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无线通信技术基础第14章、第三代移动通信系统内容介绍第三代移动通信系统（3G）的概念是国际电信联盟（ITU）早在1985年就提出来的。直到1997年，由于第二代移动通信系统的巨大成功，用户的高速增长与有限的系统容量和业务类型之间的矛盾日渐明显，特别是用户对宽带数据业务的需求急剧增加，促使第三代移动通信系统的标准化和系统研制工作正式进入实质阶段。第三代移动通信系统的宗旨是建立全球性的综合个人通信网，能够提供综合业务（尤其是高速分组数据和多媒体业务），并且实现全球无缝覆盖。与现有的第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统在全球漫游、业务能力、应用环境和数据速率等很多方面都具有无法比拟的优点。本章重点一．3G网络的基本结构。二．3G的标准化进程。三．三种主要3G标准的比较。四．3G的频谱资源。五．2G向3G的演进过程。第14.1节、概述第三代移动通信系统（3G）是一种能提供多种类型的高质量的宽带多媒体业务、能实现全球无缝覆盖、具有全球漫游能力、与固定通信网络相兼容并通过小型便携式终端进行通信的新一代移动通信系统。第三代移动通信系统的实现目标可以概括如下。能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，并且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量保证的通信。能提供多种业务：可以提供话音业务，还可以提供可变速率的高速数据和视频等非话音业务，特别是多媒体业务。能适应多种环境：可以综合现有的PSTN、ISDN、无绳电话系统、移动通信系统、卫星通信系统等通信网络，提供无缝隙的通信覆盖。能提供足够的系统容量、强大的多用户管理能力、高度的保密性能和服务质量。第14.1节、概述为了实现上述目标，ITU对3G系统的无线接口提出了以下基本要求：能够实现高速数据的传输以支持多媒体业务。室内静止环境至少达到：2Mbps。室外步行环境至少达到：384Kkbps。室外车辆运动环境至少达到：144Kbps。卫星移动环境至少达到：9.6Kbps。能够实现数据传输速率的按需分配。能够适应上、下行链路不对称的业务需求。第三代移动通信系统是在业已成熟的2G系统的基础上发展起来的，其初衷是想用一套单独的标准来满足广泛的移动通信需求，并在全世界范围提供通用的通信接口。在3G通信系统中，蜂窝电话和无绳电话之间将没有区别，各种话音、数据和视频业务都可以通过通用的个人移动终端来实现。第14.2节、3G的网络结构3G的概念最早由ITU在1985年提出，当时称为FPLMTS未（来公众陆地移动通信系统）。1996年更名为IMT-2000（国际移动通信-2000），其含义是系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000Kbps，预期在2000年左右得到商用。IMT-2000包括地面系统和卫星系统。IMT-2000定义了3G系统的基本网络结构。其中包括：UIM-用户识别模块，MT-移动终端，RAN-无线接入网，CN-核心网。UIMMTRANCN其它IMT-2000家族成员的CNUIM-MT接口UNI无线接口RAN-CN接口NNI网间接口终端侧网络侧第14.2节、3G的网络结构第三代移动通信系统分为终端侧和网络侧两大部分。终端侧主要包括：用户识别模块（UIM）和移动终端（MT）。网络侧主要包括：无线接入网（RAN）和核心网（CN）。他们之间的接口关系如下。UIM-MT接口：用户识别模块（UIM）和移动终端（MT）之间的接口（终端设备的内部接口），MT只有插入了相应的UIM才能使用。UNI无线接口：用户终端（MT）与无线接入网（RAN）之间的无线接口，这是3G系统最重要的接口，体现了3G系统最显著的特征。不同的3G标准之间的主要区别就体现在无线接口的无线传输技术上。RAN-CN接口：无线接入网（RAN）与核心网（CN）之间的接口。NNI网间接口：IMT-2000家族成员之间互连互通的网络-网络接口，这是保证网络互通和移动台漫游的关键接口。第14.3节、3G的标准化进程1992年，世界无线电大会（WRC）为第三代移动通信系统在2GHz频带上分配了230MHz的带宽。1997年，ITU开始在全世界范围内征求IMT-2000无线传输技术（RTT）的候选方案。到1998年6月的提交截止期限为止，共收到了16种RTT的技术候选方案，其中包括10个地面RTT技术方案和6个卫星RTT技术方案。1998年，ITU完成了对RTT技术候选方案的技术性能评估。1999年，通过了“IMT-2000无线接口技术规范建议”，其中由我国提出的TD-SCDMA技术写在了3G无线接口规范建议的CDMATDD部分。2000年5月，在ITU-R2000年会上正式通过了“IMT-2000无线接口技术规范建议”，此标准包括码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）两大类共五种技术。其中两种基于TDMA技术的标准受到重视的程度不高。另外三种基于CDMA技术的方案成为公认的主流技术。第14.3节、3G的标准化进程3G的三大主流标准：IMT-2000CDMADS（WCDMA）。IMT-2000CDMAMC（CDMA2000）。IMT-2000CDMATD（TD-SCDMA和UTRATDD）。“IMT-2000无线接口技术规范建议”的通过，标志着3G系统无线接口技术规范方面的工作已经基本完成，第三代移动通信系统的开发和应用将进入实质性的建设阶段。IMT-2000许可证的发放工作也在各国开展起来。IMT-2000后续的标准化主要集中在“IMT-2000增强”和“后IMT-2000系统”的研究，目标是采用更加先进的技术达到更高的性能指标，其中包括：CDMA2000向1XEV-DO和1XEV-DV的演进、3G系统向全IP结构的演进、高速下行分组接入协议（IPv6）、软件无线电、智能天线等等，还有扩展频谱的规划、不同系统间的干扰分析、不同系统的共存方案等技术领域。第14.4节、3G的三大主流标准3G的标准化包括核心网络和无线接口两个部分。ITU最初的愿望是制定一个公共的核心网络和无线接口标准，进而形成全球化的统一标准。但是由于各种原因这一目标实际上无法实现，最后提出了一个“家族概念”。核心网络部分：1997年通过了欧洲提出的“ITM-2000家族概念”。这一概念的中心是3G的核心网络将基于现有的2G网络演进，两种主要的现有2G核心网络是：欧洲的“GSMMAP”和美国的“IS-41”。无线接口部分：1997年开始讨论3G的无线接口的家族概念，并最终形成多个无线技术标准。从1998年开始不再使用“家族概念”，提出并开始采用“套”的概念。其含义是无线接口标准可能多于一个，但并没有承认一定多于一个，仍然希望最终能形成一个统一的无线接口标准。由于各种技术和商业方面的原因，3G最终没有能够形成一个全球化的统一标准，形成了不同3G技术标准共存的局面，主要原因如下。第14.4节、3G的三大主流标准与2G系统的关系。核心网络：3G系统的核心网络部分一定要考虑与2G系统的兼容性，即3G的核心网络一定是基于2G逐步发展和演进而不是替代的关系。2G系统有两大核心网络：欧洲的GSMMAP和美国的IS-41，这两个核心网络互不兼容。无线接口：美国的运营商强调无线接口的后向兼容（演进型），因此CDMA2000系统的无线信道仍然采用了与CDMA（IS-95）系统相同的1.23MHz带宽，通过多载波捆绑等技术来提高传输速率。而欧洲和日本等运营商采用的无线接口不支持后向兼容（革命型），WCDMA的无线信道直接扩展到5MHz。我国提出的TD-SCDMA标准也不支持后向兼容，无线信道扩展到1.6MHz，并且采用了TDD的双工方式。第14.4节、3G的三大主流标准IS-41核心网IS-136UWC-136IS-95CDMACDMA2000GSM核心网GSMWCDMATD-SCDMAPDC核心网PDC第14.4节、3G的三大主流标准频谱分配：频谱的分配对技术的选用也起着重要的作用。在美国，ITU所分配的ITM-2000频率已经被用于个人通信系统（PCS），而且美国的3G网络要与2G网络共用频谱，所以特别强调无线接口的后向兼容性，在技术上强调逐步演进。而其它的大多数国家都可以提供全新的IMT-2000频段，在3G频段的分配上有很大的灵活性。市场竞争：在2G时代，形成了欧洲的GSM和北美的CDMA（IS-95）两大阵营的相互竞争，这两大阵营分别占据着全世界范围内巨大的移动通信市场，而且这两大阵营向3G系统发展时所采取的技术方向是不同的，不可能形成统一的标准。基于以上原因，形成全球统一的3G标准的愿望已经无法实现，最终形成了WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA这三大主流技术标准。第14.4节、3G的三大主流标准1、WCDMAWCDMA是欧洲和日本共同提出的3G标准，核心网络基于GSM/GPRS网络演进，无线接口采用直接扩频的宽带码分多址技术（DS-WCDMA）。WCDMA得到了欧洲、北美和亚太地区的GSM运营商以及日本的大多数运营商的广泛支持，是第三代移动通信系统最具有竞争力的技术标准之一。采用WCDMA无线接口的3G系统在欧洲称为UMTS（通用移动通信系统），包括无线接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。WCDMA的核心网（CN）采用了完全兼容GSM/GPRS的模式，可以从GSM系统平滑演进。无线接入网（RAN）和用户设备（UE）则采用了全新的基于WCDMA的无线接口，每个载频的带宽为5MHz，码片速率为3.84Mcps。WCDMA的用户终端一般采用WCDMA+GSM的双模技术，在WCDMA系统的建设初期可以利用原有的GSM系统实现全球漫游。第14.4节、3G的三大主流标准WCDMA系统的主要技术特点如下。WCDMA的核心网络与GSM/GPRS兼容，可以基于GSM/GPRS核心网络平滑演进。WCDMA的核心网络可以基于TDM、ATM和IP等技术，并逐渐向全IP技术的网络结构演进。WCDMA的核心网络在逻辑上分为电路域和分组域两个部分，分别完成电路交换业务和分组交换业务。WCDMA的无线接入网基于ATM技术，统一处理话音和分组数据业务，并逐渐向IP的方向发展。GSMMAP和GPRS隧道技术是WCDMA中移动性管理机制的核心。无线接口采用DS-WCDMA：信道带宽5MHz，码片速率3.84Mcps。第14.4节、3G的三大主流标准WCDMA系统使用了与2G的GSM系统基本相同的网络结构，网络单元可以划分为：无线接入网（RAN）和核心网（CN），的用户设备（UE）同样沿用了GSM系统的用户设备模式：MT+USIM。USIMMTCuUENodeBUuNodeBNodeBNodeBRNCUTRANRNClublublurVMSC/VLRluSGSNGMSCGGSNHLRAUCCN外部网络OMCIPGnGiPSTNPLMNISDNInternet第14.4节、3G的三大主流标准用户设备（UE）：WCDMA系统的用户终端设备，主要包括两个部分。用户识别模块（USIM）：提供用户身份识别和认证。移动终端（MT）：为用户提供话音、网络和多媒体业务的服务，包括：射频单元、基带处理单元、协议模块和应用软件，MT通过Un无线接口与无线接入网络（UTRAN）连接，。UMTS陆地无线接入网（UTRAN）：简称无线接入网。UTRAN包括基站（NodeB）和无线网络控制器（RNC）两部分。NodeB：WCDMA系统的基站，包括基带处理单元和无线收发信机。NodeB通过lub接口与RNC连接，lub是一个标准接口（与Abis接口不同），用户可以选择不同设备商提供的NodeB和RNC。RNC：RNC通过lub接口与NodeB连接，可以管理多个NodeB。同时RNC还通过lu接口与核心网（CN）连接。第14.4节、3G的三大主流标准核心网络（CN）：CN是WCDMA系统的交换和管理中心，同时负责WCDMA系统与外部网络的连接，CN的主要功能模块如下。V