3G基本概念和原理.

13G基本概念和原理2002年12月2主要内容3G的基本概念第三代移动通信技术概况WCDMA标准及系统介绍3主要内容3G的基本概念第三代移动通信技术概况WCDMA标准及系统介绍4第三代移动通信的发展情况●1985国际电联(ITU)开始组织各国研究全球性的第三代移动通信系统“FPLMTS”，即“未来公用陆地移动通信系统”。●1996年“FPLMTS”更名为“IMT-2000”（InternationalMobileTelecommunications）即“国际移动通信—2000”,简称3G，它將支持速率高达2M/S，业务种类将涉及话音、数据、图像的及多媒体等。。●1999年完成无线部分标准。●2000年完成网络部分标准●2003年投入商用●2005年开放大众市场5“2000”的主要含义：△2000年左右投入业务△核心工作频段为2000MHz△多媒体业务最高接入速率，第一阶段为2000kbit/s。6IMT-2000的定义IMT-2000是第三代移动通信系统,并将依据市场的需求约在2000年开始服务.系统通过一个或多个链路,提供接入到固定电信网(如PSTN/ISDN/IP)所支持的宽范围电信业务和移动用户所特有的其他业务7IMT-2000的目标与基本要求全球同一频段、统一标准、无缝隙覆盖、全球漫游提供多媒体业务车速环境：144Kb／S步行环境：384Kb／S室内环境：2Mb／s高服务质量高频谱利用效率易于从第二代过渡、演变袖珍手机，价格低高保密性能8IMT－2000功能模型及接口UIMMTRANCN其他IMT-2000家庭成员的核心网UIM-MT接口(UIM)无线接口(UNI)RAN-CN接口NNI接口用户识别模块(UIM)无线接入网(RAN)用户终端(MT)核心网CoreNetwork(CN)9经过各国标准化组织的多次融合和ITU-RTG8/1多次会议的讨论协调，ITU-RTG8/1赫尔辛基会议上通过了“IMT-2000无线接口技术规范建设”，表明3G移动通信接口技术标准方面的工作已基本完成。10第三代无线接口技术规范主要组成分为CDMA和TDMA两类体制，具体包括以下五个无线传输技术：（1）IMT-2000CDMADS：UTRA/WCDMA和CDMA2000DS；（2）IMT-2000CDMAMC：Cdma2000MC;（3）IMT-2000CDMATDD:TD-SCDMA和UTRATDD；（4）IMT-2000TDMASC：UWC136；（5）IMT-2000TDMAMC：DECT；11TheRTTCandidatesforIMT-2000IMT-2000CDMADirectSpreadIMT-2000CDMAMulti-CarrierIMT-2000CDMATDDIMT-2000TDMASingleCarrierIMT-2000FDMA/TDMAUMTS/DoCoMocdma20001Xand3XUTRATDD&TD-SCDMA)UWC-136/EDGEDECT12Whatis3GPP？(3rdGenerationPartnershipProject))))第三代伙伴计划（3GPP）是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为了制定一个基于演进的GSM核心网和通用无线接入（UTRA）技术的可在全球推广应用的第三代移动通信规范。ARIB(Japan)CWTS(China)ETSI(Europe)T1(US)TTA(Korea)TTC(Japan)13第第三代伙伴计划2（3GPP2）是一个跨区域的标准化组织联合体，其目的是为了制定一个基于演进的ANSI-41核心网和相关无线接入技术的可在全球推广应用的第三代移动通信规范。ARIB(Japan)CWTS(China)TIA(US)TTA(Korea)TTC(Japan)Whatis3GPP2？14TheOrganizationrelatedto3GITU-RTG8/13GPP3GPP2ARIB(Japan)CWTS(China)ETSI(Europe)T1(NorthAmerica)TTA(RofKorea)TTC(Japan)ARIB(Japan)CWTS(China)TTC(Japan)TTATIA(theUS)152G向3G的演进CDMA2000(3XRTT)IS-95ACDMAone(1XRTT)IS-95BGSMGPRSTSMEDGETD-SCDMACDMAWCDMA(UTRAFDD)GSMIPback-bonenetwork16主要内容3G的基本概念第三代移动通信技术概况WCDMA标准及系统介绍17频谱利用率提高频谱利用率的意义–降低频率使用费–在有限频谱资源下增加系统容量，满足高密度用户需要–降低网络建设工程费用(小区间距可以大一些)定义：每小区内单位频带能提供的信道数(ch/MHz/cell)典型无线通信系统的频谱利用率比较–接入方式FDMATDMACDMASCDMA–(TACS)(GSM)(IS-95)–理论11520100–试验13-71050SCDMA技术是目前具有最高频谱利用率的技术18发射功率的考虑•降低无线设备发射功率的意义•对基站：降低成本(高功放及其电源是基站成本主要部分);提高可靠性并便于维护•对终端设备降低功耗：提高电池使用时间；减轻电磁辐射对人体影响•降低发射功率的限制：要达到一定通信距离•电波传播衰落•接收机灵敏度•信号的抗多径及干扰的能力典型无线通信系统的每信道基站发射功率比较•系统TACSGSMIS-95SCDMA•最大发射功率30-50W2-3W1W0.1W19无线多址接入方式双工方式：–FDD－频分双工收发信各占用一个频率(段)–TDD－时分双工收发信用同一频率，收发使用不同时隙多址方式：–码分多址(CDMA)空分多址(SDMA)–频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)在很多无线通信系统中，都是同时应用多种方式–例如：GSM：TDMA+FDMAIS-95:CDMA+FDMASCDMA:CDMA+SDMA+FDMA20双工方式•频分双工(FDD)•收发同时进行，时延小•技术成熟•时分双工(TDD)•只占用一段频率•上下行信道对称，利于智能天线•设备简单，成本低•可能不对称TDD工作，数据传输使用时效率高频分双工(FDD)FWBSTxUTRxWBSRxUTTx时分双工(TDD)TWBSRxUTTxWBSTxUTRx21频分多址特点–每个信道占用一个载波(频率)–不同信道用不同频率来区分–典型例子：TACS蜂窝移动通信系统–技术落后(或称技术成熟)主要问题：–邻近频道之间的干扰导致频谱利用率最低–价格最高(由于每个载波需要一套收发信机及高功放)历史：是现代蜂窝移动通信的基础Frequencyfc123…..n22时分多址特点–在同一载频下分时工作–每个时隙处理一个信道–典型系统：GSM(数字移动通信)；PHS、DECT(数字无绳电话)–通常，与FDMA共同使用，在每个载频上再分为多个时隙存在问题–时隙数有限(受多径干扰影响严重),故频谱利用率较低，容量有限;–增加通信容量与距离时，均导致成本增加。时间Tff023码分多址特点–所有信道(码道)同时、同频工作–用不同的正交扩谱码来区分各个不同信道–基于扩谱通信技术，具有很强的抗干扰能力及信息保密–与FDMA技术共同使用，在每个载频上提供一组码道最大优势：高频谱利用率，高系统容量–与TDMA技术共同使用，提高系统容量典型系统：IS-95系统存在问题及前景：目前的各种CDMA系统均远远没有达到技术的极限，是本世纪末和下世纪初无线接入的发展方向f时间Tcode24空分多址特点–按空间位置实现多址接入–基站提供多个不同方向的天线波束，用不同方向来区分不同用户–天线波束必须能够跟踪用户–实时波束赋形技术，即智能天线技术是实现空分多址的基础–是增加频谱利用率和系统容量的最有效的手段发展方向–SDMA与FDMA、TDMA及CDMA共同使用，增加一个自由度–发展高效率、简单的天线波束赋形算基站B1B2BnSDMA253G的三大主流技术标准比较263G的三大主流技术标准比较（续）273G的三大主流技术标准比较（续）283G的三大主流技术标准比较（续）29WCDMA技术在欧洲爱立信公司最先对WCDMA技术进行研究，已有试验型的产品；在日本1994年开始IMT-2000无线传输系统的研究，最后确定将NTTDoCoMo公司的WCDMA综合FDD/TDD方式作为日本的方案。最后两家公司达成协议，将各自的WCDMA技术进行融合，最终形成了现在的技术，其关键技术是建立在窄带CDMA的基础上。30WCDMA技术其主要技术特点是：（1）可适应多种速率的传输，灵活提供多种业务；（2）BTS之间无需同步；（3）优化的分组数据传输方式；（4）支持不同载频之间的切换；（5）上下行快速功率切换；（6）反向采用导频辅助的相干检测（提高反向解调增益，提高功率控制准确性）。（7）充分考虑了信号设计对EMA的影响。31cdma2000技术它是北美的LUCENE、MOTOROLA，NORTEL、QUALCOMM公司的及南韩SAMSUNG等公司联合提出的基于IS-95候选系统。因该系统已大规模投入商用，为了与其它系统充分地反向兼容，故提出了CDMA2000的概念。它沿用了IS-95的主要技术和思路，如帧长为20MS、采用了软切换和功率控制技术、需要GPS同步等，但也做了些实质性改进，主要有：反向信道相干接收；反向信道采用连续异频方式；前向发送分集；全部速率采用CRC（循环冗余校验）；充分考虑了信号设计对EMC的影响；32cdma2000技术为了与IS-95系统反向兼容，CDMA2000前向信息上有两种实现方式：多载波方式（MS）、直接扩频方式（DS）。与GSM系统相比，窄带CDMA系统无论是无线还是网络部分在向第三代系统过渡时都将采取演进方式。CDMA20001x（CDMA2000单载波方式）是CDMA2000的第一阶段，经国际上争论结果，确认它属于第三代技术。理论上CDMA2000-1X容量是IS-95系统的两倍（现场实验结果表明大致是IS-95系统的1.5-1.7倍），能支持144K/S速率。在网络部分引入分组交换方式，将来也可以支持移动IP业务。为了进行数据速率达到2M/S，3GPP2有关成员已着手进行开发和研制工作。33TD-SCDMA技术以上介绍的CDＭＡ2000和WCDMA系统都属于FDD方式，而目前国际上对TDD方式的CDMA系统正日益关注，如英、法、德都表示了首选TDD系统的愿望；美、韩等国也向ITU提出的RTT建议中增加了TDD系统。许多研究组织，都有共识，将FDD技术的无线基站用来完成全球无线覆盖，TDD技术的基站用于在城市人口集中地区，解决大容量的话音、数据等多媒体业务。34TD-SCDMA技术我国邮电科学技术研究院在1997年成功开发出基于SCDMA技术的WLLSYS基础上，于1998年6月，代表中国向ITU提高了第三代RTT建设TD-SCDMA，后来组织了国内相关单位加入标准的编写工作，在1999年10月向ITU提交了全部的TD-SCDMA标准文件，并积极与欧洲的UTRATDD方案进行融合，终于在1999年11月5日，ITU-RTG8/1赫尔辛基会议上获得了批准，被列为IMT-2000CDMATDD的两种方案之一。35TD-SCDMA技术它能够满足未来对第三代移动通信的要求，TD-SCDMA中使用了直接序列扩频的码分多址技术（DS-CDMA），传输带宽为1.6MHz，码片速率为1.28MCHIP/S，采用TDD（时分双工）方式，因而前向和逆向链路可以使用相同的无线频率的同步时间间隔，前向和逆向链路的信息在物理信道的不同时隙相互发送。36TD-SCDMA技术TDD系统在满足IMT-2000要求下，同时具有如下特点：（1）TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；（2）TDD适用于不对称的上下行数据产生速率，特别适用于IP型的数据业务；（3）T