移動通信課件第九章

第9章第三代移動通信系統9.1第三代移動通信系統簡介9.2WCDMA移動通信系統9.3TD-SCDMA系統9.4CDMA20009.5第三代移動通信主流技術標準比較

移動通信的發展AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC第一代80年代模擬第二代90年代數字第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驅動需求驅動模擬技術數字技術語音業務寬帶業務TD-SCDMA模擬蜂窩移動通信系統1978年：美國貝爾實驗室開發成功AMPS系統1987年：中國首個TACS制式模擬移動電話系統建成商用國際主要標準：美國AMPS、歐洲TACS、NMT450/900、日本NTT/JTACS等。主要技術特點頻分多址接入方式，以頻段區分用戶；調制方式：FM業務種類單一：話音業務保密性較差設備成本高、體積、重量大第一代移動通信系統數字蜂窩移動通信系統-GSM1982年，第一個數字蜂窩移動通信系統-GSM在歐洲投入商用，目前是全球最大的蜂窩移動通信系統；1994年，中國第一個全數字移動電話GSM系統建成開通；主要技術特點：FDMA結合TDMA接入方式，以頻段和時隙區分用戶;數字調制方式：GMSK、QPSK等;宏蜂窩/微蜂窩小區架構;業務種類逐漸豐富：話音業務、數據業務;通信安全保密性高;頻譜效率高，系統容量大.第二代移動通信系統數字蜂窩移動通信系統-CDMA1995年，美國高通公司（Qualcomm）提出的CDMA技術的數字蜂窩移動通信系統cdmaIS-95在中國香港投入運營2002年，中國聯通CDMA移動通信網正式開通使用地區：北美、韓國、中國等地區主要技術特點CDMA接入方式軟容量、軟切換話音激活、功率控制等技術通信安全保密性高頻譜效率高、系統容量大、終端功耗低第二代移動通信系統第三代移動通信系統3G基本概念第三代移動通信系統是一種采用寬帶CDMA，能提供多種類型、高質量的移動寬帶多媒體業務；第三代移動通信系統能實現全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與因特網相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類的通信系統。3G主流標準WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMax3G主要特點寬帶CDMA技術支持移動多媒體業務高頻譜效率FDMA/TDMA/CDMA從電路交換到分組交換從媒體（media）到多媒體（Multi-media）高保密性全球范圍無縫漫游系統微蜂窩結構第三代移動通信系統IMT-2000系統目標與基本要求全球統一頻段、統一標準、無縫覆蓋、全球漫游….滿足各種運動狀態（靜止、步行和車載）下的多媒體業務需求更高的頻譜利用率提供QoS保障的業務降低終端功耗、成本保密性能進一步提高保證一定后向兼容移動通信第三代系統支持多媒體數據業務室內環境至少2Mbps室內外步行環境至少384kbps室外車輛運動中至少144kbps衛星移動環境至少9.6kbps支持可變速率語音AMR:4.7Kb/s-12.2Kb/s傳輸速率能夠按需分配滿足不同業務的延時要求適應上下行鏈路不對稱需求第三代移動通信系統RTT要求IS-136DECTIMT-DSCDMADSCDMA2000TD-SCDMAIMT-TDCDMATDDIMT-MCCDMAMCWCDMAUMTSFDDUMTSTDDIMT-SCTDMASCIMT-FTFDMA/TDMAIMT–2000無線接口標準WimaxIEEE802.16xIMT-2000的標準化歷程1985年，ITU提出FPLMTS-FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem（第三代移動通信系統）世界無線電大會WRC92在2GHz頻段分配了230MHz頻段1885MHz―2025MHz2110MHz―2200MHz1996年，FPLMTS正式更名為IMT-2000工作在2000MHz左右頻段最高數據速率2000Kbps預期在2000年左右商用1998年6月30日前，ITU收到IMT-2000的10種RTT提案1999年11月5日，ITU在赫爾辛基會議通過5種RTT技術。ITU日本韓國中國美國歐洲美國第三代移動通信標準化組織第三代移動通信標準化組織標準化組織IMT-2000的網絡采用了“家族概念”，受限于家族概念，ITU無法制定詳細協議規范；3GPP和3GPP2兩個標準化組織來推動制定和實施3G標準3GPP(3thGenerationPartnerProject)成立于1998年12月，總部在歐洲研究制定并推廣基于演進的GSM核心網3G標準成員單位包括：歐洲ETSI、日本ARIB和TTC、韓國TTA、美國的T1P1及中國的CCSA等.3GPP2成立于1999年1月，總部在美國研究制定并推廣以ANSI-41核心網3G標準；成員單位包括：歐洲ETSI、日本ARIB和TTC、韓國TTA、美國的TIA及中國的CCSA（中國通信標準化協會）等。第三代移動通信標準化組織ETSI：歐洲電信標準協會ARIB：日本無線工業及商貿聯合會TTC：日本電信技術委員會TTA：韓國電信技術協會T1P1：美國ANSI下的T1P1組負責IMT-2000的研究TIA：美國通信工業協會CCSA：中國通信標準化協會CWTS:中國無線通信標準研究組三種主要技術體制比較制式WCDMAcdma2000TD-SCDMA采用國家歐洲，日本美國，韓國中國繼承基礎GSM窄帶CDMAGSM同步方式異步同步同步碼片速率3.84McpsN1.2288Mcps1.28Mcps信號帶寬5MHzN1.25MHz1.6MHz空中接口WCDMACdma2000兼容IS-95TD-SCDMA核心網GSMMAPANSI-41GSMMAPIMT-2000頻譜分配(MHz)1992年WRC-92為IMT-2000分配230MHz核心頻段上行18852025MHz下行21102200MHz其中，19802010MHz（地對空）和21702200MHz（空對地）用于移動衛星業務；上下行頻帶不對稱，主要考慮可使用雙頻FDD方式和單頻TDD方式。歐洲頻譜陸地通信：19001980MHz，20102025MHz和21102170MHz，共計170MHz。IMT-2000頻譜分配2000年WRC2000批準新的附加頻段806-960MH，1710-1885MHz和2500-2690MHz，中國增加了2300-2400MHz頻段FDD模式使用頻譜上行：1920-1980MHz下行：2110-2170MHzTDD模式使用頻譜上下行：1900-1920MHz和2010-2025MHz3G演進策略圖9.43G演進圖GSM向WCDMA的演進策略核心網部分是平滑的！空中接口的變化是革命性！IS-95向CDMA2000的演進策略圖9.6IS-95向CDMA2000的演進策略在制定CDMA2000標準時，已經充分考慮了保護運營商的投資，很多無線指標在2G和3G中是相同的。對BTS來說，天線、射頻濾波器和功率放大器等射頻部分是可以再利用的，而基帶信號處理部分則必須更換。CDMA20001XEV的演進方向包括：CDMA20001XEV-DO：僅支持數據業務CDMA20001XEV-DV：同時支持數據和話音業務IS-95向CDMA2000的演進策略9.2WCDMA移動通信系統UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem通用移動通信系統）是采用WCDMA空中接口技術的第三代移動通信系統，通常也把UMTS系統稱為WCDMA通信系統，即WidebandCDMA，也稱為CDMADirectSpread。WCDMA系統能夠架設在現有的GSM網絡上，對于系統提供商而言可以較輕易地過渡。因此WCDMA具有先天的市場優勢。UMTS是IMT-2000的重要成員，主要由歐洲和日本等國家和地區的移動通信設備供應商提出的。一、UMTS的系統結構用戶設備（UserEquipment，UE）

無線接入網絡（RadioAccessNetwork，RAN）：處理所有與無線有關的功能。核心網絡（CoreNetwork，CN）：處理UMTS系統內所有的話音呼叫和數據連接，并實現與外部網絡的交換和路由功能。CN分為電路交換域（CircuitSwitchedDomain,CS）和分組交換域（PacketSwitchedDomain,PS）

系統結構用戶設備UE和UTRAN（UMTS的陸地無線接入網絡）由全新的協議構成，其設計基于WCDMA無線技術。CN則采用了GSM/GPRS的定義，這樣可以實現網絡的平滑過度。二、WCDMA系統網絡結構1.系統網絡結構圖9-28（書P354）用戶終端設備（UE，UserEquipment）用戶終端設備它主要包括射頻處理單元、基帶處理單元、協議棧模塊以及應用層軟件模塊等；UE通過Uu接口與網絡設備進行數據交互，為用戶提供電路域和分組域內的各種業務功能，包括普通語音、數據通信、移動多媒體、Internet應用（如E-mail、WWW瀏覽、FTP等）。

用戶設備（ME，TheMobileEquipment），提供應用和服務；用戶業務識別單元（USIM，TheUMTSSubsriberModule），提供用戶身份識別。無線接入網

（UTRAN，UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）

包含一個或幾個無線網絡子系統（RNS）。一個RNS由一個無線網絡控制器（RNC）和一個或多個基站（NodeB）組成。核心網絡（CN，CoreNetwork）

移動交換中心/訪問位置寄存器（MSC/VLR）：是WCDMA核心網CS域功能節點，主要功能是提供CS域的呼叫控制、移動性管理、鑒權和加密等功能。網關MSC節點（GMSC）：是WCDMA移動網CS域與外部網絡之間的網關節點，主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及與固定網等外部網絡的網間結算功能。服務GPRS支持節點（SGSN）：是WCDMA核心網PS域功能節點，主要功能是提供PS域的路由轉發、移動性管理、會話管理、鑒權和加密等功能。網關GPRS支持節點（GGSN）：是WCDMA核心網PS域功能節點，主要功能是同外部IP分組網絡的接口功能。原籍位置寄存器（HLR）：是WCDMA核心網CS域和PS域共有的功能節點，主要功能是提供用戶的簽約信息存放、新業務支持、增強的鑒權等功能外部網絡（Externalnetworks）電路交換網絡（CSnetworks）：提供電路交換的連接，像通話服務。ISDN和PSTN均屬于電路交換網絡；分組交換網絡（PSnetworks）：提供數據包的連接服務，Internet屬于分組數據交換網絡。

WCDMA有兩種接入模式FDD：上行和下行鏈路采用兩個不同頻率的載波工作的雙工模式；

TDD：上行和下行鏈路采用兩個不同時隙來區分、在相同的頻段上工作的雙工模式，即上、下行鏈路的信息是交替發送的。WCDMA網絡模型圖WCDMA網絡模型9.3TD-SCDMATD-SCDMA的中文含義為時分同步碼分多址接入，該標準是由中國獨自制定的3G標準，1999年6月29日中國原郵電部電信科學技術研究院（大唐電信）向ITU提出。該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領先技術融于其中，在頻譜利用率、對業務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨特優勢。一、概述TD－SCDMA系統設計思想建立在GSM網絡基礎上逐步向第三代系統過渡，支持系統的平滑演進和業務的發展同步。GSM網絡和第三代網絡共存，基站控制器（BSC）被連接到無線網絡控制器（UMSC）。網絡升級到完全基于第三代的網絡，提供所有第三代的業務。二、TD-SCDMA系統技術特點時分雙工（TDD）模式智能天線上行同步（UplinkSynchronization）聯合檢測（JointDetection）軟件無線電（SoftwareRadio）接力切換（BatonHandover）基站與終端技術1.時分雙工（TDD）模式根據不同業務，上下行鏈路間轉換點的位置可任意調整，可提供最佳頻譜利用率和最佳業務容量；TD-SCDMA采用不對稱頻段，無需成對頻段;單個載頻帶寬為1.6MHz，幀長為5ms，每幀包含7個不同碼型的突發脈沖同時傳輸，在頻譜安排上有很大靈活性;TDD上下行工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術，可達到提高性能、降低成本的目的;TDD系統設備成本低，無收發隔離的要求，其成本比FDD系統低20%～50%.TDD系統的主要缺陷采用多時隙不連續傳輸方式，抗快衰落和多普勒效應能力比連續傳輸的FDD方式差，因此ITU要求TDD系統用戶終端移動速度為120km/h，FDD系統為500km/h。TDD系統平均功率與峰值功率之比隨時隙數增加而增加，考慮到耗電和成本因素，用戶終端的發射功率不可能很大，故通信距離（小區半徑）較小，一般不超過10km，而FDD系統的小區半徑可達數10km。2.智能天線技術智能天線采用波束成形技術，方向圖隨移動臺的移動而動態跟蹤（基站裝配智能天線）。由于它的波束很窄，對其他用戶的干擾很小，大大提高了系統容量。智能天線技術能夠提高系統的容量，擴大小區的最大覆蓋范圍，減少移動臺的發射功率，提高信號的質量并增大傳輸數據速率。3.上行同步（UplinkSynchronization）

移動臺動態調整發往基站的發射時間，使上行信號到達基站時保持同步，保證了上行信道信號的不相關，降低了碼間干擾，使系統的容量由于碼間干擾的降低大大提高，提高了CDMA系統容量，提高了頻譜利用率，同時基站接收機的復雜度也大為降低；缺點是系統對同步的要求非常嚴格，上行的同步要求為1/8碼片寬度，網絡同步要求為5μs。一旦同步破壞，將導致通信阻塞和嚴重干擾。4.聯合檢測（JointDetection）聯合檢測技術即“多用戶干擾”抑制技術，是TD－SCDMA系統中使用的又一重要技術，是消除和減輕多用戶干擾的主要技術，它把所有用戶的信號都當作有用信號處理，這樣可從而大幅度降低多徑多址干擾。聯合檢測技術把同一時隙中多個用戶的信號及多徑信號一起處理，充分利用用戶信號的用戶碼、幅度、定時、延遲等信息，精確地解調出各個用戶的信號，結合使用智能天線和多用戶檢測，可獲得理想效果。5.軟件無線電（SoftwareRadio）軟件無線電是利用數字信號處理軟件實現無線功能的技術，能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現不同的業務性能。其優點：通過軟件方式，靈活完成硬件功能；良好的靈活性及可編程性；可代替昂貴的硬件電路，實現復雜的功能；對環境的適應性好，不會老化；便于系統升級，降低用戶設備費用。6.接力切換（BatonHandover）TD-SCDMA系統的基站和基站控制器可采用接力切換方式，根據用戶的方位和距離信息，判斷手機用戶現在是否移動到應該切換給另一基站的臨近區域。如果進入切換區，便可通過基站控制器通知另一基站做好切換準備，達到接力切換的目的。接力切換可提高切換成功率，降低切換時對臨近基站信道資源的占用，大大提高了系統容量。在切換時可根據系統需要，采用硬切換或軟切換的機理。7.基站與終端技術基站：高集成度、低成本設計，采用TD－SCDMA的物理層和基于修改的GPRS業務。用戶設備（UE）：采用雙頻雙模（GSM900和TD－SCDMA）用戶設備，支持TD－SCDMA系統內切換，支持TD－SCDMA系統到GSM系統的切換。在TD－SCDMA系統覆蓋范圍內優先選擇TD－SCDMA系統；在TD－SCDMA系統覆蓋范圍以外，采用現有的GSM系統。基站基站采用3載波設計，每載波帶寬1.6MHz，其占用5MHz帶寬；采用低中頻數字合成技術，以解決多載波的有關問題；公用一套智能天線，達到增強所需信號，抑制干擾信號，成倍擴展通信系統容量的目的；公用射頻收發信機單元；基于軟件無線數字信號處理技術；低功耗設計，每個載波基站耗電不超過200W；具有高可靠性、可維護性等特點。用戶設備（UE）TD－SCDMA系統采用雙頻雙模UE，GSM-900MHz和TD－SCDMA-2000MHz；采用固定臺和車載臺，多載波工作，外接天線，提供速率384kbit/s～2Mbit/s數據業務；UE有6個發射功率等級；使用GSM的SIM卡；語音編譯碼，GSM/3G，8kbit/s；用戶設備數據接口或大尺寸LCD顯示屏幕；TD－SCDMA系統的價位，平均每戶價格將比GSM擴容降低至少20％，與GSM系統同基站安裝不需另投資。9.4CDMA2000CDMA2000也稱為CDMAMulti-Carrier，由美國高通公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從窄頻CDMAOne數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結構直接升級到3G，建設成本低廉。CDMA20001XEV-DOCDMA20001XEV-DO技術是美國高通公司CDMA2000家族標準的一員，同時經ITU的批準，它還是IMT-2000標準系列的一部分。1X表示該產品是CDMA2000家族的一員，EV表示系統演進，DO表示數據優化，以使分組通信達到最高性能。1XEV-DO是CDMA20001X技術向提高分組數據傳輸能力方向的演進。它是在獨立于CDMA20001X的載波上向移動終端提供高速無線數據業務，不支持話音業務。

CDMA20001XEV-DO主要關鍵技術前向鏈路時分復用速率控制自適應調制編碼技術混合自動重傳請求技術(H-ARQ)調度程序使射頻資源發揮最大效能第三代移動通信主流技術標準比較

指標WCDMATD-SCDMACDMA2000載波間隔（MHz）51.61.25碼片速率（Mcps）3.841.281.2288幀長（ms）1010（分為兩個子幀）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下行發射分集支持支持支持頻率間切換支持，可用壓縮模式進行測量支持，可用空閑時隙進行測量支持信道估計公共導頻DwPCH、UpPCH、Midamble（中間碼）前向、反向導頻編碼方式卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼主流技術比較（1）WCDMA即寬帶CDMA技術，其擴頻碼速率為3.84Mchip/s，載波帶寬為5MHz。