第十三章 B3G与4G移动通信系统

信息理论与技术教研中心ITTCBUPTInformationTheory&TechnologyCenter第十三章B3G与4G移动通信系统BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/202内容提要•本章主要介绍B3G和4G移动通信系统。首先简要介绍宽带移动通信标准化进展，然后分别介绍HSPA、cdma2000EVDO、LTE与WiMax等B3G宽带移动通信系统的空中接口与关键技术，最后简要介绍4G移动通信——IMT-Advanced(InternationalMobileTelecommunications-Advanced)的系统需求。BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/203§13.1标准化进程•IMT-2000原含义为InternationalMobileTelecommunications，工作于2000MHz频段，大约于2000年左右商用。IMT-2000的目标与要求：全球同一频段、统一体制标准、无缝隙覆盖，并至少可实现全球漫游，提供以下不同环境下的多媒体业务：–车速环境：144kbps–步行环境：384kbps–室内环境：2Mbps。•当前国际电联ITU-RWP5D工作组负责IMT-2000的标准化工作，该工作组主要负责3G标准系列的定义与建议，并不负责具体的技术规范。IMT-2000的建议标准称为ITU-RM.1457，包括六个无线接口标准，如下图所示。BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/204§13.1标准化进程•其中前五项标准1999年10月被接纳为3G国际标准，第六项标准2007年10月被ITU接纳为3G标准。这些标准中UWC136与DECT只是地区性标准，只有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA与TDDWiMax等四项标准是具有全球推广能力的3G标准。IMT-2000CDMADirectSpread(UTRAandE-UTRAFDD)3GPPIMT-2000CDMAMulti-Carrier(CDMA2000andUMB)3GPP2IMT-2000CDMATDD(UTRAandE-UTRATDD)3GPPIMT-2000TDMASingle-Carrier(UWC136)ATIS/TIAIMT-2000FDMA/TDMA(DECT)ETSIIMT-2000OFDMATDDWMAN(WiMAX)IEEEITU-RIMT-2000地面无线接口标准(ITU-RM.1457)图13.1IMT-2000标准系列BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/205§13.1标准化进程•3G移动通信标准的演进包括3G－B3G－E3G－4G（IMT-Advanced）四个阶段，–3GPP：WCDMA－HSPA－LTE－LTE-Advanced；–3GPP2：cdma2000－EVDO－UMB–IEEE：802.16d－802.16e－802.16m•中国提出的TD-SCDMA标准已融合入WCDMA标准中，韩国提出的WiBro标准已融合入802.16标准中。BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/206§13.1标准化进程•随着移动通信技术的演进，数据传输速率从300kbps－1Mbps－10Mbps－100Mbps，最终演进到1Gbps的4G要求。WCDMAHSPALTELTE-AdvancedIMT-Advancedcdma2000EVDOUMB802.16d802.16e802.16mTD-SCDMAWiBro2000200420082011年份300kbps~1Mbps1Mbps~10Mbps10Mbps~100Mbps100Mbps~1Gbps移动性低高3GB3GE3G4GBUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/20713.1.23GPP标准演进PCG(ProjectCoordinationGroup)TSGGERAN(GSMEDGERadioAccessNetwork)TSGRAN(RadioAccessNetwork)TSGSA(ServicesandSystemAspects)TSGCT(CoreNetworkandTerminals)WG1RadioAspectsWG2ProtocolAspectsWG3TerminalTestingWG1RadioLayer1WG2RadioLayer2andLayer3RRWG3Iub,Iuc,IurandUTRANGSMRequiredWG4RadioPerformanceandProtocolAspectsWG5MobileTerminalConformanceTestWG1ServicesWG2ArchitectureWG3SecurityWG4CodecWG5TelecomManagementWG1MM/CC/SM(Iu)WG3InterworkingwithExternalNetworksWG4MAP/GTP/BCH/SSWG5OSAOpenServiceAccessWG6SmartCardApplicationAspects3GPP(ThirdGenerationPartnershipProject)组织成立于1998年12月，由ETSI、ARIB、TTC、TTA、CCSA和ATIS等标准化组织构成，负责3GUTRA和GSM系统标准化。其组织结构如图所示。图13.33GPP组织结构BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/20813.1.23GPP标准演进•13.1.23GPP标准演进•迄今为止，3GPP组织发布了10个标准版本，主要特征如图1.2所示。ØCS与PSØR99RadioBearersØMMSØ定位业务等ØDL:384kbps/UL:384kbpsØTD-SCDMAØ增强性技术等ØHSDPAØIMSØAMR-WB声码器等ØDL:14Mbps/UL:384kbpsØ增强上行技术ØMBMSØWLAN-UMTS互操作等ØDL:14Mbps/UL:5.7MbpsØHSPAEvolution(MIMO,DL64QAM,UL16QAM,)等ØDL:28Mbps/UL:11MbpsØLTEØSAEØDC-HSDPA等ØDL:160Mbps/UL:50MbpsØSAE增强ØPublicWarningSystemØ支持WiMax-LTE/UMTS移动性ØCoMP(协作多点传输)Ø载波聚合Ø增强性MIMOØRelayØTDD特定技术R992000年3月Rel-42001年3月Rel-52002年3月Rel-62005年3月Rel-72007年9月Rel-82008年12月Rel-102010年?Rel-92009年12月图13.43GPP协议版本BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/20913.1.23GPP标准演进•为了进一步提升系统性能，3GPP组织启动了长期演进(LTE)计划。–2008年12月发布的R8LTE版本，引入了OFDMA/SC-FDMA多址接入方式，–峰值速率提升为DL:160Mbps/UL:50Mbps。–目前正在标准化的R9版本对LTE/HSPA+进一步增强，并且重点开展R10LTE-Advanced的标准化工作。•3G频段最早是在世界无线电管理大会(WARC-92)上经各国协调划分的。其中1885-2025、2110-2200MHz这230MHz的对称频段称为IMT-2000核心频段。BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/201013.1.23GPP标准演进频段上行频段范围下行频段范围双工模式应用系统适用区域11920MHz–1980MHz2110MHz–2170MHzFDDUTRA/E-UTRA欧洲、亚洲21850MHz–1910MHz1930MHz–1990MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲(亚洲)31710MHz–1785MHz1805MHz–1880MHzFDDUTRA/E-UTRA欧洲、亚洲(美洲)41710MHz–1755MHz2110MHz–2155MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲5824MHz–849MHz869MHz–894MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲6830MHz–840MHz875MHz–885MHzFDDUTRA/E-UTRA日本表1.1UTRA与E-UTRA的频谱分配BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/201113.1.23GPP标准演进72500MHz–2570MHz2620MHz–2690MHzFDDUTRA/E-UTRA欧洲、亚洲8880MHz–915MHz925MHz–960MHzFDDUTRA/E-UTRA欧洲、亚洲91749.9MHz–1784.9MHz1844.9MHz–1879.9MHzFDDUTRA/E-UTRA日本101710MHz–1770MHz2110MHz–2170MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲111427.9MHz–1452.9MHz1475.9MHz–1500.9MHzFDDUTRA/E-UTRA日本12698MHz–716MHz728MHz–746MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲13777MHz–787MHz746MHz–756MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲14788MHz–798MHz758MHz–768MHzFDDUTRA/E-UTRA美洲17704MHz–716MHz734MHz–746MHzFDDE-UTRA－BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/201213.1.23GPP标准演进331900MHz–1920MHz1900MHz–1920MHzTDDUTRA/E-UTRA欧洲、美洲(不包括日本)342010MHz–2025MHz2010MHz–2025MHzTDDUTRA/E-UTRA欧洲，亚洲351850MHz–1910MHz1850MHz–1910MHzTDDUTRA/E-UTRA－361930MHz–1990MHz1930MHz–1990MHzTDDUTRA/E-UTRA－371910MHz–1930MHz1910MHz–1930MHzTDDUTRA/E-UTRA－382570MHz–2620MHz2570MHz–2620MHzTDDUTRA/E-UTRA欧洲391880MHz–1920MHz1880MHz–1920MHzTDDUTRA/E-UTRA中国402300MHz–2400MHz2300MHz–2400MHzTDDUTRA/E-UTRA欧洲、亚洲BUPTInformationTheory&TechnologyCenter2020/2/201313.1.33GPP2标准演进3GPP2(ThirdGenerationPartnershipProject2)组织成立于1999年1月，由ARIB、CCSA、TTC、TTA、和TIA等标准化组织构成，负责cdma2000系统标准化。其组织结构如图所示。SteeringCommitteeTSG-AAccessNetworkInterfacesTSG-Ccdma2000TSG-XTSG-SServiceandSystemAspectsWG-1ProgramManagementTeamWG-2FeatureandRequirementWG-3IOSAccessNetworkWG-1ApplicationsandServicesWG-2SignalingandProtocolWG-3PhysicalLayerWG-