摘要：本文介绍了第三代移动通信系统标准的发展过程，简要的描述了IMT2000的无线传输技术以及核心网的演进；介绍了中国第三代移动通信系统研究开发项目。
关键词：第三代移动通信，IMT2000，全IP网
一、 引言
移动通信从80年代进入人们的生活后，以每10年换一代的速度，走过了模拟话音系统和窄带数字话音系统两个阶段。在21世纪到来之际，完成了第三代移动通信系统(正式名称为IMT-2000系统)标准的制定工作，为今后十余年移动通信向多媒体数据通信的发展打下基础。
在最近10年间，第三代移动通信系统的研究开发逐渐成为移动通信界的热点，国内外的众多运营商和制造商都加入到研究开发的行列中。国际电联（ITU）积极推进第三代移动通信系统的标准化进程，形成了对第三代移动通信系统的共识，现已经有商用产品开始进入市场，大规模的商用将在近几年内出现。
本文将简述第三代移动通信系统标准化的过程和相关技术的演进，介绍中国第三代移动通信系统研究开发项目（C3G）。
二、 IMT2000系统标准的发展历程与演进
第三代移动通信系统（ITU的正式名称为IMT-2000），其前身为FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统）。ITU在1996年底确定了第三代移动通信系统的基本框架，包括业务需求、工作频带、网络过渡要求和无线传输技术的评估方法等，并将FPLMTS更名为IMT-2000，其用意在于希望在2000年左右商用、最高速率达2Mbit/s、工作在2GHz频段。IMT-2000的目标是：
* 全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖
* 高频谱效率、高服务质量和高保密性能
* 提供多媒体业务，速率最高到2Mb/s
–车速环境：144kb/s
–步行环境：384kb/s
–室内环境：2Mb/s
*易于从第二代系统过渡和演进
第三代移动通信系统主要由两个部分构成：核心网络(CN)和无线接入网(RAN)。第三代移动通信的标准化也主要包括核心网络技术（CN）与无线接入网（RAN）中的无线传输技术（RTT）的标准化。
1999年11月ITU确定了IMT-2000无线接入网可用的5种RTT技术，如表1所示。WCDMA和cdma2000技术是FDD模式中的两个主流RTT技术，我国提交的TD-SCDMA则是TDD模式中主流技术。三种技术的技术特点参见表2。
IMT-2000的核心网在初始阶段主要基于第二代移动通信核心网构建，即WCDMA和TD-SCDMA基于欧洲的GSM MAP，cdma2000基于北美的IS-41。以后的核心网都将演进到全IP网络。
表1. IMT-2000的无线传输技术标准
|
IMT-2000 |
CDMA FDD |
DS WCDMA |
|
CDMA |
FDD MC |
cdma2000 |
|
TDD |
TD-SCDMA |
|
TD-CDMA |
|
IMT-2000TDMA |
TDMA MC |
UWC-136 |
|
TDMA SC |
EP-DECT |
表2. IMT2000的三种主流技术的比较
| RTT技术 |
WCDMA |
cdma2000-1x |
TD-SCDMA |
| 信道间隔 |
5MHz |
1.25MHz |
1.6 MHz |
| 多址方式 |
单载波直接序列扩频CDMA多址接入 |
单载波直接序列扩频CDMA多址接入 |
单载波直接序列扩频时分多址＋同步CDMA多址接入 |
| 双工方式 |
FDD |
FDD |
TDD |
| 码片速率 |
3.84Mcps |
1.2288Mcps |
1.28Mcps |
| 基站同步方式 |
异步（不需GPS）可选同步（需GPS） |
同步（需GPS） |
同步（主从同步，需GPS） |
| 越区切换 |
软切换，频间硬切换与GSM间的切换 |
软切换，频间硬切换与IS-95B间的切换 |
接力切换，频间硬切换，与GSM，WDMA间的切换 |
| 语音编码 |
AMR |
Q－CELP |
AMR |
| 数据速率 |
最高为2.048Mbps |
1X最高307kbps，1XEV支持2.4Mbps |
最高为2.048Mbps |
1． WCDMA标准
WCDMA标准主要是在3GPP组织中讨论，形成一致意见后才提交ITU讨论。3GPP成立于1998年，其含义是3G伙伴关系项目，主要是由来自欧洲、中国、日本、韩国和美国等地的标准化组织组成，重点研究WCDMA和GSM标准。3GPP的第一个标准是WCDMA系统的R99版本，从1999年12月开始每3个月更新一次，直到2001年6月WCDMA系统的R99版本基本完善和稳定。此外，目前3GPP中还有WCDMA系统的R4、R5和R6三个版本在同时进行。
R99版本采用全新的WCDMA无线空中接口标准，支持2Mbps的传输速率；核心网的电路域部分采用演进的GSM网路支持话音等电路业务；核心网的分组域部分提供了移动与Internet的连接，采用演进的GPRS网络。R4标准2001年3月完成，其中最重要的一部分是完成了中国提出的TD－SCDMA标准化工作，同时将电路域的控制与业务分离，向全IP核心网结构过渡。R5版本2002年3月完成第一稿，将IP从核心网扩展到无线接入网，形成全IP的网络结构，将控制与业务分离；同时在无线传输中引入HSDPA，支持高达10Mbps下行分组数据传输。R6版本计划于2002年下半年推出，将引入多媒体广播和组播业务，无线资源优化，实现3G与WLAN互联等。几个版本的比较见表3。
2． TD-SCDMA标准
TD-SCDMA是由电信科学技术研究院(CATT)代表中国提出的第三代移动通信标准。TD-SCDMA技术在经历了融合与完善后，于2000年5月正式被ITU确认为国际第三代移动通信标准。2001年4月完成了在3GPP的标准工作，TD-SCDMA事实上已经成为第三代移动通信系统中世界唯一的TDD标准。国际电联为TDD专门划分的频段将完全被TD-SCDMA使用，为TD-SCDMA走向全世界铺平了道路，也为TD-SCDMA在世界漫游创造了条件。
与WCDMA和cdma2000所采用的FDD模式不同，TD-SCDMA是TDD模式，由于同时采用了同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、接力切换、低码片速率、多时隙TDMA等一系列新技术，从而增加了系统容量，提高了系统抗干扰性能，降低了发射功率，节约了制造成本。TD-SCDMA具有如下突出特点：
* 无需成对的频率资源，可以充分利用零碎频段；
* 特别适合于大城市等高业务密度区域，可以动态调整上下行数据传输速率，特别适合处理上下行不对称的IP数据业务；
* 采用了智能天线等技术，可以大大降低发射功率，减少干扰；
* 层2以上的通信协议和核心网络与WCDMA系统兼容。
表3：WCDMA标准的版本演进
版本 |
完成时间 |
RAN |
CN |
R99 |
1999年12月 |
1) 无线接口标准采用UTRA的3.84Mcps FDD和TDD模式
2) Iu系列接口采用ATM承载 |
1) 基于演进的GSM MSC和GPRS GSN
2) 开放的业务架构 |
R4 |
2001年3月 |
TDD无线接口采用1.28Mcps 的LCR模式，即TD-SCDMA |
电路域的控制与业务分离 |
R5 |
2002年3月 |
1) 基于IP的RAN结构
2) HSDPA支持10Mbps速率 |
全IP网络结构 |
R6 |
2002年底 |
无线资源优化 |
与WLAN互联，多媒体广播和组播 |
3． cdma2000标准
cdma2000是从IS-95 CDMA演进而来的一种第三代移动通信技术，其标准是包含cdma2000-1x，以及它的演进升级版本支持数据通信的cdma2000-1x
EV/DO和同时支持话音和数据通信cdma2000-1x EV/DV。IS-95 CDMA的基础上升级空中接口为cdma2000-1x，可在1.25MHz带宽内提供307.2kbps高速分组数据业务。
cdma2000技术的一个重要特征是前、后向兼容性，即IS-95 CDMA的终端可以漫游到cdma2000-1x系统中，cdma2000的终端也可以在IS-95
CDMA的系统中通信。此外cdma2000-1x在无线接口性能上较IS-95系统有了很大的增强，cdma2000-1x系统的话音业务容量是IS-95
CDMA系统的２倍，数据业务容量是IS-95 CDMA的3倍。
为进一步加强cdma2000-1x的竞争力，3GPP2从2000年开始在cdma2000-1x基础上制定增强技术标准。
cdma2000-1x EV分为两个阶段。第一阶段采用与话音分离的信道传输数据业务，即cdma2000-1x EV/DO(Data
Only)，HDR（High Data Rate）技术已成为该阶段的技术标准，其峰值传输速率达到
2.4Mbps；第二阶段采用数据信道与话音信道合一的传输技术，即cdma2000-1x EV/DV (Data and Voice)，有多种无线传输技术侯选方案，如1X
TREME和中国提出的LAS-CDMA等，可提供５Ｍbps甚至更高的吞吐率。目前，cdma2000-1x EV/DO已经商用，cdma2000
1x EV/DV还在标准化过程中。
三、 中国第三代移动通信系统研究开发项目
中国比较早地启动了对第三代移动通信系统的预先研究。科技部863计划通信技术主题与邮电部有关部门于1997年6月在安徽黄山、1998年1月在北京香山分别组织召开了2次大规模的第三代移动通信技术研讨会，有力地推动了国内有关第三代移动通信的研究工作。1997年中国第三代移动通信评估协调小组（ChEG）成立。1998年6月邮电部电信技术研究院向ITU提交了中国第三代移动通信建议标准TD-SCDMA，同年9月ChEG完成了对其它国家有关提案的评估。1998年11月经国务院批准，由科技部和信产部联合组织实施了“中国第三代移动通信系统研究开发项目（C3G）”，揭开了中国全面进军第三代移动通信的序幕。
C3G项目的承担单位在C3G项目总体组的统一协调下，完成了项目总体设计规范、关键技术攻关和实验系统验证工作。并按计划进行了测试与互联。先后完成了cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA三个主流技术的系统联测和基本功能现场试验。在中关村地区建立了多小区系统，共覆盖16平方公里，组成了实用化的现场试验系统。验证了在大范围覆盖和快速移动条件下，支持语音业务、分组多媒体与流媒体业务、网上浏览业务等。能够据不同的服务质量要求，实现多个移动用户的无线资源共享；在快速移动环境下，最高传输速率可达到307.2kbps至384kbps。围绕三个标准的科研开发，共形成国家发明专利84项，国际发明专利12项。
C3G项目的完成，大大缩短了我国移动通信技术与国际先进水平的差距，标志着我国除已掌握了第三代移动通信系统技术，还在移动通信产业核心技术方面取得了突破性进展，为我国民族移动通信产业赶上第三代移动通信的发展高峰、从根本上改变国内移动通信市场格局，打下了坚实的基础。
作者简介： 王京 清华大学电子工程系 教授，清华大学信息技术研究院副院长，信息产业部“十一五”规划和2010年长远规划专家组专家。
