物联网中的第三代移动通信技术

第三代移动通信（以下简称3G）技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G技术能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），最大的特点是提供高速数据业务。3G手机是相对于第一代模拟制式手机和第二代GSM、CDMA等数字手机的第三代手机。一般来讲，3G手机是指将无线通信与互联网等多媒体通信相结合的移动通信终端设备，是通信业和计算机工业相融合的产物，也是3G技术应用产品的典型代表之一。

1.3G技术概述

（1）3G技术标准

目前主流的应用有WCDMA（欧洲、日本版）、CDMA2000（美国版）和TD-SCDMA（中国）。它们是国际电信联盟确定的四大主流无线接口标准的三种。

国际电信联盟在2000年5月确定了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA及WiMAX四大主流3G无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通信计划》（即IMT2000）。CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址），是3G系统的技术基础。第一代移动通信（以下简称1G）系统采用FDMA（Frequence Division Multiple Access，频分多址）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰语音业务。第二代移动通信（以下简称2G）系统主要采用TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善；但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。下面分别介绍3G的几种标准：

1）WCDMA。WCDMA[Wideband CDMA（或CDMA Direct Spread），宽频码分多址，也可写为W-CDMA]，是基于GSM发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，已进一步融合。WCDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧洲的爱立信、阿尔卡特、诺基亚公司等，以及日本的NTT、富士通、夏普公司等。该标准提出了GSM（2G）→GPRS→EDGE→WCDMA（3G）的演进策略。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地进行过渡。在GSM系统相当普及的亚洲，对这套新技术的接受度比较高，因此WCDMA具有较好的市场优势。

技术参数如下：

RTT为FDD；

异步CDMA系统为无GPS；

带宽为5MHz；

码片速率为3.84Mc/s；

中国频段为1940～1955MHz（上行）、2130～2145MHz（下行）。

2）CDMA2000。CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术（也称为CDMA Multi-Carrier）。它是由美国高通公司北美分公司为主导提出的，美国摩托罗拉公司、美国朗讯公司和后来加入的韩国三星公司参与其中。韩国已成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日本、韩国和北美地区，所以CDMA2000的支持者不如WCDMA多。不过CDMA2000的研发却是各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。该标准提出了从CDMA IS95（2G）→CDMA20001×→CDMA20003×（3G）的演进策略。CDMA20001×被称为第二点五代移动通信技术（G2.5）。CDMA20003×与CDMA20001×的主要区别在于应用了多路载波技术，采用三载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络。

技术参数如下：

RTT为FDD；

同步CDMA系统有GPS；

带宽为1.23MHz；

码片速率为1.2288Mc/s；

中国频段为1920～1935MHz（上行）、2110～2125MHz（下行）。

3）TD-SCDMA。TD-SCDMA（Time Division-Synchronous CDMA，时分同步码分多址）是由我国独立制定的3G标准。1999年6月29日，原邮电部电信科学技术研究院（今大唐电信公司）向ITU提出该标准，但技术发明始祖为德国西门子公司，TD-SCDMA具有辐射低的特点，被誉为绿色3G。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于我国庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。该标准提出不经过G2.5的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。军用通信网也是TD-SCDMA的核心任务。

技术参数如下：

RTT为TDD；

同步CDMA系统为有GPS；

带宽为1.6MHz；

码片速率为1.28Mc/s；

中国频段为1880～1920MHz（上行）、2010～2025MHz（下行）、2300～2400MHz（补充）。

4）WiMAX。WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通），又称为IEEE 802.16无线城域网，是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一公里”的宽带无线连接方案。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。

技术参数如下：

全球微波互联接入，另一个名字是IEEE 802.16；

带宽为1.5～20MHz；

最高接入速度为70Mbit/s；

最高传输距离为50km；

码片速率不详；

中国频段暂无。

（2）CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA三种技术比较

虽然CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流技术标准，但是仍然可以将其分为两类：CDMA2000、WCDMA并为一类；TD-SCDMA则和前两者分开讨论。之所以可以这样做，是因为在技术上CDMA2000和WCDMA是FDD的标准，而TD-SCDMA则是一个TDD标准。

1）WCDMA与CDMA2000。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的全部技术要求，包括支持高比特率多媒体业务、分组数据和IP接入等。这两种系统的无线传输技术均基于DS-CDMA作为多用户接入技术，单就技术来说，WCDMA和CDMA2000在技术先进性和发展成熟度上各具优势，但总体来看，WCDMA似乎更胜一筹，以下是WCDMA相对CD-MA2000的一些优势所在：

①WCDMA使用的带宽和码片率（3.84M/ps）是CDMA20001×演进家族的3倍以上，因而能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。此外，更高的码片率也改善了接收机解决多径效应的能力。(www.xing528.com)

②WCDMA在小区站点同步方面的设计使用的是异步基站，而CDMA2000基站则通常通过GPS实现同步，这将造成室内和城市小区（采用室内天线）部署方面的困难。

③由于支持1×EV-DO的TDM接入系统采用共享时分多址下行链路，具有固定时隙，因此CDMA2000物理层兼容性较差。

④WCDMA较CDMA2000能够更加灵活地处理语音和数据混合业务。

⑤WCDMA进行功率控制的频率几乎是CDMA2000的2倍，达到1.5kHz，因而能保证更好的信号质量，并支持更多的用户。

⑥CDMA2000的导频信道大约需要下行链路总传输功率的20%，相比之下WCDMA只需要约10%，因而可以节省更多的公用信道的开销。

⑦为支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务（如计费、安全、漫游等）也支持WCDMA业务，而为了完善新的数据/语音网络，CDMA20001×必须添加额外的网元或进行功能的升级。

⑧在混合语音和数据流量方面，WCDMA的系统性能比CDMA2000也表现得更加出色。因此，从技术的角度来讲，WCDMA具备一定优势，各家电信企业也因此更加倾向采用该标准。

另外，在传统网络基础和市场推广上，WCDMA占据着更大的优势。由于全球移动系统有85%都在用GSM系统，而GSM向3G过渡的最佳途径就是历经GPRS演进到WCDMA，所以传统网络上的绝对优势使得CDMA2000难以与WCDMA望其项背。

2）TD-SCDMA与WCDMA和CDMA2000的比较。与WCDMA和CDMA2000相比，TD-SCDMA具有如下的特点和优势：

①频谱利用率高。TD-SCDMA采用TDD方式及CDMA和TDMA的多址技术，在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点，因而可以使总的频谱效率更高。

②支持多种通信接口。TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口要求，基站子系统既可作为2G和2.5G的GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。

③频谱灵活性强。TD-SCDMA频谱灵活性强，仅需单一1.6MHz的频带就可提供速率达2Mbit/s的3G业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。

④系统性能稳定。TD-SCDMA收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的“智能天线”技术；利用了CDMA和TDMA结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用。这些技术都能减少干扰，提高系统的性能稳定性。

⑤与传统系统兼容性好。TD-SCDMA支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不必引入新的呼叫模式，能够实现向4G系统的平滑过渡。

⑥系统设备成本低。TD-SCDMA上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，这也可达到降低成本的目的。

⑦在无线基站方面，TD-SCDMA的设备成本也比较低。

⑧支持与传统系统间的切换功能。TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等，在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。

当然，与前两种标准相比，尤其是与WCDMA比起来，TD-SCDMA也有“尚显稚嫩”的地方。例如，在对CDMA技术的利用方面，TD-SCDMA因要与GSM的小区兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率。又因为TD-SCDMA频带宽度窄，不能充分利用多径，降低了系统效率，实现软切换和软容量能力较困难。另外，TD-SCDMA系统要精确定时，小区间保持同步，对定时系统要求高。而WCDMA则不需要小区间同步，可适应室内、室外，甚至地铁等不同的环境的应用。另外，WCDMA对移动性的支持更加优质，适合宏蜂窝、蜂窝、微蜂窝组网；而TD-SCDMA只适合微蜂窝，对高速移动的支持也较差。尤其是在从GSM网向3G的过渡过程中，WCDMA的优势更加明显。

这三种主流的3G技术标准——WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA，在技术上各有千秋，从目前的情况来看，不会出现哪种标准“一统江湖”的局面，而至于谁能在3G时代占据更大的市场份额，关键是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争的需要。对于这个问题的分析，除了各项技术特点及厂商供货环境、全球范围内广泛采用的程度等入手外，还要结合各国国情、各运营商的具体情况及市场竞争等因素进行考虑。

2.3G技术的应用

中国的3G之路已开始，最先普及的3G应用是“无线宽带上网”，方便6亿的手机用户随时随地手机上网。而无线互联网的流媒体业务将逐渐成为主导。3G的核心应用包括以下几项：

（1）宽带上网

宽带上网是3G手机的一项很重要的功能，在手机上能收发语音邮件、写博客、聊天、搜索、下载图片彩铃等。

（2）视频通话

在3G框架下，传统的语音通话已经是个较弱的功能了，视频通话和语音信箱等新业务才是主流，传统的语音通话资费有一定降低，而视觉冲击力强、快速直接的视频通话得到普及和快速发展。

（3）手机电视

从运营商层面来说，3G牌照的发放解决了一个很大的技术障碍，TD和CMMB等标准的建设也推动了整个行业的发展。手机流媒体软件会成为3G时代最多使用的手机电视软件，在视频影像的流畅和画面质量上不断提升，突破技术瓶颈，真正大规模被应用。

（4）无线搜索

对用户来说，这是比较实用型的移动网络服务，也能让人快速接受。随时随地用手机搜索将会变成更多手机用户一种平常的生活习惯。

（5）手机音乐

在无线互联网发展成熟的日本，手机音乐是最为亮丽的一道风景线，通过手机上网下载音乐量是电脑的50倍。3G手机上安装相关音乐软件，就能通过网络随时随地让手机变身音乐魔盒，轻松收纳很多首歌曲，下载速度也非常快，耗费流量几乎可以忽略不计。

（6）手机购物

不少人都有在淘宝网上购物的经历，事实上移动电子商务受到3G时代手机上网用户的喜爱。目前，90%的日本、韩国手机用户都已经习惯在手机上消费，甚至是购买大米、洗衣粉这样的日常生活用品。我国手机购物也有一个高速增长期，用户只要开通手机上网服务，就可以通过手机查询商品信息，并在线支付购买产品。高速3G可以让手机购物变得更便捷，高质量的图片与视频会话能使商家与消费者的距离拉近，提高购物体验，让手机购物变为新潮流。

（7）手机网游

与计算机的网游相比，手机网游的体验并不好，但方便携带，随时可以玩。这种利用了零碎时间的网游是目前年轻人的新宠，也是3G时代的一个重要资本增长点。3G时代到来之后，游戏平台会更加稳定和快速，兼容性更高，让用户在游戏的视觉和效果方面感觉更有体验。

3.3G的现状及其展望

2008年6月2日，中国电信公司、中国联通公司及中国网通公司发公告，公布了重组细节，即中国移动公司和中国铁通公司合并为新的中国移动公司，中国联通公司CDMA网业务和中国电信业务合并为新的中国电信公司，中国联通公司GSM网业务和中国网通公司合并为新的中国联通公司，从而使电信运营商形成了三足鼎立之势。在本次电信运营商重组中，中国铁通公司并入中国移动公司，变成了中国移动公司的一家全资子公司。那么此前中国铁通公司无论是固定电话用户还是宽带用户都被转成中国移动公司的用户。伴随着“六合三”的改革重组完成后，3张3G牌照也随后发放，发放的方式：中国移动公司获得TD-SCDMA牌照，中国电信公司获得CDMA2000牌照，中国联通公司获得WCDMA牌照。3种技术由于时间推出不一，各国政府支持的标准也不同，因此，这3种技术在全球的发展前景也有所不同。