第三代移动通信系统概述

第三代移动通信系统概述第一章.什么是3G第二章.3G的网络结构第三章.3G的关键技术第四章.3G技术演进目录第一章什么是3G2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信(3G)牌照，这标志着我国正式进入3G时代。3G在中国运营商重组TD-SCDMAGSMCDMA2000CDMAWCDMAGSM什么是3G?第三代移动通信技术即为3G英文3rdGeneration的缩写。是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、语音、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。第三代通信网络的主要目标定位于实时视频、高速多媒体和移动Internet访问业务。移动通信技术的发展AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术语音业务第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA宽带多媒体通信移动互联网业务语音业务，低速率数据业务GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代数字需求驱动数字技术语音业务2.5G:GPRS2.75G:EDGE144Kb/s384Kb/s2Mb/s可支持的比特速率第二代系统(GSM,IS95)14.4Kb/s2G和3G的业务速率对比2G和3G速率对比3G提供的业务语音E-mail电子商务Web浏览音乐/图像可视电话视频会议10kb/s100kb/s1Mb/s2Mb/s比特速率3G业务所需带宽IMT-2000的含义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）。目标：建立全球化的，支持综合化的业务快速移动环境：144kb/s慢速移动环境：384kb/s室内环境：2Mb/s1996年更名为IMT-2000。1.工作在2000Mhz左右频段2.提供2000Kbit/s的业务速率3.计划在2000年左右试商用ITUIMT-2000T1P1CWTSWCDMATD-SCDMAETSITTAARIB/TTCCDMA20001xRTT/3xRTT1xEV-DO1xEV-DVTIA3G标准化组织3G体制WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMA－FDD/TDDTD-SCDMA核心网络：基于MAP无线传输技术：TD-SCDMAcdma2000核心网络：基于ANSI41和MIP无线传输技术：cdma2000CDMA技术是3G的核心3种3G标准开环，闭环(最高200Hz)，外环开环，闭环(最高800Hz)，外环开环，闭环(最高1500Hz)，外环功率控制自适应多速率可变速率(basedonvoiceactivity)自适应多速率(basedonRFcondition)语音编码硬切换或接力切换软切换，频间切换，与IS-95间的切换软切换，频间切换，与GSM间的切换切换QPSK，8PSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)调制方式5ms子幀20ms10ms幀长同步(GPS等几种同步方式）同步(需GPS)异步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps码片速率TDDFDDFDD双工方式TDMA+CDMA单载波宽带直接序列扩频cdma单载波宽带直接序列扩频cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道间隔TD-SCDMAcdma20001XUMTS-WCDMA3G技术特性比较LCR:384KbpsHSDPA:2.8M1xRTT:153.6KbpsEVDO:3.1MWCDMA:384KbpsHSDPA:14.4M可支持的数据速率适合城区组网同UMTS适合各种蜂窝组网制式，适合城区、郊县和乡村应用场合尤其适合于非对称数据业务，如Internet下载适合于对称业务，如语音，交互式实时数据业务，支持非对称业务适合于对称业务，如语音，交互式实时数据业务，支持非对称业务业务特征理论上限为24个12.2kbps话音用户/1.6MHz/扇区(实际容量尚待验证)大约105个用户/5MHz/扇区(约为IS95系统容量的1.5倍)约为100个用户/5MHz/扇区最大容量(纯话音)每信道1.6MHz，上下行共用同一个频率尤其适合于上下行非对称的数据业务成对地使用上下行频率（每信道约为1.25MHz）成对地使用上下行频率（每信道约为5MHz）频率使用方式TD-SCDMAcdma20001XUMTS3G性能比较运营商3G品牌3G制式标准版本工作频段理论速度中国移动TD-SCDMAHSDPA1880M~1900M2010M~2025M上行:384Kbps下行:2.8Mbps中国电信CDMA2000EV-DO.RevA上行：1920～1935下行：2110～2125上行1.8Mbps下行:3.1Mbps中国联通WCDMAHSDPA/HSUPA上行：1940～1955下行：2130～2145行:5.76Mbps行:14.4Mbps中国的3G网络第二章3G的网络结构WCDMA/TD-SCDMA网络系统由CN（核心网），RAN（无线接入网）和UE（用户设备）三部分组成，各部分由接口连接3G网络结构UE：移动设备NodeB:基站RNC:无线网络控制器TRAU:码型变换/速率适配器VLR:拜访位置寄存器HLR:归属位置寄存器MSC:移动交换中心PSTN：公共交换电话网络SGSN:服务GPRS支持节点IPBackbone:IP骨干网GGSN：GSN网关GSN：SGSN与GGSN合称GSN主要网络设备：RAN由一组RNS组成，通过Iu接口与核心网相连。RNS包括一个RNC和一个或多个NodeB,NodeB与RNC之间通过Iub接口通信RNC主要负责接入网无线资源的管理，包括接纳控制，功率控制，负载控制，切换和分组调度等。NodeB主要进行空中接口的物理层处理，如信道交织和编码，速率匹配和扩频等。NodeB还执行无线资源管理部分的内环功率控制。RAN－无线接入网核心网子系统的框架结构分成两个部分：电路交换域(CS)和分组交换域(PS)，分别对应于原来的GSM交换子系统和GPRS交换子系统。CS域和PS域是根据系统对用户业务的支持方式区分的，根据运营商实际网络的规划方案，核心网可以同时包含这两个域，也可以只包含其中之一。核心网主要处理系统内部所有的语音，数据连接和交换以及和外部其他网络的连接和路由选择。无线通信网络UTRAN利用电路交换域接入PSTN传统的语音业务；利用分组交换域接入IP等传统数据通信网络的数据业务。核心网功能AbiasIS-95-A/BBTSCDMA2000BTSBSCBSCCSDUPCFMSC/VLRPDSNHLR/ACBSCBSCCSDUA8A9A10A11InternetUmA3A7A1A2ANSI-41PSTNISDN无线接入网(RAN)核心网(CN)CDMA2000网络结构BTS:基站收发信机PCF:分组控制功能BSC:基站控制器PDSN:分组数据服务器SDU:业务数据单元MSC/VLR:移动交换中心/访问寄存器BSCC:基站控制器连接CDMA2000主要网络设备第三章3G关键技术多址接入：不同用户共享通信网络资源的方式FDMA：频分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess)TDMA：时分多址(TimeDivisionMultipleAccess)CDMA：码分多址(CodeDivisionMultipleAccess)SDMA：空分多址(SpaceDivisionMultipleAccess)1.多址技术－Multiplex1.多址技术FDMA：每个用户分配一个频率TDMA：几个用户共享同一个频率，只是在时间上区分。多址技术SDMASDMA：几个用户在空间上加以区分，这是由于智能天线的采用而引入的一种多址方式。不同空间的用户可以复用频率、时隙码道和功率资源多址技术CDMA：几个用户同时共享同样的频率，时间，但采用不同的码字（地址）。双工技术2.双工技术－Duplex通信双方能够同时进行双向传送信息，实现双向通信的方式和技术。双工技术：FDD：频分双工(FrequencyDivisionDuplex)TDD：时分双工(TimeDivisionDuplex)双工技术－FDD上下行使用不同频率要分配成对频率信道特性非互易非对称业务谱效率低不利于智能天线使用开环功控不准确FDD:频分双工，上下行使用不同的频率FDD－FrequencyDivisionDuplex双工技术－TDD上下行使用相同频率见缝插针使用频率信道特性互易高效支持非对称业务有利于智能天线使用精确高效的功率控制TDD：时分双工，上下行采用相同频率，但在时间上加以区分。TDD－TimeDivisionDuplex香农(Shannon)在1948年提出了信道容量公式：C＝WLog2(1十P/N)式中：C---信道容量(用传输速率度量)W---信号频带宽度P---信号功率N---白噪声功率公式说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N情况下，传输信息。扩频通信通过扩展频谱换取对信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。3.CDMA技术介绍CDMA技术CDMA技术扩频技术：是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。码片(Chip):数据被扩频后，每个数据位被一串”01”码流所代替，每个码就叫码片。符号(Symbol):每个实际基带数字信号(经调制后的实际信息)码片速率:码片的速率,单位是Mcps扩频因子(SF)：扩频后chip速率和扩频前符号号速率的比值，直接反映了扩频增益。CDMA技术CDMA：采用直接序列扩频，给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户码序列的相关性是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA技术正交变长扩频因子OVSFSF=1SF=2SF=4SF=8SF=16扩频码CSF,K,其中SF为扩频因子，K是码的序号树根上的码字被使用后，树梢上的码就不能使用了。例一：8个用户，相同通信速率要求ChipRate=3.840Mcps480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s1111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110CF=1CF=2CF=4CF=8CDMA技术Userwith4xBitRate=UnusableCodeSpace480kb/s480kb/s480kb/s480kb/s1.92Mb/sChipRate=3.840Mcps1111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110例2：5个用户，不同速率要求CDMA技术CDMA技术SymbolSpreadingDespreading1-11-11-11-11-1Data=010010SpreadingcodeSpreadsignal=Data×codeSpreadingcode=1-1-11-111-1(SF=8)Data=Spreadsignal×codeChip扩频与解扩PN1RFModulationUser1PN2RFModulationUser2PN3RFModulationUser3PN4RFModulationUser4RFDemodPN3Receiver多用户扩频与解扩