第8章 第三代移动通信系统(3G)

1、电气信息工程学院电气信息工程学院第第8 8章章 第三代移动通信系统第三代移动通信系统（3G3G）电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.1 第三代移动通信系统标准介绍第三代移动通信系统标准介绍 8.1.1 3G的历史及特征的历史及特征 l 1、3G的发展历程的发展历程 u 1991年，ITU正式成立TG8/1工作组，负责FPLMTS标准的制订。u 1992年，世界无线电行政大会（WARC）在2000MHz频段上分配了230MHz给FPLMTS使用。这次会议成为3G标准制订进程中的重要里程碑。u 1997年4月，ITU在全球范围内征集IMT-2000无线传输方案。u

2、 1998年6月，ITU共收到10种地面无线传输方案。电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）u 1999年3月，完成IMT-2000关键参数部分的标准化。u 1999年11月，确定了IMT-2000的无线传输技术规范，将无线接口的标准明确为5个标准，如表4-1所示。u 2000年5月，完成IMT-2000的全部网络规范，其中包括美国TIA提交的CDMA 2000、欧洲ETSI提交的WCDMA以及中国电信科学技术研究院（CATT）提交的TD-SCDMA。电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟

3、技术GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代 90年代数字需求驱动数字技术语音业务第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）电话怎么老掉线？太 慢 了！用户密度急剧增长数据业务需求不断提高2G系统受空中接口及网络能力的限制，难以满足市场的需求。 ButUMTS电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）2、3G的特征的特征全球化全球化：3G的目标是在全球采用统一标准、统一频段、统一大市场。3G用户能在全球实现无缝漫游。多媒体化：多媒体化：提供高

4、质量的多媒体业务，如话音、可变速率数据、移动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息一体化。综合化综合化：多环境、灵活性。 3G的无线传输技术满足三种传输速率，即室外车载环境下为144kbit/s，室外步行环境下为384 kbit/s，室内环境下为2Mbit/s。智能化智能化：主要表现在优化网络结构方面（引入智能网概念）和收发信机的软件无线电化。个人化：个人化：用户可用唯一个人电信号码（PTN）在任何终端上获取所需要的电信业务。电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.1.2 3G的主要标准及对比分析的主要标准及对比分析 1、空中接口技术、空中接口技术 三大标准中，

5、WCDMA和CDMA 2000采用FDD方式，需要成对的频率规划。WCDMA的扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz，而CDMA 2000采用单载波时扩频码速率为1.2288Mchip/s，载波带宽为1.25MHz；另外，WCDMA的基站间同步是可选的，而CDMA 2000的基站间同步是必需的，因此需要全球定位系统（GPS），以上两点是WCDMA和CDMA 2000最主要的区别。除此外，在其他关键技术方面，例如功率控制、软切换、扩频码以及及所采用分集技术等都是基本相同的，只是很小的差别。 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G） TD-SCDMA的双工

6、方式为TDD，不需要为其分配成对的频带。扩频码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为1.6MHz，其基站间必须同步。与其他两种标准相比，TD-SCDMA采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信道分配、接力切换等技术，具有频谱使用灵活、频谱利用率高等特点，适合非对称数据业务。 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）表表4-2 WCDMA、CDMA 2000和和TD-SCDMA空中接口参数对照表空中接口参数对照表 三种标准三种标准对照参数对照参数WCDMACDMA 2000TD-SCDMA载波带宽载波带宽成对频带，单向成对频带，单向5MHz成对频带，单向成对频带，单

7、向1.25MHz（CDMA 2000 1x）/3.75MHz（CDMA 2000 3x）上下行共亨一个频带，共上下行共亨一个频带，共1.6MHz多址方式多址方式DS-CDMA（5MHz）DS-CDMA（1.25MHz）MC-CDMA（3.75MHz）TDMA/DS-CDMA（1.6MHz）FDMA/TDMA/DS-CDMA（5MHz，3个载波）个载波）双工模式双工模式FDDFDDTDD码片速率（码片速率（Mchip/s）3.841.22883.68641.28扩频码扩频码OVSFWalshOVSF扩频因子扩频因子4 45125124 45125121，2，4，8，16无线帧长无线帧长10ms2

8、0ms，5ms10ms（分为（分为2个个5ms的子帧）的子帧）时隙数时隙数15个时隙个时隙/帧帧10个时隙个时隙（其中（其中7个为业务时隙）个为业务时隙）/子帧子帧信道编码信道编码卷积码，卷积码，Turbo码码卷积码，卷积码，Turbo码码卷积码，卷积码，Turbo码码符号调制符号调制上行：上行：BIT/SK下行：下行：QPSK上行：上行：BIT/SK下行：下行：QPSK上上/下行：下行：QPSK，8PSK功率控制功率控制开环、闭环（开环、闭环（1500Hz）开环、闭环（开环、闭环（800Hz）开环、闭环（开环、闭环（200Hz）接收机技术接收机技术RAKERAKE联合检测，智能天线联合检测，

9、智能天线同步要求同步要求基站同步或异步基站同步或异步基站间基站间GPS同步同步基站间同步基站间同步多用户同步多用户同步电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2 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8.2.1 初始同步与初始同步与Rake多径分集接收技术多径分集接收技术 判决判决mi(t)mo(t)中频或基带中频或基带CDMA多径信号多径信号相关器相关器1相关器相关器2相关器相关器MaMa1a2dtT0)(图图4-3 M支路支路Rake接收机的实现（每一个相关器监测一路延迟信号，接收机的实现（每一个相关器监测一路延迟信号，其各检测支路间的相对时

10、延超过一个码片）其各检测支路间的相对时延超过一个码片） 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2.2 高效信道编译码技术高效信道编译码技术 编码器编码器1编码器编码器2交织器交织器打孔结构打孔结构复复 接接 器器输入数据输入数据输出数据输出数据图图4-4 Turbo码编码器结构码编码器结构电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）解交织解交织交织器交织器交织器交织器软判软判决输决输出卷出卷积解积解码器码器软判软判决输决输出卷出卷积解积解码器码器判决器判决器译码输出译码输出数据数据序列序列校验序列校验序列校验序列校验序列似然值似然值似然值似

11、然值外信息外信息外信息外信息图图4-5 Turbo码译码器结构码译码器结构 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2.3 智能天线技术智能天线技术智能天线即自适应阵列天线。它通过各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，具有测向和调零功能，能够把主波束对准入射信号并自适应实时跟踪信号，同时将零点对准干扰信号，从而抑制干扰信号，提高信号的信噪比，改善整个通信系统的性能及能够识别不同的入射方向的直射波和反射波。基站智能天线包括两个重要组成部分，一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角估计，并进行空间滤波，抑制其他移动台的干扰；二是对基站发送信号进行波束形

12、成，使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其他移动台的干扰。智能天线技术用于TDD方式的CDMA系统是比较合适的，能够起到在较大程度上抑制多用户干扰，从而提高系统容量的作用。其困难在于由于存在多径效应，每个天线均需一个Rake接收机，从而使基带处理单元复杂度明显提高。 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2.4 多用户检测技术多用户检测技术从理论上讲，使用多用户检测技术能够消除或减弱CDMA系统中的多径干扰，并能消除或减弱CDMA系统中的远近效应，简化CDMA系统中的功率控制，降低功率控制的精度要求，在极大程度上改善系

13、统容量、扩大小区覆盖范围。但一个较为困难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通话的移动用户乘以基站端可观测到的多径数。这意味着在实际系统中等效干扰用户将多达数百个，这样即使采用与干扰用户数成线性关系的多用户抵消算法仍使得硬件实现显得过于复杂。如何把多用户干扰抵消算法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术能否实用的关键。目前多用户检测技术的理论已日趋成熟，3G系统也看好这一技术，将它列为最有前途的增强型技术之一，并希望在3G系统第二期中得以实际利用。 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2.5 功率控制技术功率控制技术在CDMA系统中，由于用户使用相

14、同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统中的最为重要的核心技术之一。在WCDMA和CDMA 2000系统中，上行信道采用了开环、闭环功率控制技术；下行信道则采用了闭环功率控制技术。TD-SCDMA系统中由于采用智能天线、多用户检测等抗干扰技术，功率控制速度有所降低。当然，功率控制技术也存在一些缺点，首先是不能从根本上消除多址干扰，其极限是各个用户的接收功率都相同时的接收性能；其次是占用信道传递功率控制信息，存在算法收敛速度、性能与用户移动速度有关和系统复杂等问题。 电气信息工程学院电气信息工程学院第8章 第三代移动通信系统（3G）8.2.6 软件无线电技术软件无线电技术软件无线电技术是随着计算机技术的发展、大规模集成电路技术的进步和芯片处理速度的不断提高特别是数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）等可编程数字器件的快速发展而产生的一种新的无线通信技术。传统的基于专用集成电路（ASIC）的无线通信系统的全部功能由硬件实