和第四代移动通信技术（

3.4.3.1　第三代移动通信技术（3G）概述

第三代移动通信技术（3G）是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kB/s以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在美国的CDMA2000、欧洲的WCDMA、中国的TD-SCDMA三种标准，这都是在CDMA的技术基础上开发出来的，CDMA就是3G的根本基础原理，而展布频谱技术则是CDMA的基础原理。

3G下行速度峰值理论可达3.6MB/s（一般为2.8MB/s），上行速度峰值也可达384kB/s。

中国国内支持国际电联确定的三个无线接口标准，分别是中国电信的CD⁃MA2000、中国联通的WCDMA、中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍的GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术。原中国联通的CDMA被卖给中国电信，中国电信已经将CDMA升级到3G网络，3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。

作为一项新兴技术，CDMA、CDMA2000正迅速风靡全球并已占据20%的无线市场。截至2012年，全球的CDMA2000用户已超过2.56亿，遍布70个国家的156家运营商已经商用3G CDMA业务。包含高通授权LICENSE的安可信通信技术有限公司在内，全球有数十家OEM厂商推出EVDO移动智能终端。2002年，美国高通公司芯片销售创历史佳绩。1994年至今，美国高通公司已向全球包括中国在内的众多制造商提供了超过75亿枚的芯片。

3.4.3.2　第三代移动通信技术（3G）的发展及标准

1）第三代移动通信技术（3G）的发展

第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话。1996—1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页。

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA三大主流无线接口标准，写人3G技术指导性文件《2000年国际移动通信计划》（简称IMT-2000）；2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。2008年5月，国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准，中国提交的TD-SCDMA正式成为国际标准，与欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000成为3G时代最主流的三大技术之一。

CDMA是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）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系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、具有软容量、可以软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

2）第三代移动通信技术标准

（1）欧洲WCDMA标准。

WCDMA的全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的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，目前正在进一步融合。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，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。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，人们对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。预计在GSM系统相当普及的亚洲，人们对这套新技术的接受度会相当高，因此WCDMA具有先天的市场优势。WCDMA已是当前世界上采用的国家及地区最广泛的、终端种类最丰富的一种3G标准，占据全球80%以上的市场份额。

WCDMA为异步CDMA系统，无GPS，带宽是5MHz，码片速率为3.84Mc/s。WCDMA给中国的上行频段是1 940～1 955MHz，下行频段是2 130～2 145MHz。

（2）美国的CDMA2000标准。

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，它是由美国高通北美公司为主导提出的，摩托罗拉、朗讯和后来加人的韩国三星都有参与，韩国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。但使用CDMA的国家和地区只有日本、韩国和北美，所以CDMA2000的支持者不如WCDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前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CDMAIS95（2G）-CDMA20001x-CDMA20003x（3G）的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于它应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。中国电信采用这一方案向3G过渡，建成了CDMAIS95网络。

CDMA2000为同步CDMA系统，有GPS，带宽为1.25MHz，码片速率是1.228 8Mc/s。CDMA2000给中国的上行频段是1 920～1 935MHz，下行频段是2 110～2 125MHz。

（3）中国的TD-SCDMA标准。

TD-SCDMA全称为Time Division-Synchronous CDMA，即时分同步CDMA，该标准是由中国独自制定的3G标准，1999年6月29日由中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出，但技术发明始于西门子公司，TD-SC⁃DMA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、业务支持、频率灵活性及成本等方面有独特优势。另外，由于中国有庞大的市场，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2.5代的中间环节，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。相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA，它的起步较晚。

TD-SCDMA为同步CDMA系统，有GPS，带宽为1.6MHz，码片速率是1.28Mc/s，中国频段是1 880～1 920MHz、2 010～2 025MHz、2 300～2 400MHz。

2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信（3G）牌照，此举标志着中国正式进人3G时代。其批准：中国移动增加基于TD-SCDMA技术制式的3G牌照（TD-SCDMA为中国拥有自主产权的3G技术标准）；中国电信增加基于CDMA2000技术制式的3G牌照；中国联通增加基于WCDMA技术制式的3G牌照。

据《2013—2017年中国3G行业市场研究与投资预测分析报告》统计，中国正处于3G技术商业应用的高速发展阶段，3G网络的巨大投资以及网络运营维护外包化趋势的形成给网络优化行业带来了广阔的市场空间。截至2011年5月底，中国3G基站总数达到71.4万个，其中中国移动、中国电信和中国联通的3G基站分别达到21.4万个、22.6万个和27.4万个。3G的迅速发展将对通信设备制造业、终端产业和信息服务业等上下游行业产生有力的拉动。

3.4.3.3　第三代移动通信的功能

GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成的，包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等几个频段。GSM系统有几个重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等。

CDMA是码分多址的英文Code Division Multiple Access的缩写，它是在数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。

3G是第三代移动通信技术，3G系统致力于为用户提供更好的语音、文本和数据服务。与现有的技术相比较而言，3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。此外利用在不同网络间的无缝漫游技术，可将无线通信系统和Internet连接起来，从而可对移动终端用户提供更多更高级的服务。

3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也具有与第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2MB/s、384kB/s以及144kB/s的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化）。

模拟移动通信具有很多不足之处，比如容量有限，制式太多、互不兼容、不能提供自动漫游，很难实现保密，通话质量一般，不能提供数据业务等。

第二代数字移动通信克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性得到了很大提高，并可进行省内、省际自动漫游。但由于第二代数字移动通信系统带宽有限，这限制了数据业务的应用，也无法实现移动的多媒体业务。同时，由于各国第二代数字移动通信系统标准不统一，因而无法进行全球漫游。比如，采用日本的PHS系统的手机用户，只有在日本国内使用，而中国的GSM手机用户到美国旅行时，手机就无法使用了。而且2G的GSM的信号覆盖盲区也较多，一般在高楼、偏远地方都会信号较差，这都要通过加装蜂信通手机信号放大器来解决。

第三代移动通信系统与第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统相比，是覆盖全球的多媒体移动通信系统。它的主要的特点之一是可实现全球漫游，使任意时间、任意地点、任意人之间的交流成为可能。也就是说，每个用户都有一个个人通信号码，带着手机，走到世界任何一个国家，人们都可以找到你，而反过来，你走到世界任何一个地方，都可以很方便地与国内用户或他国用户通信，与在国内时毫无分别。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另一个主要特点。这就是说，用第三代手机除了可以进行普通的寻呼和通话外，还可以上网读报纸、查信息、下载文件和图片。由于带宽提高，第三代移动通信系统还可以传输图像，提供可视电话业务。

3.4.3.4　第四代移动通信技术（4G）

1）第四代移动通信技术概述

第四代移动通信技术（4G）的概念可称为宽带接人和分布网络，它具有非对称的超过2MB/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接人、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代移动通信标准具有更多的功能。第四代移动通信系统可以在不同的固定、无线平台和跨越不同频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接人互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接人IP系统。

第四代移动通信技术的主要指标包括：①数据速率从2MB/s提高到100MB/s，移动速率从步行到车速以上；②支持高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，宽带局域网应能与B-ISDN和ATM兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网；③对全速移动用户能够提供150MB/s的高质量影像等多媒体业务。

发达国家的美国AT＆T公司、爱立信公司、日本的NTT移动通信公司等都在研究第四代移动通信技术，第四代移动通信技术不仅可以将上网速度提高到超过3G技术的50倍，而且可实现三维图像的高质量传输。中国在第四代移动通信技术方面还处于探讨起步阶段。

2）第四代移动通信技术的特点

第四代移动通信技术具有很高的传输速率和传输质量、灵活多样的业务功能、开放的平台和高度智能化的网络等特点。

在很高的传输速率和传输质量方面，第四代移动通信系统能够承载大量的多媒体信息，具备50MB～100MB/s的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS机制、很低的比特开销等特点。在灵活多样的业务功能方面，第四代移动通信网络能使各类媒体、通信主机及网络之间进行无缝连接，使得用户能够自由地在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络（自组网）、代理等功能。在开放的平台方面，第四代移动通信系统在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有开放性，使得用户能够自由地选择协议、应用和网络。在高度智能化的网络方面，第四代移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求。

第四代移动通信接人系统的显著特点是智能化多模式终端（multimode ter⁃minal），基于公共平台，通过各种接人技术，在各种网络系统平台之间实现无缝连接和协作。在第四代移动通信中，各种专门的接人系统都基于一个公共平台，相互协作，以最优化的方式工作，以满足不同用户的通信需求。当多模式终端接人系统时，网络会自适应分配频带，给出最优化路由，以达到最佳通信效果。目前第四代移动通信的主要接人技术有无线蜂窝移动通信系统（例如2G、3G）、无绳系统（如DECT）、短距离连接系统（如蓝牙）、WLAN系统、固定无线接人系统、卫星系统、平流层通信（STS）系统、广播电视接人系统（如DAB、DVB-T、CATV）等。

不同类型的接人技术针对不同业务而设计，因此，人们根据接人技术的适用领域、移动小区半径和工作环境，对接人技术进行分层，包括分配层、蜂窝层、热点小区层、个人网络层、固定网络层。分配层主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成，服务覆盖面积大；蜂窝层主要由2G、3G通信系统组成，服务覆盖面积较大；热点小区层主要由WLAN网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心等，移动通信能力很有限；个人网络层主要应用于家庭、办公室等场所，服务覆盖面积很小，移动通信能力有限，但可通过网络接人系统连接其他网络层；固定网络层主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。

网络接人系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。4G接人系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破：①为最大限度地开发利用有限的频率资源，在接人系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面作进一步研究。②为提高网络性能，在接人系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术、动态频谱分配和资源分配技术等。③提高和扩展IP技术在移动网络中的应用；加强软件无线电技术；优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。

4G移动通信的软件系统趋于标准化、复杂化、智能化。软件系统的首要任务是，创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件，通过此平台互连互通，并且通过此软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。因此，建立一个统一的软件标准和互连协议，是4G移动通信软件系统的关键。

软件系统将逐步采用Web服务模式，以代替现行的客户/服务器模式。新的计算机语言如XML，将用于未来的这种基于Web的分布式服务。另一方面，软件系统还将在网络安全上作进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其他特殊需要。

3）4G移动通信的主要功能

4G移动通信进一步研究和解决的关键技术包括定位技术、切换技术、软件无线电技术、智能天线技术、无线电在光纤中的传输技术、网络协议与安全、传输技术、调制和信号传输技术。

定位技术是指移动终端位置的测量方法和计算方法，主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位或者混合定位三种方式。在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪，是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接以及系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。

切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。

软件无线电技术是在4G移动通信系统中非常繁杂的软件，作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信过渡的桥梁。软件无线电技术能够使模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端，利用数字信号处理进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此，应用软件无线电技术，一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。现就比较成熟的软件无线电系统有参数控制软件无线电系统。

智能天线技术具有抑制噪声、自动跟踪信号、利用智能化时空处理算法形成数字波束等功能。

无线电在光纤中的传输技术是指在4G通信系统中的光纤网，可以利用光纤传送宽带无线电信号。与其他传输媒介相比，其损耗很小。还可以用光纤传送包含多种业务的高频（60GHz）无线电信号。因此，利用光纤传输无线电信号成为研究的一个重点。

网络协议与安全是指4G移动网络包含许多类型的通信网络，采用以软件连接和控制为主的方法进行网络互连。因此，无线接口协议成为4G移动通信网络的关键技术之一。同时，网络的安全问题，随着网络的扩展，也需得到高度重视。

传输技术主要研究在高速率（＜20MB/s）条件下，高速移动通信微波传输的性能，以及在高频段（如60GHz）室内信号的多径传输性能。

在高频段进行高速移动通信时面临严重的选频衰落（frequency-selective fa⁃ding）。为提高信号性能，研究和发展智能调制和解调技术，可有效抑制这种衰落，如正交频分复用技术（OFDM）、自适应均衡器等。另一方面，采用TPC、RAＫE扩频接收、跳频、FEC（如AQR和Turbo编码）等技术，可获取更好的信号能量噪声比（Eb/N0）。

随着新技术和新需求的不断出现，第四代移动通信技术将会作相应调整和进一步发展。纵观移动通信发展规律，第四代移动通信技术的高速率、高质量、大容量的多媒体服务，将使世界更美好。

4）第四代移动通信技术的相关应用

结合移动通信市场的发展和用户的需求，4G移动网络的根本任务是能够接收、获取到终端的呼叫，在多个运行网络（平台）之间或者多个无线接口之间，建立最有效的通信路径，并对其进行实时的定位和跟踪。在移动通信过程中，移动网络还要保持良好的无缝连接能力，保证数据传输的高质量、高速率。4G移动网络将基于多层蜂窝结构，通过多个无线接口，由多个业务提供者和众多网络运营者提供多媒体业务。因此，4G移动通信技术应具备以下几个基本特征。

（1）多种业务的完整融合。

个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。4G移动通信应能集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统平台间的互连更便捷、安全，面向不同用户的要求，更富有个性化。

（2）高速移动中不同系统间的无缝连接。

用户在高速移动中，能够按需接人系统，并在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业务数据。

（3）各种用户设备便捷地人网。

各种价格低廉的设备应能方便地接人通信网络中。这些设备体积小巧，甚至无需接人电源网即可工作。用户与设备间不再局限于听、说、读、写的简单交流方式，为满足用户的特殊需要和特殊用户（如残疾人）的需要，更多新的人机交互方式将出现。

（4）高度智能化的网络。

4G移动网络是一个高度自治、自适应的网络，它具有良好的重构性、可伸缩性、自组织性等，可以满足不同环境、不同用户的通信需求。

（5）独立的软件平台。

技术的发展和市场的需求，将加快并实现计算机网、电信网、广播电视网和卫星通信网等网络融为一体，宽带IP技术和光网络将成为多网融合的支撑和结合点。

数字化数据交易点（digitalmarket-place）是4G移动网络的一个重要技术。它用于预处理各个不同网络平台之间的呼叫，在网络平台之间的特定协议下，帮助业务供应者提供高质量、低费用的业务应用。例如，在两个网络平台之间传送电视数据信息，首先经由数字化数据交易所处理。在数字化数据交易所里，这个电视数据信息将被分离成视频信号和音频信号，经由不同的信道传送。音频信号将由覆盖广泛的网络传送，视频信号将由只能处理、接收视频信号的网络传送，从而达到降低通信成本和有效利用传输信道的目的。未来的全球互联网系统和骨干网系统，将以结合宽带IP技术和光纤网技术为主。4G移动网络的蜂窝按功率的大小被细分为macro BS、micro BS和pico BS三类。

贝尔公司已经研制出一种新型光网络。它是利用大气激光传输原理的一种“无光纤”的光网系统。该系统主要由激光器、光放大器和光接收器组成，通过发射一种特殊的“扩展光束”（expanded beam）传送光信号，并采用DWDM技术，支持10GB/s速率的波长，传输距离大于5km，具有良好的信号安全性和稳定性。诸如此类的先进的光网络和光技术层出不穷。可以预见，在未来的4G移动通信网络中，光网络将大放异彩，起着举足轻重的作用。