3G移動通訊技術與產品認證

劉 麒 孫玉萍 袁世杰/上海市計量測試技術研究院

0 引言

2009年年初，3G牌照正式發放，中國三大運營商中國電信、中國移動、中國聯通分別獲得了相應的3G頻段，3G網絡開始廣泛滲透到各個行業與領域，同時越來越多的人開始使用3G手機。3G技術的性能特點成為各界所關注和熱議的焦點。本文概述3G通訊技術及相關通訊終端設備的認證。

1 3G移動通信技術的基本特征

第三代移動通信技術，即國際電信聯盟(ITU)定義的IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000），俗稱3G，是3rd Generation的縮寫。它的最主要的目標和特征為：

（1）全球統一頻段、統一制式，全球無縫漫游

在3G概念提出的很多年里，也有一些持懷疑態度的國家和地區，特別是美國頻段與ITU的沖突，使得全球統一頻段的目標無法完全實現，但是中國、歐洲、日本、韓國和絕大多數國家及地區目前規劃的頻段和ITU的基本一致。在2000年世界無線電大會（WRC）上又確認了新的頻段，將目前2G采用的800/900 MHz和1800/1900 MHz頻段均納入3G頻段，稱為WRC－2000確認頻段，同時又增加了2500 MHz～2690 MHz頻段。詳見圖1。

從圖中不難看出，由于2500 MHz以下頻段，各個國家都分配了不同的通訊技術，只有2500 MHz～2690 MHz還未被使用，可以有望實現全球統一。

（2）高頻譜效率

增加頻率效率，減小系統等待時間，更低終端功耗，提高小區覆蓋，增加范圍。

（3）支持移動多媒體業務，即室內環境支持2 Mbps、步行/室外到室內支持384 kbps、車速環境支持144 kbps等，這三個環境的三個數據速率是評估是否滿足3G技術最直接的定量標準。

圖1 各國3G頻譜分配圖

2 3G移動通信技術的研究現狀

第三代移動通信系統是國際電信聯盟在1985年首先提出的，當時被稱為未來公眾陸地移動通信系統，即FPLMTS。1996年國際電信聯盟正式將其更名為全球移動通信系統IMT－2000，即工作在 2000 MHz頻段（1885 MHz～2025 MHz，2110 MHz～2200 MHz），最高業務速率可達 2000 kbps，并在2000年左右商用的系統。同時，ITU針對3G規定了5種陸地無線通訊技術：

① IMT-2000 CDMA DS（CDMA直接擴頻技術），WCDMA采用此技術；

② IMT-2000 CDMA MC（CDMA多載波技術），CDMA2000采用此技術；

③ IMT-2000 CDMA TD(寬帶時分多址技術),包括我國自主研發的TD-SCDMA采用此技術；

④ IMT-2000 TDMA SC（CDMA單載波技術），UWC-136（Universal Wireless Communications）使用的技術；

⑤ IMT-2000 FT(頻分多址技術)，DECT使用此技術。

基于上述技術而發展的WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA成為國際上最具代表性的主流通訊技術，其中CDMA2000和WCDMA屬于FDD方式，即系統的上、下行頻段分開。TD-SCDMA屬于TDD方式，即系統的上、下行工作于同一頻率，但不同的時間間隙。

1) WCDMA技術研究現狀

WCDMA：即Wideband Code Division Multiple Access，意為寬頻碼分多址，其支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中，包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電，以及日本的NTT、富士通、夏普等廠商。該系統通過直接架設在現有的GSM網絡上就能實現WCDMA網絡的升級，它以GSM MAP為核心網，UTRAN（Universal Telecommunication Radio Access）為無線接口的第三代移動通信標準。該技術標準由3GPP負責制定（第三代合作伙伴計劃3GPP，是由歐洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韓國的TTA以及美國的T1在1998年底發起成立的3G標準的技術規范機構），它采用3.84 Mcps的碼片速率，可在5 MHz帶寬內，分別在快速移動、步行和慢速移動及靜止的環境下，提供144 kbps、384 kbps和2 Mbps的數據傳輸速率,其增強型技術HSPA(High Speed Package Access)則可實現10 Mbps以上的下行數據傳輸速率。功率控制技術是CDMA系統的一項核心技術，由于它采用基于信干比（SIR）的快速內環閉環、開環、基于誤幀率（FER）的外環閉環三種功率控制方式，并且功率控制速率達到1500次/s，控制步長可在0.25-4 dB范圍內可變，使得移動產品具有很強的抗多路徑衰落的能力，并且能有效調整和控制待機與工作的發射功率，降低功耗。

2) CDMA2000技術研究現狀

CDMA2000: 即 Code-Division Multiple Access 2000, 意為碼分多址2000,也稱為CDMA Multi-Carrier，其支持者主要以美國高通北美公司為主，摩托羅拉、朗訊和后來加入的韓國三星等都有參與。CDMA2000標準是由IS-95A/B標準演進而來的第三代移動通信標準，因此該系統可以從原有的CDMA One結構直接升級，建設成本低廉。該技術標準由3GPP2負責制定（第三代合作伙伴計劃3GPP2，是由美國TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韓國的TTA在1999年初發起成立的3G標準的技術規范機構），它含有多種載波模式CDMA2000 1x、3x、6x、9x、12x等，1x表 示 1個 1.25MHz帶寬的載波，并采用 1.2288Mcps的碼片速率。目前CDMA2000 1x按技術發展可分為0、A、B、C和D及其增強型技術五個版本，其中C和D版本又稱EV-DV(evolution-Data and video)，增強型技術即高速分組數據HRPD，又稱CDMA2000 1x EV-DO。CDMA2000 1x EV-DO 從版本0發展到現在的版本C，可以實現下行峰值3.1Mbps的速率，它是專門針對高速數據業務的技術，不支持話音，但通過HRPD與前期版本的技術結合，比如在CDMA2000 1x版本B的技術基礎上增加新的載波來支持HRPD，就能實現數據與語音雙業務模式。CDMA2000采用的功率控制技術與WCDMA類同，功率控制速率最高為800次/s，控制步長在0.25-1 dB可變。CDMA2000目前一共定義了17個通訊頻段，不同國家應用了不同的通訊頻段。

3) TD-SCDMA技術研究現狀

TD-SCDMA: 即Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access,意為時分-同步碼分多址,是由我國信息產業部電信科學技術研究院提出，與德國西門子公司聯合開發，該系統可以從原有的GSM結構直接升級而成，而且設備成本低。TD-SCDMA標準由3GPP組織制訂，它采用時分雙工（TDD）、時分碼分多址方式工作，并采用1.28 Mcps的碼片速率, 它的增強型技術TD-HSDPA，可在1.6 MHz載波帶寬內,實現下行峰值2.8 Mbps的速率。不同于前兩個技術標準的功率控制技術，它采用的開環與慢速閉環功率控制，控制速率最高為200次/s。相比與WCDMA和CDMA2000網絡，TD－SCDMA網絡是TDD和CDMA、TDMA技術的完美結合，有很好技術優勢：第一個優勢，它運用時分-同步碼分多址技術，上、下行鏈路采用同一頻率，并自由調整上下鏈路占有的工作時隙，因而能節省未來緊張的頻率資源，特別對上下行傳輸不對稱，不同傳輸速率的數據業務來說它更能顯示出其優越性。圖2為我國3G頻率資源分配圖。其中中國電信獲得的CDMA2000頻段是（1920-1935）MHz（上行）和（2110-2125）MHz（下行）；中國聯通獲得的WCDMA頻段是（1940-1955）MHz（上行）和（2130-2145）MHz（下行）；中國移動獲得的TD -SCDMA頻段是（1880-1920）MHz和（2010-2025）MHz，由于它不需要占用上下行兩個頻段，在1.6 MHz載波帶寬內可同時進行上下行語音和數據傳輸，故不管是語音還是數據的頻譜利用率都大大提高。第二個優勢，獨特的智能天線技術，運用排列的天線陣元，跟蹤正在通訊的移動終端，自動調整基站的發射功率，達到減少系統干擾，降低多徑干擾，從而提高了系統容量。第三個優勢，TD-SCDMA軟件無線技術能利用軟件修改硬件，在設計、測試方面非常方便，不同系統間的兼容性也容易解決。

圖2 中國3G頻譜分配圖

3 3G移動通信技術的發展演進

第三代移動通信系統不同于以往的第一代模擬制式手機（1G），第二代GSM、TDMA等數字手機（2G），它是將無線通信與互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，該技術的演進主要有三條路徑（圖3），其一是從第二代的 CDMAONE到CDMA2000 1X，再到第三代的CDMA2000 1X EV-DO。其二是從第二代的GSM到GPRS，再到第三代的WCDMA及增強型的HSPA。以上是移動通信技術演進的兩個主流路線，也是占世界絕大多數移動通信市場的路線。其三是我國以TD-SCDMA為主制定的3G演進技術路線，從系統結構看，它也是通過GSM網絡架構擴容升級而成的。近期，第三代移動通信系統的升級技術如UMB（Ultra-Mobile Broadband）,LTE(Long Term Evolution)等已經成為世界通訊領域新的增長點，相信不久的將來，未來第四代移動通訊技術IMT-Advanced必將在全球通訊領域產生新的變革。

圖3 3G移動通信技術的發展演進

4 3G移動通信終端的國際認證要求

了解3G移動通信終端的國際認證要求，就能提早進入銷售市場，占得先機。表1為各國制定的3G手機的認證檢測標準：

表1 各國3G手機的認證標準

除了上述認證外，部分歐洲運營商希望廠商符合GCF規定的認證要求，GCF是由歐洲運營商和手機供應商發起成立的機構，主要目的是提供協調一致的一致性測試標準，它定義的測試體系很好地保證了手機的射頻性能指標，使得成員運營商都認可GCF 的認證標準，相關的測試項目包括：射頻測試，協議，音頻，SIM卡，OTA等。類似的北美運營商也希望廠商符合PTCRB（PCS認證委員會）規定的認證要求。

5 結語

綜上所述，3G通訊技術已經被各個國家廣泛應用，全球3G產業已經掀起了一輪新的發展高潮。可以預見，隨著全球3G用戶的不斷高速增長，3G業務將形成多種多樣的服務模式，進一步向人們的工作和生活滲透。中國作為全球最大的手機用戶市場，市場競爭尤其激烈，要想占有一席之地，在保證產品質量的前提下，還應不斷推出具有優異性能的新產品。

[1] European Telecommunications Standards Institute，3GPP TS 34.108[S]. France: ETSTI, 2009.

[2] European Telecommunications Standards Institute，3GPP TS 34.124[S]. France: ETSTI, 2010.

[3] 沈嘉, 杜瀅. 3G技術演進及標準化進展[M]. 黑龍江省通信管理局，2003.

[4] 張同須. 2G/3G網絡協同規劃和3G技術發展[M]. 北京人民郵電出版社，2005.

[5] 孫承先. 第三代移動通信（3G）技術的發展與現狀[M]. 中華人民共和國建設部，2007.

[6] 李小文、李貴勇、陳賢亮等. TD-SCDMA第三代移動通信系統、信令及實現[M].北京人民郵電出版社， 2003.