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WCDMA基本原理2CDMA原理IMT-2000介绍WCDMA的FDD模式目前3G的运营方向3多径环境时间接收信号强度发射信号4衰落发射数据-40-35-30-25-20-15-10-50dB接收数据5移动信道的多径特性•电磁传播－反射、散射和绕射•无线环境中的信号衰减分成三部分：–幅度衰减较大的路径损耗–伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化–衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落•两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：–瑞利分布（非视距传播）–莱斯分布（视距传播）6移动信道的表征•时延表征–平均时延（均值）–时延拓展（标准差），信道相关带宽＝1/时延拓展•频谱–多普勒扩展，运动引起信道变化（快、慢衰落），信道相干时间＝1/多普勒频率–多径特性（信道带宽），平坦衰落和频率选择性衰落–宽带码分多址是频率选择性慢衰落信道•测试信道的方法–衰落的概率分布–电平通过率－衰落快慢，信道衰落的深度–衰落持续时间（交织深度）7典型无线信道分类•静态信道（static）•户内信道•户外到户内人行道信道•车载信道•移动信道（moving）•生死信道（birth-death）8无线通信中的几个基本概念和区别•多址技术：–时分多址，频分多址和码分多址•双工技术：–时分双工与频分双工•窄带系统与宽带系统：–单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致–一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽–宽带系统通常能够带来频率分集的优势9频分多址(FDMA)•FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加共享容量•在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射•FDMA通常是窄带系统•符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展造成的符号间干扰低，无需均衡•FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小•FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）•非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射10时分多址(TDMA)•多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙•TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭•不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理•即使使用FDD也无需双工器•需要自适应均衡；需要保护时隙•分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步•按照不同的用户提供不同的带宽•TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比•功率控制频率为2Hz或更低•质量控制通过频率规划来实现11扩频多址(SSMA)•跳频码分多址（FH－CDMA）–使用窄带FM或FSK，使用能量效率高的恒包络调制，用廉价的接收机实现FHMA的非相干检测–具有安全性；使用纠错编码和多径技术来防止碰撞的影响•直接扩频码分多址（DS－CDMA）–多用户共享同一频率–CDMA是软容量限制，当用户数目增加时，对所有用户而言，系统性能下降；相应当用户数目减少时，系统性能提高–CDMA中信道数据速率小于信道的时延扩展，故可以使用RAKE接收技术–利用宏空间分集，多个基站同时监听，实现软切换，不切换频率；–自干扰系统－多址干扰；–远近效应•跳时码分多址（TH－CDMA）12多址技术图示频率时间TDMA时间频率FDMA频率时间码字CDMA传统多址技术码分多址技术13各种多址的不同接收方式•频分多址，符号持续时间长，无符号间干扰，直接判决•时分多址，有符号间干扰，无法区分多径，用滤波器进行符号间均衡–自适应均衡器，系数可以调整–每个时隙有导频用以训练系数•直扩码分多址–宽带系统，可以区分多径–多径接收机（RAKE），多径分集14CDMA在无线信道中传输的优势•采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应；•宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果•码字的多址传输，利用了多用户分集的效果•信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性•扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输•频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM，频率复用系数WCDMA为1，GSM为1～18。•支持软切换和更软切换•支持新技术的应用，如多用户检测•WCDMA有下行发射分集，而GSM没有15CDMA原理IMT-2000介绍WCDMA的FDD模式目前3G的运营方向16第三代移动通信的提出•IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称–第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）–第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统17第三代标准的方向•第三代的主动权受到下面四个支配力量的驱使...–国际无线通信IMT-2000进程（85年启动）–日益增长的无线业务需求：许多系统如D-AMPS，GSM，PDC，PHS已经超出容量–希望更高质量的语音业务–希望在无线网络中引入高速数据和多媒体业务–基本十年一代的移动通讯发展速度18ITUIMT-2000标准化进程•1985：FPLMTS，1996更名为IMT-2000•1992：WRC92大会分配频谱230MHz•1999.3：完成IMT-2000RTT关键参数•1999.11：完成IMT-2000RTT技术规范•2000：完成IMT2000全部网络标准•网络部分采用“家族概念”•成立3GPP(1998.12)、3GPP2(1999)等标准化组织19标准化组织CATT3GPP3GPP2UWCCDECTOHG3G.IPIMT-2000RecommendationsIMT-TC(UTRA-TDDLCR)IMT-DSIMT-TC(UTRA-TDDHCR)IMT-MCIMT-SCAll-IPIMT-FCOHG=operatorsHarmonizationGroupUWCC=UniversalWirelessCommunicationsConsortiumSatellitesSRAN20主要的CDMA3G提案区域标准组织(RSO)无线传输技术(RTT)U.S.TIA(TR45.5)cdma2000T1W-CDMAKoreaTTATTA1(~cdma2000)TTA2(~W-CDMA)JapanARIBW-CDMAEuropeETSI(SMG2)W-CDMAChinaCWTSTD-SCDMA21无线系统的演进GSMUWC-136EDGEcdma2000136HSOutdoorIS-136136HSIndoorGPRSIS-54IS-95AIS-95BUTRA(WCDMA)ARIB(WCDMA)HSCSDWCDMATDD/FDDAMPSPDC1G2G2+G3GTD-SCDMA223G演进策略IS-95CDMAcdma2000MCGSMWCDMAFDD/TDDTD-SCDMAIS-136TDMAUWC-136136HSIndoorEDGE&136HSOutdoorLegacySystemTechnology3GModeFamilyGPRS23GSM向WCDMA的演进策略GSMPhase2+HSCSD9.6kbps14.4kbps57.6kbps115kbps384kbps2MbpsGPRSEDGEEGPRSWCDMAIMT-FDDWCDMAIMT-TDDLCRWCDMAIMT-TDDHCR19992003200020012002EDGE-EnhancedDatarateforGlobalEvolutionGPRS=GeneralPacketradioServiceHSCSD=HighSpeedCircuitSwitchedData24GSM向WCDMA演进•GPRS在近期的全面推广•EDGE技术的推广使用，在美国可能实用化•WCDMA的FDD模式R99版将在日本最先实用–2001年三月NTTDoCoMo的东京商用网开始运营，第三季度名古屋和大阪商用网开始；–目前日本各大运营商的第三代试验网络都已经开始运营；–各公司的核心网络和终端设备开始推出；•WCDMA在欧洲–目前Ericsson，Fujitsu在英国建成了试验网•WCDMA在中国（有GSM－MAP核心网的优势）–目前已经有了多个公司的试验设备，包括Huawei，Ericsson，Nokia等25IMT-2000的频谱分配185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz186518651870188518901895191019301945196519701975263G的频谱需求•ITU对IMT-2000没有指定的频带限制•日本/韩国/欧洲为3G在每路预留了60Mhz，称为区域1/3频带规划•美洲(区域2)蜂窝和PCS频带将被用于3G–蜂窝：824-849Mhz反向(上行)，869-894Mhz前向(下行)–PCS：1850-1910Mhz反向(上行)，1930-1990Mhz前向(下行)•向ITU建议全球所有区域将1920-1980Mhz仅仅用于前向•减轻3G和PCS频带间的干扰•现存的蜂窝频带可以开发用于3G业务27IMT-2000追加频率确定•在国际电气通信联合会（ITU）的世界无线通信会议（WRC-2000）（5月8日至6月2日伊斯坦布尔），IMT-2000的追加频率获得了承认。•追加频率的分配主要考虑到将来需求的增加，增加了以下三个频段：–800MHz频段（806-960MHz）–1.7GHz频段（1710-1885MHz）–2.5GHz频段（2500-2690MHz）•该追加方案基本上采用了2000年2月APT（亚太电气通信共同体）提出的方案283G频谱(WARC2000大会后)185019001950200020502100215022002250ReserveUMTSGSM1800DECTMSSMSSIMT2000PHSMSSIMT2000IMT2000MSSIMT2000IMT2000IMT2000MSSUMTSMSSADBEFABCMSSMSSMSS[GSM1800,PCS]FEBBCITUIdentificationsEuropeChina**Japan,Korea(w/oPHS)Americas***1700175018009501000800850900IMT2000IMT200025002550260026502700IMT2000UMTSGSMCellularPDCCellularMSSGSMIMT-2000IMT2000IMT2000UPCSPCS**DIMT200029不同业务QOS要求时延敏感性误码敏感性backgroundconversationalstreaminginteractive30IMT-2000可以提供的业务1stTier2ndTier3rdTier5thTier4thTier31业务提供