3G技術制式比較及后3G時代展望
????????????????????? 2009年1月7日，工業和信息化部根據國務院會議精神，正式將3G移動通信運營牌照發放給中國電信、中國移動和中國聯通三家電信運營商，目前3G頻段也已經正式分配。其中中國電信獲得的是cdma2000制式，頻段是1920-1935MHz和2110-2125MHz，其3G制式基于FDD（頻分雙工）模式；中國移動獲得的是TD-SCDMA制式，頻段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，其3G標準基于TDD（時分雙工）模式；中國聯通獲得的是WCDMA制式，頻段是1940-1955MHz和2130-2145MHz，3G標準也基于FDD模式。根據工業和信息化部無線電管理局消息，相關分配方案已經正式通知三大運營商。自此，中國的移動通信正式開啟了3G時代。
3G（3rd Generation）是指第三代移動通信。第一代模擬制式手機（1G）只能進行語音通話；第二代GSM、TDMA等數字制式手機（2G）便增加了接收數據的功能，如接受電子郵件或網頁；第三代與前兩代的主要區別是在傳輸聲音和數據的速度上的提升，它能夠在全球范圍內更好地實現無縫漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統的良好兼容性。為了提供這種服務，無線網絡必須能夠支持不同的數據傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環境中能夠分別支持至少2Mbps（兆比特／每秒）、384kbps（千比特／每秒）以及144kbps的傳輸速度。國際電信聯盟(ITU)目前確定了全球3G三大主流標準，分別是WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA和WiMAX。
3G是ITU在1985年提出的工作在2000MHz的頻段、預期在2002年左右商用的系統，當時稱為陸地移動通信，即FPLMTS。1996年正式更名為IMT2000。1998年6月，各國標準化組織向國際電聯提交了各自的無線傳輸技術候選方案，共有16種。在這些技術當中，以碼分多址技術作為第三代移動通信的主要技術。其中，最有代表性的主流技術有三種，分別是WCDMA技術、cdma2000技術和TD-SCDMA技術。其中，WCDMA是歐洲和日本支持的方案，cdma2000是由美國提出的方案，而TD-SCDMA則是第一個由中國提出、以我國知識產權為主的、被國際上廣泛接受和認可的國際標準，采用的是TDMA和CDMA混合接入方案。WCDMA 和TD-SCDMA 是由3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃，一個成立于1998年12月的標準化機構）開發和維護的規范，而CDMA2000是由3GPP2開發和維護的規范，這些技術都是以CDMA 技術為核心。這三種無線傳輸技術的具體技術參數如表1所示。
表1 三種無線傳輸技術參數比較
各項指標?WCDMA?cdma2000?TD-SCDMA
擴展類型?單載波直接序列擴頻CDMA?多載波和直接序列擴頻CDM?時分同步CDMA
最小帶寬/MHz?5?1.25?1.6
碼片速率/Mcps?3.84?1.2288?1.28
幀長/ms?10?20?10
語音編碼器?AMR?可變速率聲碼器?AMR
擴頻因子（SF）?256-4?43-2?16-1
調制方式?上行：BPSK
下行：HPSK?上行：8PSK
下行：QPSK?上行：8PSK
下行：QPSK
雙工方式?FDD?FDD?TDD
基站間同步?異步（不需GPS）?同步（需GPS）?同步（主從同步）

cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同屬3G的主流技術標準，其中cdma2000和WCDMA是FDD的標準，而TD-SCDMA則是一個TDD標準，這三種技術標準各有特色。WCDMA的主要關鍵技術在窄帶CDMA的技術基礎上有所改進：可適應多種速率的傳輸，靈活地提供多種業務；BTS之間無需同步；優化的分組數據傳輸方式；支持不同載頻之間的切換；上、下行快速功率控制；反向采用導頻輔助的相干檢測；充分考慮了信號設計對EMC的影響。cdma2000主要考慮了美國和韓國現有的IS-95商用系統的兼容性，采用了IS-95的軟切換和功率控制技術，幀長同樣為20ms,需要BTS之間的同步，主要改進在于：反向信道采用連續導頻方式；反向信道相干接收；前向發送分集；充分考慮了信號設計對EMC的影響等。TD-SCDMA采用TDD的模式，前向和反向可以使用相同頻率的同步時間間隔，其特點在于：能使用各種頻率，不需要成對的頻率；適用于不對稱的上下行數據速率；因前向和反向信道在同一頻率，可以采用智能天線等新技術以提高性能。
現有的移動通信業務都是對稱雙工語音業務和相應的低比特率數據業務。對于語音業務，每窄帶的業務信道被占用的帶寬是20-30KHz，通常整個頻譜會被再分為固定數量的業務信道。對稱成對頻帶上的FDD運行模式非常適合于對稱雙工的語音業務，因此在1G和2G時代，FDD成為移動通信系統的典型標準。然而，隨著移動用戶對高速數據處理能力的要求日漸增長，對3G 數據傳輸速率的要求也從8k bit/s 增長到2M bit/s。隨著每個用戶要求的頻帶和數據吞吐量的迅速增長，3G 要同時支持對稱和非對稱業務的混合業務，導致頻譜分配和頻譜管理發生了相當大的變化。
由于要實現對稱和非對稱業務，實現靈活的、自適應的頻譜分享是十分必要的。在FDD 系統中，由于其采用固定的上/下行鏈路分配，導致這個問題不能在頻域中被徹底解決。而TDD 模式是通過無線信道在時域里周期性重復的TDMA 幀結構來實現，這個幀結構被再分為幾個時隙，因而能在同一幀的不同時隙中發送上行業務（從移動終端到基站的通信業務）或下行業務（從基站到移動終端的通信業務）。也就是說，根據所傳輸數據的類型不同，上、下行鏈路上的頻譜可以被靈活地分配。當從基站發送電子郵件和下載互聯網信息等非對稱數據業務時，更多的時隙將被分配給下行鏈路；當進行語音電話等對稱業務時，上、下行業務占有相同的時隙，從而實現了對無線頻譜靈活的、自適應的共享。
對于頻率規劃管理來說，采用TD-SCDMA后，不成對頻域更容易被分配和利用，自行解決了所有對稱和非對稱業務以及任何混合業務的上/下行鏈路資源分配的問題。因此，中國建議的TD-SCDMA 系統帶有無線資源靈活時域分配的顯著特點，對各種雙工業務的全球無線業務發展都可以說是一個里程碑。
與FDD的兩種標準WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA也有其不足之處。比如，在對CDMA技術的利用方面，TD-SCDMA因要與GSM的小區兼容，小區復用系數為3，降低了頻譜利用率；因為TD-SCDMA采用多時隙不連續傳輸方式，頻帶寬度窄，不能充分利用多徑，抗快衰落和多普勒效應的能力差，降低了系統效率，實現軟切換和軟容量能力較困難；系統平均功率與峰值功率之比隨時隙數增加而增加，受耗電制約，終端發射功率不大，小區半徑較小，一般不超過10公里，而FDD系統的小區半徑可以達到幾十公里。
FDD的兩種標準WCDMA和cdma2000都滿足IMT-2000提出的全部技術要求，包括支持高比特率多媒體業務、分組數據和IP接入等。這兩種系統的無線傳輸技術均基于DS-CDMA作為多用戶接入技術， WCDMA和cdma2000各具優勢。WCDMA相對cdma2000的一些優勢主要在于：
1) WCDMA使用的帶寬和碼片速率(3.84Mcps)是cdma20001x演進家族的三倍以上，因而能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。此外，更高的碼片速率也改善了接收機解決多徑效應的能力。2) WCDMA在小區站點同步方面的設計是使用異步基站，而cdma2000基站則通常通過GPS實現同步，這將造成室內和城市小區(采用室內天線)部署的困難。3) WCDMA進行功率控制的頻率幾乎是cdma2000的兩倍，達到每秒1500次(1.5kHz)，因而能保證更好的信號質量，并支持更多的用戶。
另外，在現有網絡基礎和市場推廣上，WCDMA占據著更大的優勢。由于全球移動系統有85%都在用GSM系統，而GSM向3G過渡的最佳途徑就是歷經GPRS演進到WCDMA。所以,現有網絡上的絕對優勢使得cdma2000難以對WCDMA望其項背。
但是，另一方面，運營商在網絡演進過程中必須考慮由2G到3G的過渡成本問題。新的3G 網絡要能夠最大限度地利用已有的2G網絡設備，包括核心網絡和基站設施。最好可以避免在初期不確定情況下大規模投資，采取一個逐步追加投資的過程，從而降低風險，并且獲得長期的最大規模效益。
從GSM過渡到WCDMA的成本要遠遠高于從CDMA過渡到cdma2000，因為WCDMA只能兼容GSM的核心網，基站設施都需要重新建設，因此，WCDMA只能在原有GSM網絡之外另外建設一個獨立的3G網絡。而對于cdma2000,由于其延續了IS-95 的技術，系統的升級只需更換基站的信道板，終端的設計和元器件也有許多是相同的。原有的IS-95網絡設備商和終端設備商就可以很容易繼續提供對cdma2000系統和終端的支持。因此，運營商可以在極短的時間內將 IS-95的系統升級為cdma2000，終端廠商也會非常容易地推出cdma2000的終端，從而大大提高了cdma2000網絡和終端的經濟規模，也大幅降低了cdma2000的成本。尤為重要的是，從2G升級到3G的工程建設周期，cdma2000要遠遠快于WCDMA，這將是3G市場競爭中中國電信制勝的“法寶”。
展望后3G時代的技術潮流，能夠超越3G而實現個人通信“超級鏈接”的網絡技術——3G長期演進技術LTE（簡稱LTE）將是未來發展的方向。LTE解決方案是3GPP組織發布的下一代網絡技術標準，由于美國高通公司在3G時代占據了技術的核心專利，LTE陣營處心積慮搞OFDM以繞開高通主要技術。與3G相比，LTE具有更高容量、更高頻譜效率和低時延的特點，并完全支持與3GPP2組織的CDMA網絡的互通。采用LTE技術，CDMA運營商可以融入到3GPP部署的移動網絡中，獲取規模化效益，支持LTE終端的全球漫游。
目前，移動無線技術的演進路徑主要有三條：一是WCDMA和TD-SCDMA，均從HSPA演進至HSPA+，進而到LTE；二是CDMA2000沿著EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最終到UMB或LTE；三是802.16m的WiMAX路線。這其中LTE擁有最多的支持者。原本就運營GSM/WCDMA的英國沃達豐、日本NTT DoCoMo、西班牙電信、法國電信、美國AT&T和Verizon、中國移動等世界最主要電信運營商已經決定采用或測試LTE技術。而全世界最優秀的CDMA運營商也都在部署LTE或HSPA作為其的下一代網絡：美國Verizon、Alltel，日本KDDI、韓國SK電訊和韓國電信(KTF)、澳大利亞電信(Telstra)、和記電訊(澳大利亞、越南)，以及較小的加拿大貝爾和Telus、泰國CAT、新西蘭電信。因此，未來在寬帶無線移動技術領域，LTE將成為主流技術，并占據移動市場的大部分份額。