第 9 章 第三代移动通信系统

1、概述概述 9.1 第三代移动通信系统的组成第三代移动通信系统的组成 9.2 第三代移动通信系统提供的业务第三代移动通信系统提供的业务 9.3 第三代移动通信系统的关键技术第三代移动通信系统的关键技术 9.4 【本章内容简介】【本章内容简介】本章对第三代移动通信系统本章对第三代移动通信系统 的特点、目标和要求进行了描述，全面介绍了的特点、目标和要求进行了描述，全面介绍了 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA3种主流技种主流技 术，并对第三代移动通信系统提供的业务作了充术，并对第三代移动通信系统提供的业务作了充 分说明，对分说明，对3G的关键技术进行了详细的介绍。的关键技术进行了详细的介

2、绍。 【学习重点与要求】【学习重点与要求】本章重点掌握本章重点掌握WCDMA、 CDMA2000、TD-SCDMA3种主流技术，熟悉智种主流技术，熟悉智 能天线技术、功率控制技术、多径分集接收技术能天线技术、功率控制技术、多径分集接收技术 和软件无线电等关键技术。和软件无线电等关键技术。 第三代（第三代（3G）移动通信系统（）移动通信系统（IMT- 2000）是国际电信联盟（）是国际电信联盟（ITU）制订的一）制订的一 个能够提供移动综合电信业务的通信系统。个能够提供移动综合电信业务的通信系统。 3G将把移动无线接入技术以及蜂窝移动通将把移动无线接入技术以及蜂窝移动通 信系统提供的业务功能提高

3、到一个前所未信系统提供的业务功能提高到一个前所未 有的水平。有的水平。 1999年年10月，月，ITU在赫尔辛基举行的在赫尔辛基举行的 ITU-RTG8/1会议上制订了第三代移动通信会议上制订了第三代移动通信 系统无线接口技术标准，主要组成部分分系统无线接口技术标准，主要组成部分分 为为CDMA和和TDMA两类体制，包括以下两类体制，包括以下5 种方案：种方案： （1）IMT-2000CDMADS，即欧洲和日本，即欧洲和日本 的的UTRA/W-CDMA； （2）IMT-2000CDMAMC，即美国的，即美国的 CDMA2000MC； （3）IMT-2000CDMATDD，即欧洲的，即欧洲的 U

4、TRATDD和中国的和中国的TD-SCDMA； （4）IMT-2000TDMASC，即美国的，即美国的 UWC-136和和DECT； （5）IMT-2000TDMAMC，即，即DECT。 上述方案中最主要、最有希望得到广上述方案中最主要、最有希望得到广 泛应用的方案是泛应用的方案是WCDMA、CDMA2000和和 TD-SCDMA。 （1）全球普及和全球无缝漫游的系统。）全球普及和全球无缝漫游的系统。 （2）具有支持多媒体业务的能力，特别是）具有支持多媒体业务的能力，特别是 支持支持Internet业务。业务。 （3）3G将标准化业务能力，而不是业务将标准化业务能力，而不是业务 本身，这样使得

5、网络结构不再受制于电信本身，这样使得网络结构不再受制于电信 业务。业务。 （1）全球漫游，以低成本的多模手机来实）全球漫游，以低成本的多模手机来实 现。现。 （2）适应多种环境，包括城市和乡村、丘）适应多种环境，包括城市和乡村、丘 陵和山地、空中和海上以及室内场所。陵和山地、空中和海上以及室内场所。 （3）能够提供高质量的多媒体业务，包括）能够提供高质量的多媒体业务，包括 高质量的语音、可变速率的数据（从几千高质量的语音、可变速率的数据（从几千 比特每秒到比特每秒到2Mbit/s）、高分辨率的图像视）、高分辨率的图像视 频等多种业务。能支持面向电路和面向分频等多种业务。能支持面向电路和面向分

6、组业务。组业务。 （4）具有足够的系统容量，强大的多种用）具有足够的系统容量，强大的多种用 户管理能力，高保密性能和服务质量。户管理能力，高保密性能和服务质量。 （5）网络结构可配置成不同形式，以适应）网络结构可配置成不同形式，以适应 各种服务的需要，如公用、专用、商用和各种服务的需要，如公用、专用、商用和 家用；具有高级的移动性管理，能保证大家用；具有高级的移动性管理，能保证大 量用户数据的存储、更新、交换和实时处量用户数据的存储、更新、交换和实时处 理等。理等。 ITU规定的第三代移动通信无线传输规定的第三代移动通信无线传输 技术必须满足以下要求。技术必须满足以下要求。 （1）快速移动环境

7、，最高速率达）快速移动环境，最高速率达144bit/s。 （2）室外到室内或步行环境，最高速率应）室外到室内或步行环境，最高速率应 达到达到384kbit/s。 （3）室内环境，最高速率应达到）室内环境，最高速率应达到2Mbit/s。 （4）便于过渡、演进。）便于过渡、演进。 （5）上、下行链路能够适应不对称业务的需求。）上、下行链路能够适应不对称业务的需求。 （6）具有易于管理的信道结构。）具有易于管理的信道结构。 （7）灵活的无线资源管理和系统配置，支持频）灵活的无线资源管理和系统配置，支持频 谱间的无缝切换，从而支持多层次的小区结构。谱间的无缝切换，从而支持多层次的小区结构。 （8）高频

8、谱利用率。）高频谱利用率。 （9）高服务质量。）高服务质量。 （10）低成本。）低成本。 （11）高保密性。）高保密性。 在市场和技术的双重推动下，移动通在市场和技术的双重推动下，移动通 信走向多媒体化、智能化、分组化、个性信走向多媒体化、智能化、分组化、个性 化已经成为一个必然的趋势。化已经成为一个必然的趋势。 （1）3G业务的多媒体化是指业务的多媒体化是指3G的信息由的信息由 话音、图像、数据等多种媒体构成，信息话音、图像、数据等多种媒体构成，信息 的表达能力和信息传递的深度都比的表达能力和信息传递的深度都比2G有了有了 很大的提高，基本上可以实现多媒体业务很大的提高，基本上可以实现多媒体

9、业务 在无线、有线网之间的无缝传输。在无线、有线网之间的无缝传输。 （2）3G业务的智能化主要体现为网络业务提供业务的智能化主要体现为网络业务提供 的灵活性、终端的智能化，例如，除输入密码外的灵活性、终端的智能化，例如，除输入密码外 还可以通过话音、指纹来识别用户身份。还可以通过话音、指纹来识别用户身份。 （3）3G业务的分组化是指承载网络提供分组交业务的分组化是指承载网络提供分组交 换的能力，提供适合未来换的能力，提供适合未来3G业务发展的交换机业务发展的交换机 制，逐步实现从传统的电路交换技术转向以制，逐步实现从传统的电路交换技术转向以IP为为 基础的技术。基础的技术。 （4）3G业务的个

10、性化是指用户可以在终端、网业务的个性化是指用户可以在终端、网 络能力的范围内，设计自己的业务。络能力的范围内，设计自己的业务。 9.2.1WCDMA 图9-1 WCDMA移动通信系统框图 图9-2 CDMA2000-1x的网络结构 1TD-SCDMA简介简介 图9-3 TD-SCDMA同时采用时分和码分多址 TD-SCDMA具有很多技术特点，如频具有很多技术特点，如频 谱利用率高、支持不对称数据业务、简易谱利用率高、支持不对称数据业务、简易 的网络规划、系统容量大、系统综合成本的网络规划、系统容量大、系统综合成本 低等，因此，低等，因此，TD-SCDMA能够组建高性能能够组建高性能 的广覆盖、

11、低成本独立网络，提供强大的的广覆盖、低成本独立网络，提供强大的 差异化竞争力和快速建网能力，全面满足差异化竞争力和快速建网能力，全面满足 运营商的需求。运营商的需求。 （1）采用智能天线技术）采用智能天线技术 （2）联合检测技术）联合检测技术 （3）软件无线电技术）软件无线电技术 表9-1切换技术比较 硬 切 换 软 切 换接 力 切 换 资源占用少多少 掉话率高低低 对容量的影 响 低高低 （5）TD-SCDMA的的DCA（动态信道分配）（动态信道分配） 技术及其特点技术及其特点 表9-2三种主要3G制式的参数比较 WCDMA CDMA2000TD-SCDMA 核心网基于GSM-MAP基于A

12、NSI-41基于GSM-MAP 越区切换软硬切换软硬切换接力切换 双工方式FDDFDDTDD 双向信道带宽/MHz102.51.6 码片速率/Mchips13.84N1.228 81.28 帧长/ms10 ms可变 10 ms（分两个5 ms子 帧） 基站同步异步（可选）同步同步 功率控制/Hz开环+快速闭环1 500 开环+快速闭环 800 开环+慢速闭环200 1交互性业务交互性业务 （1）会话业务）会话业务 （2）消息业务）消息业务 （3）检索与存储业务）检索与存储业务 （1）短消息业务（）短消息业务（SMS） （2）多媒体消息业务（）多媒体消息业务（MMS） （3）定位业务（）定位业务

13、（LCS） （4）流媒体业务）流媒体业务 （5）WAP网关网关 （6）Java下载下载 9.4.1新型调制技术新型调制技术 1多载波调制多载波调制 多载波调制的原理是把要传输的数据多载波调制的原理是把要传输的数据 流分解成若干个子数据流，每个子数据流流分解成若干个子数据流，每个子数据流 具有较低的码元速率，然后用这些子数据具有较低的码元速率，然后用这些子数据 流去并行调制若干个载波。流去并行调制若干个载波。 多载波调制的方法如下。多载波调制的方法如下。 （1）多载波正交振幅调制（）多载波正交振幅调制（MC-QAM）。）。 （2）正交频分复用和码分多址结合）正交频分复用和码分多址结合 （OFDM

14、-CDMA）。）。 图9-4 OFDM正交频分载波频率 （1）可变速率正交振幅调制（）可变速率正交振幅调制（VR- QAM）。）。 （2）可变扩频增益码分多址（）可变扩频增益码分多址（VSG- CDMA）。）。 图9-5 星形QAM的星座图 （3）多码码分多址（）多码码分多址（MC-CDMA）。）。 智能天线（智能天线（SmartAntenna）是一种自）是一种自 适应阵列天线，由多天线阵、相干收发信适应阵列天线，由多天线阵、相干收发信 机和现代数字信号处理（机和现代数字信号处理（DSP）算法组成。）算法组成。 图9-6 智能天线组成原理框图 多用户信号检测的最佳检测方式是最多用户信号检测的最

15、佳检测方式是最 大自然序列（大自然序列（MLS）检测，其性能虽然很）检测，其性能虽然很 好，但算法过于复杂，实现困难，因而人好，但算法过于复杂，实现困难，因而人 们都在探讨最佳的检测方式。们都在探讨最佳的检测方式。 近年来多用户信号检测技术的发展非近年来多用户信号检测技术的发展非 常迅速，提出了多种多样的设想和方案。常迅速，提出了多种多样的设想和方案。 下面仅就两种基本的方法简要说明这种技下面仅就两种基本的方法简要说明这种技 术原理。术原理。 1去相关多用户信号检测器去相关多用户信号检测器 2干扰抵消式多用户信号检测器干扰抵消式多用户信号检测器 1选择性合并选择性合并 2最大比合并最大比合并

16、3等增益合并等增益合并 双层网络结构是人们比较熟悉的，由双层网络结构是人们比较熟悉的，由 底层和顶层组成，底层指配业务信道和信底层和顶层组成，底层指配业务信道和信 令信道，顶层只指配业务信道。令信道，顶层只指配业务信道。 采用多层网络结构除合理分配区层之采用多层网络结构除合理分配区层之 间的信道资源和业务容量外，还必须解决间的信道资源和业务容量外，还必须解决 区层之间的连接与切换，避免重叠层之间区层之间的连接与切换，避免重叠层之间 出现出现“乒乓效应乒乓效应”。 在在CDMA系统中，功率控制被认为是系统中，功率控制被认为是 所有关键技术的核心。所有关键技术的核心。 1反向开环功率控制反向开环功率控制 2反向闭环功率控制反向闭环功率控制 图9-7 外环和闭环调整