从3G到4G移动通信的发展之路

从3G到4G:移动通信的发展之路
今年以来, 全球移动通信技术获得了新的突破, 第三代移动通信(3G) 技术的应用已经在日本、韩国等亚洲国家悄然兴起。

据日本业界透露, 世界上第
一个第三代移动电话系统将于2001年5月在日本问世,日本DoCoM公司将
借助这个新系统,在日本东京、横滨和川崎向广大用户推出第三代移动电话服
务。

2001年12 月, 日本J-PHONE公司也推出第三代移动电话服务。

这两家公司的目标是在2003 年年底以前将第三代移动电话服务推广到日本各地。

在我国, 近几年来移动通信市场每年均以两位数字快速增长, 东南沿海经济发达地区的一些城市几乎达到了人手一机, 其它地区的市场潜力也非常巨大。

我国移动通信业发展速度很快,1999 年, 我国移动电话用户超过4000 万户, 今年预计将增加2500万至3000万户, 总数有望达到7000万户。

更令人欣喜的是, 我国将在明年底推出第三代移动电话,并发给中国移动通信、中国联通与中国电信等三家公司经营执照。

为了加速我国移动通信市场的发展,国家有关部门投入了3亿元人民币, 以加强第三代移动通信技术的研究和开发。

现阶段虽然仅使用了1亿元左右,但是, 我国在第三代移动通信技术的研究和开发方面已经获得可喜的进展, 已经掌握了相关技术, 并计划在明年试用, 争取在明年底正式推向市场。

我国专门立项对第三代移动通信系统进行研究开发, 标志着我国移动通信技术已由引进、跟踪进入到技术创新阶段, 标志着21 世纪我国将具备采用国产设备装备我国新一代移动通信网的能力。

我国第三代移动通信系统研究开发项目总体组的专家表示, 预期到2010年, 中国第三代移动电话的市场占有率将达到50%,远远超过第二代或第二代半的
GSM£ CDMA^式。

中国通信协会无线通信委员会的专家表示,我国移动通信技术已经开始改变以前的落后状况, 我国目前研发的第三代移动通信技术已经接近日本和韩国的水平。

引人瞩目的是，第四代移动通信技术(4G)已经曙光初显，使人们对未来从
3G到4G的移动通信美好前景充满了信心。

1G和2G功不可没
第一代(1G)移动通信标准，例如AMPS TACS等,第二代(2G)移动通信标准，例如CDMA GSM等，都曾经为全球移动通信业的高速发展立下了汗马功劳，促
进了全球通信事业向全球化、数字化、宽带化、网络化和智能化的方向迈出了一大步，从而使全球移动通信业呈现出一派空前繁荣的喜人景象。

“GSM意为“全球移动系统”，所采用的是FDMA技术(指频分多址的寻址方式)和TDMA技术(指时分多址的寻址方式)的组合。

码分多址技术，英文简写为CDMA它正在成为一个与GSM一样响亮的名字，作为第二代的数字技术,它在近几年中得到迅猛发展,CDMA5经成为移动通信市场的新秀。

CDMA勺寻址方式其实也不复杂，就是所有用户共用一个频率，靠不同地址码区分受话者, 这一地址码也可看做是一种约定, 就好象一个热闹的场合,我们只能与讲中文的人对话,对其它的各种声音都是“充耳不闻”。

“中文”就是所谓约定,是一串难以复制的2—1位伪随机码,共有4.4万亿种可能的排列，也就是说, 想要破解密码或窃听通话内容是极为困难的。

码分多址（CDMA技术是新一代数字无线多址技术。

与目前的模拟蜂窝系统相比, 它不但能大幅度地提高系统容量, 并能提供新的用户业务, 提高服务质量。

CDM是—种无线扩频接入技术，它的基本原理是：为每个用户分配一个唯一的序列, 用以区分同时使用一频带的用户。

这样就需要占用较宽一段的无线频谱它能在1.25MHz带宽内同时提供60多路通话。

与MAP和TDMA技术相比，CDMA 技术的主要优点如下：•N=1 的频率复用方式, 减少了扩容或调整网络时对频率的规划工作。

•在距离相同的前提下, 能以较低的射频功率获得可比拟的服务质量。

•软切换技术, 提高通话质量和数据传输质量。

•可变速率的信号编码, 并且允许较高速率的话音编码, 进行数据传输时, “带宽可根据需要而定。

” • 打包式通信结构最适合数据传输。

在目前的AMPS口TDM系统中,为了避免邻近小区的同频干扰,规划网络时必须考虑频率规划。

而在CDMA技术中，同一段CDM频谱,可以在每一个全向小区或扇形小区中使用，可省略对频率复用方式的考虑，这是CDM技术的一个重要特征。

与AMPS和TDMAS比，相同的通话距离,CDMA只须以较低的射频功率,这就意味着用户的便携式设备,只须以较低的射频功率,就可获得可以接受的通话质量, 因而可提高电池的使用时间, 并延迟通话时间。

对经营者来说, 延长通话时间意味着能获得更多的收益。

由于CDMA技术可降低射频功率,因而在相同射频功率的前提下,CDMA技术的通信距离较远。

这是由于CDMA B更新的技术解决多径效应。

减少高频功率的要求, 部分是由于高频多径传输的影响, 这是所有无线通信中自然存在的现象, 鉴于模拟和TDMA技术,在产生多组射频信号后,会发生损耗和干扰,而在这种情况下,CDMA言号的质量反而提高了，CDMA勺这些特征大大提高了建筑物内射频信号的渗透力。

CDMAE有另一种独有的特征，当你通过切换带时，可能有一个以上的基站同时在支持你的通话。

系统从收到的每一组话音和数据中, 选择质量最好的信号作为通信信号。

这就从根本上消除了现有蜂窝系统在切换过程中存在的干扰、中断和嚓啦声。

由于减少了传输中的干扰和中断, 明显地提高了数据传输质量。

CDMA技术支持对话音和数据的可变速率编码，系统可根据所传输的话音和数据的不同, 采取最合适的传输速率。

在话务高峰时期,系统可以在一定程度上降低话音质量, 以便为更多的用户提供服务。

虽然目前技术规范主张采用8Kbit/s 的话音编码器, 以后可能会支持更高速率（可能是16Kbit/s）的话音编码器, 以提高话音质量, 或者可以提供不同价格的多级服务,将来也可以支持与图象传输
有关的宽带数据业务。

另外,这种打包式的通信结构最适合于数据传输, 如分组数据业务, 短信息业务。

目前,CDMA技术尚有几个问题值得探讨，主要有:CDMA勺容量究竟比TDMA和EDM增加多少倍,其条件如何；在大容量条件下,CDMA蜂窝网是否会产生新的问题；大容量系统中某区某一移动台控制失灵而产生的远近效应如何处理；当用户
在两个不同载频区之间漫游时, 系统该如何处理等。

据摩托罗拉公司副总经理Jim Caile 表示，1997年全世界新增加的蜂窝用户超过4700万。

SGS汤姆逊公司Dauvin指出，1996年，全世界蜂窝电话的产量达到6000万部，比1995年增长了30%，1997 年世界蜂窝电话的产量增至7700 万台，增长27%；1998年，全世界蜂窝电话产量达到 1.72 亿台；1999 年达到 2.84 亿部，增长65%；2000年有望达到 3.58 亿部。

虽然美国已开始采用新的数字个人通信服务(PCS)，如CDM手机，但是目前美国的移动用户中90%仍使用模拟手机。

美国的数字移动电话用户之所以发展较缓慢，主要原因是美国同时存在几种数字系统，如TDMACDM以及AMP等，
用户必须进行比较选择，从而影响了新的数字PCS设备的销路。

此外，数字设备的价格高于模拟设备，所以消费者宁愿购买模拟设备，例如，一整套模拟蜂窝芯片售价仅为20美元，而CDMA手机用的一个数字信号处理器ASIC售价就为30
与美国不同的是，欧洲只采用一种数字蜂窝标准，即GSM系统，蜂窝电话是欧洲市场极为畅销的热门产品。

1996年欧洲新增加的蜂窝电话用户多达1200万，东欧也增加50 万新用户。

最引人注目的是挪威、丹麦、芬兰和瑞典四个北欧国家的蜂窝电话应用急剧扩大，北欧四国的蜂窝电话持有率稳居世界前茅，这四个国家每100人都持有20台蜂窝电话。

GSM数字蜂窝电话正在欧洲大普及。

据估计，欧洲GSMS窝电话的产量到2000年将增至8000万台。

3G青出于蓝胜于蓝第三代(3G)移动通信标准并非横空出世的产物，而是在第二代(2G)移动通信技术的基础上发展起来的一门更先进的新技术。

第三代(3G)
移动通信标准的主要目标是:一、实现全球多媒体化、智能化和宽带化的个人通信；
二、规范无绳、蜂窝、寻呼和低轨道卫星等多种通信标准，统一“空中接口”。

第三代移动通信系统IMT-2000 标准化工作已经接近尾声；不过，从标准出台到全面进入商业化还需要有一个较长的过渡时间，因此，专家们倾向于把宽带CDMA(W-CDMA为优先考虑方案，不过，在频分模式的选择方面世界各地有所不同，欧洲建议由GSM向上过渡；北美建议由CDMA向上发展，日本则倾向于欧洲的选择方案。

引人注目的是，西门子公司(Siemens)和中国电信技术研究院(CATT) 共同开发的3G标准TD-SCDM也已经获得国际电联(ITU)的认可。

3G的由来，可以追溯到90年代初期欧洲提出的未来公众陆上移动通信系统(FPLMTS)，即目前欧洲普遍采用的UMTSS准。

3G的具体目标是：通信到个人, 即个人的身份码呼叫或被呼通信链路全透明；随时随地进行通信，包括在室内外或旅途的车船上提供图文并茂的多媒体服务。

目前，欧洲先进通信技术与服务
(ACTS) 组织正在实施Motivate 计划，其目标是使欧洲的移动通信用户在2010 年左右能够享受Internet 、数字电视和多媒体宽带信息服务。

第二代移动通信，例如GSM主要面向语音服务，而第三代移动通信的服务则具有多样性的特点，旨在为语音、数据、视频和因特网等提供一个无线管道标准。

3G 标准的出台，将有利于加强固定通信与移动通信的融合，有利于通信事业的迅速发展。

目前，世界各地的通信业采用的通信标准五花八门、不胜枚举，GSM、TDMA、CDM等，即使在同一种标准内部，也还分为若干种，例如GSM标准就可分为
900MHz 1800MHz 1900MHz等三种版本。

根据国际电信联盟ITU的IMT-2000计
划，到2000年，将在2GHz频段的230MHz带宽内，实现第三代(3G)移动通信。

目前主要有 3 种可供选择的方案: 一种是欧洲的UMT，S 一种是日本的J-IMT-2000 + CDMA One还有一种是北美的CDMA One WIN。

这3种方案都以W-CDM为目标，取5MHz为带宽，主要不同之处是CDMA One勺正向信道选用了多载波方式，即3个1.25MHz的信道带宽加上两边的保护频带在5MHz上传输。

Phillips 咨询公司日前发布的一份预测报告显示, 未来五年内全球第三代移动电话(3G)公司收入年成长率将达到71% 3G公司的收入，将从2002年的43 亿美元增加到2007 年的630 亿美元。

这家公司的调查结果显示,3G 不单是增强功能的移动电话，更为移动上网提供了较佳的方案。

移动电信公司都希望3G上
市时间尽量缩短; 以便尽早普及移动上网。

移动电信在美国已形成了两个用户数比AT＆T 无线通信部门还大的电信公司, 其中一个是Verizon, 用户数是AT＆T 的2.5倍,另一个是SBC用户数是AT& T的1.7倍。

这份调查报告还指出，消费者对特定电信公司提供的服务忠诚度不高，而且3G的标准仍未最后确定，使得对这一市场的投资风险大增, 目前提供电信网络基础设施供应商朗讯、诺基亚、北电网络、摩托罗拉、西门子和阿尔卡特等公司都分别对各种可能被采用的新技术都做了相当数额的投资, 以便保持其先进性, 防止将来被市场淘汰出局。

为了加快3G的发展，世界各地的通信厂商都加快了3G的研发、试验和推广的步伐。

著名的Lucent 和Vodafone 日前联合宣布, 双方采用Lucent 公司的第三代CDMA^术,成功地在英格兰Newbury的Vodafone总部完成了第一次空中呼叫试验。

这项合作项目的试验进行得很顺利,Lucent 公司为这项试验专门部署了UMTS原型基站和移动模拟器。

无线试验的下一个阶段将进入动态测试,其目的是为了获得第三代(3G)技术的实际经验。

专家们指出，由于3G技术支持的数据传输速率可达2Mbps，因此，能够用来提供诸如会议电视等高质量的视像服务。

欧洲正在大力推广第三代移动通信系统。

今年7 月31 日, 在德国西南部莱茵兰- 普法尔茨州首府美因茨开始的一场特殊的拍卖活动成了德国新闻媒体的热点新闻。

执槌主拍的不是什么拍卖行, 而是德国政府部门; 参加竞拍的也非收藏爱好者, 而是欧洲的7 家大电信公司; 拍卖品更是非同寻常, 它是第三代移动电话通信频率的使用执照。

由于频带宽度有限, 持续数周的竞拍会非常激烈, 成交价比德国政府的报价高出十几倍。

此间媒体说, 这是参与竞拍的各家电信公司的“未来之争”。

这场拍卖从一个侧面反映了欧洲国家正在紧锣密鼓地推广一个未来信息产业的“拳头产品”——通用移动通信系统(UMTS。

UMTS是继模拟移动电话和数字移动电话之后，欧洲开发并率先投入使用的第三
代移动通信系统。

它的学名是“宽频码分多址系统” （W - CDMA）, 是基于第二代的码分多址（CDMA技术改进而成,其原理是由不同的用户共享5兆赫宽的频带, 它们发送的信息以用户编码区分, 充分利用有限的频道资源, 并大大提高了数据传输速度。

目前欧洲普遍使用的是全球移动通信系统（GSM）,与其相比，UMTS的优点十分明显。

一、速度快
UMTSt输数据的理论速度最快可达每秒2兆比特，比速率只有9. 6千比特的GSM系统提高了二百多倍,比目前德国已普及的综合数据服务数字网（ISDN）还快几十倍, 可以说, 它将成为“无线的信息高速公路”。

二、用途广
目前移动电话的功能局限于传输语音信息, 过低的速度已成为“无线应用协议”等新功能的瓶颈，而UMTS各真正使手机、电脑和因特网联为一体，使无线上网和无线宽带多媒体应用成为现实。

届时人们不仅可以通过手机浏览网页, 而且可以参加电视会议、观赏电影节目甚至即时炒股。

、收费方式合理
目前的移动电话都是按接通时间收费，而在UMT标准下将按数据量收费。

这样即使用户“在线” , 但如果不收发信息, 开支也并不增加。

鉴于UMTS勺众多优点，欧洲的手机生产厂家（如诺基亚、爱立信、西门子等）在多年研制后都已拿出了各自的产品。

爱立信分别在瑞典、英国和德国建立了UMTSt 试验站；西门子和日本电气公司正在为英国电信公司建立UMTS系统试验站; 法国的阿尔卡特、芬兰的诺基亚等公司也纷纷推出自己的“样板工程”。

欧洲国家不仅在对这一技术进行大量试验，而且计划在未来2〜3年内进行普遍推广。

在德国之前, 芬兰、英国、荷兰和西班牙已经通过拍卖或其它方式向多家电信公司发放了UMT濒率的使用执照，其中有的国家明年就可以启用该系统。

在德国,至少覆盖半数人口的UMTSS干发射网也可望在2003年投入使用。

引人注目的是，欧洲各家电信公司并不满足于在本地区推广UMTS而是把眼光放到了全世界。

不久前, 德国电信公司宣布以1000多亿马克的“天价” , 收购美国一家中等规模的移动电话服务供应商声流公司。

据分析, 其目的就是在美国建立“桥头堡”，使UMTS技术进军美国市场。

专家们认为，在个人电脑、因特网等方面, 欧洲比美国起步晚, 但欧洲国家以移动通信技术的开发和升级换代为突破口试图在信息技术领域迎头赶上。

美国Qualcom公司倡导采用的第三代移动通信制式cdma2000得到了日本DDI 和IDO公司的支持,已经开始在中国香港和韩国推出cdmaOn(终端的漫游服务项目, 并且从今年8 月份开始将这种服务拓展到美国等地。

我国政府对第三代移动通信的研发也高度重视, 国家电信科学技术研究院已正式承担信息产业部下达的开发第三代移动通信系统的任务。

为了尽快开展此项工作, 在
此之前, 研究院已在技术准备以及与国外厂商进行技术融合方面做了大量的工作。

第三代移动通信是面向21 世纪初的, 向社会和广大用户提供高质量话音、数据和多媒体服务的新一代数字移动通信技术和系统。

预计到2010 年, 全球市场规模将达到5000亿到1万亿美元。

广阔的市场前景, 吸引了国际上各大通信设备制造商纷纷将其作为自己最主要的产品开发方向, 为此, 国际电联(ITU) 积极组织标准的制定工作。

1998年初，我国及时进入了ITU制定第三代移动通信无线传输技术(RTT)标准的工作。

经信息产业部批准, 由电信科学技术研究院于同年 6 月底代表国家向ITU提交了代表我国的第三代移动通信RTT建议方案——时分同步码分多址
(TD - SCDMA),11月底该方案被ITU接受为国际移动通讯2000系统(IMT2000) 的候选建议之一。

1999年3月,ITU在其国际移动通讯无线关键参数(IMT - RKEY) 决定中再次对我国建议中的主要技术和参数予以肯定。

在完善自己技术的同时, 研究院积极参与了国际标准的融合和制定工作。

目前, 包括爱立信、诺基亚、西门子以及松下在内的多家企业和组织已经初步达成共识, 支持我国提出的TD - SCDM方案,使其融合成为第三代移动通信标准之一。

令人振奋的是, 我国海信集团决策层近日透露, 海信集团将集中一切力量, 大举进军第三代手机项目, 这一项目已得到山东省政府的大力支持。

此前, 海信已通过与美国高通公司签署CDMA知识产权研发协议而成为正式授权厂商，从而可以利用第三代1X多载波技术标准开发具有自主知识产权的数字手机产品。

此次海信决定进军手机项目, 一方面是为了配合、推进我国第三代无线通信技术的升级,另一方面是为了提高海信集团中通信产业的比重,使海信集团逐步发展成为信息产业服务商。

国际电信联盟(ITU)主持制定第三代(3G)移动通信标准IMT-2000后，极大地推动了全球移动通信业的发展。

与此同时, 专家们正在研究开发第四代(4G) 移动通信技术, 预兆着全球移动通信园地即将迎来百花盛开的春天, 即将以崭新的面貌迎来移动通信的新世纪。

4G悄然兴起引人瞩目引人瞩目的是，正当3G试验如火如荼地进行着的时候,4G 技术已经悄然问世。

AT&T公司正在其实验室中研究一种被称为第四代移动通信的技术, 其研究目的是提高蜂窝电话和其它移动装置无线访问Internet 的速率。

目前,移动电话上网的连接速率大约为拨号调制解调器的1/4, 而采用4G 技术的系统的连接速率一开始就能达到拨号调制解调器的90倍, 并且还能随着
发展而提高得更快。

只不过目前这种技术尚未进入实用阶段。

AT& T的执行官们说,大约还需要5年这项技术才能发布,话虽这么说，但是第三代移动通信技术已经开始悄然进入市场。

AT＆T Labs 负责无线研究部门的Nalson Sollenberger 指出, 整个通信行业正在积极地接纳第三代移动通信技术, 这将使全球移动通信领域发生一场革命性的巨大变化。

据Nalson Sollenberger 透露, 第四代移动通信技术将以几项突破性技术为基础, 例如一些光纤产品公司用来提高Internet 主干带宽的技术。

由于第四代移动通信技术利用了几项不同的技术, 因此其对无线频率的使用效率比第二代和第三代系统都高得
多。

按照专家们最乐观的估计, 这种第四代移动通信技术可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情, 而且做这些事情的时候速度相当快。

专家们认为其下载速率有望高达5Mbps- 10Mbps诚然,为了使第四代移动通信系统投入实际应用, 需要对现有的移动通信基础设施进行更新改造。

目前的移动通信基础设施, 在向第三代技术转换之后, 将会发生巨大的变化。

这种变化将会引发一系列的瓶颈问题,例如资金的投入、观念的更新等, 从而在一定的程度上减缓第四代移动通信技术进入市场的速度, 而且将来就这项技术在全球范围内如何发展的问题, 还不可避免地会发生标准方面的争论。

关于移动通信的标准问题,正当第三代(3G)移动通信标准W-CDMA还处于研究开发阶段之时，一些具有远见卓识的专家又提出了CDMA(B-CDM方案，这种方案比W-CDM的带宽更广，有望成为未来的第四代(4G)移动通信标准。

据专家介绍，这种B-CDMA在将来推出之后，将与国家信息基础设施(Nil)、全球信息基础设施(GII)、无线多媒体、无线ATM和B-ISDN一起组成“无缝隙”全球宽带通信网。

架设通向3G4G之桥在第三代(3G)移动通信系统中,软件将会变得非常繁杂为此，专家们提议引入软件无线电技术，将其作为从第二代(2G)移动通信通向第三代(3G)和第四代(4G)移动通信之桥。

软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能近地接近天线, 即将
A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端,利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。

软件无线电技术可以为2G系统向3G系统的过渡提供无缝隙解决方案, 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。

目前移动电话芯片组的结构模式为DS卉CPU^多频(GSM和CDM等)RF前端。

TI公司以无线专用TMS320C54X DS系列产品为主,配合其RF IC芯片组等提供全套GSM和CDMA军决方案。

Motorola公司则围绕其低电压(1.8V)双内核基带处理器DSP56652力推TDMA和无线接入解决方案。

在无线通信领域，低电压和低功耗已经成为评价移动电话系统性能好坏的主要标志之一。

Rockwell 则提出 3 片基带IC + 4片RF IC的900MHz GSI移动电话全套解决方案。

基带处理器采用ARM7 Thum内核和32位DSP内核,128脚TQFP封装，可提供Moden控制、网络接入和人机界面。

四片RFIC由RF120/136/122/130组成,其中RF136包括一个完整的GSM攵发器、可变增益放大器、VC加I/Q等。

Rockwell将为包括900MHz
1800MHz和北美PCS1900MH在内的所有的GSM频带提供解决方案,以便提供简易
的升级途径,在目前GSh和CDMA系统的基础上提供良好的数据服务。

全球著名的电信厂商目前都在尽力架设起通向未来的3G 4G之桥,为新一代
的通信标准终端提供全面IC 解决方案。

厂商们都对未来的第三代第四代移动通信的美好前景充满了信心, 而广大用户则翘首以待移动通信更辉煌的明天早日到来。

（网络通信世界）。