移动通信课件第九章

第9章第三代移动通信系统9.1第三代移动通信系统简介9.2WCDMA移动通信系统9.3TD-SCDMA系统9.4CDMA20009.5第三代移动通信主流技术标准比较

移动通信的发展AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA模拟蜂窝移动通信系统1978年：美国贝尔实验室开发成功AMPS系统1987年：中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用国际主要标准：美国AMPS、欧洲TACS、NMT450/900、日本NTT/JTACS等。主要技术特点频分多址接入方式，以频段区分用户；调制方式：FM业务种类单一：话音业务保密性较差设备成本高、体积、重量大第一代移动通信系统数字蜂窝移动通信系统-GSM1982年，第一个数字蜂窝移动通信系统-GSM在欧洲投入商用，目前是全球最大的蜂窝移动通信系统；1994年，中国第一个全数字移动电话GSM系统建成开通；主要技术特点：FDMA结合TDMA接入方式，以频段和时隙区分用户;数字调制方式：GMSK、QPSK等;宏蜂窝/微蜂窝小区架构;业务种类逐渐丰富：话音业务、数据业务;通信安全保密性高;频谱效率高，系统容量大.第二代移动通信系统数字蜂窝移动通信系统-CDMA1995年，美国高通公司（Qualcomm）提出的CDMA技术的数字蜂窝移动通信系统cdmaIS-95在中国香港投入运营2002年，中国联通CDMA移动通信网正式开通使用地区：北美、韩国、中国等地区主要技术特点CDMA接入方式软容量、软切换话音激活、功率控制等技术通信安全保密性高频谱效率高、系统容量大、终端功耗低第二代移动通信系统第三代移动通信系统3G基本概念第三代移动通信系统是一种采用宽带CDMA，能提供多种类型、高质量的移动宽带多媒体业务；第三代移动通信系统能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与因特网相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。3G主流标准WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMax3G主要特点宽带CDMA技术支持移动多媒体业务高频谱效率FDMA/TDMA/CDMA从电路交换到分组交换从媒体（media）到多媒体（Multi-media）高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构第三代移动通信系统IMT-2000系统目标与基本要求全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游….满足各种运动状态（静止、步行和车载）下的多媒体业务需求更高的频谱利用率提供QoS保障的业务降低终端功耗、成本保密性能进一步提高保证一定后向兼容移动通信第三代系统支持多媒体数据业务室内环境至少2Mbps室内外步行环境至少384kbps室外车辆运动中至少144kbps卫星移动环境至少9.6kbps支持可变速率语音AMR:4.7Kb/s-12.2Kb/s传输速率能够按需分配满足不同业务的延时要求适应上下行链路不对称需求第三代移动通信系统RTT要求IS-136DECTIMT-DSCDMADSCDMA2000TD-SCDMAIMT-TDCDMATDDIMT-MCCDMAMCWCDMAUMTSFDDUMTSTDDIMT-SCTDMASCIMT-FTFDMA/TDMAIMT–2000无线接口标准WimaxIEEE802.16xIMT-2000的标准化历程1985年，ITU提出FPLMTS-FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem（第三代移动通信系统）世界无线电大会WRC92在2GHz频段分配了230MHz频段1885MHz―2025MHz2110MHz―2200MHz1996年，FPLMTS正式更名为IMT-2000工作在2000MHz左右频段最高数据速率2000Kbps预期在2000年左右商用1998年6月30日前，ITU收到IMT-2000的10种RTT提案1999年11月5日，ITU在赫尔辛基会议通过5种RTT技术。ITU日本韩国中国美国欧洲美国第三代移动通信标准化组织第三代移动通信标准化组织标准化组织IMT-2000的网络采用了“家族概念”，受限于家族概念，ITU无法制定详细协议规范；3GPP和3GPP2两个标准化组织来推动制定和实施3G标准3GPP(3thGenerationPartnerProject)成立于1998年12月，总部在欧洲研究制定并推广基于演进的GSM核心网3G标准成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、韩国TTA、美国的T1P1及中国的CCSA等.3GPP2成立于1999年1月，总部在美国研究制定并推广以ANSI-41核心网3G标准；成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、韩国TTA、美国的TIA及中国的CCSA（中国通信标准化协会）等。第三代移动通信标准化组织ETSI：欧洲电信标准协会ARIB：日本无线工业及商贸联合会TTC：日本电信技术委员会TTA：韩国电信技术协会T1P1：美国ANSI下的T1P1组负责IMT-2000的研究TIA：美国通信工业协会CCSA：中国通信标准化协会CWTS:中国无线通信标准研究组三种主要技术体制比较制式WCDMAcdma2000TD-SCDMA采用国家欧洲，日本美国，韩国中国继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步同步码片速率3.84McpsN1.2288Mcps1.28Mcps信号带宽5MHzN1.25MHz1.6MHz空中接口WCDMACdma2000兼容IS-95TD-SCDMA核心网GSMMAPANSI-41GSMMAPIMT-2000频谱分配(MHz)1992年WRC-92为IMT-2000分配230MHz核心频段上行18852025MHz下行21102200MHz其中，19802010MHz（地对空）和21702200MHz（空对地）用于移动卫星业务；上下行频带不对称，主要考虑可使用双频FDD方式和单频TDD方式。欧洲频谱陆地通信：19001980MHz，20102025MHz和21102170MHz，共计170MHz。IMT-2000频谱分配2000年WRC2000批准新的附加频段806-960MH，1710-1885MHz和2500-2690MHz，中国增加了2300-2400MHz频段FDD模式使用频谱上行：1920-1980MHz下行：2110-2170MHzTDD模式使用频谱上下行：1900-1920MHz和2010-2025MHz3G演进策略图9.43G演进图GSM向WCDMA的演进策略核心网部分是平滑的！空中接口的变化是革命性！IS-95向CDMA2000的演进策略图9.6IS-95向CDMA2000的演进策略在制定CDMA2000标准时，已经充分考虑了保护运营商的投资，很多无线指标在2G和3G中是相同的。对BTS来说，天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分是可以再利用的，而基带信号处理部分则必须更换。CDMA20001XEV的演进方向包括：CDMA20001XEV-DO：仅支持数据业务CDMA20001XEV-DV：同时支持数据和话音业务IS-95向CDMA2000的演进策略9.2WCDMA移动通信系统UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统，即WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread。WCDMA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。因此WCDMA具有先天的市场优势。UMTS是IMT-2000的重要成员，主要由欧洲和日本等国家和地区的移动通信设备供应商提出的。一、UMTS的系统结构用户设备（UserEquipment，UE）

无线接入网络（RadioAccessNetwork，RAN）：处理所有与无线有关的功能。核心网络（CoreNetwork，CN）：处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN分为电路交换域（CircuitSwitchedDomain,CS）和分组交换域（PacketSwitchedDomain,PS）

系统结构用户设备UE和UTRAN（UMTS的陆地无线接入网络）由全新的协议构成，其设计基于WCDMA无线技术。CN则采用了GSM/GPRS的定义，这样可以实现网络的平滑过度。二、WCDMA系统网络结构1.系统网络结构图9-28（书P354）用户终端设备（UE，UserEquipment）用户终端设备它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等；UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通语音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）。

用户设备（ME，TheMobileEquipment），提供应用和服务；用户业务识别单元（USIM，TheUMTSSubsriberModule），提供用户身份识别。无线接入网

（UTRAN，UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）

包含一个或几个无线网络子系统（RNS）。一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和一个或多个基站（NodeB）组成。核心网络（CN，CoreNetwork）

移动交换中心/访问位置寄存器（MSC/VLR）：是WCDMA核心网CS域功能节点，主要功能是提供CS域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。网关MSC节点（GMSC）：是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。服务GPRS支持节点（SGSN）：是WCDMA核心网PS域功能节点，主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。网关GPRS支持节点（GGSN）：是WCDMA核心网PS域功能节点，主要功能是同外部IP分组网络的接口功能。原籍位置寄存器（HLR）：是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点，主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能外部网络（Externalnetworks）电路交换网络（CSnetworks）：提供电路交换的连接，像通话服务。ISDN和PSTN均属于电路交换网络；分组交换网络（PSnetworks）：提供数据包的连接服务，Internet属于分组数据交换网络。

WCDMA有两种接入模式FDD：上行和下行链路采用两个不同频率的载波工作的双工模式；

TDD：上行和下行链路采用两个不同时隙来区分、在相同的频段上工作的双工模式，即上、下行链路的信息是交替发送的。WCDMA网络模型图WCDMA网络模型9.3TD-SCDMATD-SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，该标准是由中国独自制定的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和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。一、概述TD－SCDMA系统设计思想建立在GSM网络基础上逐步向第三代系统过渡，支持系统的平滑演进和业务的发展同步。GSM网络和第三代网络共存，基站控制器（BSC）被连接到无线网络控制器（UMSC）。网络升级到完全基于第三代的网络，提供所有第三代的业务。二、TD-SCDMA系统技术特点时分双工（TDD）模式智能天线上行同步（UplinkSynchronization）联合检测（JointDetection）软件无线电（SoftwareRadio）接力切换（BatonHandover）基站与终端技术1.时分双工（TDD）模式根据不同业务，上下行链路间转换点的位置可任意调整，可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量；TD-SCDMA采用不对称频段，无需成对频段;单个载频带宽为1.6MHz，帧长为5ms，每帧包含7个不同码型的突发脉冲同时传输，在频谱安排上有很大灵活性;TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，可达到提高性能、降低成本的目的;TDD系统设备成本低，无收发隔离的要求，其成本比FDD系统低20%～50%.TDD系统的主要缺陷采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差，因此ITU要求TDD系统用户终端移动速度为120km/h，FDD系统为500km/h。TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离（小区半径）较小，一般不超过10km，而FDD系统的小区半径可达数10km。2.智能天线技术智能天线采用波束成形技术，方向图随移动台的移动而动态跟踪（基站装配智能天线）。由于它的波束很窄，对其他用户的干扰很小，大大提高了系统容量。智能天线技术能够提高系统的容量，扩大小区的最大覆盖范围，减少移动台的发射功率，提高信号的质量并增大传输数据速率。3.上行同步（UplinkSynchronization）

移动台动态调整发往基站的发射时间，使上行信号到达基站时保持同步，保证了上行信道信号的不相关，降低了码间干扰，使系统的容量由于码间干扰的降低大大提高，提高了CDMA系统容量，提高了频谱利用率，同时基站接收机的复杂度也大为降低；缺点是系统对同步的要求非常严格，上行的同步要求为1/8码片宽度，网络同步要求为5μs。一旦同步破坏，将导致通信阻塞和严重干扰。4.联合检测（JointDetection）联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是TD－SCDMA系统中使用的又一重要技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可从而大幅度降低多径多址干扰。联合检测技术把同一时隙中多个用户的信号及多径信号一起处理，充分利用用户信号的用户码、幅度、定时、延迟等信息，精确地解调出各个用户的信号，结合使用智能天线和多用户检测，可获得理想效果。5.软件无线电（SoftwareRadio）软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术，能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件，可实现不同的业务性能。其优点：通过软件方式，灵活完成硬件功能；良好的灵活性及可编程性；可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能；对环境的适应性好，不会老化；便于系统升级，降低用户设备费用。6.接力切换（BatonHandover）TD-SCDMA系统的基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位和距离信息，判断手机用户现在是否移动到应该切换给另一基站的临近区域。如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换成功率，降低切换时对临近基站信道资源的占用，大大提高了系统容量。在切换时可根据系统需要，采用硬切换或软切换的机理。7.基站与终端技术基站：高集成度、低成本设计，采用TD－SCDMA的物理层和基于修改的GPRS业务。用户设备（UE）：采用双频双模（GSM900和TD－SCDMA）用户设备，支持TD－SCDMA系统内切换，支持TD－SCDMA系统到GSM系统的切换。在TD－SCDMA系统覆盖范围内优先选择TD－SCDMA系统；在TD－SCDMA系统覆盖范围以外，采用现有的GSM系统。基站基站采用3载波设计，每载波带宽1.6MHz，其占用5MHz带宽；采用低中频数字合成技术，以解决多载波的有关问题；公用一套智能天线，达到增强所需信号，抑制干扰信号，成倍扩展通信系统容量的目的；公用射频收发信机单元；基于软件无线数字信号处理技术；低功耗设计，每个载波基站耗电不超过200W；具有高可靠性、可维护性等特点。用户设备（UE）TD－SCDMA系统采用双频双模UE，GSM-900MHz和TD－SCDMA-2000MHz；采用固定台和车载台，多载波工作，外接天线，提供速率384kbit/s～2Mbit/s数据业务；UE有6个发射功率等级；使用GSM的SIM卡；语音编译码，GSM/3G，8kbit/s；用户设备数据接口或大尺寸LCD显示屏幕；TD－SCDMA系统的价位，平均每户价格将比GSM扩容降低至少20％，与GSM系统同基站安装不需另投资。9.4CDMA2000CDMA2000也称为CDMAMulti-Carrier，由美国高通公司为主导提出，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CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。CDMA20001XEV-DOCDMA20001XEV-DO技术是美国高通公司CDMA2000家族标准的一员，同时经ITU的批准，它还是IMT-2000标准系列的一部分。1X表示该产品是CDMA2000家族的一员，EV表示系统演进，DO表示数据优化，以使分组通信达到最高性能。1XEV-DO是CDMA20001X技术向提高分组数据传输能力方向的演进。它是在独立于CDMA20001X的载波上向移动终端提供高速无线数据业务，不支持话音业务。

CDMA20001XEV-DO主要关键技术前向链路时分复用速率控制自适应调制编码技术混合自动重传请求技术(H-ARQ)调度程序使射频资源发挥最大效能第三代移动通信主流技术标准比较

指标WCDMATD-SCDMACDMA2000载波间隔（MHz）51.61.25码片速率（Mcps）3.841.281.2288帧长（ms）1010（分为两个子帧）20基站同步不需要需要需要,典型方法是GPS功率控制快速功率控制：上、下行1500Hz0～200Hz前向：慢速、快速功率控制反向：800Hz下行发射分集支持支持支持频率间切换支持，可用压缩模式进行测量支持，可用空闲时隙进行测量支持信道估计公共导频DwPCH、UpPCH、Midamble（中间码）前向、反向导频编码方式卷积码Turbo码卷积码Turbo码卷积码Turbo码主流技术比较（1）WCDMA即宽带CDMA技术，其扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz。