移动通信第7章课件

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1、第7章 3G和未来移动通信系统,7.1 概述 7.2 软件无线电技术 7.3 无线传输技术 7.4 如何发展我国的第三代移动通信,7.1 概 述,（1） 全球化。 （2） 多媒体化。 （3） 综合化。 （4） 智能化。 （5） 个人化。,图7-1 IMT-2000系统的营运环境,7.1.1 IMT-2000的网络标准,1. 功能结构,图7-2 IMT-2000系统的功能结构,2. 系统结构,图7-3 IMT-2000的系统结构框图,对于无线接入网络，不论是IMT-2000系统还是现有系统, 都可以看作是由下面两部分组成的： (1) 无线载体通用功能（RBCF）包括所有与采用的无线接入技术无关的

2、控制和传输功能。 在各种IMT-2000操作环境中，RBCF作为连接相对差错较少的宽带核心网络和各种差错较多的有限带宽无线传输技术的桥梁。 (2) 无线传输特殊功能（RTSF）包括与无线技术有关的各项功能， 它还可以进一步分为无线传输技术（RTT）和相关的无线传输适配功能（FTAF）。 后者将不同的RTT与通用的接入模块联接起来。,3. 各种业务类型及特点,无线和无线的综合。 (2) 固定网和移动网的融合。 (3) 陆地网和卫星网的连接。 (4) 多种终端集成。 (5) 多种业务的综合向无线宽带业务发展。,4. 网络信令和协议,IMT-2000中的信令协议可分为节点间协议和接入协议。节点间信令

3、协议用于网内和网间接口，包括电路相关和非电路相关两部分。接入信令协议用于移动终端和网络间的无线接口及基站（BS）与移动交换中心（MSC）或IMT-2000中相应的FE之间的有线接口。 在节点间信令协议中，经过必要修改的ISUP（ISDN用户部分）或B-ISUP（宽带ISUP，即宽带ISDN用户部分）可作为电路相关协议，用于建立呼叫路由和建立IMT-2000与固定网之间的连接。鉴于IMT-2000的全球移动性，正在考虑采用一个统一的基于智能网应用部分（INAP）的非电路相关协议，INAP最初是用于提供和控制业务的，在IMT-2000中需要进行增强以支持移动管理功能，接入信令协议中。移动接入控制主

4、要包括无线资源/载体控制、移动性管理和呼叫/连接控制。,7.1.2 ITU对IMT-2000的相关规定,1. 各种规定的基本原则,发展第三代移动通信系统应遵循以下原则：方便迅速地接入各种通信业务；保证公开竞争；促进各国通信市场的发展； 可以方便地增加新的通信业务。WARC-92的ITU-RM.1036建议给出了IMT-2000频带使用原则，如表7-1所示。,表7-1 ITU-R建议的IMT-2000频带使用原则,2. 频率划分,表7-2 IMT-2000卫星频段划分,3. 卫星技术,卫星移动系统（MSS）是解决实现全球覆盖问题的有效方法。作为陆地系统的补充，卫星移动通信系统具有覆盖面积大、信号

5、稳定、不受地形地貌影响、不受距离限制等特点。IMT-2000 将是综合陆地与卫星系统的一个有机整体。 卫星轨道的选择是卫星系统要考虑的首要问题之一。卫星轨道可以分为地球同步轨道（GEO）和非地球同步轨道（NGEO）两类。 IMT-2000趋向于使用非同步轨道， 因为NGEO可以较好地实现全球覆盖，时延较小。同时可以使用小口径的天线减小波束的投射范围，从而获得更好的全球频率重用系数。但NGEO的一个缺点是所需使用的卫星数目要比GEO的多，并且卫星相对于地区不是静止的。,7.2 软件无线电技术,IMT-2000要求能够在世界范围内提供多速率、多种类的业务，软件无线电技术能够提供这样一种可以支持多种

6、标准和业务的平台。 所谓“软件无线电”是指一种具有高度灵活性的无线基站或用户终端平台，它具有许多先进的特点和技术，能够提供远胜于传统无线电的灵活性和可编程性。在软件无线电中，过去许多由专门的硬件设备来完成的功能，例如信道滤波、中频转换以及基带处理等，现在都可以通过软件可编程的通用器件来实现。在IMT-2000中，随着标准和服务的进化和增加，应用软件无线电的基站或用户设备就可以在不对主要器件进行改变或更换的情况下， 迅速地通过软件来升级，以适应新的标准和提供新的业务。,在基站的应用中，软件无线电基站与传统的基站有许多不同的特点。其中一个主要的特点是应用软件无线电的基站，其收发信机都需要一个宽带的

7、RF/IF前端机，保证在整个用户有效带宽中进行数字化的处理工作。 在用户终端中，目前由于受到价格、尺寸和功耗的限制，软件无线电技术还不可能完全应用到用户终端中，现在大都是固定编程， 可以有一种或两种操作模式。随着IMT-2000 的发展，用户终端需要能够适应不同的业务、不同的标准，这也将推进用户终端向完全可编程的方向发展。当用户全球漫游时，进入不同网络或具有不同的业务需求，只要有与网络相匹配的无线传输技术（RTT），就可以从网络快速下载相应软件以支持终端的可操作性。,7.3 无线传输技术（RTT）,7.3.1 向ITU提交的候选RTT方案,表7-3 正式向ITU提交的候选RTT方案,1. IT

8、U的研究进展 IMT-2000是国际电联提出的第三代移动通信系统， 其无线传输技术的标准化工作主要由ITU-R完成，而ITU-T负责网络部分。 ITU-R于2019年7月发出征集无线传输技术的通函。在通函中，规定了候选RTT方案的一般要求和目标，要求各国于2019年6月底前提交候选RTT方案。到6月30日前，共有10个组织向ITU提交了十几个候选RTT方案。 2019年11月在芬兰召开的ITU第18次会议上正式确定了ITM-2000的三种主流标准：我国推出的TD-CDMA，美国Lucent ,Motorola和Qualcomm等公司提出的cdma2000、欧洲Ericsson等公司倡导的W-C

9、DMA。这三种标准均采用CDMA技术。,2. 欧洲的研究进展 欧洲电信标准化协会（ETSI）的SMG2负责欧洲IMT-2000/UMTS的标准化进程。欧洲前后共提出以下5种UMTS/IMT-2000 RTT方案： W-CDMA； OFDMA（正交频分多址接入）； TDMA； TDMA和CDMA相结合的混合方案TDCD*2CDMA； ODMA（时机驱动多址接入）。,3. 美国的研究进展 美国负责IMT-2000研究的组织有两个，一个是美国国家标准化协会（ANSI）下的T1P1组，另一个是电信工业协会（TIA）和电子工业协会（EIA）。这两个组织都在研究自己的RTT方案， 比较有影响的是W-cdm

10、aOne（后更名为cdma2000），由Lucent、 Motorola、Nortel和Qualcomm以及后来加入的韩国Samsung一起提出，并且TIA已将这种方案制定成窄带CDMA IS-95的补充标准。对于第三代移动通信系统何时正式商用, 美国没有一个统一的目标。在第三代问题上, 美国营运商和制造商的态度截然不同。 美国的第三代频段大部分已被拍卖给PCS，PCS在网络和业务能力上已对目前900 MHz频段上的蜂窝系统有了一定程度的提升， 因此，营运商对向第三代系统过渡的需求并不急迫；而制造商们则不一样，为了保持技术领先地位，他们非常积极地参与到国外的第三代系统试验中。,4. 日本的研究

11、进展 日本的第三代无线传输技术标准化工作主要由ARIB负责，日本鉴于第一代模拟系统、第二代数字PDC系统只占领其国内市场的教训，决心在第三代系统的标准制定、 开发及研制上走在世界前列，并和其他国际组织合作，共同打开国际市场。此外，日本目前的移动通信频谱资源已无法应付其移动用户的迅猛增长，同时，也考虑到通过第三代系统提供的多媒体业务会刺激用户的需求，因此，日本对第三代移动通信系统的研制与标准化工作非常积极，曾先后制定出 6种RTT方案，经过层层筛选和合并，形成了目前的以NTT DoCoMo公司为主提出的W-CDMA方案。,5. 我国的研究进展,20世纪90年代中期我国电信技术科学研究院（CATT

12、）就自主开发了达到国际领先水平的SCDMA无线本地环接入技术， 并在此技术的基础上发展TD-SCDMA。当时欧洲的西门子(Semens)公司也在从事TDD方式的CDMA技术的研究， 由于它与TD-SCDMA具有诸多共同点，后来两家提出合作并弥补了相互的技术不足， 最终形成了现在的TD-SCDMA。 ,7.3.2 三种主流标准的RTT方案与性能比较,三种主流标准的RTT方案简介 1) W-CDMA系统,R99版采用全新的W-CDMA无线空中接口标准，支持2 Mb/s的传输速率；核心网的电路域部分采用演进的GSM网络支持话路等电路业务；核心网的分组域部分提供了移动与Internet的连接， 采用演

13、进的GPRS网络。 R4标准于2019年3月完成，其中最重要的一部分是完成了中国提出的TD-SCDMA标准化工作，同时将电路域的控制与业务分离， 向全IP核心网结构过渡。R5版本2019年3月完成第一稿， 将IP从核心网扩展到无线接入网， 形成全IP的网络结构。同时在无线传输中引入HSDPA，支持高达10 Mb/s下行分组数据传输。R6版本计划于2019年下半年推出，将引入多媒体广播和组播业务，无线资源优化，实现3G与WLAN互联等。,2) cdma2000系统 cdma2000主要由IS-95和IS-41标准发展而来，它与AMPS、 D-AMPS和IS-95都有较好的兼容性，它在反向信道也使

14、用了导频， 同时又采用了一些新技术，使其能满足IMT-2000的要求。cdma2000可分为cdma2000-1x（单载波，1倍于IS-95A的带宽）和cdma2000-3x（多载波，3倍于IS-95A的带宽）两个系统。 与IS-95相比， cdma2000主要的不同点在于： 反向链路采用BPSK调制并连续传输， 因此，发射功率峰值与平均值之比明显降低；, 在反向链路上增加了导频， 通过反向的相干解调可使信噪比增加23 dB； 采用快速前向功率控制， 改善了前向容量； 在前向链路上采用了发射分集技术，可以提高信道的抗衰落能力，改善前向信道的信号质量； 业务信道可以采用Turbo码，它比卷积码高

15、2 dB的增益； 引入了快速寻呼信道，有效地减少了移动台的电源消耗，从而延长了移动台的待机时间； 在软切换方面也将原来的固定门限改变为相对门限，增加了灵活性； 为满足不同的服务质量（QoS），支持可变帧长度的帧结构、可选的交织长度、先进的媒体接入控制（MAC）层支持分组操作和多媒体业务。,3) TD-SCDMA系统,TD-SCDMA系统有着如下要点： (1) 和3GPP UTRA TDD（TD-CDMA）的相同之处： 使用TDD双工方式； 同时使用FDMA/TDMA/CDMA； 使用相同的QPSK射频调制解调技术； 使用相同的正交可变扩频系数的扩频调制方法； 使用相同的超帧和无线帧长度； 使用

16、相同的数据复接和分接方法； 在信道编码和交织方面， 使用和3GPP完全相同的技术； CDMA TDD将使用完全相同的第二、 第三层信令。,(2) TD-SCDMA所使用的特殊技术和设计： TD-SCDMA是一个同步CDMA的系统， 用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步； TD-SCDMA是一个基于智能天线的系统， 充分发挥了智能天线的优势，并在未来可能使用空分多址（SDMA）； 基于软件无线电技术，所有基带数字信号处理均采用软件实现， 而不依赖ASIC； 在基带数字信号处理上，联合使用了智能天线和联合检测技术，达到比UTRA TDD高一倍的频谱利用率； 基于智能天线，使用接力切换技术，和CDMA的软切换相比，简化了用户终端的设计，克服了软切换要长期大量占用网络资源和基站下行信道资源的缺点。,2. 三种主流标准的RTT方案性能比较,CDMA技术的利用程度。 (2) 同步方式、 功率控制和支持高速能力： (3) 在频谱利用率方面， TD-SCDMA具有明显