第三代行動通信技術

第三代行動通信系統最早1985 年由國際電信聯盟(ITU)提出，當時 稱為未來公眾陸地行動通信系統(FPLMTS)。1996 年更名為 IMT-2000(國 際行動通信-2000)，意即該系統工作在 2000MHz 頻段，最高業務速率可 達 2000kb/s。1999 年 11 月 5 日赫爾辛基結束的 ITU-R TG8/1 第 18 次會 議，順利通過 IMT-RSPC 輸出文件，確定出全球統一的無線介面標準—

IMT-2000，標誌著第三代行動通信系統之技術標準基本定型。3G 系統有 別於第一、二代以提供語音與低速資料業務為主的行動通信系統，在無

線通信領域第一次較爲全面得規劃出全球廣域漫遊與運行的核心頻段，

為多標準、多頻段、多模式運行且進一步演進、融合奠定了基礎。

1.3G 的技術特點

(1)全球普及與全球無縫漫遊的系統

2G 一般為區域或國家標準，而 3G 將是一個在全球範圍內覆蓋 與使用的系統，它將使用共同的頻段並統一標準。

(2)具有支援多媒體業務的能力，特別是網際網路業務

可滿足具有不同通信要求各類用戶的需要。

(3)具有可變的高速資料率

3G 同時支援無線介面不同的高低資料比特率。在快速行動環境 下，最高速率達 144kbit/s；在室外到室內或步行環境下，最 高速率達 384kbit/s；在室內環境下，最高速率達 2Mbit/s。

(4)便於過渡及演進

出於保護已有投資的目的，3G 網路應能基於 2G 網路的基礎加 以演進，並與固定網相容。

(5)高頻譜效率、高服務品質、低成本、高保密性

除以上所述之外，3G 亦有許多其他優點，如提供可靠的通道編 碼、靈活配置的傳輸通道與邏輯通道、支援多種語音編碼方 案、為用戶提供更靈活的接入服務等。

2.3G 的技術規格

目前經國際電信聯盟(ITU)認可之 3G 規格有以下三種共有 3 種：

(1)WCDMA

WCDMA 的發起者主要是歐洲與日本，繼承 2G 標準化程度高與開 放性好之特點。WCDMA 全名為寬頻分碼多工存取，能同時支援 電路交換業務(如 PSTN、ISDN)與分組交換業務(如 IP 網)，支 援高速資料傳輸與可變速傳輸，支援非同步與同步的基站運行 方式，靈活組網；具有多種編碼方式，與 GSM 相容。該系統使 用的靈活之無線協定可在一個載波內同時支援語音、資料與多 媒體業務，並通過透明或非透明傳輸來支持即時、非即時業 務。功率控制可減少多址干擾，提高系統之容量。其核心網路 基於 GSM/GPRS 網路的演進，並保持與 GSM/GPRS 網路的相容性。

(2)CDMA2000

cdma2000 由美國高通北美公司為主導提出。cdma2000 的一個 主要特點是與現有的 TIA/EIA-95-B 標準後向相容，可從 IS 95B 系統的基礎上平滑地升級到 3G，建設成本低。但目前使用

CDMA(碼多分址技術)之地區僅有日、韓與北美，故 cdma2000 之支持者不如 WCDMA 多。cdma2000 採用 MC-CDMA 多址方式，可 支援語音、分組與資料等業務，亦可實現 QoS 的協商。cdma2000 包括 1x 與 3x 兩部分，亦可擴展至 6x、9x 與 12x。此外，cdma2000 亦可採用輔助導頻、正交分集與多載波分集等技術來提高系統 性能。

(3)TD-SCDMA

分時同步碼分多址(TD-SCDMA)是由中國原郵電部電信科學技 術研究院提出，在頻譜利用率、對業務支援、頻率靈活性及成 本等方面具有獨特優勢。它是當前世界上唯一採用智慧天線的 3G 系統，且採用聯合檢測、接力切換、同步 CDMA、軟體無線 電、低碼片速率、多時隙、可變擴頻系、自適應功率調整等技 術。

由於採用 TDD 模式，上下行鏈路使用同一頻率，同一時刻上下 行鏈路的空間物理特性完全相同，可以實現上下行鏈路間靈活 切換。這一模式的優勢在於上下行鏈路間的時隙分配可由一個 轉換點改變，以滿足不同之業務的要求。通過改變上下行鏈路 的轉換點即可實現所有 3G 對稱與非對稱業務。

TD-SCDMA 與聯合檢測相結合，於傳輸容量方面表現非凡。通過 引進智慧天線，容量亦可進一步提高。智慧天線憑藉其定向性

降低小區間頻率複用所產生之干擾，且通過更高之頻率複用率 提供更高的話務量。

3.3G 技術規格之分析比較

WCDMA 與 cdma2000 均爲 FDD 標準，而 TD-SCDMA 是 TDD 標準。故本 研究將 WCDMA 與 cdma2000 合為一類，TD-SCDMA 單獨列為一類。WCDMA 與 cdma2000 均滿足 IMT-2000 提出的全部技術要求，支援高速多媒 體業務、分組資料與 IP 接入等。這兩種系統的無線傳輸技術均基 於 DS-CDMA 作為多用戶接入技術。WCDMA 與 cdma2000 於技術先進 性與發展成熟度各具優勢，總體來看，WCDMA 略勝一籌。

(1)WCDMA 使用頻寬與碼片速率(3.84Mchip/s)是 cdma2000 1x 的 3 倍以上，故能提供更大的多路徑分集、更高的中繼加強與更小 的信號消耗，且已改善接收機解決多徑效應的能力。

(2)社區站點同步方面，cdma2000 基站通過 GPS 實現同步，將造成 室內與城市社區部署的困難，而 WCDMA 設計可以使用非同步基 站。

(3)由於支援 cdma2000 1x EV-DO 的 TDM 接入系統採用共用時分複 用下行鏈路，具有固定時間間隙，因此 cdma2000 物理層相容性 較差。

(4)WCDMA 進行功率控制的速度爲 cdma2000 之兩倍，由此能保證更 好的信號品質，且支援更多的用戶。

(5)cdma2000 之導頻通道大約需要下行鏈路總傳輸功率的 20%，

WCDMA 只需約 10%，由此可節省更多公用通道之開銷。

(6)為使支持基於 GSM 的 GPRS 業務而部署的所有業務也支援 WCDMA 業務，為完善新的資料/話音網路，cdma2000 1x 須添加額外的 網元或進行功能升級。

(7)混合話音與資料流程量方面，WCDMA 的系統性能較 cdma2000 表 現更佳，且 WCDMA 較 cdma2000 能更加靈活處理話音與資料混合 業務。因此，WCDMA 在技術上具備一定優勢。由於全球行動系 統的 85%都在用 GSM 系統，而 GSM 向 3G 過渡的最佳途徑即是由 GPRS 過渡到 WCDMA，所以從傳統基礎網路這個角度看，WCDMA 也具備一定的優勢。

4.在 TD-SCDMA 與 WCDMA、cdma2000 比較

TD-SCDMA 集 CDMA、TDMA、FDMA 技術優勢於一體，系統容量大、抗 干擾能力強，與 WCDMA、cdma2000 比較有如下優勢。

(1)頻譜利用率高。TD-SCDMA 採用 TDD 方式與 CDMA、TDMA 的多址 技術，傳輸中容易針對不同業務設置上下行鏈路轉換點，由此 可使頻譜效率更高。

(2)TD-SCDMA 系統頻譜靈活性強，僅需單一 1.6M 的頻帶就可提供 速率達 2Mbit/s 的 3G 業務需求，且非常適合非對稱業務的傳輸。

(3)支援多種通信介面。TD-SCDMA 同時滿足多種介面要求，基站子 系統既可作為 2G 與 2.5G 的 GSM 基站的擴充，又可作為 3G 網中 的基站子系統，能同時兼顧現在的需求與將來的發展。

(4)系統性能穩定。TD-SCDMA 收發在同一頻段上，上下行鏈路的無 線環境一致性好，適合使用新興的智慧天線技術。利用 CDMA 與 TDMA 結合的多址方式，便於聯合檢測技術的採用，能減少干 擾並提高系統的穩定性。

(5)相容性好。TD-SCDMA 支援現存的覆蓋結構，信號協定可後向相 容，網路不必引入新的呼叫模式，可實現從現有通信系統向下 一代行動通信系統之平滑過渡。

(6)系統設備成本低。TD-SCDMA 上下行通道工作於同一頻率，對稱 的電波傳播特性便於智慧天線的利用，可降低成本；在無線基 站方面，TD-SCDMA 的設備成本比較低。

(7)支援與傳統系統間的切換功能。TD-SCDMA 支援多載波直接擴頻 系統，可利用現有之框架設備、社區規劃、作業系統、帳單系 統等在所有環境下支援對稱或不對稱的資料速率。

與前兩種標準尤其是與 WCDMA 相比，TD-SCDMA 也有不足。如，在 對 CDMA 技術的利用方面，TD-SCDMA 因要與 GSM 的社區相容，社區 複用係數為 3，降低了頻譜利用率。又因 TD-SCDMA 頻頻寬度窄，

不能充分利用多徑，系統效率降低，實現軟切換與軟容量能力較 差。且小區間要保持同步，對定時系統要求高。而 WCDMA 則無需社 區同步，可適應室內外等不同的環境。WCDMA 對行動性的支援更加 優越，適合宏蜂巢、蜂巢、微蜂巢組網，而 TD-SCDMA 只適合微蜂 巢，對高速行動之支持也較差。