3G
第三代移动通信技术
3G是第三代移动通信技术,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的一代移动通信系统;3G服务能够同时传送声音及数据信息。
1940年,美国女演员海蒂·拉玛英国作曲家乔治·安塞尔一同发明了能够抵挡电波干扰的军事通讯系统。1942年8月11日,他们从美国专利及商标局获得了名为秘密通信系统(Secret Communications System)的专利,这就是“跳频技术”即CDMA的前身。1985年,美国高通利用美国军方解禁的“展布频谱技术”开发出一个被名为“CDMA”的新通讯技术,该技术直接导致了3G的诞生;同年,国际电信联盟(ITU)提出了第三代移动通信的目标——移动宽带多媒体通信。1996年,3G标准IMT-2000(In t er na ti onal Mobil e Telecommunication-2000)诞生,表明该系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达2000Kbps。1999年,在ITU第18次会议上最终通过了IMT-2000无线接口技术规范建议,基本确立了第三代移动通信的三种主流标准,即欧洲日本提出的宽带码分多址(WCDMA),美国提出的多载波码分复用扩频调制(CDMA2000)中国提出的时分同步码分多址接人(TD-SCDMA); CDMA技术也成为第三代移动通信的核心技术。
2000年5月,世界无线电通信大会正式批准3G标准,中国TD-SCDMA、欧洲WCDMA、美国CDMA2000、WiMAX并列成为3G四大主流标准。2009年1月7日,中国国家工业和信息化部发放3G牌照,其中中国移动通信集团获得TD-SCDMA牌照,中国联通中国电信集团分别获得WCDMA和CDMA2000牌照,标志中国将正式进入3G时代。2021年11月,中国工信部在《“十四五”信息通信行业发展规划》中提出,将2G、3G退网列入“十四五”期间网络基础设施建设的重点工作;2024年6月30日,中国台湾地区三大运营商官网宣布,相关运营商将在2024处7月1日关停3G网络,届时不支持VoLTE的手机将无法在台湾地区进行通话。
第三代移动通信技术中主要包含了四个功能子系统,为核心网、无线接入网、移动台以及用户识别模块四种。第三代移动通信技术(3G),3G网络技术是该领域发展的必然;3G对移动通信技术标准做出了定义,使用较高的频带和CDMA技术传输数据进行相关技术支持,工作频段高,主要特征是速度快、效率高、信号稳定、成本低廉和安全性能好等,和前两代的通信技术相比最明显的特征是3G网络技术全面支持更加多样化的多媒体技术。
相关定义
第三代移动通信系统简称3G,最早由国际电信联盟(1-TU)提出,它是采用宽带码分多址数字技术的新一代通信系统。IMT2000(International Mobile Telecommunications-2000)是定义的第三代无线通信的全球标准。IMT-2000规定移动终端以车速移动时,数据传输速率为144Kbps,室外静止或步行时速率为384Kbps,在室内为2MacBook Pro;3G是能将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统,能够处理图像、音乐、视频形式,提供网页浏览、电话会议、电子商务信息服务。
历史沿革
国际
1940年,美国女演员海蒂·拉玛英国作曲家乔治·安塞尔一同发明了能够抵挡电波干扰的军事通讯系统,1942年8月11日,他们从美国专利及商标局获得了名为秘密通信系统(Secret Communications System)的专利,编号为2,292,387。这就是“跳频技术”也就是CDMA的前身。1942年,美国政府以海蒂·拉玛不是美国公民为由将她的专利以“外籍财产”名义没收。从此,跳频技术专利尘封在美国专利局。
20世纪50年代,当跳频技术的专利被重新激活时,跳频技术成为了通讯领域的共性技术,是CDMA、WLAN、Bluetooth等无线通讯方式的基础。1985年,美国高通利用美国军方解禁的“展布频谱技术”开发出一个被名为“CDMA”的新通讯技术,该技术直接导致了3G的诞生;同年,国际电信联盟(ITU)提出了第三代移动通信的目标——移动宽带多媒体通信。1996年,3G标准IMT-2000(In t er na ti onal Mobil e Telecommunication-2000)诞生,表明该系统工作在2000MHz频段,最高业务速率可达2000Kbps;1999年,在ITU第18次会议上最终通过了IMT-2000无线接口技术规范建议,基本确立了第三代移动通信的三种主流标准,即欧洲日本提出的宽带码分多址(WCDMA),美国提出的多载波码分复用扩频调制(CDMA2000)中国提出的时分同步码分多址接人(TD-SCDMA); CDMA技术也成为第三代移动通信的核心技术。2000年5月,世界无线电通信大会正式批准3G标准,中国TD-SCDMA、欧洲WCDMA、美国CDMA2000、WiMAX并列成为3G四大主流标准。
截至2010年第一季度,全球3G用户数已经达到7.08亿,占全球移动用户的比例达到14.7%;在全球3G用户中,WCDMA用户数达到5.45亿,CDMA2000EV-DO用户数达到1.53亿,移动WiMAX用户数大约为300万,TD-SCDMA用户数达到769.5万。WCDMA用户占3G总用户的77%,而EV-DO为22%。尽管TD-SCDMA起步较晚,但用户占比已经超过1%。
中国
2000年,中国联通高通签署知识产权框架协议,随后启动了CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址技术)网络建设,CDMA正式进入中国。当时,GSM(Global System for Mobile communications,属时分多址技术)在中国市场尚处于主流地位,中国移动通信集团、中国联通等主流运营商也都已部署GSM网络;而CDMA2000作为一项新兴技术,截至2002年已占据全球20%的无线通信市场。
2008年12月31日,中国国务院常务会议通过决议,同意启动3G牌照发放工作;同时,工业和信息化部召开专题会议,决定按照国务院的部署和要求,依照法定程序和企业申请的程序,稳妥做好TD-SCDMA和WCDMA、CDMA2000三张牌照发放工作。
2009年1月6日,中国联通宣布与中国网通的合并全面完成。原中国联通和原中国网通正式合并,至此联通和网通在集团层面完成合并,电信重组进入尾声,也为发放3G牌照奠定了基础;同年1月7日,中国国家工业和信息化部发放3G牌照,其中中国移动通信集团获得TD-SCDMA牌照,中国联通和中国电信集团分别获得WCDMA和CDMA2000牌照,标志中国将正式进入3G时代。
 截至2011年5月底,中国3G基站总数达到71.4万个,中国移动、中国电信和中国联通的3G基站分别达到21.4万、22.6万和27.4万个。中国移动建设的TD网络已经覆盖中国4个直辖市、283个地级市、370个县级市及1607个县的热点区域,以及部分发达乡镇;中国电信建设的其3G网络覆盖中国全部城市和县城以及2.9万个乡镇;中国联通建设的3G网络覆盖341个城市和1917个县城。
 截至2011年5月底,中国3G用户总数达到7376万户,TD用户达到3200万户,在3G用户中的占比为43%,中国电信集团中国联通3G用户分别达到1967万户和2209万户,分别占3G用户的27%、30%。 
2021年11月,中国工信部在《“十四五”信息通信行业发展规划》中提出,加快2G、3G网络退网,统筹4G与5G网络协同发展,将2G、3G退网列入“十四五”期间网络基础设施建设的重点工作;2023年8月,工信部许可中国电信将现网用于2G/3G/4G系统的800MHz频段频率重耕用于5G公众移动通信系统。
2023年1月1日,美国主流电信运营商Verizon宣布3G网络正式关停。2024年6月30日,中国台湾地区三大运营商官网宣布,相关运营商将在2024处7月1日关停3G网络,届时不支持VoLTE的手机将无法在台湾地区进行通话。
技术特征
安全体系结构
安全框架
安全框架是将安全需求和安全机制根据一定的原则有机组成的一种系统框图。通常一种方式是依据研究对象集成,另一种方式是依据安全机制本身来集成。标准组织制定的UMTS网络安全框架、软交换网络安全架构以及X.805中提出的数据通信网安全架构都采用前一种方式。
3GPP将UMTS控制层网络从安全域角度分为接人域(D)、网络域(I)、用户域(II)、应用域(IV)和安全的可视性和可配置性(V)5个安全域。用户域涉及USIM移动设备和用户,旨在确保安全接入USIM;接入域涉及USIM、服务网节点、归属环境节点等,旨在提供用户安全接入3G业务;网络域涉及服务网节点和归属环境节点,旨在实现核心网节点间安全地交换信令数据:应用域旨在确保用户应用和提供商应用能够安全地交换消息。
用户域安全技术
用户域安全技术包括:1、PIN码机制,为保证用户计费帐户的安全,3G网络继承了CSM网络使用的PIN码机制;用户在USIM上设置PIN码,当USIM卡插入终端时,将要求用户输人PIN码;如果输人的PIN码与USIM内存储的PIN码相同;USIM将被允许接人运营商网络;否则拒绝接人。2、TLS-应用到应用,用TLS(传输层安全)协议来保护UICC上的一个应用和终端上的(或与终端相连接的某个设备上的)一个应用之间的IP通信。3、安全APDU-应用到应用,用安全APDU(应用协议数据单元)协议来保护UICC上的一个应用和终端上的(或与终端相连接的某个设备上的)一个应用之间的通信。4、Ipsec-USB类到USB类,UICC和终端间采用TS102.600定义的以太网仿真类USB接口进行通信,然后用IPSec保护该USB接口上的所有IP通信;5、安全APDU-平台到平台,用安全APDU保护UICC和终端间的所有APDU交互。
网络域安全技术
网络域安全技术包括:1、敏感信息保护。IMS支持隐藏运营商网络拓扑的能力,包括隐藏S—CSCF的数量、S-CSCF的能力以及网络能力。I-CSCF具有THIG(拓扑隐藏网关)功能,对SIP包头中的S—CSCF地址进行加密,对应的I—CSCF可以解密这些地址。P—CSCF可能收到一些被加密的路由信息,但没有密钥进行解密,无法获知真实的S—CSCF地址。2、域间信令安全。由于G1'P协议没有任何安全方面的考虑,再加上合作运营商和接人GRX的第三方运营商能够接入SGSN/GGSN。Gn、Gp、Gi接口可能受到攻击者攻击。TD—SCDMA、IMS和LTE/SAE系统都基本采用IPSec ESP机制保证来保证G1'P信令的安全。
接入域安全技术
接人域安全技术包括:1、身份认证。TD—SCDMA、IMS或LTE/SAE系统的鉴权机制基本都采用USIM AKA,AKA机制对GSM的认证机制进行了增强,实现了用户和网络之间的双向认证、密钥协商、 密钥的“一次一密”安全目标。2、信令保护。在TD—SCDMA移动通信系统中,控制信令加密功能分别在ME和RNC网络实体RLC/MAC—d层上实现,完整性保护功能分别在ME和RNC网络实体RRC层上实现。3、敏感信息保护。为防止用户身份泄露造成位置跟踪,3G网络继承了GSM网络的TMSI机制进行用户永久身份保护,即当用户成功注册到网络上时,网络侧为这个用户分配一个TMSI。分配TMSI的过程可以是由网络发起一个单独的流程,也可以与其他流程(如位置更新)结合起来。
安全算法
安全算法作为一种安全基础设施层,支持整个安全系统,为其提供密码服务。3G网络采用的安全算法包括认证算法、加密算法和完整性保护算法。这3类算法都是对称密码算法,其中SNOW3G基于流密码,MILENAGE、KUSUMI和AES都是基于分组密码
标准及介绍
3G标准
国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流无线接口标准,写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》(简称IMT—2000)。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。
标准介绍
以上参考资料
技术参数
以上参考资料
特点对比
技术特点对比
以上参考资料
标准对比
以上参考资料
应用领域
日常生活
以上参考资料
互联网
3G发展成功的重要因素分析
随着移动通信网络技术的发展壮大,各个领域对该类技术的应用都不可或缺,但是各个通信企业对相关技术手段制定的标准都不相同,这大大遏制了该技术的发展,后来3G业务的出现改变了这一混乱的局面,此外3G业务拥有这更高速、更智能、更稳定、更多样化等诸多优良特质。逐渐过渡到全IP网络。未来的网络与今天的IP最大区别是可经济有效地提供多种业务并支持端到端的服务质量。MPLS是一个逐渐明朗的发展趋向。
3G技术是三大关键技术的集成:无线、数据(IP和ATM)和电话(电路交换和分组交换)。保证3G网络成功的要素涵盖相关网络在国际标准组织里所提倡的开放接口标准和统一的管理,和用户终端的及时商用。GPRS终端的多次推迟发布让人们有些担心,实际上这种担心不无道理,纵观整个3G终端的各个手机制造厂商各自为政,并没有像3G业务平台那样形成一个统-的标准,此外,对于这种全新的多媒体终端设备的研究也遭受一定的挫折,其相关技术还需要进行大量的更换和跌代。但其实对于3G业务来说最重要的还是开发商能否获得应有的收益,毕竟这是一个商用的用途,没有利益也就意味着过程的失败。
3G核心网络的演进
随着互联网业务的爆发式增长和移动通信技术开发的进一步突破,多种网络类型融合只是时间的问题。随着3G网络技术时代的到来,移动互联网的商业用途正在悄然铺开。作为电信网络的一部分,无线核心网络也将由线路交换网络向分组交换网络演进。
前两代移动互联网业务主要是针对语音信号领域,所使用的也是传统的网络交换设备TDM,即TDM承载着大量的语音业务的网络交换量。随着网络容量需求的不断递增,传统网络交换设备的弊端也就逐渐凸现出来。以GPRS为代表的2.5G的出现使得移动运营商能够提供无线数据应用。其实现方法是在现有的基于线路交换的网络旁再组建一个平行的分组网络,两者是不兼容的,所以各自相关业务分离,运行和管理也是独立的。意味着运营商要同时肩负两种网络的运行和管理,这无疑大大增加了运营商的开发成本。因此,分离开来的两种系统长久存在是不现实的。
3G核心网络的进一步演进
随着3G网络通信技术的逐渐商用,并逐渐发展到各个领域之中。第三代移动通信技术对宽带类业务需要就会比较明显,这是就能够考虑向IP/0ptical推进。到时会自动有大量多业务系统将无缝地推进到太比特(Terabit)IP核心网,这一技术的实施不仅仅会大大降低运营商的运行成本,还能够对庞大的流量体系进行轻松管理,而且能够达到更好的流量核算功能(从G比特到T比特)且不用逐渐对相关设备进行升级,节省大量资金。最后,基于光交换的设备将进入3G核心网,光网络对带宽和交换能力的全面提升将释放出推动整个3G飞速发展的巨大能量。一个基于网络智能的、接口开放的、基于太比特级容量和光交换的核心网络就展现在我们面前。
参考资料
名词解释:什么是3G?.网易.2024-07-01
中国各运行商的3G标准及介绍.湖南省工业和信息化厅 湖南省国防科技工业局.2024-06-30
3G全球概况.新浪科技.2024-07-01
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中国电信业改革大事记(1949-2009).中国改革信息库.2024-07-01
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移动通信简史.IT之家.2024-06-30
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全球3G产业发展状况及展望.中国无线电管理.2024-07-01
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..2024-07-01
..2024-06-30
第三代移动通信网络探究.万方数据.2024-07-01
目录
概述
相关定义
历史沿革
国际
中国
技术特征
安全体系结构
安全框架
用户域安全技术
网络域安全技术
接入域安全技术
安全算法
标准及介绍
3G标准
标准介绍
技术参数
特点对比
技术特点对比
标准对比
应用领域
日常生活
互联网
3G发展成功的重要因素分析
3G核心网络的演进
3G核心网络的进一步演进
参考资料