第4章3G技术概述.ppt

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1、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,4.1 IMT-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（International Mobile Telecom System），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

2、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,4.2 IMT-2000的发

3、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）,IMT-2000地面无线接口标准（五种）,IMT-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

4、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：WCDMA cdma2000 TD-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TIA TR45.5向ITU提出的RTT方案。其核心是由朗讯、

5、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,3G三种制式的比较,4.3 3G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（

6、续）,（）交互性业务 会话业务、消息业务和检索与存储业务（）分配性业务 例如广播业务（）移动性业务 漫游业务和定位业务,4.4 3G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：806960 MHz 17101885 MHz 25002690 MHz,我国第三代移动通信系统的频率规划,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

7、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GSM MAP的核心网-基于ANSI-41的核心网-全IP的核心网,GSM MAP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（RB

8、CF）,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,4.5 3G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

9、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

10、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、

11、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。,4.6 3G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（the 3rd Generation Partnership Project），

12、另外一个是以美国为主体的3G标准化合作组织23GPP2（the 3rd Generation Partnership Project 2）。,3GPP,3GPP主要以GSM MAP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（Universal Mobile Telephone System，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

13、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）。,3GPP,1998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R 99，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（Technical Specification Group，TSG）：无线接入网（RAN）TSG 核心网TSG 业务和系统方面的TSG 终端TSG,3GPP,无线接入网TSG（RAN TSG）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

14、 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,3GPP,2000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GSM MAP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）,WCDM

15、A的标准由3GPP推动，目前的协议版本包括：R99、R4、R5、R6、R7等。R99 1999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;Release 4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

16、;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-2000 IS-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.D Rev.0由TIA于1999年6月制定完成;规定了cdma2000的空中接口，核心网

17、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;Release B做了很少的改动;新增了救援信道（Rescue Channel）.,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，

18、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 cdma2000 1x-独立使用一个1.25MHz载波的方式 cdma2000 3x-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cdma2000 1x的增强型技术1x EV系统：cdma2000 1x EV-DO和cdma2000 1x EV-DV,cdma2000 标准化进展（5）,1x EV-DO通过引入一系列新技术，提高了数据业务的性能 1x EV-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cdma2000 1x EV-DO的标准，协议编号为C

19、.S0024，对应的TIA/EIA标准为IS-856。,cdma2000 1x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。cdma2000 1xEV-DO技术起源于美国Qualcomm公司提出的高速率数据（High Data Rate，HDR）技术。cdma2000 1x EV-DV综合了cdma2000 1x和cdma2000 1x EV-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

20、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UTRA TDD进行融合，并在1999年10月，被3GPP所采纳，并作为UTRA TDD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

21、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

22、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,Mobile Communication Theory,3GPP的演进路径,Mobile Communication Theory,3GPP2的演进路径,WiMax的演进路径,4.7 3G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,cdma2000 1x简介（1）,cdma2000 1x是cdma2000系统发展的第一个阶段。cdma2000 1x对应的协议版本为Rev.0、Rev.A和Rev.B。c

23、dma2000 1x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，cdma2000 1x系统的总容量是IS95系统的2倍；如果传送数据业务，cdma2000 1x的系统总容量是IS95系统的3.2倍。cdma2000 1x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

24、230.4Kbps。,cdma2000 1x简介（2）,与IS-95系统相比，cdma2000 1x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，cdma2000 1x的话音容量约是IS-95的1.52倍。引入了Turbo编码 在cdma2000 1x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,cdma2000 1x简介

25、（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。,cdma2000 1xEV-DO简介（1）,cdma2000 1x EV-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。cdma2000 1x EV-DO的射频特性和IS-

26、95以及cdma2000 1x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。1x EV-DO在前向链路上采用了多项与cdma 2000 1x差别较大的技术。,cdma2000 1xEV-DO简介（2）,1x EV-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,cdma2000 1xEV-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

27、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L3NQS,cdma2000 1xEV-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200

28、4年3月由3GPP2制定完成，版本为Rev.D。,cdma2000 1xEV-DV简介（3）,cdma2000 1x EV-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,cdma2000 1xEV-DV简介（4）,DV

29、技术在1x EV-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1x EV-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。,cdma2000 1xEV-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。1x EV-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

30、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,WCDMA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5 MHz载波，这个载波在上下行链路之间时分共享。,WCDMA简介（

31、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，提升反向链路的性能,WCDMA简介（5）,支持不同的信道编码对于不同QoS需求的业务采用不同的信道编码标准业务仅采用卷积编码；高质量业务在卷积编码的基础上增加RS编码或者采用Turbo编码

32、。而对于特定的业务完全由高层来进行差错控制。功率控制技术WCDMA的上下行链路都支持开环结合快速的闭环功率控制技术功控速率为1.5KHz支持多用户检测和自适应智能天线,HSDPA简介,为了满足上下行数据业务的不对称的需求，提出了一种基于WCDMA的增强型技术，即高速下行分组接入（HSDPA）技术，以实现最高速率可达10Mbps的下行数据传输。HSDPA新增加了用于承载下行链路的用户数据的物理信道：高速下行共享信道（HS-DSCH），以及相应的控制信道。采用以下几项关键技术：自适应调制和编码（AMC）、混合自动请求重传（HARQ）、快速小区选择（FCS）、多输入多输出天线技术（MIMO）等，来保

33、证高速数据业务的可靠传输。,TD-SCDMA技术标准（1）,工作在TDD方式下，在CDMA的基础上，引入了TDMA的性质，把一帧分成几个时隙，每个时隙可以用作上行或者下行，一个时隙内的用户用不同的码字来区分。TDD系统特别适用于上下行不对称，具有不同数据传输速率的业务；此外其上下行链路由于工作于同一频率，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,TD-SCDMA技术标准（2）-系统的主要参数,TD-SCDMA技术标准（3）,TD-SCDMA系统有以下技术特点 时分双工上行同步采用智能天线采用联合检测技术采用动态信道分配（DCA）采用接力切换,第4章思考题,1、在不同传输环

34、境下，IMT-2000对数据传输速率有什么样的要求？2、3G系统能够支持哪些业务？3、第三代移动移动通信的主流标准有哪三种？4、简述第二代移动通信系统到第三代移动通信系统的演进路线？5、按照各组成部分的功能划分，IMT-2000系统结构可分为哪三大部分？6、cdma2000 1x的增强型技术-1xEV系统，分为哪两个阶段？,第4章思考题,7、独立使用一个1.25MHz载波的方式的cdma2000 系统和使用三个1.25MHz载波捆绑在一起的cdma2000 分别称作什么系统？8、3GPP与3GPP2分别以什么为核心网制定第三代移动通信标准？9、比较三种3G制式的带宽、码片速率、双工方式等。10、与IS-95相比，cdma2000 1x有哪些改进？11、cdma2000 1x EV-DO与cdma2000 1x相比有哪些主要区别？12、什么是HSDPA？它与以往的WCDMA有何不同？13、简述TD-SCDMA中采用的关键技术。,