第三代移動通信的概念及發展演進

2019-11-03 09:11:56

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信息產業部電信研究院曹淑敏

　　摘要：本文簡述了第三代移動通信標準的概念的提出、內涵及發展演變過程。對一些存在爭議和疑問的說法，進行了說明。

1.引言

　　第三代移動通信，即國際電信聯盟（ITU）定義的IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000），俗稱3G。

　　雖然第三代移動通信已經熱了很多年，人們對它討論、爭論和評判了許多年，但也伴隨著對這個概念的很多質疑，如3G和2G本質區別是什么？3G的主要特征是什么？3G是否實現了當初人們的期望和目標？cdma2000 1x到底是3G還是2G/2.5G？3G和頻譜之間的關聯如何？3G下一步的發展方向如何？等等。

　　雖然ITU早在十幾年前就已經確定了理想的目標，但是由于在3G的概念形成和技術標準的產生及演變的過程中，移動通信經歷了從第一代模擬移動通信過渡到以TDMA（主要是GSM）和CDMA（即IS95、cdmaOne或稱窄帶CDMA）為主的第二代移動通信技術的發展過程；從少數人使用的奢侈品向普通大眾普及的全球超過10億用戶的個人消費品；由固定通信的補充演變為主導的、而且將很快成為最重要的通信手段；從單一的話音業務向多種業務發展的過程。

　　與第二代移動通信替代第一代模擬移動通信不同的是，第三代移動通信的發展將是在一個龐大的十幾億用戶的基礎上，甚至在有些國家和地區是在用戶逐漸趨于飽和的情況下引入和發展的，另外2G的技術和業務能力也在不斷增強和提高。所以對3G的認識以及它的內涵必然隨著移動通信的上述發展發生著一些變化，使得3G和2G之間的技術能力更加趨向于無縫銜接，特別是在業務和應用方面。另一方面，由于3G的發展和演變有著復雜的經濟、利益，甚至政治背景，所以使得3G的概念和技術不再只是單純的技術的概念，而是多種因素共同作用之后的結果。

　　所以對于3G的內涵在業界達成廣泛共識的基礎上，也有一些不同的詮釋和理解。

2.IMT－2000的概念提出及其主要特征

　　第一代和第二代移動通信標準和頻段的使用都是國家或區域性行為，這是和第三代移動通信的最大的不同。如GSM是歐洲提出的標準，后來被一百多個國家采用，CDMA則是美國提出的標準，也有幾十個國家采用。他們使用的頻段也有很大的差異，GSM一般使用900MHz/1800MHz，北美和少數南美國家使用1900MHz頻段。cdmaOne則一般使用800MHz（日本的800MHz上下行相反），美洲一些國家還使用了1900MHz，韓國使用了1800MHz頻段。除GSM和cdmaOne之外，日本采用的主要標準是PDC，北美還有TDMA（IS－136或DAMPS）標準等。雖然GSM和CDMA成了第二代主流的標準，但畢竟在應用國家和頻段使用上有很多差異，難以做到理想的國際漫游。如GSM無法在日本和韓國使用，CDMA則無法在歐洲使用等。

　　第三代移動通信是第一次由國際標準化組織即國際電信聯盟ITU牽頭、領導，努力在頻段和標準上統一的一個系統。經過十幾年的艱苦努力，雖然沒有完全實現最初的所有愿望，但與第二代相比，無論是在頻段的統一上、標準的統一上，還是技術能力上又大大邁進了一步。

　　第三代移動通信系統是國際電信聯盟（ITU）在1985年首先提出的，當時被稱為未來公眾陸地移動通信系統，即FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication Systems）。隨著時間的推移，IMT－2000的要求和目標愈加清晰，由于FPLMTS這個名稱含義不準確，發音拗口，1996年ITU正式將其更名為全球移動通信系統IMT－2000，意即工作在2000MHz頻段，預期在2000年左右商用的系統。IMT－2000最主要的目標和特征為：

（1）全球統一頻段、統一制式，全球無縫漫游；

（2）高頻譜效率；

（3）支持移動多媒體業務，即室內環境支持2Mbps、步行/室外到室內支持384kbps、車速環境支持144kbps等。

　　這些成為后來IMT－2000技術提交、評估和標準形成的重要依據。

　　1992年世界無線電大會（WRC－92）為IMT－2000規劃了230MHz（1885MHz～2025MHz，2110MHz～2200MHz）的頻段，即后來被稱為的核心頻段，為標準的統一奠定了一定的基礎。

　　如前所述，IMT－2000的概念是在世界上模擬蜂窩移動通信剛剛開始商用時提出的，目標的形成也是在第二代移動通信剛剛商用之時。當時人們對移動通信發展的估計后來也發生了巨大的變化，特別是1996年美國將IMT－2000核心頻段的上行作為PCS（個人通信系統）頻段拍賣，歐洲的GSM和北美的CDMA制式成為兩大2G主流技術，這些都對第三代移動通信標準的形成和演變帶來了巨大的影響。

　　下面對上述三個特征的演變情況逐一描述。

3.3G的目標實現了多少？

3.1“全球統一標準、統一頻段、全球無縫漫游”。在3G概念提出的很多年里，也有一些持懷疑態度的國家和地區，特別是美國頻段與ITU的沖突，使得全球統一頻段的目標無法完全實現。

　　但是中國、歐洲、日本、韓國和絕大多數國家及地區目前規劃的頻段和ITU的基本一致，這和目前的2G情況比，向統一大大邁進了一步。

　　從標準上來看，雖然在2000年ITU－R通過了5個標準，沒有實現當初期望的統一成唯一一個標準的目標，但是事實上，目前的主流FDD標準只有WCDMA和cdma2000及其增強型標準，TDD目前具有商用前景的也只有TD－SCDMA。決定和計劃采用WCDMA的國家和地區比GSM多，特別是日本和韓國都分別有兩個運營商采用，采用cdma2000的運營商也多于采用cdmaOne的國家和地區。

　　所以，全球漫游在3G得到進一步的，而且是真正的實現。標準的融合并沒有停止，而是一直在不斷地發展。

　　從技術融合的角度來講，WCDMA的增強型技術HSDPA（高速下行分組接入）和cdma2000 1X的增強性技術1X EV/DV在技術上也在融合，兩大核心網絡也均在向全ip方向演進，而且正在向采用相同的方案和技術規范融合。

　　在2000年世界無線電大會（WRC）上又確認了新的頻段，稱為WRC－2000確認頻段，人們也常將核心頻段以外的稱為擴展頻段。將目前2G采用的800/900MHz和1800/1900MHz頻段均納入3G頻段，同時又增加了2500MHz～2690MHz頻段。其中2500MHz～2690MHz有望實現全球統一。所以3G的頻段統一和標準統一的目標一直在逐步地實現。

　　3.2“頻譜效率高”。在評估和確定IMT－2000的標準時，頻譜效率是其中重要的一個內容。從當時評估的結果看，WCDMA和cdma2000的容量相當，均是二代的cdmaOne的兩倍，比GSM的容量則高4倍以上。從已經商用的cdma2000 1X和WCDMA的情況看，容量的確比2G高很多，而且目前商用的3G系統還沒有實現3G的全部能力，隨著技術的完善和演進，容量的優勢將更加明顯。

　　3.3“移動多媒體業務”。三個環境的三個數據速率是評估是否滿足3G技術的最直接和定量的標準，也是區別于2G的重要特征之一。從幾種3G技術的能力來講，不但可以達到目標，而且3G的增強性技術已經超過了當初的目標。cdma2000 1X EV/DO可以實現峰值2.4Mbps的速率，1XEV/DV可以實現3.1Mbps的速率，WCDMA HSDPA則可實現10Mbps的數據速率。

　　從已經商用的情況看，WCDMA已經實現了384kbps，cdma2000 1X則實現了用戶速率平均為50kbps～97kbps，1X EV/DO實現了平均500kbps的用戶速率。目前GPRS實現的實際速率為30kbps～40kbps。TD－SCDMA的實驗系統已經實現了148kbps的速率。所以3G技術在能力上已經超出最初的目標，而且已經實現的能力也超過了2G/2.5G系統。

　　這里，需要再澄清一個問題，有人說由于目前的3G系統還沒有實現2Mbps，所以就不是真正意義的3G，這種說法有一些不妥。因為一方面當初的目標是指技術能力，并不是一定要開始商用時就全部實現，另一方面，從市場的需求來看，也無須初期就實現2Mbps速率。

　　人們對移動通信的新業務是在近兩年才逐步認識的，業務本身并沒有明顯的“代”的概念，而是逐步演進的。但是由于3G支持的數據速率更高，采取更加靈活的提供業務的技術，使得其可以提供比現有2G/2.5G質量和性能更高，而且內容更加豐富的業務。目前雖然處在商用的初期，實際提供的業務，除了能更好地支持2G/2.5G所有的業務外，還可支持移動可視電話、攝像等2G/2.5G無法支持的業務。

4.cdma20001X是不是3G？

　　ITU在2000年通過的3G標準中cdma2000 1X是cdma2000的一部分（含多種多載波模式cdma2000 1X、3X、6X、9X、12X等）。但cdma2000 1X成為3G標準，的確有背后利益協調的結果，在1998～1999年WCDMA和cdma2000（直接序列擴頻方式DS）兩種CDMA技術融合的著名故事中，將cdma2000 1X作為3G標準的一部分，是北美以高通和朗訊為主的CDMA陣營同意三個參數（導頻、碼片速率和同步）融合的條件之一。盡管在1999年11月TG8/1最后的全會討論通過時，遇到了英國最后的質疑，但最終還是成為了3G標準cdma2000的組成部分。

　　從cdma2000 1X的能力來看，盡管比GPRS支持的速率高，但仍然是一個數量級的；另外，就像GPRS開始在GSM網引入分組數據業務一樣，cdma2000 1X為CDMA網引入了分組數據業務，所以難免有人認為它不是3G技術。由于cdma2000 1X可以很容易地在現有的cdmaOne上平滑升級，也有人把它叫作2.5G的另一個技術。

　　另外還有一個最主要原因，就是運營商的利益。日本、韓國的cdmaOne的運營商希望政府允許他們在現有cdmaOne的頻段上直接升級成cdma2000 1X，不要再發放許可證，以免貽誤時機，同時也不希望影響在3G核心頻段的許可證，所以他們在初期，將在原有頻段采用的cdma2000 1X稱為2.5G，甚至2.75G，而不稱為3G。中國聯通將從800MHz升級的cdma2000 1X既不稱為3G，也不稱為2.5G，而巧妙地稱為CDMA 1X，避免了爭論。北美cdmaOne的運營商，由于近期難以得到新的頻段，所以將在原有頻段上升級的cdma2000 1X稱為3G，以表明他們率先采用了3G技術。

　　由于除北美以外，多數國家和地區是在新的頻段（核心頻段）發放3G牌照，所以3G也就自然和頻段聯系在了一起。政府對在原有頻段上升級的cdma2000 1X，沒有再發放許可證。

5.有關3G的名詞術語

　　UMTS－Universal Mobile Telecommunication System是歐洲的3G名稱，概念提出較早。歐洲試圖在3GPP采用這一名稱，但由于其他國家的標準化組織沒有同意，所以沒有采用。但歐洲的國家和公司仍然采用此名稱，含義是指3GPP定義的無線和網絡標準的統稱，而且多數情況下只是指WCDMA。

　　UTRA－Universal Telecommunication Radio access：原來的“U”是指UMTS，由于UMTS沒有在3GPP被接受，所以改為了Universal，指3GPP定義的兩種無線接口。即UTRAFDD（WCDMA）和UTRATDD（含TD－SCDMA/LCRTDD和HCRTDD）。

6.小結

　　綜上所述，與2G相比，3G在頻段和標準統一上比2G/2.5G有了很大的發展和提高，在容量和數據業務的支持能力上，遠遠超過了當初的目標，而且隨著時間的推移，無論是在頻段，還是在技術上仍然在不斷地趨向于融合和統一。

摘自　人民郵電報

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