(lè)、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、視頻會(huì)議以及其他一些信息服務(wù)。3G意味著全球適用的標(biāo)準(zhǔn)、新型業(yè)務(wù)、更大的覆蓋面以及更多的頻譜資源，以支持更多用戶。
---- 3G系統(tǒng)與現(xiàn)有的2G系統(tǒng)有根本的不同。3G系統(tǒng)采用CDMA技術(shù)和分組交換技術(shù)，而不是2G系統(tǒng)通常采用的TDMA技術(shù)和電路交換技術(shù)。在電路交換的傳輸模式下，無(wú)論通話雙方是否說(shuō)話，線路在接通期間保持開(kāi)通，并占用帶寬。與現(xiàn)在的2G系統(tǒng)相比，3G將支持更多的用戶，實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。
3G能做什么？
---- 3G除了能完成目前的語(yǔ)音通信外，還能進(jìn)行多媒體通信，同時(shí)語(yǔ)音通信的質(zhì)量將大為提高。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信中，圖像、視頻、音頻將占更大比重。第三代手機(jī)往往帶有一個(gè)觸摸顯示屏，用戶可在上面直接寫字、繪圖，并將其傳送給另一臺(tái)手機(jī)或電腦，而所需時(shí)間可能不到1秒。第三代手機(jī)還可自帶攝像頭，這將使用戶可以利用手機(jī)召開(kāi)視頻會(huì)議，并使數(shù)字相機(jī)成為一種“多余”。
---- 3G的最大應(yīng)用還是高速無(wú)線Internet接入。移動(dòng)用戶將不受固定Internet接入的約束，用第三代手機(jī)直接上網(wǎng)，下載信息，查看電子郵件或?yàn)g覽網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)行電子商務(wù)交易、網(wǎng)上購(gòu)物和娛樂(lè)。 3G能以2Mbps的速率下載復(fù)雜的圖像文件或電視短片。在完全移動(dòng)的環(huán)境中，這些速率將高達(dá)384Kbps，比現(xiàn)有第二代網(wǎng)絡(luò)（如 GSM）高出40倍。3G不僅可以實(shí)現(xiàn)全球漫游，還可以使用戶在全球旅行時(shí)可以隨處接入3G業(yè)務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間與任何人”都能便利地通信。
---- 3G系統(tǒng)的另一個(gè)吸引力是其與2G系統(tǒng)的高度的互運(yùn)行性。目前最有希望被選中作為第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA有極強(qiáng)的兼容性。3G能夠提供類似的平臺(tái)，使運(yùn)營(yíng)商只需在網(wǎng)絡(luò)上增添一些軟硬件即可使現(xiàn)有的GSM升級(jí)為WCDMA，GSM900和GSM1800手機(jī)和新的WCDMA手機(jī)均可在這一新的網(wǎng)絡(luò)中使用。因此現(xiàn)有的2G 用戶將自然過(guò)渡到3G，完全不必?fù)?dān)心GSM手機(jī)將在2002年遭到淘汰。
為什么3G采用CDMA技術(shù)？
---- 首先，高的數(shù)據(jù)傳輸率是移動(dòng)通信系統(tǒng)具備強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)。盡管目前的TDMA系統(tǒng)的業(yè)務(wù)綜合能力較高，能進(jìn)行數(shù)據(jù)和話音的綜合，但是終端接入速率有限(最高9.6Kbps)。 而采用CDMA技術(shù)的3G的數(shù)據(jù)傳輸率將高達(dá)2Mbps。
---- 其次，目前的TDMA系統(tǒng)(GSM或DAMPS)在頻譜效率上僅是模擬系統(tǒng)的3倍，容量有限，而且在話音質(zhì)量上也很難達(dá)到有線電話水平。而CDMA技術(shù)具有系統(tǒng)容量大、話音質(zhì)量好、抗干擾性強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。
---- 由于CDMA技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換、國(guó)際漫游等要求，因此寬帶CDMA系統(tǒng)最有可能被3G系統(tǒng)采用。
細(xì)說(shuō)CDMA
---- CDMA即碼分多址，是由美國(guó)Qualcomm公司首先提出的技術(shù)。其原理基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機(jī)碼與接收的帶寬信號(hào)做相關(guān)處理，以實(shí)現(xiàn)信息通信。
---- 與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。歸納起來(lái)，CDMA應(yīng)用于數(shù)字移動(dòng)通信的優(yōu)點(diǎn)有:
系統(tǒng)容量大。在CDMA系統(tǒng)中所有用戶共用一個(gè)無(wú)線信道，當(dāng)用戶不講話時(shí)，該信道內(nèi)的所有其他用戶會(huì)由于干擾減小而得益。因此利用人類話音特點(diǎn)的CDMA系統(tǒng)可大幅降低相互干擾，增大其實(shí)際容量近3倍。CDMA數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的系統(tǒng)容量理論上比模擬網(wǎng)大20倍，實(shí)際上比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM大4～5倍。
系統(tǒng)通信質(zhì)量更佳。軟切換技術(shù)（先連接再斷開(kāi)）可以克服硬切換容易掉話的缺點(diǎn)，CDMA系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，比TDMA系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)軟切換技術(shù)，從而提高通信質(zhì)量。CDMA系統(tǒng)采用確定聲碼器速率的自適應(yīng)閾值技術(shù)、強(qiáng)有力的誤碼糾錯(cuò)、 軟切換技術(shù)和分離多徑分集接收機(jī)，可提供TDMA系統(tǒng)不能比擬的、極高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。
頻率規(guī)劃靈活。用戶按不同的序列碼區(qū)分，不同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，因此CDMA網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。CDMA網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有建造運(yùn)行費(fèi)用低、基站設(shè)備費(fèi)用低的特點(diǎn)，因而用戶的費(fèi)用也較低。
頻帶利用率高。CDMA是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，盡管擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾性能的提高是以占用頻帶帶寬為代價(jià)的，但是CDMA允許單一頻率在整個(gè)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)可重復(fù)使用，使許多用戶共用這一頻帶同時(shí)進(jìn)行通話，大大提高了頻帶利用率。這種擴(kuò)頻CDMA方式，雖然要占用較寬的頻帶，但按每個(gè)用戶占用的平均頻帶來(lái)計(jì)算，其頻帶利用率是很高的。CDMA系統(tǒng)還可以根據(jù)不同信號(hào)速率的情況，提供不同的信道頻帶利用形式，使給定頻帶得到更有效的利用。
適用于多媒體通信系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)能方便地使用多CDMA信道方式和多CDMA幀方式，傳送不同速率要求的多媒體業(yè)務(wù)信息，處理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式靈活、簡(jiǎn)便，有利于多媒體通信系統(tǒng)的應(yīng)用，比如可以在提供話音服務(wù)的同時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使得用戶在通話時(shí)也可以接收尋呼消息。
CDMA手機(jī)的備用時(shí)間更長(zhǎng)。低平均功率、高效的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和先進(jìn)的鋰電池的結(jié)合顯示了CDMA在便攜式電話應(yīng)用中的突破。用戶可以長(zhǎng)時(shí)間地使用手機(jī)接收電話，也可在不掛機(jī)的情況下接收短消息。
---- 然而，寬帶CDMA系統(tǒng)的應(yīng)用也還面臨一些技術(shù)困難。多址干擾的降低和抵消是CDMA的基本課題，也是提高寬帶CDMA系統(tǒng)容量、發(fā)揮寬帶CDMA系統(tǒng)特長(zhǎng)的重要課題。多用戶、多CDMA信道方式和多CDMA幀方式的信號(hào)檢測(cè)，對(duì)提高系統(tǒng)容量十分重要。
CDMA的關(guān)鍵技術(shù)
---- 1. 功率控制技術(shù)
---- 功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，CDMA功率控制的目的就是使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾。
---- 2. PN碼技術(shù)
---- PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區(qū)分是靠PN碼來(lái)進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的PN序列——m序列作為地址碼，利用它的不同相位來(lái)區(qū)分不同用戶。
---- 3. RAKE接收技術(shù)
---- 移動(dòng)通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出來(lái)增強(qiáng)接收效果。在CDMA系統(tǒng)中多徑信號(hào)不再是一個(gè)不利因素，而且變成了一個(gè)可供利用的有利因素。
---- 4. 聲碼器速率的自適應(yīng)閾值技術(shù)
---- CDMA系統(tǒng)使用了確定聲碼器速率的自適應(yīng)閾值，自適應(yīng)閾值可以根據(jù)背景聲學(xué)噪音電平的變化改變聲碼器的數(shù)據(jù)速率。這些閾值的使用壓制了背景聲學(xué)噪聲，因而在噪聲環(huán)境下也能提供清晰的話音。
向3G過(guò)渡
---- NTT DoCoMo計(jì)劃在2001年將3G網(wǎng)絡(luò)投入商用，歐洲將在2002年1月啟用3G網(wǎng)絡(luò)，世界電信業(yè)巨頭們?yōu)榈谌謾C(jī)定下的大規(guī)模商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)間為2002年。
---- 但是，2G系統(tǒng)仍有很長(zhǎng)的生存期。首先，第三代手機(jī)上市初期不可能擁有一個(gè)大眾化的價(jià)位，這將使不少對(duì)多媒體通信需求不強(qiáng)烈的消費(fèi)者仍傾向于選擇便宜的GSM手機(jī)。其次，由于3G系統(tǒng)與2G系統(tǒng)的高度互運(yùn)行性，2G系統(tǒng)仍將長(zhǎng)期在看重話音的市場(chǎng)部分創(chuàng)造回報(bào)。
---- 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，3G系統(tǒng)取代2G系統(tǒng)是必然的。隨著3G的流行，3G/IMT-2000運(yùn)營(yíng)者從非語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)（寬帶移動(dòng)多媒體通信業(yè)務(wù)）中獲得的利潤(rùn)將逐漸增大。據(jù)UMTS論壇的預(yù)測(cè)，全球移動(dòng)多媒體通信業(yè)務(wù)的市場(chǎng)到2005年將達(dá)到每年340億美元的規(guī)模，10年以后將會(huì)有17億移動(dòng)用戶。這對(duì)運(yùn)營(yíng)者是一個(gè)難得的機(jī)遇，3G運(yùn)營(yíng)者將有能力以全新的方式向用戶提供移動(dòng)通信服務(wù)，使得服務(wù)越來(lái)越好而資費(fèi)越來(lái)越低。
