第三代移动通信系统简介

第二部分第三代移动通信系统简介

第三代移动通信系统

2/4/202313G-32.导论2.1第三代移动通信系统的发展历史2.2第三代移动通信系统的无线接口标准2.3无线接口与核心网的关系2.4第三代移动通信网络标准化现状及发展趋势2.5TD-SCDMA第三代移动通信2.63G传输网2.7第三代移动通信系统的应用2/4/202323G-32.13G的发展历史(1)全球普及和全球无缝漫游系统—第三代移动通信系统应在全球范围内覆盖的系统，使用共同的频段，全球统一标准第三代移动通信系统的目标是：1996年更名为IMT-2000第三代移动通信系统的概念由ITUTG8(TechnicalWorkingGroup8)

/1在1985年提出，命名为FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统）2/4/202333G-3(2)具有支持多媒体业务的能力，特别是支持因特网业务(7)高保密性FPLMTS-FuturePublicLandMobileTelephoneSystemIMT-2000-InternationalMobileTelecommunications2000(6)低成本(5)高的服务质量(4)实现高频谱效率的频谱分配(3)第二代移动通信到第三代移动通信的平滑过渡2/4/202343G-3IMT-2000的特点对于第三代无线传输技术(RTT)提出了支持高速多媒体业务(高速移动环境：144Kbps，室外步行环境：384Kbps，室内环境：2Mbps)IMT-2000的特点是可提供多种业务，特别是含有高比速分组数据(high-bit-ratepacketdata)的多媒体业务。比如，无线Internet网页搜寻；Intranet数据/文件下载；可视电话会议；娱乐（CD质量的语音图像，图片，游戏）；电子邮件；电子商务；远程控制；远程监视等而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它应能支持话音、分组数据及多媒体业务，能根据需要提供带宽2/4/202353G-31985年，提出未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS)3G标准发展大事记1991年，国际电联ITU正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制订工作1992年，国际电联召开世界无线通信系统会议WARC，对FPLMTS的频率进行了划分，这次会议成为第三代移动通信标准制订进程中的重要里程碑1998年6月，ITU共收到了15个有关第三代移动通信无线接口的候选技术方案1999年10月，在芬兰赫尔辛基召开的ITU-RTG8/1最终完成IMT-2000无线接口规范建议(IMT.RSPC)的无线接口技术标准。2000年：完成IMT－2000全部网络规范2/4/202363G-3WP8A/B/D/F工作组后IMT-2000则指IMT-2000的长期(5-10年)演进阶段，也是有些人称为“第四代”的阶段。但ITU强烈呼吁不要使用“第四代移动通信”这个术语与此同时ITU－T也正在探讨成立新的研究组加强ITU－T在IMT－2000增强型及后IMT－2000技术核心网ITU－RTG8/1工作组完成了其最终使命,予1999年10月撤消，取而代之的是新成立的WP8A/B/D/F工作组。其中，WP8F组开始IMT－2000增强型及后IMT－2000(BeyondIMT－2000System)这两个近、中期和长期的研究计划2000年5月在ITU－R2000年无线电全会正式批准和通过的M1457建议陆地移动业务的

WP8A:Workingparty8A2/4/202373G-3WP8F的职责(d)保持与其他标准化组织(SDO)的合作关系SDO-ANSI下属标准开发组织:StandardsDevelopingOrganizations(c)负责与ITU－T、ITU－D在IMT－2000及后续系统有关问题的联络；(b)更新现有IMT－2000有关建议的主导组，其中卫星部分与WP8D密切配合；(a)负责IMT－2000及后续系统的总体研究；负责IMT－2000及后续系统地面部分的研究；与WP8D密切配合进行IMT－2000及后续系统卫星部分的研究；2/4/202383G-3WP8F的研究课题(a)IMT－2000及“后IMT－2000”系统的研究，包括：(d)如何使无线通信技术满足发展中国家的需求(c)自适应天线；(b)在移动系统的IP应用；PartB－SystemsbeyondIMT－2000；PartA－FuturedevelopmentofIMT－2000；2/4/202393G-3WP8F下设6个工作组和一个特设组:WG－SATCOORD(卫星协调)以及ITU－T特设小组WG－SPEC(频谱)；WG－DEV(发展中国家对IMT－2000的需求)工作组；WG－CIRC(IMT－2000终端全球认证)工作组；WG－RTECH(无线技术)工作组；WG－VSION(远期目标)工作组2/4/2023103G-32.2

3G无线接口标准赫尔辛基会议通过的IMT-2000无线接口技术规范建议(IMT.RSPC)将无线接口的标准明确为以下5个标准：TDMA技术：

IMT-2000TDMASC对应UWC-136

IMT-2000FDMA/TDMA对应DECTUTRA-UMTSTerrestrialRadioAccessCDMA技术：IMT-2000CDMADS对应WCDMA

IMT-2000CDMAMC对应cdma2000

IMT-2000CDMATDD对应TD-SCDMA和UTRATDD2/4/2023113G-32/4/2023123G-3IMT-2000无线接口标准ITU又进一步将5个标准简化为IMT-DS、IMT-MC、IMT-TD、IMT-SC和IMT-FTWCDMAcdma2000TD-SCDMAUWC-136DECT2/4/2023133G-33GPP与3GPP2目前在ITU-R的WP8F和ITU-T的WP3/11分别进行无线接口和核心网的研究工作此外，成立了两个跨区域标准化组织联合体—第三代伙伴项目3GPP(Third-GenerationPartnershipProject):3GPP—由欧洲ETSI、日本ARIB/TTC、美国ANSI下的T1P1、韩国TTA和中国CWTS构成

3GPP2—由美国TIA、日本ARIB/TTC、韩国TTA和中国CWTS构成ETSI-EuropeanTelecommunicationsStandardInstituteARIB-AssociationofRadioIndustriesandBusinesses(Japan)TTC-TelecommunicationsTechnologyCommittee(Japan)TTA-TelecommunicationsTechnologyAssociation(Korea)2/4/2023143G-3第三代移动通信标准化格局CWTS2/4/2023153G-3ITU的家族概念而两个“家族成员”网络之间的互连互通将通过网络-网络接口(NNI)来完成，ITU已制订该接口的技术要求除了无线接口外，无线接入网和核心网两部分的标准化工作主要由“家族成员”内部进行标准化家族成员主要有两个：一个是基于GSMMAP网络，另一个基于ANSI-41的核心网，分别由3GPP和3GPP2进行标准化ITU在1997年定义了“IMT－2000家族概念”。它为移动通信运营公司向三代系统演进提供了多种选择，有利于充分利用现有网络设施，也为新运营公司进入移动市场创造了条件2/4/2023163G-3IMT-2000CDMADS支持该方案的组织有

ATIS,T1P1,WINS,ETSI,ARIBATIS-AllianceforTelecommunicationIndustrySolutionsWINS

–WirelessISDNMultimediaServices

无线综合业务数字网络多媒体业务宽带CDMA(WCDMA)是最有希望的换代方案，其空中接口和GSM固定网相结合。这是因为GSM网络已建立在全球110多个国家，并支持相互之间的漫游IMT-2000CDMADS(IMT-DS)是3GPP的WCDMA技术与3GPP2的cdma2000技术的直接扩频部分(DS)融合后的技术，仍称为WCDMA。此标准将同时支持GSMMAP和ANSI-41两个核心网络。2/4/2023173G-3IMT-2000CDMAMC为了进一步加强cdma2000-1X的竞争力，3GPP2从03年初开始又在cdma2000-1X基础上制定1X的演进技术，即1XEV的标准cdma2000-1X由于容量比cdmaOne高一倍，可支持144kbps数据速率，且与IS-95A/B完全兼容等因素，受到所有窄带CDMA运营商的青睐IS-95

CDMA技术(cdmaOne)向第三代演进将是另一个主流方向，从IS-95A直接演进到cdma2000-1X将是大多数窄带CDMA运营商采取的技术路线IMT-2000CDMAMC(IMT-MC)，即cdma2000。在融合后，只含多载波方式:即1X、3X、6X、9X等。此标准也同时支持ANSI-41和GSMMAP两大核心网2/4/2023183G-3IMT-2000CDMATDDIMT-2000CDMATDD(IMT-TD):目前实际上包括了低码片速率TD-SCDMA和高码片速率UTRATDD(TD-CDMA)两个技术。两个技术的物理层完全分开，分别采用我国CWTS和3GPP的两套技术规范目前的两个CDMATDD技术既没有融合为一个标准，也不是两个完全不同的标准。已经具备了进一步融合的基础，融合后才可称为融合的CDMATDD标准目前这两个技术已进行了部分关键内容的融合，包括：

(1)码片速率3.84Mcps和1.28Mcps(3.84Mcps的1/3)；

(2)层2、层3基本一致，采用3GPP的技术规范，定义了部分兼容，以便制定兼容TD-SCDMA的相应扩展协议2/4/2023193G-32.3无线接口与核心网的关系②ANSI-41+cdma2000—由3GPP2制定标准。无线接口99年底完成，网络部分2000年完成。cdmaOne与cdma2000业务的运营者对此路线比较感兴趣。

IMT-2000CDMA无线接口技术与核心网的关系①GSMMAP+WCDMA/CDMATDD—3GPP制定标准。无线接口99年完成，网络部分2000年完成。GSM运营者和日本DoCoMo会沿着此路线发展从核心网的角度看，主要采用了在第二代两大核心网GSMMAP和ANSI-41的基础上演进的路线。一般来讲，有两大发展和演进路线：（续）2/4/2023203G-3发展路线的演进④GSMMAP+cdma2000—主要在cdma2000无线接入网部分增加兼容GSMMAP核心网的相关内容。由3GPP配合3GPP2来制定③ANSI-41+WCDMA/CDMATDD—主要在WCDMA无线接入网部分增加兼容ANSI-41核心网的相关内容。目前这部分由3GPP2配合3GPP来制定。

3G标准要求无线3G接口和核心网络能够相互独立，即不同的核心网络以标准的接口可灵活接入不同的无线接口。即增加了另外两条发展路线：

3G演进的策略的主要方案有：保证业务的连续性的增强网络方案；建立全新核心网和平台叠加网络方案；及全IP网络演进2/4/2023213G-32.4

3G网络标准化图为ITU定义的IMT-2000的功能子系统和接口。由图可见，IMT-2000系统由终端(UIM+MT)、无线接入网(RAN)和核心网(CoreNetwork)三部分构成。除了无线接口外，无线接入网和核心网两部分的标准化工作对IMT-2000整个系统和网络来说是非常重要的

2/4/2023223G-3网络功能模型特征③区别IMT－2000的基本功能与NI(互联)功能②区别收发信控制、网络业务接入呼叫/连接控制和移动端到CN的无线接入链控制①区别移动端功能(UIM/MT)与网络端功能(RAN/CN)网络功能模型具有如下特征：而两个“家族成员”网络之间的互连互通将通过网络-网络接口(NNI)来完成，ITU正在制订该接口技术要求根据ITU定义的“家族概念”，这两部分的标准化主要由“家族成员”内部进行标准化。目前的家族成员主要有两个，一个基于GSMMAP网络，另一个基于ANSI-41的核心网，分别由3GPP和3GPP2进行标准化2/4/2023233G-3第一阶段RAN与CN标准化IMT-2000的无线接入网络RAN与核心网CN的标准化主要由基于GSMMAP网络和基于ANSI-41两类此两大网络与IMT-2000的三个主流CDMA无线接口技术的对应关系见图2/4/2023243G-33GPP/3GPP2标准化工作除了ITU之外，两个跨区域标准化组织联合体，即两个第三代伙伴项目3GPP和3GPP2进行了详细的标准化工作目前在ITU-R的WP8F和ITU-T的WP3/11分别进行无线和核心网的研究工作在第三代移动通信标准化活动中，ITU一直起着领导和引导作用，且为标准的融合起了重要的作用目前标准可以允许任意无线接口同时兼容两个核心网络，也就是通过在无线接口定义相应的兼容协议，通过各系统标准的RAN-CN接口，接入不同的核心网2/4/2023253G-33GPP的版本更新

R4在核心网部分的主要是在电路域将承载与控制分开，这也是迈向全IP的第一步

R4的主要特征是完成了由我国提交的TD-SCDMA技术(也称低码片速率LCRTDD，)在3GPP的标准化，这对于TD-SCDMA来讲，无疑又是一个里程碑2001年9月修订的R99版本，但是强调不应对R99版本的实质内容再进行修改，以免影响产品的商用化时间

2000年3月通过的R99是最成熟的版本。其特点是采用基于GSM/GPRS的核心网络，引入新的WCDMA和CDMATDD的无线接入网络(RAN)。

3GPP目前已经存在四个版本，R99(有时也称作R3版本)、R4、R5、R6版本，且都在不断地进行更新2/4/2023263G-3实现真正的全IP③3GPP对于第三代增强技术的研究也获得了成果，提出了高速下行分组接入(HSDPA)技术。该技术可提供更高的下行数据速率，最高可达到10Mbit/sR6中希望能够实现真正的全IP，即采用IP结构完全替代传统电路交换方式，并解决互通、漫游等问题。此外，还就无线接入网络结构的IP化，WLAN与移动通信结合等问题进行讨论。②核心网络定义了多媒体子系统（IMS），以分组域作为承载传输，更好地控制实时和非实时多媒体业务；①无线接入网络部分定义了采用IP传输的可选方式，并可实现与ATM之间的互通；R5是在2002年3月发布的，主要的特点包括三个方面：2/4/2023273G-33GPP的标准化进展通过无线接入网络新定义的Iu接口，与核心网连接。Iu接口包括支持电路交换业务的Iu-CS和支持分组交换的Iu-PS两部分，分别实现电路和分组型业务由图可见，核心网基于GSM的电路交换网络(MSC)和分组交换网络(GPRS)平台，实现第三代网络的演进3GPP标准的核心网将完全在第二代MSC+GPRS的网络基础上演进，而无线接入网(RAN)则是全新的3GPP主要制定基于GSMMAP核心网，WCDMA和CDMATDD为无线接口的标准，称为UTRA。其路线为：GGSMMAP+WCDMA/CDMATDD。同时，也在无线接口定义与ANSI-41核心网兼容的协议，实现路线：GANSI-41+WCDMA/CDMATDD2/4/2023283G-3基于GSM核心网的第三代系统VMSC-VisitMobileSwitchingCenterGMSC-GatewayMobileSwitchingCenterSGSN-ServiceGPRSSupportNode，GGSN-GatewayGPRSSupportNode2/4/2023293G-3UTRA无线接入网络的构成目前定义的Iu,Iub和Iur接口协议的传输网络层规定了ATM和IP两种方式，提供开放的Iub接口，供运营者和厂家选择无线接入网由RNC和节点B两个物理实体构成，分别对应第二代网络的BSC和BTS。新定义的A10、A11接口采用IP协议A接口在原来的基础新增加了支持移动IP的A10、A11协议，核心网部分则引入新的分组交换节点接入IP网络，以支持IP业务，同时电路型业务仍然由原来的MSC支持UTRA-UniversalTelecommunicationRadioAccess：原来的“U”是指UMTS，由于UMTS没有在3GPP被接受，所以改为了Universal，指3GPP定义的两种无线接口。即UTRAFDD(WCDMA)和UTRATDD(含TD-SCDMA/LCRTDD和HCRTDD)。2/4/2023303G-3核心网与无线网络接口RNS-RadioNetworkService，无线电网络业务用于处理信令RNC-RadioNetworkControllerundertheUMTSsystemUMTS系统下的无线网络控制器IurIuPSPSTN/ISDNIPRNCNodeBIubNodeBRNCNodeBIubNodeBIuCSMSC/VLRGMSCSGSNGGSN电路域分组域RNS2/4/2023313G-33GPP2的版本更新

3GPP2主要制定基于ANSI-41核心网，对应的无线接口标准为cdma2000，即ANSI-41+cdma2000。同时也在无线接口定义与GSMMAP核心网兼容的协议，实现相应路线GSMMAP+cdma2000IETF-TheInternetEngineeringTaskForce（互联网工程任务组）国际互联网标准的制定者和维护者，1986年正式成立

前正在进行商用化准备的标准主要基于Release0和ReleaseA两个版本。由于基于cdmaOne的现有标准和IETF的技术规范，标准成熟性较3GPP好对于3GPP2来讲，版本也比较多，目前有Release0、A和B三个版本，且这些版本也一直在不断更新。基于全IP的ReleaseC也在研究中2/4/2023323G-33GPP2的标准化从2000年3GPP2开始研究cdma2000-1X的增强型技术1XEV(1XEvolution)。1XEV演进分为两个阶段99年3GPP2完成了cdma2000-1X(单载波)和cdma2000-3X(多载波)无线接口的标准第一阶段叫1XEV-DO(DataOnly)，于2000年9月完成标准化。可支持2.4Mbps速率。已具备商用化条件第二阶段叫1XEV-DV(DataandVoice)，该标准可支持5Mbps以上速率。原计划2001年9月确定，但两次投票，均没有结果，所以3GPP2将不得不继续研究如何确定1XEV/DV的技术标准。顾名思义它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据，目前已有多种候选方案2/4/2023333G-3基于ANSI-41网的cdma2000系统

短消息

核心网电路域

核心网分组域

智能网

无线部分

PDSN/FA

BSC

PCF

HA

IP

AAA

VLR

MSC/

SSP

HLR/AC

PSTN/

ISDN

IP

SCP

MC

WAP网关

BTS

BSC

BTS

PCF

BTS

A10、A11A8、A9A1、A2A3、A7IS-95Cdma2000-1X,3X2/4/2023343G-3IMT-2000核心网络发展未来无线基站(BTS)也将可以通过IP协议直接接入“全IP核心网络”，原BSC、MSC、HLR、VLR、AC等功能都将由这一网络上的一个服务器或数据库来实现现在无论是3GPP还是3GPP2，都接受了“全IP网络”的概念，并明确作为标准化的指导思想从无线接入网来看，3GPP的UTRA采用了全新的接口协议，在传输层采用了ATM方式，同时提出了ATM和IP两种协议作为可选从IMT-2000第一阶段标准化方式，是完全在第二代核心网基础上，引入第三代移动通信无线接入网络，通过电路交换和分组交换并存的网络实现电路型话音业务和分组数据业务。充分体现了网络平滑演进的思想2/4/2023353G-32.5

3G的TD-SCDMA标准我国提出的TD-SCDMARTT建议，通过一年多的完善和融合，已经成为ITUIMT-RSPC(TG-8/1输出文件)的一个组成部分。TDD系统有如下特点：·TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；·

TDD适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；·

TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；·

TDD系统设备成本较低，可能比FDD系统低20%-30%TD-SCDMA-Time-divisionSynchronousCDMA

2/4/2023363G-3FDD与TDD·终端移动速度—目前ITU要求TDD系统达到120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h；

·小区半径—FDD的小区半径完全由发射功率和传播条件确定，没有限制；而TDD系统则要考虑上下行时隙的保护时间，也就规定了最大小区半径。TD-SCDMA系统最大小区半径为10km左右预测3G是一个共同的网络，FDD技术的无线基站用来完成全球无缝覆盖，TDD技术基站用来在城市人口集中地区提供高密度和容量的话音、数据及多媒体业务ITU为FDD模式及TDD模式分别划分了不同的频段，在将来的组网上，两种模式将共存于3G网络不会冲突TDD系统的主要问题是在如下两个方面：2/4/2023373G-3

两种TDD标准物理层参数和特性比较

2/4/2023383G-3两个CDMATDD性能比较比较两个CDMATDD物理层标准：UTRATDD和TD-SCDMA，可见

TD-SCDMA技术所提供的高性能主要表现在高的频谱利用率方面TD-SCDMA还是一种低成本的系统。达到高性能和低成本的主要原因是TD-SCDMA使用了如下主要技术：1.智能天线—可以极大的降低多址干扰、提高系统容量、提高接受灵敏度、降低发射功率和降低无线基站成本

2.上行同步—它可以简化基站硬件，降低无线基站成本。3.软件无线电—实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理，是此系统可以灵活地使用新技术的关键2/4/2023393G-3TD-SCDMA特点支持与传统系统间的切换功能—TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备，小区规划，操作系统，账单系统等系统设备成本低—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支持高速移动通信—TD-SCDMA系统在移动速度为250km/h和UMTS移动环境下，可以正常工作频谱灵活性强—仅需单一的1.6MHz频带就可提供速率达2Mbps的业务需求频谱利用率高—针对不同的业务在传输中设置一个上行和下行链路的转换点。对于互联网传输业务，采用“不对称”转换，对于语音业务，可用“对称”转换2/4/2023403G-3TD-SCDMA已成为唯一TDD标准目前，中国的大唐电信集团和德国西门子正在紧密合作开发TD-SCDMA系统并进行通信试验但是，另一个TDD模式的TD-CDMA的主要提出者德国西门子公司已宣布放弃其TD-CDMA计划，使得TD-SCDMA成为事实上唯一的TDD标准，TDD的频段也将为其独享目前这两个技术在物理层完全分开，分别采用两套技术规范。ITU建议IMT－2000CDMATDD中基于高码片速率的ETSIUTRA建议的第二种操作模式TD－CDMA，与低码片速率的TD－SCDMA进行协调2/4/2023413G-32.63G传输网的特征

与技术方案选择

1、带宽需求：我们知道传输网是电信网的基础，因此3G传输网在3G网络发展中扮演着重要角色，移动通信系统由接入网和核心网组成，从移动终端（MS，如手机）到基站（NodeB）的通信是通过无线连接的，从基站（NodeB）到基站控制器（GSM系统叫BSC，WCDMA中叫RNC）的通信是有线连接的，第二代移动通信中的信号为TDM方式，有1到2个E1带宽足够，而WCDMA系统通过ATM口连接，带宽需求大得多

2/4/2023423G-32.63G传输网的特征与技术方案选择2、接口类型：对3G传输接口类型要求都是基于ATM接口，NodeB与RNC及RNC与MSC之间的接口E1/T1IMA(InverseMultiplexingforATM)ATM反向复用口、STM-1(4)接口，因此3G的边缘传输网接口需求在基于ATM的E1/T1IMA口、STM-1(4)接口2/4/2023433G-32.63G传输网的特征与技术方案选择3、3G业务承载分析：SDH、IP、ATM三种传输方式针对不同业务有各自最佳代适用场合，但是3G除承载话音外，更多是数据业务，用SDH和ATM传输成本较高；用IP虽便宜但类型较少（主要有两种，低速10M/100M和高速率GE/10GE业务），所以同时传输多种业务的多业务传输设备（MSTP）将肩负起3G信号传输重任。

2/4/2023443G-32.63G传输网的特征与技术方案选择4、应对3G的边缘网络解决方案：3G传输网建设重点是负责基站业务传输的边缘传输网络，3G承载主要是宽带业务，其流量具有统计特性，因此3G边缘传输网络必须具备统计复用特性，以往的STM-1(4)已无法满足3G的传输需求，这样STM-16速率的MSTP设备将成为3G传输接入层的首选。2