1.3 第三代移动通信标准

1998年6月，国际电信联盟（ITU）所征集的第三代候选无线接口技术标准共有15种，经过类似技术的彼此融合，最后形成5 种：WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA、UWC-136以及EP DECT。WCDMA和cdma2000宽带CDMA技术以及我国提交的TD-SCDMA是其中3个主流技术；UWC-136是基于北美IS-136（DAMPS）的TDMA方案；EP DECT是在欧洲DECT的基础上稍做改进而成的，其主要是由于采用了第三代频谱的原因而提交的。2007年10月19日，ITU正式接纳移动WiMAX加入IMT-2000，命名为OFDMA TDD WMAN，成为第6种3G空中接口技术。

1.3.1 WCDMA

WCDMA的代表厂商有爱立信、诺基亚、NTT。WCDMA实际上是两个独立的建议：日本无线工业广播协会（ARIB）支持的纯WCDMA和欧洲电信标准协会（ETSI）制定的UTRA。UTRA实际上是以日本的WCDMA技术和欧洲的第三代GSM使用的最初UMTS平台为基础的混合标准，WCDMA是基于GSM的第三代技术。

全球移动电信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunication System）是欧洲ETSI（European Telecommunication Standard Institute）提出的，它采用WCDMA技术。在ETSI的文件中，将其称做UTRA（UMTS Terrestrial Radio Access），包括FDD和TDD两种双工模式。WCDMA是由日本的ARIB提出的，并得到ARIB、ETSI电信工业方案联盟（ATIS，the Alliance for Telecommunication Industry Solution）、WIMS（Wireless Integrated Services Digital Network Multimedia Services）等重要标准化协会和行业协会的支持。我国拥有世界上最大的GSM网络，而WCDMA有极强的兼容性，运营商只需在网络上增添一些软硬件即可使现有的GSM升级为WCDMA，所以采用WCDMA可以保护已经对GSM的投资。

WCDMA系统是宽带直接序列扩展码分多址（DS-CDMA）系统，即用户的信息比特和来自CDMA扩频码序列集的伪随机序列比特（也称为码片）相乘，得到频域内的宽带信号。WCDMA系统采用了变扩频因子和多码传输技术，实现高速的物理连接（达2 Mb/s）。

WCDMA系统的码片速率达3.84 Mc/s，载波带宽约5 MHz。WCDMA的宽带特性支持高速的用户数据传送和更好的多径分集效果。网络运营商可以用多个小区层的方式实现多个5 MHz的带宽以增加容量。按照载波间干扰的大小，实际载波的宽度在4.4～5 MHz间选择，载波间的空白频带是200 kHz的倍数。

WCDMA支持变用户速率传输，即可以实现带宽点播（BoD，Bandwidth on Demand）业务，每10 ms的用户帧内的速率保持恒定，但是帧与帧间所承载的用户信息量可以变化，这种快速无线容量分配技术由网络控制，以优化分组数据业务的流量。

WCDMA支持频率复用（FDD）和时分复用（TDD）。在FDD模式下，上行链路和下行链路各占用5 MHz的频带，而在TDD模式下，上行链路和下行链路时分复用5 MHz的频带。

WCDMA的基站间的同步方式为准同步，优点是网络拓展到室内和微蜂窝环境时的成本低。

WCDMA系统因为采用了导频符号和公共导频信道，所以上行链路和下行链路都是相关检测。在上行链路上采用相关检测，可以带来上行链路容量和覆盖范围的增加。

WCDMA的空中接口定义有助于使用多用户检测和智能天线技术等新技术，网络运营商可以通过在系统中配置新技术来增加容量和覆盖范围。在目前GSM和IS-95这样的二代系统中，改善性能的新技术很难直接应用在工程上。WCDMA网络支持与GSM网络的接口。

根据3GPP的发展和目前的计划，WCDMA的发展将经历几个阶段，可以用3GPP的版本号来区别，如图1-5所示。

3GPP的R99版本在2000年3月冻结，它最大限度地保护了GSM网络在电路域的投资，实现充分的向下兼容，网络的规划和建设与传统的电路网相同。对既有的GSM网络运营商而言，这种方式可能带来投资的节省，但系统由于经过一次编/解码转换，增加了语音时延和语音质量的损伤。

R4版本在在2001年3月冻结，它在电路域引入了软交换，实现了承载与控制相分离的网络结构，实现了类似于NGN开放式的网络架构，由MSC服务器和MGW媒体网关配合，实现了传统的节点式交换机的呼叫接续和控制功能。

R5 版本在2002 年8 月功能冻结，在无线接口上引入了高速下行分组接入（HSDPA，High Speed Downlink Packet Access）技术，使得下行传输速率理论上能够达到14.4 Mb/s。在核心网的分组域引入了IP多媒体子系统（IMS，IP Multimedia Subsystem）。

R6版本在2005年3月功能冻结，在无线接口上引入了用于增强上行分组域数据速率的高速上行分组接入（HSUPA，High Speed Uplink Packet Access）技术。在核心网的分组域进一步完善了IMS系统的接口功能。

R7阶段延续R6工作，完善无线接入网络、核心网、空中接口和业务。

在无线接口和无线接入网络侧，增加了对2.6 GHz、900 MHz、1.7 GHz等新频段的支持，特别对TDD复用方式子集进行增强，包括TDD下采用新的码片速率和对上行信道的增强。采用MIMO多天线技术提高无线链路增益，增加了系统容量，并对HSDPA/HSUPA支持游戏业务进行了定义。开放天线塔放与基站之间的接口，研究了分组数据用户永久在线问题。另外，通过优化信令、减小包头等方式缩短CS和PS呼叫建立时延和传输时延。

在核心网络，增加CCCF实体实现CS与IMS之间语音呼叫延续性，引入新的功能实体PCRF实现QoS策略控制和计费系统的融合，在UE与GGSN之间用户平面直接建立隧道进行连接。对MBMS、IMS多媒体电话、SMS、VGCS、紧急数据呼叫等业务也进行了严格定义，使IMS业务得到大大丰富。

R8阶段力图在现有系统基础架构和空口技术下，通过采用高阶调制、OFDM和MIMO、增强Node B对切换和无线资源管理功能、用户平面采用单隧道、增加Node B与核心网络接口等方式达到与LTE基本相似的系统延时和传输速率，LTE的峰值速率为上行50 Mb/s，下行100 Mb/s。

1.3.2 cdma2000

cdma2000代表厂商有高通、朗讯、摩托罗拉和北方电讯。这一标准由美国提出，是基于IS-95 CDMA的宽带CDMA技术，可以保护基于IS-95的窄带CDMA的投资，受到了CDMA发展集团（CDG，CDMA Development Group）、宽带扩频数字技术电信工业委员会（TWSDTC，TIA Wideband Spread-spectrum Digital Technology Committee）等协会和标准化组织的支持。

其技术特点是反向信道连续导频、相干接收，前向发送分集，电磁干扰影响小；与IS-95 CDMA的兼容性好，性能上也没有太大的差别，综合经济技术性能较好。

cdma2000 1x的发展历经Rev0、RevA、RevB、RevC和RevD几个版本，其中，RevC和RevD特别加强对数据业务的支持，也称为cdma2000 lxEV-DV系统。这一条技术演进路线与cdmaOne保持后向兼容，沿用cdmaOne的部分信道（寻呼和接入信道），对性能的增强主要体现在协议结构的变化、支持新频段和新带宽、增加新信道等，也采用高阶调制、快速调度、定向天线技术等提高速率和容量的方法。cdma2000的技术演进如图1-6所示。

1.3.3 TD-SCDMA

TD-SCDMA标准是我国提交的第三代移动通信标准，它采用了集FDMA、TDMA和CDMA为一体的技术，1.6 MHz的载波带宽提供高达2 Mb/s的数据速率。

由于TD-SCDMA具有上/下行链路可以不对称、频谱利用率高、发射功率低等优点，非常适合于第三代移动通信将大量应用的在因特网浏览等非对称移动数据和视频点播等多媒体业务，且可以提供较高的系统容量，特别是能够满足我国一些地方人口密集而频谱资源紧张的需要，完全符合我国国情。TD-SCDMA的成本低，因为它无高收/发隔离的要求，可以使用单片IC来实现射频收/发信机。同时，TD-SCDMA系统还能够从目前我国已大量应用的GSM系统平滑过渡，最大限度地保护运营商及用户已有的巨大投资。在运营部门增加业务时，由于TD-SCDMA采用软件无线电技术，能够在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件即可实现不同的业务性能。

TD-SCDMA的主要技术特点有：

● 功率调整及功率控制：功率调整步长为1～3 dB，同步精度为1/8码片宽度，而且功率控制采用开环 + 闭环的同步方式。

● 上行同步（Uplink Synchronization）：上行链路采用正交码扩频，网络控制移动台动态发往基站的发射时间，使上行信号到达基站时保持同步，保证上行信道信号不相关，降低了码间干扰。提高了系统容量，降低了基站接收机的复杂度。

● 智能天线（Smart Antenna）：采用类似于相控阵的波束成形技术，基站天线的方向图随移动台的移动而动态跟踪。由于波束很窄，因此不仅对相关的移动台增益高，而且对其他用户的干扰也很小并取得了移动台的位置信息，所以降低了多径和多址干扰并提高了系统容量。

● 联合检测（Joint Detection）：将同一时隙中的多个用户的信号以及多径信号一起处理，精确地解调出各个用户的信号。所以联合检测能够有效地解决码间干扰和多用户干扰问题。

● 接力切换（Baton Handover）：利用移动台的位置信息，准确地将移动台切换到新小区，避免了频繁的切换，大大提高了系统容量。

● 软件无线电（Software Radio）：用软件来实现部分需硬件实现的功能，而使得设计、测试变得灵活方便，可以提高不同系统间的兼容性。

● 低速率模式（Low Chiprate）：采用1.28 Mc/s，为URTA TDD码片速率的1/3，这有利于与UTRA TDD系统的兼容。码片速率低，在硬件上容易实现并且成本很低。对于1.28 Mc/s的码片速率，单个载频占用1.6 MHz的带宽；由于占用频带窄，所以能够很灵活地安排频谱。利用将要空置出的第二代频谱开展第三代业务，可有效地使用珍贵的频谱资源。GSM的频点为200 kHz间隔，8个连续的GSM频点可安排一个1.6 MHz TD-SCDMA的载波。

● 基站站址可以重复利用：根据平滑过渡的原则，GSM基站和TD-SCDMA节点B可以配置在同一基站站址。

TD-SCDMA标准演进过程如图1-7所示。

1.3.4 WiMAX标准

WiMAX（World interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）是一种基于IEEE 802.16标准的宽带无线城域网接入技术，采用了大量新技术（如OFDM/OFDMA、MIMO、自适应编码调制等），提高了频谱资源利用率以适应各类宽带多媒体应用。

WiMAX是IEEE 802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在IEEE 802.16工作组中开发的无线城域网（WMAN）技术。IEEE 802.16是为制定无线城域网标准而专门成立的工作组，该工作组自1999年成立以来，主要负责固定无线接入的空中接口标准制定。为了推广基于IEEE 802.16和欧洲电信标准组织（ETSI）高性能无线城域网（HiperMAN）协议的无线宽带接入设备，并且确保它们之间的兼容性和互操作性，2001年4月，由业界主要的无线宽带接入厂商和芯片制造商共同成立了一个非营利工业贸易联盟——全球微波接入互操作性（WiMAX）组织。

IEEE 802.16标准适用于2～66 GHz的空中接口规范。它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50 km，因此IEEE 802.16系统主要应用于城域网，是“最后一公里”宽带接入解决方案。根据使用频段高低的不同，IEEE 802.16 系统可分为应用于视距和非视距两类，其中使用2～11 GHz频段的系统应用于非视距（NLOS）范围，而使用10～66 GHz频段的系统应用于视距（LOS）范围。根据是否支持移动特性，IEEE 802.16标准系列又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中的IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而IEEE 802.16e以后的属于移动宽带无线接入空中接口标准。IEEE 802.16 标准系列到目前为止包括IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16c、IEEE 802.16d、IEEE 802.16e、IEEE 802.16f、IEEE 802.16g、IEEE 802.16h、IEEE 802.16i和IEEE 802.16k 10个标准。现在主要应用的是IEEE 802.16d和IEEE 802.16e标准，IEEE 802.16e包含移动性并支持固定接入，具有省电、寻呼和漫游切换等移动性能的支持。此外，IEEE 802.16e还可选支持多播和广播业务，可用于移动电视和三重播放业务。