3G中的编解码协商技术
2006-10-12
编解码协商操作旨在避免传统上移动台(MS)呼叫MS(基于GSM系统)、MS呼叫用户设备(UE)(基于GSM/3G系统)或UE呼叫UE(基于3G系统)的通话过程中要做的两次语音编解码。在UE呼UE的情况下话音信号首先在起始UE中进行编码并发送到空中接口，在本端码型变换器中解码成64 kb/s的G.711 A律或μ律脉冲调制编码(PCM)语音格式并在固定网络中传送，对端码型变换器将PCM信号重新作一次编码，通过空中接口传送到对端UE，最后由对端UE解码得到重建后的话音。整个过程如图1所示。在这种呼叫情况下，两对语音编码/解码器处于二次语音编解码级连操作(TO)。在TO下话音信号作了两次编码和解码，导致语音质量变差，尤其在低速率通信情况下质量变化更是明显。
如果本端UE和对端UE使用同样的编解码，如图2所示，话音信号就能在编码域从本端UE透明传输到对端UE，而不用激活本端和远端网络中的码型变换功能。
编解码协商具有如下优点：
?避免网络内做二次语音编解码，提高语音质量。
?协商后采用压缩的编解码，从而节省链路资源。
?码型变换单元不用再执行码型变换功能，故可节省处理能力。
?可以减少端到端的传输时延。
目前主要的编解码协商技术有3种：一种是呼叫建立过程中通过带外呼叫控制信令对语音编解码方式进行协商的无码型变换器操作(TrFO)呼叫，另一种是带内的编解码协商协议无二次编解码操作(TFO)，还有一种是3G核心网络和下一代网络(NGN)核心网络进行互连互通时，NGN网络的关口局通过审计网络质量的方法来优选编解码。
1 TrFO技术
TrFO呼叫是一种呼叫建立过程中通过带外呼叫控制信令(OoBTC)对语音编解码方式进行协商的技术。TrFO 呼叫因为不需要插入语音编解码器，所以可以提高话音质量，节约编解码器资源，并且在分组核心网中可以节约网络带宽(因为话音是以自适应多速率编码(AMR)后的速率而不是64 kb/s速率在核心网中传输)，另外编解码协商在承载建立之前完成，可以保证呼叫使用适当的承载资源。
1.1 TrFO机制描述
文献[1]指出当两个或更多呼叫控制节点协商已统一传输的编解码时，TrFO机制将会被优先选取，具体流程如下：
?源呼叫控制节点发送其网关支持的编解码列表，该列表中各编解码已按其优先级进行了排序。
?转接呼叫控制节点分析编解码列表，从中删除自身不支持的编解码，并将其继续向前传送。但对编解码的优先级不进行改变。
?终结呼叫控制节点分析编解码列表，从中删除自身不支持的编解码，并从中选取最高优先级的编解码。
图3是在R4体系中通用移动通信系统(UMTS)到UMTS进行TrFO连接的一个呼叫模型，当然中间可能存在许多转接节点。一般编解码协商会发生在呼叫建立阶段，当然在呼叫过程中也可能会由于切换或者重定位等原因而再次发起编解码的修改。
1.2 BICC呼叫建立过程中的编解码协商
图4描述的是承载无关呼叫控制(BICC)呼叫建立的一个简单信令流程。由图4可看出编解码协商在承载建立之前进行，因此可选出最适合本次呼叫的承载资源。文献[2]中建议源移动交换中心(O-MSC)在发送初始地址消息(IAM)时开始编解码协商，将支持的编解码列表发给转接节点。转接节点将丢弃不支持的编解码类型后再发送。终移动交换中心(T-MSC)将优选的编解码连同最终的编解码列表通过应用传送消息(APM)带回给源移动交换中心(O-MSC)。
1.3 对媒体网关的控制
TrFO呼叫使端到端(如无线网络控制器(RNC)到RNC或者RNC到其他压缩语音终端)的全程通信都使用压缩的语音流，文献[3-4]中详细说明了核心网中Nb接口和Iu接口关于压缩语音帧传输的流程。若要用户面支持编解码协商，必须使其工作在支持模式下。
对于TrFO呼叫，RNC和媒体网关(MGW)必须支持至少一种具有TrFO能力的用户面版本，也就是Iu接口和Nb接口必须都支持用户面版本2。如果RNC只支持用户面版本1而没有TrFO能力，移动交换中心服务器就必须在RNC和MGW之间插入码形变换器(TC)。当然，不是RNC和MGW物理上支持版本2就行了，还要移动交换中心服务器在向RNC请求无线接入承载(RAB指派)和向MGW请求建立终端(ADD请求)中指明使用该版本，因为在用户面初始化帧协商过程中，需要带上移动交换中心服务器在RAB指派/ADD请求中指明的版本信息与其他MGW/RNC协商，以选择共同支持的版本信息。
用户面的初始化方向永远是前向的，它与承载的建立方向没有任何联系。当用户面需要初始化时，只有当承载已建并且用户面初始化完成后才向移动交换中心服务器发通告(Notify)消息告知用户面承载已准备完成。而移动交换中心服务器中的导通消息(COT)则只有在收到Notify消息和前向送来的COT消息后才会向后发送。
1.4 TrFO实现后的用户面数据流
对于同一MGW内部的TrFO呼叫，其用户数据流向如图5蓝线所示。通过接口板接入的Iu接口用户数据，经过ATM适配层2(AAL2)适配(对于ATM承载)或实时传送协议/实时传送控制协议(RTP/RTCP)处理(对于IP 承载)，再依据转发表送到某个Iu接口用户面(IuUP)实例进行上行处理，然后送到对端用户对应的IuUP实例进行下行处理，最后通过Iu接口板处理并送到Iu接口上。整个流程无需经过AMR编解码和时分复用(TDM)交换。
对于不同MGW之间的TrFO呼叫，其用户数据流向如图5黄线所示。在一个MGW上，通过接口板接入的Iu 接口用户数据，经过AAL2适配(对于ATM承载)或RTP/RTCP处理(对于IP承载)，再依据转发表送到某个
Iu接口的IuUP实例进行上行处理，然后送到Nb接口对应的Nb接口用户面(NbUP)实例进行下行处理，最后通过Nb接口板处理并送到Nb接口上。在另一个MGW上，通过Nb接口接入的用户数据在接口板上完成AAL2或RTP/RTCP后，送到相应的NbUP实例进行上行处理，然后送到相应的IuUP实例进行下行处理，最后送到Iu接口板处理，并最终发到Iu接口上。整个流程无需经过AMR编解码和TDM交换。
从图5可清楚地看出TrFO呼叫的优势，由于RNC的编解码类型、编解码速率集完全一致，因此在核心网侧不需要进行编解码，只需要透传用户面数据包。
2 TFO技术
TrFO是呼叫建立过程中优选的一种机制，它尝试去建立UE到UE的无需使用码形变换器(TC)的连接，如果成功，将无需使用TC，并且能够最有效地使用带宽。但是并非所有情况都能使用TrFO技术，当中间出现TDM承载或者必须与2G系统的用户通信时，将不得不加入TC，而TFO作为TrFO的备用技术这时将发挥作用。
TFO是一种带内的编解码协商协议。TFO在呼叫建立之后在两个语音编解码器之间进行编解码协商，协商成功后发送方的解码器和接收方的编码器被旁路，直接将空中接口中使用的话音帧覆盖在G.711帧上传送给接收方。因为用户面码流不再需要通过语音编解码器的压缩、解压缩处理，可以改善话音质量。TFO在标准的64 kb/s链路的基础上，提取一定数量的比特，组成子信道，用来传输TFO信令和话音帧。
2.1 TFO的基本原理
在TFO建立之前，TC之间传输64 kb/s的脉冲编码调制(PCM)话音信息。利用每16个语音样点提取一个最低位(相当于一个0.5 kb/s的通道)来传递TC之间协商的控制信息。TC之间交换TFO消息来进行TFO协商。一旦发现两端编解码器类型和配置相匹配，TC将自动激活TFO。TFO建立后，TC利用每个话音样点的最低位(相当于8 kb/s的通道)或最低两位(相当于16 kb/s的通道)来传输携带压缩语音的TFO帧。为了避免
TFO帧与PCM帧转换时对语音质量和延时的影响，PCM语音样点(非压缩格式)的高6位或高7位仍然保持不变并发送到对端。在呼叫建立以后，TC单元通过处理TFO协议来完成TFO的建立，所以TC单元不可以被旁路，这也是TFO与TrFO的最主要区别。
2.2 TFO的实现步骤
文献[5]中详细地描述了TFO处理的全过程，步骤如下：
(1)路径内设备的预同步
当本端的TC收到或发送语音帧，并且TFO已被激活，则TC会发TFO_FILL消息预同步路径内设备(IPE)，使得IPE能够确保TFO带内信令的透明传输，不会将其作为语音信号进行放大。当然对端也会同时预同步IPE。
(2)TFO协商
当对端也支持TFO功能，并且IPE被预同步通路能够透明地传输时，TFO协商开始了。两端的TC会同时发TFO_REQ消息，将自身已激活的编解码列表(ACL)和自身的标识符带给对端，若对端的ACL与其有交集，则会回发TFO_ACK消息，否则编解码不匹配的处理方案将会被启动。
(3)编解码不匹配方案
当两端TC激活的编解码列表(ACL)没有交集但是支持的编解码列表(SCL)有交集时，会发起此过程。通过TFO_REQ_L消息和TFO_ACK_L消息交互选出公共的编解码列表和选择的编解码，然后告知移动交换中心服务器。各端服务器根据重新确定的编解码列表和选择的编解码重新发起编解码修改，以使全程的编解码统一。由于这个过程需要交互很多的信令消息，多数情况下可能难以支持此功能。当没有公共的ACL时，很多时候会选择放弃TFO。
(4)TFO的建立
当协商完毕，TC会发送TFO_TRANS消息告知对端，这时两个TC间将开始传送压缩的语音流，带宽仍是不变的。
(5)编解码的优化
在TFO呼叫建立以后，有可能由于切换或者其他补充业务导致编解码优化过程，如果支持编解码修改的话，TC会通过TFO_REQ_L消息和TFO_ACK_L消息交互选出公共的编解码列表和编解码，整个过程和编解码不匹配时的处理极其类似。同样因为编解码优化带来的语音质量的改善并不明显，但是会导致大量的信令消息交互，加重了信令的处理负荷，所以此功能没有被广泛采用。
(6)TFO的终结
TFO会在以下几种情况下终结：其中一个TC丧失了TFO处理能力、呼叫释放、业务发生改变(从语音业务变成了数据业务)、发生切换并且切换到的TC不支持TFO、切换到的局所支持的编解码与远端局没有交集。
TFO终结后，TC将停止发放TFO帧，退回到普通模式，并通过TFO_NORMAL消息告知IPE。
3 审计网络质量优选编解码技术
随着网络拓扑的发展，3G核心网需要和NGN核心网络进行互联互通，以达到移动网络和NGN固定网络互通的要求。但是由于3G核心网络的编解码和NGN核心网络的编解码差别很大，3G核心网一般支持3GPP 协议支持的编解码类型(如各种类型各种速率的AMR编码等)，而NGN网络只支持ITU的编解码类型(如
G.711、G.729、G.723等)，可见两种网络之间基本没有共同的编解码，因此不可能建立TrFO或TFO呼叫。当插入TC造成的时延和语音质量下降已不可能减少时，人们希望能从灵活性上发挥编解码协商的优势。
G.711是传统的64 kb/s的编码，由于采样点密集，量化误差小，所以使用这种编解码时语音质量很好，缺点是占用的带宽大。而G.729编码正好相反，由于压缩的缘故引入了噪声，语音质量较差，但是
它所使用的带宽却很经济，只有16 kb/s。因此人们希望依据呼叫的接入数来灵活选择编解码，当用户较少，网络质量较好时采用G.711编码以达到较好的语音质量；当接入用户较多，网络质量变差时，使用G.729编码。这样既不会过分加重网络的负担，同时又可以接入新的呼叫。
实践中，在NGN的关口局审计网络质量，并跟工作人员设置的值进行比较，当未达到此值时，认为网络质量较好而采用G.711编码，否则认为网络已有拥塞而改用G.729以节约带宽、缓解拥塞。
4 实验结果
为了给予验证，我们进行了TrFO和VoIP的测试，鉴于TrFO的优势涵盖了TFO，没有对TFO另外进行单独测试，测试环境如图6所示。
语音测试仪是GL公司的一体化语音仪。测试时，选用语音仪中单语音源。网络加扰仪IP-WAVE被用来模拟丢包、抖动、延时等IP传输特性。每一项平均测试30～35轮，采用基于听觉模型的客观话音质量评定(PESQ)取平均值。
对TrFO测试时，将语音仪串接在两端的UE间，对VoIP测试时，则将其与PSTN网相接，测试中语音源经由语音仪GL-VQT的一端发出，经过两个MGW的处理(且两个MGW之间还有IP加扰仪)，再返回到GL-VQT 的另一端录音，然后GL-VQT将接收到的语音和发出的语音源进行比较计算，得出PESQ值。
TrFO是在网络质量很好的情况下测试的，分别对话音质量和延时进行测试，测试结果表明：语音质量，TrFO优于非TrFO；延时，TrFO小于非TrFO。TrFO的优势显而易见。
在VoIP的测试中，对G.711和G.729编码分别在3种网络条件进行测试，测试结果如表1所示。
对测试结果应该从两个方向进行分析，横向看出G.711的话音质量明显优于G.729的话音质量，这正是优选G.711编码的原因。纵向上看出当网络条件变差后，如果继续接入使用高带宽的G.711编码，网络的质量会下降得很快，但是对于运营商来说他们并不希望因此而拒绝新呼叫的接入，而窄带宽的G.729此时正显出优势。
5 结束语
本文介绍了在3G核心网络中几种编解码协商技术。实验结果显示目前采用了编解码协商技术后提高了语音质量，节省了链路资源，提高了交换机的处理能力，减少了端到端的传输时延，尤其审计网络质量优选编解码方式能够通过审计信道质量实时根据网络质量进行调整。但是由于编解码协商需要传输大量的信令，同时在呼叫和通话过程中进行编解码协商和编解码修改的情况会经常出现，再加上通常编解码列表会比较大，因此在大话务量时，编解码协商会占用很大的控制信道带宽，这有待通过进一步完善加以解决。另外编解码的全程统一性与灵活性目前无法同时满足，因此如何实现既统一又根据实际情况能灵活改变的编解码技术，是今后需要深入研究的问题。
6 参考文献
[1] 3GPP TS 23.153 3rd Generation partnership project: Technical specification group core network and terminals: Out of band transcoder control: Stage 2(Release 4)[S]. 2001.
[2] ITUT Recommendation Q.765.5 Signalling system No.7: Application transport mechanism: Bearer Independent Call Control (BICC)[S]. 2000.
[3] 3GPP TS 29.232 Media Gateway Controller (MGC): Media Gateway (MGW) interface: Stage?3[S]. 2001.
[4] 3GPP TS 25.415 3rd Generation partnership project: Technical specification group radio access network: UTRAN Iu interface user plane protocols[S]. 2002.
[5] 3GPP TS 28.062 Inband Tandem Free Operation (TFO) of speech codecs: Service description: Stage 3[S]. 2004.
收稿日期：2006-03-12
作者简介：
陈翼，华中科技大学电子与信息工程系在读硕士研究生，目前在中兴通讯股份有限公司网络事业部实习，主要研究内容为局间BICC信令。
高洁，华中科技大学电子与信息工程系副教授，湖北省仪器仪表学会秘书长。长期从事教学与实验工作，已出版教材2部，发表论文12篇。
喻莉，华中科技大学电子与信息工程系教授，国家“数字视音频编解码技术标准”系统组负责人，中国图形图像学会会员。长期从事计算机网络、移动通信、多媒体信息处理、数据压缩编码等方面的研究和开发工作。已发表论文30余篇。
3G三种制式的对比及其各自影响 关注3G的人都应该知道，今年1月7日发生了中国电信史上的一件大事——工业和信息化部分别给中国移动发放了TD-SCDMA运营执照，给中国电信发放了CDMA2000运营执照，给中国联通发放了WCDMA运营执照。三家运营商分别获得不同制式的3G牌照，这标志着中国从此进入了3G时代。 也许很多人会产生疑问，为何我们国家拥有三种不同的3G制式，并且分别由三家运营商来负责运营？这三种制式到底有何区别，它们在技术领域和实际应用方面到底有着怎么样的影响？带着这些问题，本文将为广大读者解开这一层层面纱，帮助用户在选择3G制式和应用方面提供一些参考，让您不再“雾里看花”。 一、何谓3G 3G是第三代移动通信技术的简称（3rd-generation），特指能支持高速数据传输的一种蜂窝移动通讯技术。它能够同时传送声音(通话)及数据信息(电子邮件、即时通信等)，提供高速数据业务。3G诞生于2000年5月，它是由国际电信联盟（ITU）统一制定的结果，其中包含有WCDMA、 CDMA2000和TD-SCDMA 和WiMAX四种不同的制式标准，今天我们要谈论的主要是国内应用的WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA 三种制式。下面分别简要介绍这三种制式标准的含义和应用。 WCDMA是一种由3GPP具体制定的、基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。它是从码分多址（CDMA）演变而来，从官方看被认为是IMT- 2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术
相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS- CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mbps。W-CDMA 能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s （对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。目前，WCDMA 牌照被划分给中国联通。 CDMA2000，即为CDMA2000 1×EV，是一种3G移动通信标准。分两个阶段：CDMA2000 1×EV-DO（Data Only），采用话音分离的信道传输数据，和CDMA2000 1×EV-DV（Date and Voice），即数据信道于话音信道合一。CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和後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。这套系统是从窄频CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G，建设成本低廉。 TD-SCDMA是Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(时分同步的码分多址技术)的简称，是ITU批准的三个3G标准中的一个，相对于另两个主要3G标准（CDMA2000）或（WCDMA）它的起步较晚。TD-SCDMA 也是唯一一个中国制定的3G标准。该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电（SDR）等技术融于其中。采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致。此外，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。TD-SCDMA还具有TDMA的优点，可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例，特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。
三种主流3G标准概述 与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。 目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是Code Division Multiple Access（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。 1.1 WCDMA概述 全称为Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。WCDMA可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
南阳师范学院物理与电子工程学院 《多媒体通信》 课程论文 题目： 完成人： 班级： 学号： 专业：
目录 摘要 (1) 前言 (1) 第1章 3G (1) 1.1 3G移动通信系统的概念 (1) 1.2 3G的技术标准 (1) 1.3 3G向4G演化的原因 (2) 第2章 4G (3) 2.1 4G移动通信系统的概念 (3) 2.2 4G的特征 (3) 2.3 4G的关键技术指标 (4) 第3章 3G与4G的比较 (4) 3.1 系统参数的比较 (4) 3.2 通信格局的变化 (5) 3.3 核心技术的不同 (6) 3.4 4G中的新技术 (6) 结束语 (7) 参考文献 (7)
3G和4G的技术比较 摘要：在移动通信领域，每20年就发生一次革命性的变化。移动通信技术从第一代演进到现今的第三代，以及处于实验阶段的第四代移动通信的发展大致经历三个发展阶段。移动通信已然成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。本文首先讨论了3G 以及3G中的三大技术主流制式，并在3G到4G的演进进程做出简要的比较分析。 第四代移动通信系统(4G) 是多种无线技术的综合系统, 它融合了现有第三代移动系统(3G) 的增强型技术, 集3G网络技术和无线LAN系统为一体。在4G的叙述中，首先简述了4G的特点，分析讨论了4G 通信系统的技术目标及关键技术的发展现状，然后对4G 和3G 的体系结构、系统参数、关键技术、移动性管理和安全策略等进行了比较研究,对4G的研究和建设具有一定的参考价值。 关键词：3G；4G；关键技术；比较 前言 从20世纪80年代中期第一代模拟移动通信系统商用开始至今,短短的十几年间经历了90年代初第二代数字移动通信系统(2G)从萌芽到完善的整个发展过程,直至今天人们对第三代移动通信系统(3G)的商用开发,足以证明移动通信的发展速度势不可挡。3G的出现使移动通信前进了一大步,相对于2G,它能够提供更大的容量、更佳的通信质量并且支持多媒体应用。但是3G系统尚有很多需要改进的地方,例如: （1）缺乏全球统一标准;（2）所采用的语音交换架构仍承袭了第二代(2G)的电路交换,而不是纯IP方式; （3）流媒体(视频)的应用不尽人意; （4）数据传输率也只接近于普通拨号接入的水平,更赶不上xDSL等。3G面临的致命缺点就是移动无线接入网络的空中接口标准不统一。所以, 制定一个针对IP多媒体业务的4G 移动通信系统,提出相关新的理论,应用新的技术,已被许多国家提上议事日程[1]。相对于3G 而言, 第四代移动通信系统(4G)在技术和应用上将有质的飞跃,而不仅仅是在第三代移动通信的基础上再加上某些新的改进技术。 第1章3G 1.13G移动通信系统的概念 3G(3rd Generation)指第三代移动通信技术，与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与
2000年5月，国际电联(ITU)在土耳其召开全会，经对IMT-2000无线接口技术标准的10个候选方案的频谱效率、网络接口、QoS、技术复杂性、覆盖率、灵活性和设备体积等诸多方面的全面评估，正式确认了五种标准，分别是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CDMA和SC-TDMA、MC-TDMA，这是一个以CDMA技术为主体，兼顾TDMA技术，包含FDD和TDD两种双工方式的多元化体系标准。 从移动通信技术发展趋势和可实现业务功能分析，基于CDMA制式的3种标准被普遍看好，分别对应cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA三种技术，它们被认为是3G的三大主流应用技术标准。目前，中国的3G即将进入商用化应用阶段，对技术标准的取舍选择也成为移动运营商要仔细考虑的问题，因此有必要对这三种主流技术标准进行比较分析，以期为我国3G标准的选择提供有益的参考。 主流3G标准概要 1. cdma2000 cdma2000是从cdmaOne演进而来的第三代移动通信技术。事实上，cdma2000标准是一个体系结构，称为cdma2000 family，它同样还包含一系列的子标准。其技术特点如下： 前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量;在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps，多载波方式能很好地兼容IS-95网络;支持F-QPCH，可延长手机待机时间;核心网络给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能;在同步方式上cdma2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。 cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的以IS-95 CDMA为标准的制造商和运营公司，cdma2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点，网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。 2. WCDMA WCDMA的主要技术指标是：支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s，室内走动时2Mb/s)，异步BS，支持可变速传输，帧长10ms，码片速率3.84Mb/s。其主要特点如下：
中国传媒大学学年第学期 课程 题目 学生姓名 学号 班级 学生所属学院 任课教师 教师所属学院 成绩
摘要： 伴随着移动增值业务的不断发展，迈向3G(3rd Generation，第三代移动通信)则是各大移动运营商的必然选择。与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。 关键词： 3G、三种主流技术、对比、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 正文： 一、概述： 近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面。移动通信这个神奇新兴的产业，使人类居住的地球变得越来越小，在任何时间任何地点、与任何人进行任何类型的信息业务部能够得以实现。 移动通信主要依靠三类无线通信：无线局域网(WLAN)、城市蜂窝网(2G．3G)和卫星通信(GEO—MEO／LEO)。一般说来，城市蜂窝网主要用于城市，为携带轻便手机的移动用户提供通信便利。要实现全球用户连通，就是期望世界各地和各城市的蜂窝网统一程式，或加装互相连通所必需的设备。当今世界上实际应用的城市蜂窝网(主要还是2G)，并不完全属于同样的制式。各国现行的2G蜂窝网虽都属于数字式，但有些2G采用时分多址(TDMA)，另一些则采用码分多址(CDMA)，特别是北美和欧洲两大地区各自使用两类不同的制式。有些国家容许同一城市同时存在两种不同制式，各有不同的手机用户，互不侵犯，这显然很不合理。为了方便世界范围内用户的互联，现在，世界各国的蜂窝网准备连通为全世界统一的无线通信网，统一成同样的制式。国际上认真讨论并一致同意第三代(3G)蜂窝网必须使用统一的最新制式。 二、3G应运而生
移动通信3G技术三个技术标准的比较- - 2004-3-14 中国移动与中国联通在移动通信市场的竞争日趋激烈，竞争领域从原先的话音业务发展到增值业务。伴随着移动增值业务的不断发展，迈向3G（3rd Gener ation，第三代移动通信）则是两大移动运营商的必然选择。与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。 目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-SCD MA。CDMA是Code Division Multiple Access（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。 1、 WCDMA 全称为Wideband CDMA，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演进策略。GPR S是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称，EDGE是En hanced Data rate for GSM Evolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。 2、 CDMA2000 CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，该标准提出了从CDMA IS95（2G）—CDMA20001x—CDMA20003x（3G）
3G的三种技术的比较 中国移动与中国联通在移动通信市场的竞争日趋激烈，竞争领域从原先的话音业务发展到增值业务。伴随着移动增值业务的不断发展，迈向3G（3rd Generation，第三代移动通信）则是两大移动运营商的必然选择。与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s，步行慢速移动环境中支持384kb/s，静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有 第二代系统的良好兼容性。 目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是Code Division Multiple Access（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA）的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址（TDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示 出巨大的发展潜力。 一、WCDMA 全称为Wideband CDMA，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带 CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM 网络升级为GPRS网络。 二、CDMA2000 CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推， 该标准提出了从CDMA IS95（2G）—CDMA20001x—CDMA20003x（3G）的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络。 三、TD-SCDMA 全称为Time Division-Synchronous CDMA（时分同步CDMA），是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，
三大3G主流制式比较 1序言 2009年1月7日，工业和信息化部批准发放3张（3G）牌照，此举标志着我国正式进入了3G时代。它们分别是基于FDD制式的2000和,以及TDD制模式的TD-。其中在高效的频谱利用率以及对业务支撑的灵活性等方面有着天然的优势，非常符合未来移动通信的发展方向，将会在未来的3G竞争中展现出强大的竞争力。 2 TDD与FDD比较 在FDD（频分双工）制式中，系统采用成对对称的频谱来提供语音业务以及数据业务。整个频带被裁分未若干窄带业务，每对信道之间须保留一定的保护间隔，以防止临频干扰。毫无疑问，FDD制式非常适合于语音类的上下行对称业务，因而可以成为移动通信系统的典型标准之一。然而，用户对高速数据传输的需求日益增长，3GPP提出3G的下行传输速度需达到2Mbit/s以适应各种对称的以及非对称的业务需求，由此导致用户对频带以及数据吞吐量猛增。因而，频谱的利用效率必将成为3G竞争的重点。 FDD难以实现最佳的频谱效率 在3G的对称业务方面，上、下行链路形成一个对称的双工业务负载。在FDD制式下，由于上、下行链路业务负载的对称性，对称业务将在成对对称的频谱上呈现最佳的频谱效率。然而，随着大规模的无线包业务的广泛应用，非对称双工业务成为网络的主要负载。其最典型的特征就是上、下行链路中的业务负载量不再是对称出现，而是取决于不同的业务类型。为了达到最佳的频谱效率，则需要各种业务都可能灵活的调用有限的频谱资源。然而在FDD的固定的上、下行频谱分配的模式下，灵活的将对称的频谱分配给非对称的上、下行业务负载是不可能的。因此，基于FDD成对对称的频带分配制式实现语音或数据等对称及非对称的业务负载很难达到最佳的频谱利用效率，最终将造成一定程度上的频谱资源浪费。 TDD将频谱利用率推向最高 为了实现对称及非对称业务的最佳的频谱效率，灵活的、自适应的频谱分配是十分必要的。在TDD制式中，无线信道被分为若干的无线帧，这个帧结构
第三代移动通信技术体制的比较 摘要：本文主要研究了３G的三种技术体制，即通常所说的WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，对这三种技术进行了一般性的介绍。着重从五个方面对其进行了比较，通过对标准稳定性、系统覆盖及容量、业务提供能力、设备成熟度、漫游能力等主要性能的对比，阐述了各自存在的优缺点。 关键词：3G标准稳定性系统覆盖及容量业务提供能力设备成熟度漫游能力 This article discusses three main technical systems of 3G －WCDMA、CDMA2000 and TD-SCDMA。One the base of the introduction of three systems, the article emphasizes the comparison on five aspects－standard stability, system coverage and capacity, service supply, equipment maturity and roaming ability. The advantage and disadvantage of every system are discussed in the article . Keywords: 3G, standard stability, system coverage and capacity, service supply, equipment maturity , roaming ability. 概述： 移动通信的发展经历了以AMPS、TACS为代表的第一代模拟移动通信、以GSM、DAMPS和PDC为代表的第二代数字移动通信，到了1997年左右，第二代移动通信系统开始显现出它的巨大成功，用户数量高速增长。与此同时，系统本身的问题也逐渐显露出来，主要是系统容量低，支持的业务种类单一。为了解决这些矛盾，第三代移动通信的标准化工作开始启动，三代系统的发展也进入了实质阶段。前两代系统主要面向话音传输，与之相比，三代的主要特征是提供数据业务，语音只是数据业务的一个应用。 ITU对三代系统的基本要求是：在室内、步行及车载三种环境下，支持话音和各种多媒体数据业务，实现高质量、高频谱利用率、低成本的无线传输以及全球兼容的核心网络。其中高速移动环境支持144Kbps，步行慢速移动环境支持384Kbps，在室内支持2Mbps的数据传输速率。ITU希望三代系统能提供更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全球范围内实现无缝漫游，为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务，同时也要考虑与二代系统的兼容性，保护用户原有的投资。 经过几年的评估和大量的协调工作，99年底，ITU通过了IMT-2000的无线接口技术规范，这标志着第三代技术的格局已最终确定，它分为CDMA和TDMA两大类共五种技术，其中主流技术为以下三种CDMA技术： 1、CDMA-DS（直接扩频CDMA），即WCDMA或UMTS，它在宽达5M的频带内直接对信号进行扩频。 2、CDMA-MC（多载波CDMA），即CDMA2000或CDMA2000 3x。这是美国提出的技术，由多个1.25M的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统。 3、CDMA-TDD（时分双工CDMA），我国提出的TD-SCDMA即属于这种技术。 前两种技术属于FDD（频分双工）模式，后一种属于TDD（时分双工）。FDD适合大区制的全国系统和对称业务，而TDD适合用户密度较高的地区和非对称业务。相比之下，TDD节约频率资源、成本低，而FDD覆盖比较好。预计在三代系统中，二者优势互补，用FDD提供大区制对称业务，在城市和近郊使用TDD系统，其间，用多模终端实现漫游。 这几项技术将在两个国际标准化行业组织内进行实际的工作：由3GPP完成CDMA-DS
3G和4G的多址技术比较 一·多址技术 1．频分多址（FDMA）技术 是让不同的地球通信站占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道，所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这个技术。 2．时分多址（TDMA）技术 这种多址技术是让若干个地球站共同使用一个信道。但是占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然，在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分多址能容纳更多的用户。现在的移动通信系统多数用这种多址技术。 3．码分多址（CDMA）技术 这种多址技术也是多个地球站共同使用一个信道。但是每个地球站都被分配有一个独特的“码序列”，与所有别的“码序列”都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码序列”来区分不同的地球站，所以叫做“码分多址”。采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多的用户。这种技术比较复杂，但现在已经为不少移动通信系统所采用。在第三代移动通信系统中，也采用宽带码分多址技术。 除了上述3种多址技术之外，还有一种叫做“空分多址”的技术。 4．空分多址（SDMA）技术 是利用空间分割来构成不同信道的技术。举例来说，在一个卫星上使用多个天线，各个天线的波束分别射向地球表面的不同区域。这样，地面上不同区域的地球站即使在同一时间使用相同的频率进行通信，也不会彼此形成干扰。
二·3G核心技术 3G标准：它们分别是WCDMA（欧洲版）、CDMA2000（美国版）和TD-SCDMA（中国版）。 WCDMA 宽频码分多址（英语：Wide band Code Division Multiple Access，常简写为WCDMA）是一种3G蜂窝网络，使用的部分协议与2G GSM标准一致。具体一点来说，WCDMA是一种利用码分多址复用（或者CDMA通用复用技术，不是指CDMA标准）方法的宽带扩频3G移动通信空中接口。 CDMA2000 CDMA2000是一个3G移动通讯标准，国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口，也是2G cdmaOne标准的延伸，不需要新的频段分配，可以稳定运行在现有PCS频段。根本的信令标准是IS-2000。CDMA2000与另一个3G标准WCDMA 不兼容。 TD-SCDMA TD-SCDMA采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。因此，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了其他优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。
三个技术标准的比较 WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落 能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA都能在静止状态下提供2Mbit/s 的数据传输速率，但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别，性能上也有所不同。 1、双工模式 WCDMA与CDMA2000都是采用FDD(频分数字双工)模式，TD-SCDMA采用TDD(时分数字双工)模式。WCDMA与CDMA2000能够支持移动终端在时速500公里左右时的正常通信，而TD-SCDMA只能支持移动终端在时速120公里左右时的正常通信。TD-SCDMA 在高速公路及铁路等高速移动的环境中处于劣势。 2、码片速率与载波带宽 码片速率高能有效地利用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集，可以有效地解决多径问题和衰落问题，WCDMA在这方面最具优势。载波带宽方面，带宽越高，支持的用户数就越多，在通信时发生网塞的可能性就越小。在这方面WCDMA具有比较明显的优势。TD-SCDMA系统采用TDD双工模式，因此只需占用单一的1.6M带宽，因而TD-SCDMA对频率资源的利用率是最高的。 3、智能天线技术 智能天线技术是TD-SCDMA采用的关键技术，已由大唐电信申请了专利，目前WCDMA与CDMA2000都还没有采用这项技术。智 能天线是一种安装在基站现场的双向天线获取方向性，还可以减少小区间及小区内的干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系 统的频谱效率。 4、越区切换技术 WCDMA与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术，即当手机发生移动或是目前与手机通信的基站话务繁忙使手机需要与一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系，而是先与新的基站连接后，再中断与原基站的联系。而TD-SCDMA则是采用了越区“接力切换”技术，智能天线可大致定位用户的方位和距离，基站和基站控制器可根据用户的方位和距离信息，判断用户是否移动到应切换给另一基 站的临近区域，如果进入切换区，便由基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换目的。 在切换的过程中，需要两个基站间的协调操作。WCDMA无需基站间的同步，通过两个基站间的定时差别报告来完成软切换。CDMA2000与TD-SCDMA都需要基站间的严格同步，因而必须借助GPS等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。由于GPS 依赖于卫星，CDMA2000与TD-SCDMA的网络布署将会受到一些限制，而WCDMA的网络在许多环境下更易于部署，即使在地铁等GPS信号无法到达的地方也能安装基站，实现真正的无缝覆盖。而且GPS是美国的系统，若将移动通信系统建立在GPS可靠工作的基础上，将会受制于美国的GPS政策，有一定的风险。 CDMA2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release 0、Release A、EV-DO和EV-DV，Release 0的主要特点是沿用基于ANSI-41D的核心网，在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体，此版本已经稳定。联通即将开通的CDMA二期工程采用的就是这个版本，单载波最高上下行速率可以达到153.6kbit/s。Release A是Release 0的加强，单载波最高速率可以达到307.2kbit/s，并且支持话音业务和分组业务的并发。EV-DO采用单独的载波支持数据业务，可以在1.25MHz的标准载波中，同时提供话音和高速分组数据业务，最高速率可达3.1Mbit/s 因为频率高的容易被干扰，被折射，所以近地面传播都用频率比较低的波，这样有效距离较大。但是高频电磁波可以被大气层反射，所以高频无线电可以靠这一点在高空传播，这样传播的范围反倒比低频的更大了 频率高，穿透力强
3G系统三大主流技术标准及其比较 【摘要】本文简要介绍了3G系统的三大主流技术标准:WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA,并对三种技术标准的特点进行了比较和分析,进而指出了其发展方向。 【关键词】3G CDMA;WCDMA;CDMA2000;TD-SCDMA 1.引言 GSM作为第二代数字移动通信系统,已经在全世界范围取得了巨大成功,现在第三代移动通信系统3G正成为通信领域最关注的热点之一。3G是具有全球移动、综合业务、数据传输等多种功能,并能满足频谱利用率、网络无缝覆盖、兼容等多项要求的全球移动系统。系统工作于2000MHZ频段,可同时提供电路交换和分组交换业务,上下行工作频段为1890-2030MHZ,2110-2250MHZ。 2.3G系统三大主流技术标准 第三代移动通信系统采用码分多址CDMA技术,尽管ITU希望建立一个统一的IMT-2000标准,但在短时间内很难将各个标准统一成一个的标准,因此,形成了三大主流技术,即:欧洲与日本提出的WCDMA,美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。 2.1 WCDMA标准 WCDMA是UMTS的主要空中接口技术,分为TDD模式和FDD模式两种。WCDMA核心网依据GSM/GPRS网而演进,因此可以保持与GSM/GPRS网的兼容性。其关键技术是建立在窄带CDMA基础上的。核心网络可以基于TDM ATM 和IP技术,并向全IP的网络演进。其核心网逻辑上可分为电路域和分组域两部分,分别完成电路型业务和分组型业务[1]。 WCDMA系统具有以下特点:可适应多种速率的传输,灵活地提供多种业务;基站之间无需同步;优化的分组数据传输方式;支持不同载频之间的切换;上下行快速功率控制;适应高达500KM/H的移动速度。