第4章 3G技术概述

第四章3G技术概述内容

IMT-2000的主要目标和要求特点IMT-2000的发展历程3G系统承载的业务3G系统的基本特征3G系统中支持的新技术3G标准化进程及其演进策略3G主要技术标准概述4.1IMT-2000的主要目标和要求特点IMT-2000–意指工作在2000MHz频段并在2000年左右投入商用的国际移动通信系统（InternationalMobileTelecomSystem），它既包括地面通信系统也包括卫星通信系统。基于IMT-2000的宽带移动通信系统称为第三代移动通信系统，简称为3G，它将支持速率高达2Mbps的业务，而且业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等业务。

IMT-2000的目标全球漫游；适应多种环境；能提供高质量的多媒体业务；足够的系统容量和强大的用户管理能力。IMT-2000对传输技术提出的要求（一）全球性标准多种环境下支持高速的分组数据传输速率快速移动环境144kbps步行环境384kbps

固定位置环境2Mbps

便于系统的升级、演进，易于向下一代系统灵活发展传输速率能够按需分配IMT-2000对传输技术提出的要求（二）上下行链路能适应不对称业务的需求具有简单的小区结构和易于管理的信道结构无线资源的管理、系统配置和服务设施要灵活方便业务与其它固定网络业务兼容频率利用率高高保密性4.2IMT-2000的发展历程

IMT-2000的发展大致经历了以下的历程：1991年，国际电联正式成立TG8/1工作组，负责FPLMTS标准的制定。1996年，FPLMTS正式更名为IMT-2000。1997年初，国际电联发出通函，向各国征集IMT-2000无线传输技术方案。1998年6月，ITU共收到10种地面无线传输方案。经过协调与融合，1999年11月，确定了IMT-2000的无线传输技术规范，将无线接口标准明确为五种方案。

IMT-2000地面无线传输技术提案（10种）序号提案名称双工方式提交者1J:W-CDMAFDD、TDD日本：ARIB2ETSI-UTRA-UMTSFDD、TDD欧洲：ETSI3WIMSW-CDMAFDD美国：TIA4WCDMA/NAFDD美国：T1P15GlobalCDMAIIFDD韩国：TTA6TD-SCDMATDD中国：CATT7cdma2000FDD、TDD美国：TIA8GlobalCDMAIFDD韩国：TTA9UWC-136FDD美国：TIA10EP-DECTTDD欧洲：ETSIDECT计划IMT-2000地面无线接口标准

（五种）多址方式标准名称对应提案CDMAIMT-2000CDMADSWCDMAIMT-2000CDMAMCcdma2000IMT-2000CDMATDDTD-SCDMA和UTRA-TDDTDMAIMT-2000TDMASCUWC-136IMT-2000TDMAMCDECTIMT-2000的发展历程(续)2000年5月，国际电信联盟-无线标准部（ITU-R）最终通过IMT-2000无线接口规范（M.1457），包括：--美国电信工业协会（TIA）提交的cdma2000；

--欧洲电信标准化协会（ETSI）提交的WCDMA；

--中国电信科学技术研究院（CATT）提交的TD-SCDMA。

采用码分多址接入技术（CDMA）的3种候选方案成为第三代移动通信的主流标准：

WCDMAcdma2000TD-SCDMA

IMT-2000的三种主流标准WCDMA：欧洲ETSI提出，核心网基于GSM-MAP，同时提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力。空中接口采用DS-CDMA多址方式。cdma2000：美国TIATR45.5向ITU提出的RTT方案。其核心是由朗讯、motorola、北方电讯和高通联合提出的宽带cdmaOne技术。与现有的IS-95B后向兼容，核心网基于ANSI-41，同时提供在基于GSM-MAP的核心网上运行的能力。TD-SCDMA：第三代移动通信业务的中国标准，由中国标准协会中国无线通信标准组织（CWTS）制订的标准，已被ITU和3GPP接受。采用时分—同步码分多址技术。IMT-2000的三种主流标准性能指标/标准WCDMAcdma2000TD-SCDMA核心网GSMMAPANSI-41GSMMAP带宽5MHzN*1.25MHz1.6MHz多址方式CDMACDMACDMA/TDMA码片速率3.84Mchip/sN*1.2288Mchip/s1.28Mchip/s双工方式FDD/TDDFDDTDD帧长10ms/15时隙/帧5、10、20、40、80ms/16时隙/帧52ms/72时隙/2子帧/帧语音编码自适应多速率语音编码器（AMR）可变速率声码器IS-773、IS-127自适应多速率语音编码器（AMR）信道编码卷积码和Turbo码卷积码和Turbo码卷积码和Turbo码信道化码前向OVSF，扩频因子512～4；反向OVSF，扩频因子256～4前向：Walsh和长码；反向：Walsh和准正交码OVSF，扩频因子16～1扰码前向：18位GOLD码；反向：24位GOLD码长码和短PN码长度固定为16的伪随机码功率控制开环+闭环开环+闭环开环+闭环切换软切换软切换接力切换导频结构上行专用导频；下行公共或专用导频上行专用导频；下行公共或专用导频下行公共导频DwPTS；上行同步UpPTS

基站同步同步/异步GPS同步同步3G三种制式的比较

4.33G系统承载的业务3G—灵活的支持多种业务：话音、数据、图像及多媒体等；并能够灵活引进新业务ITU-R的建议M.816将3G支持的主要业务划分为交互性业务、分配性业务和移动性业务三大类。3G系统承载的业务（续）（Ⅰ）交互性业务会话业务、消息业务和检索与存储业务（Ⅱ）分配性业务例如广播业务（Ⅲ）移动性业务漫游业务和定位业务4.43G系统的基本特征系统频段系统结构系统频段（WCR-92）系统频段ITU在2000年的WRC2000大会上在WRC-92基础上又批准了新的附加频段：

806～960MHz1710～1885MHz2500～2690MHz我国第三代移动通信系统的频率规划频率范围（MHz）工作模式业务类型备注上行1920～1980下行2110～2170FDD（频分双工）陆地移动业务主要工作频段上行1755～1785下行1850～1880FDD陆地移动业务补充工作频段1880～1920，2010～2025TDD（时分双工）陆地移动业务主要工作频段2300～2400TDD陆地移动业务补充工作频段，无线电定位业务共用上行825～835下行870～880上行885～915下行930～960上行1710～1755下行1805～1850FDD陆地移动业务之前规划给中国移动和中国联通的频段，上下行频率不变1980～2010/2170～2200卫星移动业务IMT-2000系统结构ITU-T的SG11/WP3工作组于1998年5月确定了IMT-2000的网络框架标准Q.1701，该标准明确了由ITU定义的系统接口：

IMT-2000系统结构（续）系统的无线接口是最重要的一个接口，当今的主流标准是cdma2000、WCDMA以及TD-SCDMA

目前IMT-2000中的核心网主要有三种。分别是

--基于GSMMAP的核心网

--基于ANSI-41的核心网

--全IP的核心网GSMMAP和ANSI-41与IMT-2000的三种主流标准之间的对应关系

IMT-2000系统结构（续）按照各组成部分的功能划分，IMT-2000系统可以分为三大部分：

移动终端无线接入网核心网移动终端移动终端即是为移动用户提供服务的设备，它与无线接入网之间的通信链路为无线链路。无线接入网实现无线传输功能

可以细分为

无线传输特殊功能（RTSF）

无线载体通用功能（RBCF）核心网主要作用是提供信息交换和传输，可以采用分组交换或者ATM网络，最终将过渡到全IP网络，并且与第二代移动通信系统核心网兼容。IMT-2000的系统结构图4.53G系统中支持的新技术高效的信道编码技术智能天线技术软件无线电技术多用户检测与干扰消除全IP核心网1、高效的信道编码技术信道编码和交织依赖于信道特性和业务需求在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码（1）

在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用Turbo码以利于其优异的纠错性能；（2）

在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其它逻辑信道中也使用卷积码。2、智能天线技术原理基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（C/I），以增加系统的容量和频谱效率。特点

以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高

智能天线由N单元天线阵、A/D转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。

3、软件无线电技术基本思想

高速模数和数模转换器尽可能靠天线处理所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。特点基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。能够实现多模式通信系统的无缝连接。关键部分宽带多频段天线、高速A/D和D/A转换器以及高速信号处理部分4、多用户检测与干扰消除基本思想把所有用户的信号都当作有用信号，而不是当作干扰信号多用户检测目前主要用于基站基站设备中使用多用户检测技术，具有以下优点：减小射频辐射对用户的生理及心理影响；提高基站的覆盖区容量；降低用户设备（如手机等）的发射功率；增加通信距离，增大基站的覆盖面积，降低基站综合成本等。

5、全IP核心网真正实现话音和数据的业务融合将无线话音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平台就是IP协议；

全IP网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等。支持IPv6，解决IP地址的不足和移动IP；基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。

4.63G标准化进程及其演进策略

标准化组织3GPP、3GPP2标准化现状WCDMA标准化进展情况CDMA标准化进展情况TD-SCDMA标准化进展情况3G系统演进策略一、标准化组织在第三代移动通信系统标准的制定过程中，ITU主要起领导和组织的作用，具体规范的制定则是靠地区性标准化组织来完成。这其中起主导作用的有两个，一个是以欧洲为主体的3G标准化合作组织——3GPP（the3rdGenerationPartnershipProject），另外一个是以美国为主体的3G标准化合作组织2—3GPP2（the3rdGenerationPartnershipProject2）。3GPP3GPP主要以GSMMAP核心网为基础、以WCDMA为无线接口制定第三代移动通信标准——通用移动电话系统（UniversalMobileTelephoneSystem，UMTS），同时负责在无线接口上定义与ANSI-41核心网兼容的协议。参与3GPP的地区性标准化组织包括：ARIB（日本）、ETSI（欧洲）、TTA（韩国）、TTC（日本）、T1P1（美国）。中国无线通信标准研究组CWTS（1999年后半年）。

3GPP还包括一些市场代表的合作伙伴：GSM协会、UMTS论坛、全球移动供应商协会、IPv6论坛和通用无线通信联盟（UWCC）。3GPP1998年底3GPP正式开始工作，并在1999年初进行细致的技术工作，目的是制定规范的第一个版本——R99，该版本于1999年底完成。3GPP为了制定标准，成立了以下技术规范组（TechnicalSpecificationGroup，TSG）：

无线接入网（RAN）TSG

核心网TSG

业务和系统方面的TSG

终端TSG3GPP无线接入网TSG（RANTSG）又被划分为四个不同的工作组：

WG1

负责制定物理层（第一层）的相关规范

WG2

负责制定MAC、RRC层（第二、三层）的相关规范

WG3

负责制定体系结构和接口

WG4

负责制定无线性能和射频参数的相关规范

3GPP2000年期间，原来由ETSI承担的GSM演进工作也转移到了3GPP，为此建立了一个新的TSG：GERAN，负责GPRS和EDGE的标准化工作。

3GPP2以ANSI-41核心网为基础，以cdma2000为空中接口制定第三代移动通信标准，并负责在无线接口上定义与GSMMAP核心网相兼容的协议。3GPP2于1999年1月成立，成立之初的参与组织有TIA、ARIB和TTA。二、标准化现状WCDMA标准化进展情况CDMA标准化进展情况TD-SCDMA标准化进展情况WCDMA标准化进展情况（1）WCDMA的标准由3GPP推动，目前的协议版本包括：R99、R4、R5、R6、R7等。R991999年12月发布基于GSM的核心网络，确定WCDMA无线传输技术的接口，引入新的无线接入网

目前已经基本冻结

WCDMA标准化进展（2）R4

2001年3月首次发布;

特征--TD-SCDMA技术被3GPP接受;Release4在核心网电路域中实现了软交换，即将传统的MSC分离为媒体网关和MSC服务器两个部分，向全IP的核心网迈出了第一步。

WCDMA标准化进展（3）R52002年3月首次发布;全IP核心网的第一个版本;核心网引入了IP多媒体子系统（IMS）;无线接入网定义了采用IP传输的可选方式;无线接口部分支持HSDPA

技术，下行数据传输速率最高可达10Mbps.R6支持HSUPA

技术，在上行链路支持增强技术，提高上行的数据传输速率.

cdma2000标准化进展（1）美国电信工业协会制定经3GPP2批准成为一种第三代移动通信系统的空中接口标准实现cdma2000技术体制的正式标准名称为IS-2000IS-2000向下兼容IS-95系统

cdma2000标准化进展（2）截止到目前，cdma2000的标准共有5个版本，分别为：

Rev.0、Rev.A、Rev.B、

Rev.C、Rev.DRev.0由TIA于1999年6月制定完成;规定了cdma2000的空中接口，核心网基于ANSI-41;使用IS-95B的开销信道，并增加了新的业务信道和补充信道,数据速率有很大提高。cdma2000标准化进展（3）

Rev.A

2000年3月由3GPP2制定完成;

增加了新的开销信道以及相应的信令。

Rev.B

于2002年4月由3GPP2制定完成;ReleaseB做了很少的改动;

新增了救援信道（RescueChannel）.

cdma2000标准化进展（4）

Rev.C

于2002年5月由3GPP2制定完成;

前向链路增加了对EV-DV的支持，提高数据的吞吐量;

是一个基于全IP核心网的版本。Rev.D

于2004年3月由3GPP2制定完成；

在反向链路支持EV-DV

，提升反向链路的数据性能。cdma2000标准化进展（4）cdma2000有两种工作方式cdma20001x--独立使用一个1.25MHz载波的方式cdma20003x

--将三个1.25MHz载波捆绑在一起使用当前，国际上的研究重点是cdma20001x的增强型技术1xEV系统：

cdma20001xEV-DO和cdma20001xEV-DV

cdma2000标准化进展（5）1xEV-DO通过引入一系列新技术，提高了数据业务的性能1xEV-DV同时改善了数据业务和语音业务的性能。2000年9月，3GPP2通过了cdma20001xEV-DO的标准，协议编号为C.S0024，对应的TIA/EIA标准为IS-856。①cdma20001x是cdma2000移动通信系统发展的第一阶段，对应cdma2000标准的Rev.0、Rev.A、Rev.B协议版本。②cdma20001xEV-DO技术起源于美国Qualcomm公司提出的高速率数据（HighDataRate，HDR）技术。③cdma20001xEV-DV综合了cdma20001x和cdma20001xEV-DO的优点，对应Rev.C和Rev.D协议版本。cdma2000标准化进展（6）TD-SCDMA的标准化情况TD-SCDMA是我国提出的第三代移动通信系统标准。信息产业部电信科学技术研究院提出，1998年6月提交给ITU，成为3G技术标准候选方案。

1999年11月，TD-SCDMA被ITU确定为第三代移动通信系统的5种标准之一。此后TD-SCDMA与3GPP的UTRATDD进行融合，并在1999年10月，被3GPP所采纳，并作为UTRATDD的低码片速率选项。在2001年3月，3GPP正式将TD-SCDMA包含在R4版本中。

三、3G系统演进策略3G系统必须采用演进策略，在现有的2G系统上尽可能的平滑过渡，以保证现有投资和运营商的利益。

IS-95的演进方向是cdma2000，GSM的演进方向是基于WCDMA的UMTS系统。

在现有2G系统的基础上通过适当的增加一些系统组件和一些适合数据业务的协议，使系统可以较高效率的传送数据业务，如GPRS、EDGE系统。通常人们将这样的系统称为2.5G。cdma2000的演进策略

IS-95向cdma2000的演进策略如下图

cdma2000的空中接口与IS-95都是基于CDMA方式。因此IS-95再向cdma2000过渡的过程中，空中接口与核心网都可以比较平滑的过渡。UMTS的演进策略

GSM向UMTS的演进策略如下：

UMTS的演进策略GSM系统在向第三代系统演进的过程中，其无线接入网将采用WCDMA标准，与基于TDMA技术的GSM系统相比，这将是一个革命性的变化，只有核心网部分可以比较平滑的过渡。GSM可以先升级到GPRS或EDGE系统，再最终过渡到UMTS。

四、3G移动通信的演进路径3G的演进有三条路径

MobileCommunicationTheory3GPP的演进路径

MobileCommunicationTheory3GPP2的演进路径WiMax的演进路径4.73G主要技术标准概述

cdma2000技术标准

WCDMA技术标准

TD-SCDMA技术标准

cdma2000系统一些主要的系统参数多址技术CDMA（多载波和直接序列扩频）信道带宽N×1.25MHz，N=1,3,6,9,12码片速率N×1.2288Mcps双工方式FDD基站间同步方式同步话音编码8k/13k的QCELP或者8k的EVRC语音编码帧长20ms下行链路扩频方式Walsh序列划分信道，PN短码的不同相位偏移区分小区上行链路扩频方式Walsh序列划分信道，PN长码的不同相位偏移区分用户相干检测下行链路：公共导频信道和辅助导频上行链路：用户专用的导频信道调制方式下行链路：QPSK上行链路：BPSK功率控制开环结合快速闭环功率控制（800Hz）信道编码卷积码和Turbo码发射分集方式（可选）正交发射分集OTD与空时扩展分集STScdma20001x简介（1）

cdma20001x是cdma2000系统发展的第一个阶段。cdma20001x对应的协议版本为Rev.0、Rev.A和Rev.B。cdma20001x独立使用一个带宽1.25MHz的载波，前反向链路上都使用码片速率为1.2288Mcps直接序列扩频的单载波实现。与现有的IS-95标准后向兼容,与IS-95频段共享或重叠。语音和低速率数据业务在基本信道（FCH）上传输，高速率数据业务在补充信道（SCH）上传输。从理论分析结果来看，如果用于传送语音业务，cdma20001x系统的总容量是IS－95系统的2倍；如果传送数据业务，cdma20001x的系统总容量是IS－95系统的3.2倍。cdma20001x系统承载高速数据业务时，对于速率集1，最高速率可达到153.6Kbps或307.2Kbps；对于速率集2，最高速率可达到230.4Kbps。cdma20001x简介（2）与IS-95系统相比，cdma20001x系统有以下技术特点：

增加了反向导频信道

可进行相干解调，相应地反向链路容量提高1倍

前向链路采用快速功率控制采用前向快速功控后，cdma20001x的话音容量约是IS-95的1.5~2倍。

引入了Turbo编码在cdma20001x中，数据业务信道还可以采用Turbo编码。采用Turbo码，系统的容量比采用卷积码时提高1.6倍。支持传输发射分集前向链路还可以采用传输发射分集，包括正交发射分集OTD和空时扩展STS，提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信号质量cdma20001x简介（3）引入快速寻呼信道基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道状态还是处于低功耗的睡眠状态,极大地减小了移动台的电源消耗，提高了移动台的待机时间定义新的接入方式既兼容IS-95的接入方式，又针对IS-95的不足进行了改进，可以减少呼叫建立时间，提高接入效率，并减少移动台在接入过程中对其他用户的干扰。cdma20001xEV-DO简介（1）

cdma20001xEV-DO系统通过与话音业务不同的独立载波提供高速数据业务，其前向链路数据速率最高可达2.4Mbps，反向链路数据速率最高可达153.6Kbps。cdma20001xEV-DO的射频特性和IS-95以及cdma20001x的射频特性一致，包括：码片速率相同，链路预算相兼容，网络设备和终端设备的射频设计等也相同。1xEV-DO在前向链路上采用了多项与cdma20001x差别较大的技术。

cdma20001xEV-DO简介（2）1xEV-DO系统前向链路的主要特点有：

采用时分多址方式

采用动态速率控制

采用快速自适应的调制编码

采用灵活的调度算法

采用快速小区交换

cdma20001xEV-DV简介（1）

DV的发展DV即指Data&Voice，意思是系统可同时支持高速分组数据业务和实时业务，在同一载波上传输实时、非实时和混合业务。2000年年底，关于形成了两个主要的框架技术提案通常称作1xTREME和L3QS。1xTREME由Motorola、Nokia等公司提出；L3NQS最初由LGE、LSI、Lucent、Qualcomm和Samsung提出，后来Nortel也加入进来，改称为L3NQScdma20001xEV-DV简介（2）DV的发展这两个技术提案基本思想相似，L3NQS采用了16QAM调制，1xTREME的调制最高阶采用了64QAM；具体物理层结构参数也有不少差别。经过评估融合，最终3GPP2在2002年5月通过了DV规范，该规范是在IS-2000的基础上，增加了支持高速的前向分组数据信道的内容，版本定为Rev.C。有关反向链路的规范也于2004年3月由3GPP2制定完成，版本为Rev.D。cdma20001xEV-DV简介（3）cdma20001xEV-DV系统中，前向链路最高速率可达3.1Mbps，反向链路最高速率可达1.8Mbps。在DV的前向中，话音和低速分组数据仍然使用F-FCH和F-SCH，仍然采用码分方式，并且进行功率控制。对于传送前向高速分组数据来说，DV中引入了前向分组数据信道（F-PDCH），该信道利用前向链路上除去公共开销和控制信道、F-FCH，F-SCH后剩余的功率和Walsh码资源，进行分组数据传输。对于数据用户，依然进行动态的速率控制。

DV技术cdma20001xEV-DV简介（4）DV技术在1xEV-DV系统中基站仍然广播式地发送导频信息，还需要广播Walsh函数信息，为数据传输作准备。系统中的语音用户，需要向基站发送功率控制信息。数据用户与1xEV-DO技术一样，需要向基站报告无线环境情况。EV-DV不再包括选定的数据速率，而是直接向基站报告当前的载波干扰比（C/I）以反映当前的信道质量。cdma20001xEV-DV简介（5）DV技术基站在收到语音用户和数据用户发送来的信息以后，需要分析无线资源的使用情况，首先将无线资源分配给语音用户，然后将剩余资源分配给数据用户，并用信令通知数据用户。1xEV-DV的这种工作方式与现有的1x系统的兼容性好，应用灵活，容易平滑过渡；同时又充分挖掘了无线资源的潜力，提高了数据传输速率。WCDMA技术标准WCDMA简介HSDPA简介WCDMA简介(2)

WCDMA系统一些主要的系统参数多址技术CDMA（直接序列扩频）信道带宽5MHz码片速率3.84Mcps双工方式FDD/TDD基站间同步方式异步/同步话音编码AMR话音编码帧长10ms下行链路扩频方式Walsh序列划分信道，Gold序列区分小区上行链路扩频方式Walsh序列划分信道，Gold序列区分用户相干检测下行链路：公共导频信道和用户专用的时分复用导频上行链路：用户专用的时分复用导频调制方式下行链路：QPSK上行链路：BPSK功率控制开环结合快速闭环功率控制（1.5KHz）信道编码卷积码、RS码和Turbo码发射分集方式（可选）空时发射分集STTD与时分发射分集TSTDWCDMA简介（3）系统带宽为5MHz、码片速率为3.84McpsWCDMA在5MHz的带宽内，采用码片速率为3.84Mcps的扩频码进行直接扩频采用了可变扩频因子和多码连接增加了多径分集，多径效应引起的信号衰落较小。支持频分双工（FDD）与时分双工（TDD）的工作模式

在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz的载波，在TDD模式只使用一个5MHz载波，这个载波在上下行链路之间时分共享。

WCDMA简介（4）支持异步基站操作WCDMA系统不像同步的IS-95系统那样需要使用一个全局时间参考量，不需要使用GPS接收机，使得基站的复杂度有所降低，室内小区和微小区基站的布置变得更简单。支持基于导频信号的相干检测

下行链路可以使用公共导频，或者使用用户专用的时分复用导频信号，实现相干解调使用专用导频信号使得在下行链路使用自适应天线成为可能WCDMA在上行链路也采用时分复用的导频信号，从而在上行链路实现相干解调，提升反向链路