2.3 3G通信技术
第三代移动通信3G系统最早于1985年由国际电信联盟（ITU）提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）,1996年更名为IMT-2000。涵盖三个概念：
（1）系统工作在2000MHz频段；
（2）最高业务速率可达2000kbit/s；
（3）预期在2000年左右得到商用。
此外，3G作为全球统一标准，使用共同的频段，实现高频谱效率的频谱分配。具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。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。第三代无线传输技术（RTT）提出了支持高速多媒体业务，满足：
（1）高速移动环境下144kbit/s数据速率；
（2）低速移动环下384kbit/s数据速率；
（3）静止状态下2Mbit/s数据速率。
2000年5月，ITU-R年会批准、通过了IMT-2000的无线接口技术规范。国际电联规定3G手机为IMT-2000（International Mobile Telecom System-2000，国际移动电话系统-2000）标准。IMT-2000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，如图2-3所示。
图2-3 IMT-2000概念
1）IMT-2000 CDMA-MC，即美国的CDMA2000；
2）IMT-2000 CDMA-DS，即欧洲的WCDMA；
3）IMT-2000 CDMA TDD，即由中国提出的TD-SCDMA。
CDMA2000
CDMA2000是TIA标准组织用于指代第三代CDMA的名称。适用于3GCDMA的TIA规范称为IS-2000，该技术本身被称为CDMA2000。
CDMA2000的第一阶段也称为1x，其使现有IS-95系统的通信公司能将其整体系统容量增加一倍，并可将数据速率增加到高达614kbit/s。其系统架构图如图2-4所示。
图2-4 CDMA2000系统架构图
CDMA2000标准家族演进如图2-5所示，比1x更高的CDMA2000技术进展包括1 xEV（高速数据速率）。1 xEV-DO是一种高频谱利用率的CDMA无线通信技术，它可在1.25MHz带宽内提供峰值速率达2.4Mbit/s的高速数据传输服务。为了在不影响现有网络话音通信的前提下支持高速数据业务，1 xEV-DO采用了将语音信道和数据信道分离的方法。2000年1x EV-DO标准发布，2002年1x EV-DO产品开始进入商用阶段。1xEV-DO与IS-95及CDMA20001x网络兼容，很好地保护了运营商的现有投资。1xEV-DO的码片速率、功率需求、信道带宽与IS-95及CDMA20001x相同；可沿用现有网络设备，基站可与IS-95或CDMA20001x合并，成本低廉。
图2-5 CDMA2000标准家族演进图
先后有Rel.0/Rel.A/Rel.B/Rel.C版本。
1）Rel.0在2000年10月发布，其峰值数据速率可达到2.4Mbit/s（下行）/153.6Kbit/s（上行）；
2）Rel.A在2004年3月发布，其峰值数据速率可达到3.1Mbit/s（下行）/1.8Mbit/s（上行）；
3）Re.l B在2006年5月发布，使用多个信道（最多15个，20MHz带宽），其峰值数据速率可达到73.5Mbit/s（下行）/27Mbit/s（上行）；
4）Rel.C在2007年4月发布，目前还没有商用。
WCDMA
即WidebandCDMA，意为宽带码分多址接入，是由GSM网络发展出来的3G技术规范，其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、诺基亚、朗讯、北电以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，网络架构如图2-6所示，对于系统提供商而言可以较方便地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度会比较高。2001年，日本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营WCDMA服务，中国联通于2009年5月17日开始商用WCDMA。
图2-6 3G网络架构示意图
其技术特征包括：
1）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3.84Mcps，载波带宽为5MHz；
2）基于3GPP Rel-99/Rel-4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbit/s的数据传输速率（静止环境可达2Mbit/s）。
HSDPA
HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）高速下行分组接入，是基于3G移动通信技术的演进，和HSUPA一起被称为3.5G技术。是3GPP在Rel-5中为实现WCDMA网络高速下行数据传输速率的重要技术。其主要技术特征包括：
1）不改变现有的WCDMA网络结构，大大提高下行数据速率（最高可达14.4Mbit/s）；
2）新增三条物理通道；
（a）HS-DSCH：下行，共享信道，用于数据传送；
（b）HS-SCCH：下行，共享控制信道，用于下行控制信息传输；
（c）HS-DPCCH：上行，专用物理控制信道，用于状态反馈和控制信息传输。
3）使用的关键技术有：
（a）AMC（Adaptive Modulation and Coding）自适应调制和编码：根据信道质量的信息反馈，自动选择调制方法和编码速率；
（b）16QAM调整：编码速率由1/4提高到3/4；
（c）HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）混合自动重传请求：对收到的传输块进行解码，检查是否有CRC错误，如有错误，不抛弃错误块，请求重传，重传块与错误块进行合并；
（d）Fast Scheduling快速调度：给每个用户匹配相对比较好的信道进行数据传送。
HSUPA
HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）高速上行链路分组接入，为满足用户对上行传输的性能需求，3GPP在HSDPA规范之后又发布了HSUPA。HSUPA技术规范是在3GPP Rel-6版本中制定的，峰值上行传输速率可达到5.76Mbit/s。HSUPA可以在HSDPA网络基础上升级，也可以直接从WCDMA Rel-99/Rel-4进行升级，其主要技术特点包括：
1）增加了新的传输信道E-DCH；
2）空中接口上新增五条物理信道来支持物理层快速重传、软合并以及NodeB分布调度：
（a）下行公共物理信道E-HICH、E-AGCH、E-RGCH；
（b）上行专用数据信道E-DPDCH；
（c）上行专用控制信道E-DPCCH。
3）采用了关键技术有：
（a）物理层混合重传（L1 HARQ）；
（b）基于NodeB的快速调度（NodeBScheduling）；
（c）2msTTI短帧传输。
HSPA+
HSPA是HSDPA与HSUPA的综合缩写，HSPA+是在HSPA基础上的演进，俗称为3.75G。HSPA+是一个全IP、全业务网络，其峰值数据传输速率可达到11/42Mbit/s（上行/下行），其主要技术特性有：
1）HSPA+保留了HSPA的特征和信道，向下完全兼容HSPA技术：
（a）HSPA新技术：AMC、HARQ、快速调度、2msTTI短帧传输；
（b）HSDPA新增信道：HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH；
（c）HSUPA新增信道：E-DPCCH、E-DPDCH、E-RGCH、E-AGCH、E-HICH、F-DPCH。
2）为了支持更高的速率和更丰富的业务，HSPA+也引入了更多的新技术：
（a）MIMO（Multiple Input/Multiple Output，多输入/多输出）；
（b）分组数据的连续传输；
（c）下行64QAM高阶调制/上行16QAM高阶调制；
（d）增强的CELL_FACH；
（e）层二增强。
TD-SCDMA
TD-SCDMA全称为Time Division-Synchronous CDMA，该标准是由我国大唐电信公司提出的3G标准。该标准物理层技术如图2-7所示，同时其能将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、动态信道分配等技术。与其他系统相比的主要优缺点有：
图2-7 TD-SCDMA物理层技术
1）动态调整上、下行数据传输速率，特别适合不对称IP数据业务；
2）不需要成对的频带，频谱利用率高；
3）系统容量大，更适合于城市人口密集地区；
4）系统设备成本低（比FDD低20%～50%）；
5）TDD终端在允许移动速度慢（240km/h），而FDD能达到500km/h；
6）TDD小区覆盖半径小（几公里），而FDD能达到数十公里。
2009年1月7日，中国政府正式向中国移动颁发了TD-SCDMA业务的经营许可。与WCDMA一样，TD-SCDMA也有TD-HSDPA、TD-HSUPA、TD-HDPA+的演进，其技术演进路线和WCDMA基本相同。