3G技术及其应用

3G技术及其应用

摘要：简述3G（第三代移动通信系统）的含义及3G技术的基本特点，介绍3G技术三大协议的发展现状，分析全球3G发展趋势及探析中国发展3G的问题。
　　
关键词：3G；3G技术；WCDMA；TD-SCDMA；CDMA2000；

一 3G的含义

3G是英文3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，第三代手机一般地讲，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。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。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2Mbps(兆字节/秒)、384kbps(千字节/秒)以及144kbps的传输速度。

二3G技术基本特点

从目前已确立的3G标准分析，其网络特征主要体现在无线接口技术上。蜂窝移动通信系统的无线技术包括小区复用、多址/双工方式、应用频段、调制技术、射频信道参数、信道编码及纠错技术、帧结构、物理信道结构和复用模式等诸多方面。纵观3G无线技术演变，一方面它并非完全抛弃了2G，而是充分借鉴了2G网络运营经验，在技术上兼顾了2G的成熟应用技术，另一方面，根据IMT-2000确立的目标，未来3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境，并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力。 3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面。

（1）采用高频段频谱资源
为实现全球漫游目标，按ITU规划IMT-2000将统一采用2G频段，可用带宽高达230MHz，分配给陆地网络170MHz，卫星网络60MHz，这网络为3G容量发展，实现全球多业务环境提供了广阔的频谱空间，同时可更好地满足宽带业务。

（2）采用宽带射频信道，支持高速率业务
充分考虑承载多媒体业务的需要，3G网络射频载波信道根据业务要求，可选用5/10/20M等信道带宽，同时进一步提高了码片速率，系统抗多径衰落能力也大大提高。

（3）实现多业务、多速率传送
在宽带信道中，可以灵活应用时间复用、码复用技术，单独控制每种业务的功率和质量，通过选取不同的扩频因子，将具有不同QoS要求的各种速率业务映射到宽带信道上，实现多业务、多速率传送。

（4）快速功率控制
3G主流技术均在下行信道中采用了快速闭环功率控制技术，用以改善下行传输信道性能，这一方面提高了系统抗多径衰落能力，但另一方面由于多径信道影响导致扩频码分多址用户间的正交性不理想，增加了系统自干扰的偏差，但总体上快速功率控制的应用对改善系统性能是有好处的。

（5）采用自适应天线及软件无线电技术
3G基站采用带有可编程电子相位关系的自适应天线阵列，可以进行发信波束赋形，自适应地调整功率，减小系统自干扰，提高接收灵敏度，增大系统容量，另外软件无线电技术在基站及终端产品中的应用，对提高系统灵活性、降低成本至关重要。
三 3G协议
目前全球有代表性的3G协议有ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ2000和ＴＤ－ＳＣＤＭＡ三大主流无线接口标准，它们都是被国际电联（ＩＴＵ）写入3Ｇ技术指导性文件的。　
W-CDMA：英文名称是Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384kbps到2Mbps不等的数据传输速率，支持者主要以GSM系统为主的欧洲厂商。　
CDMA2000：亦称CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。
TD-SCDMA：该标准是由中国独自制定的3G标准，由于中国的庞大的市场，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。
这三大标准已经形成了各自的阵营，其中诺基亚、爱立信为主的欧洲阵营把持ＷＣＤＭＡ，北美阵营坚持ＣＤＭＡ2000，而以大唐为主的国内本土阵营则把更多的目光投向自主产权的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ。可以说，三大标准在中国各有支持者，联通青睐ＣＤＭＡ2000，移动看好ＷＣＤＭＡ，而ＴＤ－ＳＣＤＭＡ也吸引了国内主要运营商的目光。
四 全球3G发展趋势分析
回顾2005年，全球3G市场继续呈现较快增长的趋势，进入2006年，这种势头继续有所增强。从总体来看，全球3G商用网络持续增加，3G业务日趋丰富，3G用户稳步增长。全球3G市场已经从起步期进入到发展期。据统计，截至2006年4月底，全球移动用户达到23.47亿户。其中，全球使用cdma2000 1x和WCDMA等3G技术的用户已经达到了2.448亿，已占全球移动用户总数的10%。
中国赛迪顾问公司发布报告指出，全球3G手机用户已经突破1亿，增长速度远远超过GSM用户。报告称，尽管全球各地的电信市场发展阶段并不相同，但总体趋势是2G用户的增量市场空间萎缩，这一趋势在发达地区尤为明显。而据咨询机构Research and Markets最新发布的研究数据，2007年西欧将有20％的移动用户成为3G用户，而在2010年之际，这个比例将达到50%。显然，多年来3G发展以日韩为重心的局面正在改变。
在技术进步和市场驱动的双重作用下，3G从概念向产业化的进程必然在加快，全球主要设备厂商都在积极跟踪研发基于三大主流技术的3G网络产品，2001年下半年已推出CDMA2000和W-CDMA可商用系统及TD-SCDMA产品样机。此外，3G商用进程也已开始，日本DoCoMo已在东京地区开通世界上第一个W-CDMA商用网，欧洲已完成3G国际漫游测试，全球各大运营商对参与3G运营态度积极，欧洲、香港、***及韩国都已完成3G牌照发放，国内几大运营商也在积极争取3G牌照，并竞相开展3G网络实验，为3G运营作前期准备。综观全球3G发展现状，3G技术正处于发展和完善阶段，三大主流技术标准将经历逐步融合演变的过程，最终实现全球的统一，现有2G网络将向3G过渡已是大势所趋。

五 推进3G面临三大挑战

但是，在3G快速发展的同时，也应该看到存在的局限性。3G网络要求具有良好的服务质量、后向兼容性及其与固网的兼容性、以及高速多媒体业务能力等，而现有3G网络与这一目标还有差距；3G终端在多媒体业务支持、延长待机时间、统一应用平台等方面还需要进一步改进；由于网络质量、终端瓶颈以及缺乏合适的业务模式等原因，体现3G差异化服务的高速多媒体业务发展并不理想。这些限制引起对3G网络、终端和业务发展趋势的重新思考。
在3G发展中，面临的挑战主要包括三个方面：一是3G技术带来的挑战，二是3G建设带来的挑战，三是3G运营带来的挑战。
3G技术的多样性决定它的复杂程度，从标准制式来看，3G有三大标准，而其中WCDMA又有不同的版本，不同技术版本的功能也不尽相同。多技术的共存和联合工作导致了技术实现上的复杂性。另外，WCDMA自身还存在着硬切换、系统间切换及室内覆盖方案的实施等问题；同时，CDMA同频特性在一定程度上限制了其优化网络的方法，WCDMA业务的多样性使网络规划和运营难度远超过GPRS和CDMA1X。
在3G的具体网络建设中，也存在着互操作、网络演进、规划建设等问题。这主要包括：如何维持3G到2G切换的高质量；如何控制好2G和3G间小区选择和重选；2G/3G如何组网，如何选择和设置网络参数等。
而在3G运营方面，运营商面临的挑战将更多。首先是业务层面，运营商需要在不同业务对资源的消耗和收入之间找到平衡，诸如视频电话、因特网浏览等业务比语音占用更多资源，这就需要合理配置业务使用状况。
其次，运营商需充分考虑终端在3G中的作用。在3G时代，以多媒体为主的终端，将包含影像功能、数字电视流媒体功能以及在线或无线互动的游戏功能。另外，一个很大的商机就是针对企业的应用，这些运用了3G高带宽数据功能的应用都是很好的应用，这些业务需要相应的终端设备来支持。标准规范中太多的options选择，要求运营商根据自身战略要求实施不同的技术版本，提出独特的功能要求。
尽管3G发展面临的问题不易解决，但是现在全球已经部署的WCDMA基站已经成千上万，整个移动产业为3G付出了太多，不论是制造业、运营业。从这个角度出发，3G也不会轻易被抛弃，3G在全球进入成熟的商用和繁荣期只是时间上的问题。
六 中国发展3G的问题探析
面对即将来临的3G，中国市场自然也不甘寂寞。在市场的驱动和政府的宏观调控之下，目前我国已经对三大标准进行了3G技术试验，3G产品和技术日渐成熟。
3G技术测试分为两个阶段，尤其以日前结束的第二阶段外场测试最为关键。这一阶段的主要测试内容包括：无线网络性能测试、终端测试、业务测试、互操作测试、网管和计费以及无线干扰共六个方面。国内6大运营商、12家系统设备商以及10家终端厂商积极参与了3G技术试验第二阶段外场测试结果表明，目前3G技术已经基本成熟，3G终端种类也相对丰富。
未来3G的发展在复杂性和智能化将由网络更多地转向终端，中国终端制造商将面临更大的发展机遇和挑战。无论从市场需求看还是从技术发展看，3G是移动通信发展的必然趋势。
但是，随着3G钟声的敲响，移动通信网络重复性建设引发的问题也将日趋严重。首先,各运营商大规模的重复性建设势必造成资金的巨额浪费、占用大量自然资源等问题。其次,由于目前缺乏政府部门的统一规划管理，各运营商在获取基站站址时常采取排他方式，随着站址资源的日益紧缺，租赁/购买站址机房的成本必然不断增加。另一方面，人民群众对健康、环保问题的日益重视，因为大量移动通信基站的建设也会带来较多的社会负面效应，如对电磁辐射的担忧、对市容市貌的破坏等。
    针对渐趋严重的移动通信基站的重复性建设，我国应建立相关的有效管理机制，统筹规划移动通信的基站建设，有效引导各运营商实现资源共享，尽早实现集约化、景观化的移动通信基站建设，达到通信建设与人类社会和谐发展的目的。
总而言之，我国在迎接3G到来之时，要注意下述三方面问题：
(1)科学决策
坚持我国政府部门确定发展中国3G及3G产业的基本方针与原则，“积极跟进、试验先行、培育市场、支持发展”。在理性与务实驱动下的3G无论从全球乃至中国已初见曙光，采取更积极的姿态准备与培育市场、支持发展和不失时机地切入推进，已提上紧迫议事日程。
(2)细分市场与积极创新
参考FOMA等成功经验，紧密结合中国国情，正确处理好市场驱动导向与技术驱动支撑的基本关系。特别要注重终端、应用与服务。现在看来，对3G应用而言，单一的所谓杀手锏式服务一般并不存在，依然应该将眼光瞄准大众市场，确定一系列可以满足不同阶层用户对其内容、位置与时间和服务内涵等不同需求，处理好“产业生态链”的共赢合作关系，以先进有效的技术与合理的价位，专门定制各类服务与应用，才能形成各类吸引相关用户的杀手锏式业务与应用。3G服务一定要有一个合理的用户能接受的价位。
(3)多模运行及网络安全与互操作
3G网络的建设从一开始即应充分重视其多模运行与不同网络间、甚至异构网络间的互操作性和网络安全问题，以及切实有效地处理和建设网络管理支撑手段，并应兼顾好其向3G+/4G前向演进的可行性与经济性。在WCDMA与cdma2000 1X EV并存竞争情况下，注意构建多制式多模共用统一平台及发挥软件无线电升级前向扩展的重要价值。
3G技术对人才培养方向的影响
随着3G时代的到来，IT人才的传统格局将被打破，既懂软件开发技术又会移动通信技术的移动通信软件工程师将成为2007年人才市场新宠。专家表示，未来几年我国信息产业将迎来新一轮的高速增长，但与产业增长相适应的复合型人才储备却明显不足，具有相关专业知识和技术的人才数量极少。电信网、互联网、电视网三大网络未来都将走向宽带化、IP化和移动化，尤其是移动通信网和互联网的结合将催生很多新的业务模式， 保守估计，随着奥运会开幕、3G网络全面铺开，3G软件人才的市场缺口在未来的两三年内就将达到50万人以上。随着各大电信运营商3G 网络的大规模铺设、盈利以及3G智能手机的普及，未来人才的需求量还将成倍增长。3G、“三网融合”是2007年中国通信业和IT行业最闪亮的关键词，而移动通信技术与软件技术的结合，也逐渐成为所有通信人和IT人的共识。
为解决3G“人才荒”的局面，国家信息产业部、教育部、中国软件行业协会强强联手启动3G移动通信人才培养计划，依托英泰移动通信学院共同打造“中国3G人才培养基地”。为大量想迈进移动通信领域的传统软件人才和社会人士打开了行业大门，而三大机构联合认证的权威性又保证了人才的质量和实际技术，同时通过完善的就业服务网络，确保了毕业学员顺利进入相关企业实现高薪就业。

七 结束语

总之，3G应用的成熟是一个渐进过程，有待发展中不断完善。纵观那些将3G商用的国家，无一例外地没有因为3G的商用而在电信业发展上出现一个历史性的拐点，任何新事物的发展都需要一个平稳过渡的时期，3G也不例外。任何新技术的应用都不是一蹴而就，其市场应用的前景也不是立竿见影就能表现出来的。相信在启动3G之后，随着市场规模的不断扩大，3G的应用必定能逐步地走向成熟和丰富。