数据通信_8(3g技术简介)讲义

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1、第8章 3G和未来通信系统,8.1 概述 8.2 IMT-2000 8.3 主要技术标准 8.4 移动通信的发展趋势,8.1 概 述,1. 含义 第三代移动通信系统简称3G，就是IMT-2000，它是国际电信联盟（ITU）在1985年提出未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）的名称的更换，意思是在2000年左右可开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统（IMT-2000）。,3G系统与现有的2G系统有着根本的不同: 本质上，3G系统采用CDMA和分组交换技术，而2G系统则通常采用的TDMA和电路交换技术。 在电路交换的传输模式下，无论通话双方是否说话，线路在接通期间保持开通，并

2、占用带宽，因此与现在的2G系统相比，3G系统将支持更多的用户，实现更高的传输速率。,8.1 概 述,8.1 概 述,2. 三种主流3G技术标准 1997年4月，ITU向各成员国征集IMT-2000的无线接口候选传输技术。这引发了长达近四年的3G技术标准之争和技术融合的进程。最终在2001年确定了cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA这三种主流3G技术标准。,3. 实现目标 第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面: (1) 与第二代移动通信系统及其他各种通信系统(固定电话系统、 无绳电话系统等)相兼容。 (2) 全球无缝覆盖和漫游。 (3) 支持高速率(高速移动环境144 kb/s

3、; 室外步行环境384 kb/s; 室内环境2 Mb/s)的多媒体(话音、 数据、 图像、 音频、 视频等)业务。,4. 频谱规划 1) 主要工作频段 (1) 频分双工(FDD)方式: 19201980 MHz、 21102170 MHz。 (2) 时分双工(TDD)方式: 18801920 MHz、 20102025 MHz。 2) 补充工作频段 (1) 频分双工(FDD)方式: 17551785 MHz、 18501880 MHz。,5. 应用 (1) Internet应用。 (2) 无线视频、 图像的传输。 (3) 多媒体服务。 (4) 各种承载服务。,(2) 时分双工(TDD)方式:

4、23002400 MHz, 与无线电定位业务共用, 均为主要业务, 共用标准另行制定。 3) 卫星移动通信系统工作频段 19802010 MHz、 21702200 MHz。 ,6. 存在问题 理论速率难以实际化 2) 终端的局限性 屏幕显小。 (2) 缺乏键盘。 (3) 多模终端。 (4) 交互式操作困难。 3) 移动内容提供商还不成熟 4) 用户缺少无线上网的动机和时机 5) 对压缩技术提出了更高的要求 6) 计费模式将面临较大的挑战,8.1 概 述,7. 后3G（Beyond 3G）技术已显露端倪 人们希望能在移动环境中数据传输速率更高，即从2Mbit/s提高到100Mbit/s，因此还

5、需要研究更高传输速率的调制技术、软件无线电技术、智能天线技术和广带（Broad band）IP网络技术，这就是4G移动通信技术研究。,第8章 3G和未来通信系统,8.1 概述 8.2 IMT-2000 8.3 主要技术标准 8.4 移动通信的发展趋势,8.2 IMT-2000,1. 含义 1996年, 3G由FLMTS更名为IMT-2000, 其含义是2000年左右投入商用, 核心工作频段为2000 MHz以及多媒体业务最高运行速率第一阶段为2000 kb/s。,2. 主要技术标准 由于无线接口部分是3G系统的核心组成部分，而其他组成部分都可以通过统一的技术加以实现， 因此，无线接口技术标准即

6、代表了3G的技术标准。 1999年10月, 在芬兰赫尔辛基召开的ITU TG8/1第18次会议通过了IMT-2000无线接口技术规范建议(IMT.RSPC)。 2000年5月, 国际电信联盟最终从10个候选方案中确立了IMT-2000所包含的以下5个无线接口技术标准: ,IMT-2000 CDMA DS, 对应WCDMA, 简化为IMT-DS。 IMT-2000 CDMA MC, 对应CDMA 2000, 简化为IMT-MC。 IMT-2000 CDMA TDD, 对应TD-SCDMA和UTRA TDD, 简化为IMT-TD。 IMT-2000 TDMA SC, 对应UWC-136, 简化为I

7、MT-SC。 IMT-2000 FDMA/TDMA, 对应DECT, 简化为IMT-FT。,5个无线接口技术标准: ,IMT-2000地面无线接口标准,3. 系统结构,IMT-2000系统结构图,三个组成部分包括: 用户终端。 (2) 无线接入网(RAN， Radio Access Network)。 (3) 核心网(CN， Core Network)。,四个接口包括: (1) 网络与网络接口(NNI， Network and Network Interface), 指的是IMT-2000家族核心网之间的接口, 是保证互通和漫游的关键接口。 (2) 无线接入网与核心网之间的接口(RAN-CN)

8、, 对应于GSM系统的A接口。 (3) 移动台与无线接入网之间的无线接口(UNI)。 (4) 用户识别模块和移动台之间的接口(UIM-MT)。,5. 第一阶段的标准化情况,1) 3GPP的标准化情况 3GPP主要制定基于GSM MAP核心网、 WCDMA和CDMA TDD无线接口标准的演进策略, 称为UTRA, 由图中序号标示的实线所示。 同时也在无线接口定义与ANSI-41核心网兼容的协议, 由图中序号标示的虚线所示。 2) 3GPP2的标准化情况 3GPP2主要制定基于ANSI-41核心网、 CDMA 2000无线接口标准的演进策略, 由图中序号标示的实线所示。 同时也在无线接口定义与GS

9、M MAP核心网兼容的协议, 由图中序号标示的虚线所示。,IMT-2000无线接口技术与核心网的关系,3) IMT-2000网络发展趋势 从IMT-2000第一阶段的标准化现状可以看出, 它们采用了比较类似的方式, 即完全是在第二代核心网的基础上, 引入第三代移动通信无线接入网络, 通过电路交换和分组交换并存的网络来实现电路型话音业务和分组数据业务, 充分体现了网络平滑演进的思想。相信在后续发展阶段, IMT-2000核心网的演进会更加平滑, IMT-2000系统会更加成熟。,第8章 3G和未来通信系统,8.1 概述 8.2 IMT-2000 8.3 主要技术标准 8.4 移动通信的发展趋势,

10、标准比较： （1）、WCDMA系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。 （2）、CDMA2000（3x）是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，相对于2.5G的CDMA2000（1x）的主要区别在于应用了多路载波技术。 （3）、TD-SCDMA标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。,8.3 主要技术标准,WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进

11、的思路, 即由最初的GSM的电路交换的一些实体, 然后加入GPRS的分组交换的实体, 再到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。由于WCDMA的无线接入方式完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式, 因此, WCDMA的无线接入网是全新的, 需要重新进行无线网络规划和布站。为了体现业务的连续性, WCDMA的业务与GSM的业务是完全兼容的。,8.3.1、WCDMA系统简介,1、系统组成 (1) 无线接入网。 WCDMA系统中包括两类接入网络技术: GSM/GPRS的BSS和UTRAN。 UTRAN与WCDMA终端和双模终端通信, 包括基于基站(Node

12、B)和无线网络控制器(RNC)两部分。UTRAN比BSS系统更复杂, RNC之间可以直接相连, 并能提供CDMA特有的软切换。UTRAN系统基于ATM网络, 因此提供了更高的信令和数据速率, 它针对话音传输采用了AMR技术, 可以提高话音质量和系统容量。 同时, UTRAN比BSS系统更开放, 移动台同RNC之间的Iub接口及RNC之间的Iur接口都是3GPP所规定的公共接口。,(2) 移动台(MS)。 MS是用户终端设备。由于WCDMA系统支持两种接入网络技术,因此,系统中可能存在三种终端: GSM/GPRS终端、 WCDMA终端、同时支持GSM/GPRS和WCDMA接入的双模终端。 GSM

13、/GPRS终端通过Um接口接入BSS子系统, 其组成包括移动设备(ME)和SIM卡两部分; WCDMA终端通过Uu接口接入到UTRAN; 双模终端可以通过两个接入网与网络设备通信。 WCDMA系统的MS能够为用户提供电路域和分组域的各种业务功能, 包括话音、短信息、移动数据业务等。其中, WCDMA终端和双模终端更可以提供宽带话音和高速的数据通信。,(3) 核心网。 核心网负责与其他网络的连接和对MS的通信及管理。核心网包括两个域: 电路域(CS)和分组域(PS)。 电路域基于电路交换网络, 链路需要建立和释放, 通信过程中链路独占的方式保证了电路域的通信质量。分组域基于分组交换网络, 信令和

14、数据都是以数据包形式在分组网中传输的, 更加有效地利用了网络资源, 因而可以提供更加高速的传输速率。考虑到通信的可靠性, 在数据通信前, 需要建立端到端的隧道,从而保证了服务质量。,2、 UMTS体系 如前所述, WCDMA的无线接入网UTRAN是基于UMTS体系的。 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)中文译为通用移动通信系统, 是由欧洲开发、以GSM系统为基础、 采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统。UMTS又分为两个方案: WCDMA和TD-CDMA。因此, WCDMA包含在UMTS体系之中, 由UMTS发展而来。,3、

15、 UTRAN结构组成 UTRAN结构如图所示。由图, UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS。一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC上, 支持FDD模式、 TDD模式或双模式。Node B包括一个或多个小区。 在UTRAN内部, RNS中的RNC能通过Iur接口交互信息, Iu接口和Iur接口是逻辑接口。Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连, 也可以通过适当的传输网络实现。Iu、Iur和Iub接口分别为CN与RNC、 RNC与RNC和RNC与Node B之间的接口。,UTRAN结构,4. 关键技术 从WCDMA技术的定义及标准的演

16、进来看, 其关键技术主要涵盖了以下六个方面: 1) CDMA技术 CDMA技术的WCDMA系统采用宽带CDMA方式, 包含了软切换、更软切换、功率控制等技术。从话音业务角度来说, WCDMA系统仍可算是上行受限。从无线网络规划角度而言, WCDMA与GSM有本质的区别。同时, WCDMA具备软容量概念。,2) 电路交换 以WCDMA系统目前产品化较为成熟的、市场上正在大量部署的R99版本标准来看, CS域采用的仍是基于64 K电路交换的MSC架构, 所有从UTRAN当中传出的分组话音, 必须经适当的编解码转换, 变为电路方式通过核心网传送; 反之则进行相反的转换。 3) ATM技术及协议 在WCDMA系统标准, 尤其是R99和R4的UTRAN中, 大量采用了ATM及其相关协议作为二层传送机制和服务质量保证机制, 如AAL2话音封装、AAL5信令封装、 CAC连接接纳控制机制及PNNI网络信令等。 ,4) IP承载及应用 IP作为目前数据业务事实上的底