第5章第三代移动通信系统

1、5.1 5.1 概述概述主要内容主要内容第第5 5章章 第三代移动通信系统第三代移动通信系统5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统5.4 CDMA20005.4 CDMA2000移动通信系统移动通信系统5.5 5.5 比较比较5.6 5.6 未来趋势未来趋势5.1 5.1 概概 述述什么是什么是3G？5.1 5.1 概概 述述 【摄像、拍照、聊天】 【视频监控】【视频监控】 【GPS导航】导航】 【联网游戏】【联网游戏】5.1 5.1 概概 述述 3G（3rd Generation)是指第三代移动通信

2、技术。它是将无线通信与互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信技术。能够处理图像、音乐、视频等多种形式的流媒体，能够提供网页浏览、电话会议、电子商务信息等多种服务。5.1 5.1 概概 述述5.1.1 3G的发展背景5.1.2 2G向3G协议的演进5.1.3 IMT-2000标准的构成5.1.4 IMT-2000的频谱分配情况5.1 5.1 概概 述述5.1.1 3G的发展背景的发展背景第三代移动通信的提出第三代移动通信的提出 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，最初称为FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统），考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在

3、2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunica-tion-2000） IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称，在欧洲，基于GSM演进的第三代移动通信系统被称为UMTS（通用移动通信系统）。5.1 5.1 概概 述述IMT-2000IMT-2000的目标的目标 全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效率高服务质量、高保密性能易于2G系统演进过渡提供多媒体业务 车速环境：64kbps144kbps 步行环境：384kbps 室内环境：2Mbps5.1 5.1 概概

4、述述 目前主流方案：目前主流方案：WCDMA由欧洲标准化组织3GPP所制定Cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中5.1 5.1 概概 述述WCDMA WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频码分多址，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、阿尔卡特、诺基亚、等厂商。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而在GSM系统相当普及的亚洲对这

5、套新技术的接受度预料会相当高。因此WCDMA具有先天的市场优势。 3G3G技术讲技术讲座座 CDMA2000CDMA2000 CDMA2000也称为CDMAMultiCarrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMA1数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA1结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如WCDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的。 3G3G技术讲技术讲座座 TDSCDMA 该标准是由中国大

6、陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等国际领先技术融于其中，具有在对业务支持灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内地的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TDSCDMA标准。 3G3G技术讲技术讲座座 3G标准化组织标准化组织 ITU对3G的研究工作主要由3GPP和3GPP2这两个组织来承担，最初目标是建立ITM-2000系统家族，求同存异，实现不同3G系统上的全球漫游。但是，由于各种利益纠纷，实际上没有实现不同系统互通

7、的理想。5.1 5.1 概概 述述5.1 5.1 概概 述述3G标准化组织标准化组织5.1 5.1 概概 述述3GPP（3G Partnership Project）: 该组织是在1998年12月成立的，由欧洲的ETSI、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA和美国的T1五个标准化组织发起，主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA(FDD为WCDMA技术，TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范。3GPP2: 该组织是于1999年1月成立，由美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起，主要是制订以ANSI-41核心网为基础，CDMA2000为无线

8、接口的第三代技术规范。中国无线通信标准研究组（CWTS）于1999年6月在韩国正式签字同时加入3GPP和3GPP2, 成为这两个当前主要负责第三代伙伴项目的组织伙伴。 5.1 5.1 概概 述述IMT-2000无线接口技术与核心网的关系5.1.2 2G向向3G的演进的演进。5.1 5.1 概概 述述5.1.3 IMT-2000标准的构成标准的构成 IMT-2000的标准下的一个完整的移动通信系统，由三个主要部分构成：核心网络（CN）、无线接入网（RAN）和用户终端（UE）。 IMT-2000系统结构图 5.1 5.1 概概 述述5.1.4 3G频谱分配情况频谱分配情况 国际电联对第三代移动通信

9、系统IMT-2000划分了230MHz频率，即上行18852025MHz、下行21102200MHz。185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCE FAFEMSSReserveBroadcast auxiliary2165 MHz1990 MHz1850190019502000205021002150220022501880 MHz1980 MHzUMTSGSM 1800DECTMSS1885 MHz2025 MHz2010 MHzIMT 2000MSSUMTSJapanMSSIMT 2000MSSIMT 2000

10、PHS18951918BC1885AA2170 MHzIMT 20002110 MHz2170 MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805 MHz1865186518701885189018951910193019451965197019755.1 5.1 概概 述述5.1 5.1 概概 述述【我国【我国3G3G的发展】的发展】 3G3G技术讲技术讲座座 3G3G技术讲技术讲座座 【苹果和中国移动博弈】【苹果和中国移动博弈】

11、 PK【3G3G人才在就业市场上的机遇与挑战】人才在就业市场上的机遇与挑战】 3G3G技术讲技术讲座座 饱和饱和稀缺稀缺【如何进入【如何进入3G3G开发领域】开发领域】 3G3G技术讲技术讲座座 5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.2.1标准化进程标准化进程5.2.2UMTS网络结构网络结构5.2.3无线接口参数无线接口参数5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统补充：WCDMA的起源uWCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动，GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。u欧洲于1988年开展RACE（欧洲先进通信技术的

12、研究）程序，并一直延续到1992年6月，它代表了第三代无线研究活动的开始。u1992-1995年之间欧洲开始了RACE程序。ACTS（先进通信技术和业务）建立于1995年底，为UMTS（通用移动通信系统）建议了FRAMES（未来无线宽带多址接入系统）方案。在这些早期研究中，对各种不同的接入技术包括TDMA、CDMA、OFDM（正交频分复用 ）等进行了实验和评估。u为WCDMA奠定了技术基础。 5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统补充：WCDMA的起源u1998年12月成立的3GPP极大地推动了WCDMA技术的发展，加快了WCDMA的标准化进程，并最终使WCDMA技术成为

13、ITU批准的国际通信标准。uWCDMA有三套技术：分别是WCDMA-FDD 、WCDMA-TDD （现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称低码片速率TDD）都是由3GPP开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。u WCDMA的三套技术实际上采用的是同一套核心网络规范，不同的无线接入技术。其核心网络的主要特点就是重视从GSM网络向WCDMA网络的演进，这是由于GSM的巨大商业成功造成的，这种演进是以GPRS技术作为中间承接的。 5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统WCDMA标准规划清晰，制定严谨 WCDMA支持支持HSDPA技术，顺应未来高速无

14、线数据业务的需求技术，顺应未来高速无线数据业务的需求 WCDMA将分阶段引入将分阶段引入IP，目标是实现全网的，目标是实现全网的IP化，标准比较完善化，标准比较完善 WCDMA 2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容及以后发布的协议能够保持前向兼容3GPP Rel993GPP Rel43GPP Rel52000/032001/032002/03GSM/GPRS核心网WCDMA FDD电路域IP话音承载电路域CS/MGWTD-SCDMAVoIP QoS是关键IP实时多媒体HSDPA3GPP Rel62004/06MBMSMIMO5.2.1WCDMA核心网标准化进程核心网标准化进程WCDM

15、A在R5规范中引入了HSDPA，在R6规范中引入了HSUPA ，HS-DPA和HSUPA合称为HSPA。 HSDPA（高速下行分组接入）在下行链路上能够实现高达14.4Mbit/s的速率。 HSUPA（高速上行分组接入）在上行链路中能够实现高达5.76Mbit/s的速度。 MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service ）是多媒体广播多播业务。MBMS是手机电视业务的技术基石。MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put ） 多入多出技术，它利用多天线来抑制信道衰落。 5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系

16、统UTRANUECNUMTS5.2.2UMTS网络结构网络结构5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统UTRAN结构5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统WCDMA R99系系统统基基本本结结构构HLRHLRGMSCGMSCMSC/MSC/VLRVLRMSC/VLRMSC/VLRAuCAuCGGSNGGSNInternetInternetPSTNPSTNOther Other PLMNPLMNSGSNSGSNGSNGSNBTSBTSBTSBTSNode BNode BNode BNode BIu-CSRNCRNCIu-PSGbBSCBSCAGsGsGr

17、GrGnGnGcGcC CDDHHE EGGGpGpIubAbisUmUuRNCRNCIurCSCS域域PSPS域域Node BNode BIubGiGi5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统R99网络结构的设计中充分考虑了第二代（2G）/第三代（3G）移动通信系统的兼容， 以支持GSMGPRS3G的平滑过渡。 因此， 在核心网络中， CS域和PS域是并列的。 R99中CS域的功能实体包括MSC、 VLR、 GMSC等。 PS域特有的功能实体包括SGSN和GGSN， 为用户提供分组数据业务。 HLR、 AUC、

18、EIR为CS域和PS域共用设备， 在无线接入网中可支持GSM的BSS以及UTRAN的RNS。AuCAuCGGSNGGSNInterneInternet tPSTNPSTNOther Other PLMNPLMNSGSNSGSNGGSNGGSNNode BNode BNode BNode BIu-CSRNCRNCIu-PSGbAGsGsGrGrGnGnGcGcC CDDGpGpIubBTSBTSBTSBTSBSCBSCAbisUmUuRNCRNCIurCSCS域域PSPS域域Node BNode BIubNbNcMGWMGWGMSC GMSC ServerServerMcMSC MSC Serv

19、erServer/VLR/VLRMcHHHLRHLRMGWMGWGiGiWCDMA R4系系统统基基本本结结构构5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统R4版本中PS域的功能实体SGSN 和GGSN没有改变， 与外界的接口也没有改变。 但为了支持全IP网发展需要， R4版本中CS域实体有所变化， 如MSC根据需要可分成两个不同的实体： MSC服务器(MSC Server， 仅用于处理信令)和电路交换媒体网关(CS-MGW， 用于处理用户数据)。 MSC服务器和CS-MGW共同完成MSC功能； 对应的GMSC也分成G

20、MSC服务器和CS-MGW。 分层结构中，R99版本中合设的MSC服务器和媒体网关节点被分为两个独立节点，两个独立节点间以GCP协议互通。分层结构代表了电信网络中连接与控制相分离的趋势，可以提高核心网电路域的系统效率。R4版本的另一个重要特征，是在分组域引入了流媒体业务MGWMSC ServerMGWSGSNUTRAN T-SGWMGCFR-SGWMRFPGMSC ServerHSSR-SGW CSCFCxMsMwMgMrGiGi IMS-MGWMcMcMcCDMhMhT-SGWPS域域IP多媒体域多媒体域CS域域IuGrGi HSS CSCF GGSNPSTN Legacy/External

21、WCDMA R5系系统统基基本本结结构构5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统R5新增了漫游信令网关(R-SGW)和T-SGW； 新增了IP多媒体子系统(IMS)。 IP多媒体子系统增强了对多媒体数据业务的控制、管理及服务质量区分。R5版本对系统的架构和特性没有进行大的改进，而是将重点 放 在 了 业 务 控 制 层 面 ， 这 反 映 出 在WCDMA网络基本成形后，业务发展已经成为整个系统的关键。 5.2.3无线接口参数无线接口参数 信道带宽：5MHz 码片速率：3.84Mcps 帧长：10ms 语音编码：A

22、MR（Adaptive Multi-Rate） 上行下行调制：QPSK 导频辅助的相干解调 快速开环和闭环功率控制：1500Hz 切换：软/硬切换 支持同步和异步的基站运营5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统 TD-SCDMA全称是：全称是：时分同步码分多址接入系统时分同步码分多址接入系统 Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统1、TD-SCDMA标准发展历程标准发展历程 5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信

23、系统移动通信系统 接入方案：DS-CDMA 扩频带宽：1.6MHz 双工方式：TDD 多址方式：FDMA/TDMA/CDMA 码片速率：1.28Mc/s2、TD-SCDMA基本参数基本参数5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统TD-SCDMA是TDD和CDMA、TDMA技术的完美结合，它所提供的高性能主要体现在TD-SCDMA有最高的频谱利用率上，通过采用时分、频分、码分以及空分几种多址技术，其频率利用率，系统容量得以大幅度提高。此外，TD-SCDMA还是一种低成本系统。 3、TD-SCDMA优势优势5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统

24、移动通信系统Time Division Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码 4、TD-SCDMA帧结构帧结构5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统 TDD技术 智能天线技术（SA） 联合检测技术（JD） 动态信道分配（DCA） 接力切换技术（BH）5、TD-SCDMA关键技术关键技术5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统TDD技术

25、TDD FDD智能天线技术 智能天线是一个天线阵列。它由智能天线是一个天线阵列。它由多个天线单元组成，不同天线单多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，然后元对信号施以不同的权值，然后相加，产生一个输出信号；相加，产生一个输出信号； 其原理是使一组天线和对应的收其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波

26、方向，就能适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目射功率，提高系统覆盖范围的目的。的。空分多空分多址大大址大大增加系增加系统容量统容量智能天线技术智能天线技术智能天线技术联合检测基本概念联合检测基本概念基于所有用户的信道化码和信道信息，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（用户间干扰（MAI），），从而达到提高用户信号质量的目的。 联合检测技术l 信道分配信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。l 信道分配方案可分为以下三

27、种：信道分配方案可分为以下三种： 固定信道分配（固定信道分配（FCA） 动态信道分配（动态信道分配（DCA） 混合信道分配（混合信道分配（HCA）动态信道分配技术DCA是TD-SCDMA系统中RRM算法的核心内容之一；TD-SCDMA系统中一条信道是由 频率/时隙/扩频码 的组合唯一确定； DCA主要研究的是信道的分配和重分配的原则；DCA通过系统负荷，干扰，用户空间方向角等测量信息来确定最优的资源分配方案，降低系统干扰，提高系统容量； 动态信道分配技术切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程 上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更

28、优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等切换原因切换概念在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换越区切换无线测量、网络判决和系统执行切换步骤接力切换技术 不同载频间的硬切换 同一载频下的硬切换（强制性硬切换） 系统间硬切换（如与GSM之间） 不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）接力切换技术 而在软切换过程中，而在软切换过程中，UE先建立与先建立与Node B2的信令和业务的信令和业务连接之后，再断开与连接之后，再断开与Node B1的信令和业务连接，即的信令和业务连接，即UE在某一时刻与在某一时刻与

29、2个基站同时保持联系。个基站同时保持联系。接力切换技术接力切换(Baton Handover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。 接力切换技术概念接力切换技术流程接力切换技术比较 5.4 CDMA20005.4 CDMA2000移动通信系统移动通信系统1、标准化进程、标准化进程2、系统结构、系统结构5.4 CDMA20005.4 CDMA2000移动通信系统移动通信系统

30、(1) 载波带宽: 1.25*N MHz(可扩展为10/20 MHz)。(2) 扩频方式: 采用直接扩频或多载波扩频。(3) 扩频速率: 1.2288 Mchip/s。(4) 扩频码长度: 可根据无线环境和数据速率而变化。(5) 帧长度: 20 ms和5 ms。(6) 时隙长度(功率控制组): 1.25 ms。(7) 调制方式: 下行QPSK, 上行BPSK。(8) 功率控制: 开环+闭环(功控速率800 bs)。 3、无线接口参数、无线接口参数5.4 CDMA20005.4 CDMA2000移动通信系统移动通信系统5.5 5.5 比比 较较技术趋势1-无线宽带广域IP多媒体为主导业务，呈现宽

31、带移动化、移动宽带化5.6 5.6 未来趋势未来趋势蜂窝移动蜂窝移动( (广域网广域网) )、宽带无线接入、宽带无线接入( (城域网城域网) )和各种短距离无线技术和各种短距离无线技术，与各种固定接入共同接入基于，与各种固定接入共同接入基于IPIP的同一个核心网络，通过网络的的同一个核心网络，通过网络的无缝切换，实现无处不在的最佳服务无缝切换，实现无处不在的最佳服务 技术趋势2-向接入多元化、网络一体化、应用综合化5.6 5.6 未来趋势未来趋势蜂窝移动技术演进路线蜂窝移动技术演进路线5.6 5.6 未来趋势未来趋势3GPP LTE 3GPP LTE（Long Term Evolution），

32、又称之为UTRAN LTE。LTE的目标峰值速率为下行100 Mbps，上行50 Mbps。 LTE的主要系统目标如下： 适用于不同的带宽：1.2520 MHz 支持“paired”和“unpaired”的频谱分配 以分组域业务为主要目标 降低无线网络时延：U-plan 10 ms, C-plan 100ms 频谱效率：下行5 bps/Hz (3 to 4 times Release 6 HSDPA)；上行2.5 bps/Hz (2 to 3 times Release 6 HSUPA) 强调后向兼容，同时也考虑与系统性能的折衷 （无线接口是全新的技术，网络架构正在研究中）5.6 5.6 未来

33、趋势未来趋势 AIE：Air Interface Evolution 3GPP2 AIE制定的制定的CDMA 2000演进目标演进目标 相对于cdma2000 1x，提高话音容量 增加峰值数据速率和系统容量(长期目标：前向峰值数据速率范围为100Mb/s到1Gb/s、反向峰值速率达到50Mb/s) 支持20MHz带宽的分配(以1.25MHz为单位) 增加频率效率，减小系统等待时间，更低的终端功耗 近期保持后前兼容 3GPP2 AIE5.6 5.6 未来趋势未来趋势5.1 5.1 概述概述 5.2 WCDMA5.2 WCDMA移动通信系统移动通信系统5.3 TD-SCDMA5.3 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统5.4 CDMA20005.4 CDMA2000移动通信系统移动通信系统5.5 5.5 比较比较5.