第三代移动通信-硬件和射频工程师

第三代移动通信技术原理孙震强2004.3.12内容提要第三代移动通信的现状与未来第三代移动通信的空中接口WCDMA网络的结构与演进第一部分第三代移动通信的现状与未来孙震强第一部分概述国内外3G频段3G主流技术标准国内外3G研发现状3G主流技术的商用情况移动通信是一种沟通移动用户与固定用户之间或移动用户之间的通信方式。它具有快速、便捷、可靠、不受时空限制的特点。1897年，马可尼在固定站和一艘拖船之间进行的无线通信实验，标志着移动通信的诞生。1947年贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，70年代试验，80年代开始使用。时至今日，蜂窝移动通信经过了两代成熟的发展，并且进入了第三代移动通信的研制、试验和建设阶段。1概述蜂窝移动通信的发展历程AMPSTACSNMTC450NAMTS模拟技术DAMPSIS-95GSMPDC数字技术CDMA2000WCDMA语音业务多媒体业务技术驱动业务驱动第一代模拟蜂窝移动通信系统80年代第二代数字蜂窝移动通信系统90年代第三代数字蜂窝移动通信系统21世纪•FDMA•话音•TDMA•话言和低速数据•CDMA•宽带多媒体技术驱动3G最早由ITU在1985年提出，称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。1996年更名为国际移动通信2000即IMT2000。工作频段2000MHz商用时间2000年左右最高速率2000Kbit/sIMT-2000的含义第一部分概述国内外3G频段3G主流技术标准国内外3G研发现状3G主流技术的商用情况2IMT-2000的核心频段185019001950200020502100215022002250ITU欧洲美国MSSPCSADBTDDBCDCEFAFEMSS保留2165MHz18501900195020002050210021502200225018801980TDDFDDDECTMSS188520252010TDDTDDFDDMSSFDD日本MSSFDDMSSFDDPHS2170FDD21102170MSSMSS保留保留保留FDDWLLFDDWLL中国MSS19201980TDDTDDWLL18651880189519001920194519601980191819802010202519202010202521102170217021102110蜂窝蜂窝保留IMT-2000的扩展频谱60MHz60MHz15MHzFDD(上行)TDDTDD扩展(下行)100MHzTDD补充24002300ISM2483,5ISM频段(WLAN,oven,bluetooth…)83,5MHz2500ITUIMT-2000扩展频段2690卫星FDD(下行)中国的3G频率规划190019201980201020252110217018801805175530MHz30MHz1850FDD补充FDD补充40MHz现800/900/1800MHz2G频段均为扩展工作频段PHS当前中国2G/3G移动通信的频谱分配825-835835-839870-880880-884890-903903-909929-935935-948948-954954-960839-845885-890909-915ReservedTACS-C(Rx)AMPS-A(Rx)825-835AMPS-B(Rx)835-845TACS-A(Rx)890-897.5TACS-B(Rx)897.5-905GSM(Rx)905-915TACS-A(Tx)935-942.5TACS-B(Tx)942.5-950GSM(Tx)950-960TACS-C(Tx)924-935联通CDMACT2(空)中移动GSM联通GSMETACS中移动GSM联通GSMAMPS-A(Tx)870-880AMPS-B(Tx)880-890ETACS联通CDMAReservedReservedTx&Rxarefromthebaseperspective中移动联通信产部尚未发放美国标准中国电信ITU标准TDD频谱CMCCDCS1800GuardBandTDDTD-SCDMADCS1800未发放CDMAPCS联通DCS1800DCS1800未发放联通DCS1800中移动DCS1800SCDMACDMAPCS(空)DCS1800Rx1710-1785DCS1800Tx1805–1880中国电信CDMAWLLPCS1900Rx1850-1910CDMAPCS(空)PCS1900Tx1930-1990ITUIMT-2000Rx1920-1980中移动DCS1800ITUMSS1980-2010PHS1805-18201900-19101850-18651865-18801880-19001945-19601960-19801710-17251745-17551840-18501755-17851785-18052010-20251990-20101910-19201980-1990中国电信CDMAWLL第一部分概述国内外3G频段3G主流技术标准国内外3G研发现状3G主流技术的商用情况3IMT-2000无线接口标准CDMATDMAIMT-DSWCDMAIMT-MCcdma2000IMT-TCTD-CDMATD-SCDMAIMT-SCUWC-136IMT-FTDECTFDDTDDIMT-2000无线接口标准ITU制定5大标准的主要原因：–第二代核心网的不同；–无线接口的兼容性问题；–频谱分配作用；–知识产权问题；–竞争也是一个主要因素。通过融合，目前形成三种主流技术标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA–3GPP发展WCDMA、CDMATDD和EDGE–3GPP2发展cdma2000的技术规范3G的演进策略总体上讲都是渐进的。现有技术技术趋势IS-95CDMA2000GSMWCDMAGPRSAMPSUWC-136GSMTD-SCDMA3GPP23GPP3G主流制式划分WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMA－FDD/TDDcdma2000核心网络：基于ANSI41和MIP无线传输技术：cdma2000EDGETD-SCDMA第三代移动通信标准化进展R99R4R5R6引入Iu接口最大速率2Mbps商用版本2001.6+后续CR2000.32001.32002.6功能冻结时间点控制与承载分离增加TD-SCDMA有待完善引入多媒体域(IMS)无线引入HSDPA有待完善研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作MBMS框架结构的研究WCDMA的进展1XRelease01XReleaseA1xEV-DO1xEV-DV电路域ANSI-41分组域mobileIP最大速率153.6Kbps商用版本2000年底1999年底2001年初2001.10标准完成时间最大速率307Kbps语音和数据最大速率2.4Mbps单独载波支持数据业务cdma2000的进展2002.5最大速率3.1Mbps同时支持数据和话音业务TSMLCR采用GSM/GPRS核心网无线网采用A接口和Gb接口接入核心网最大速率384KbpsTD-SCDMA的进展采用WCDMA核心网无线网采用Iu接口接入核心网最大速率2MbpsPS域CS域UTRAN业务网3G网络结构WCDMA网络-R99GbRNCRNCNodeBNodeBIubIubIurIuPSIuCSBSSMSC/VLRGMSCPSTNHLR/AUCASGSNGGSNInternetGn核心网电路域ANSI-41核心网分组域MIP无线部分PDSN/FABSCPCFHAIPAAAVLRMSC/SSPHLR/ACPSTN/ISDNBTSBSCBTSPCFBTScdma2000网络A10、A11A8、A9A1、A2A3、A7IS-95TD-SCDMA网络Phase1--TD-SCDMA接入到GSM核心网–无线接口物理层采用TD-SCDMA，层二、层三与GSM接近（主要无线资源控制不同）–以A、Gb接口接入到GSM/GPRS核心网络Phase2--TD-SCDMA接入到R4核心网–无线接口物理层采用TD-SCDMA,层二、层三与WCDMA的结构类似（主要无线资源控制不同）–以Iu接口接入到R4核心网第一部分概述国内外3G频段3G主流技术标准国内外3G研发现状3G主流技术的商用情况4国内外3G研发现状－WCDMAWCDMA的设备供应商已能提供商用系统设备。软件版本基于R992001年6月版本，并支持后续版本中重要的CR（主要涉及GSM和WCDMA的切换）。各厂家均预测可在2003年到2004年初推出基于3GPPR4版本的产品。各厂家系统之间已经进行了多次互操作性测试(IOT)，以及与终端间的IOT。参加MTNET下一阶段测试的厂家有12个，分别是：华为、中兴、爱立信、诺基亚、西门子/NEC、北电、阿尔卡特/富士通、朗讯、摩托罗拉、UT斯达康、东信、广州LG。国内外3G研发现状－cdma2000目前给联通CDMA1X供货的有朗讯、爱立信、摩托罗拉、北电、上海贝尔、中兴、东信等厂家。cdma2000的设备供应商都能提供cdma20001X的非核心频段的产品。2002年8月，CDG联合爱立信、LG、朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星、中兴8家无线通信厂商签署协议，根据市场需求提供2.1GHz的终端、基础设施和相关技术。国内外3G研发现状－TD-SCDMA基于TD-SCDMATSM标准的商用基站产品，大唐/西门子预计2003年底提供,TSM商用终端2004年提供。11月2日，拥有完全自主知识产权的我国第一台ＴＤ－ＳＣＤＭＡ3Ｇ商用手机在重庆研制成功。基于TD-SCDMALCR标准的商用基站产品预计2004年左右提供，LCR标准的商用终端预计2005年左右提供。目前从事系统产品开发的厂家较少。大唐和西门子两家研发NODEB，华为和北电准备参与RNC。参加TD-SCDMA产业联盟的其它厂家还没有进行产品开发。IMT－2000家族业务平台统一!终端多频多模!!第一部分概述国内外3G频段3G主流技术标准国内外3G研发现状3G主流技术的商用情况5国内外3G商用现状目前全球WCDMA商用的网络有12个：NTTDoCoMo、J-phone、MOBILKOM、Hutchison的6个H3G网络。据统计，到2003年9月NTTDoCoMo商用用户数超过100万。EMC报道，2003年10月日本商用用户数超过116万，意大利43万，英国22万。全球超过200万。2004年1月,全球超过300万。目前有34种商用终端，FOMA提供15种终端，H3G初期提供3种终端。国内外3G商用现状目前全球有63个商用的cdma20001X网络，8个cdma20001xEV-DO的商用网络。据统计，2003年10月，cdma2000用户达到6450万左右；在亚洲，cdma2000用户超过4000万左右。2004年1月，cdma2000用户达到8210万左右；2004年1月，cdma20001xEV-DO用户达到553万左右；目前，cdma20001x有422种终端，cdma20001xEV-DO有40多种终端。结论第三代移动通信的发展已经起步。cdma20001X已经大规模商用，近期WCDMA也开始大规模商用。目前cdma20001X的商用用户数高于WCDMA。但是从中长期比较，由于全球选择WCDMA的运营商占98%，(在核心频段全球已发放117个WCDMA执照，3个cdma2000执照),所以说WCDMA的潜在市场规模更大，商业前景更好。第二部分第三代移动通信的空中接口孙震强第二部分无线传播特性–概述–电波的各种传播方式–各个波段的传播特点–无线信道的复杂性–移动信道研究的基本方法–电波传播特性研究的结果无线接口的主要技术3G技术的特点和优势1.1