移动通信技术第三章

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1、第3章 第3代移动通信系统（3G）,3.1 概 述 3.2 3G的三种主要系统 3.3 2G向3G的过渡系统,3.1 概 述,第二代移动通信系统发展迅速，技术已相当成熟，但其业务主要限于话音和低速率数据（9.6kbit/s），远远不能满足传输高速数据、电视图像的需求。于是，一种能够提供全球漫游，支持多媒体业务且有足够容量的第三代移动通信系统就应运而生了。第三代移动通信系统（3G）系统在1996年被国际电联（ITU）正式命名为IMT-2000，意思即第三代移动通信系统是工作在2000MHz频段。IMT-2000是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信等蜂窝移动通信的大系统。,

2、下一页,返回,3.1 概 述,3.1.1 3G的主要目标 全球同一频段、统一标准、无缝隙覆盖、全球漫游。 提供音频、视频等多媒体业务： 车速环境 144 kbs 步行环境 384 kbs 室内环境2Mbs 便于过渡、演进：由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐步灵活演进而成，以保证移动终端的业务在两个系统的平滑和连续；同时对运营商而言，也意味着通信设备的再利用和逐步升级，以保护现有的投资。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,高服务质量。 高频谱利用率。 低电磁辐射CDMA手机。 同时，还要将综合业务数字网（ISDN）的业务尽量延伸

3、到移动环境中，能够传送高达2MbS的多媒体信息，真正实现“任何人、在任何地点、任何时候都能和另一个人、进行任何方式便利通信的个人通信”。 表3-1给出了第二代、第二代半和第三代移动通信系统所支持的比特率和所提供的业务比较。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,3.1.2 3G的组成 IMT-2000一般构成如图3-1所示，它主要由三个功能子系统构成。即移动台（MS）、无线接入网（RAN）和核心网（CN）组成。无线接入网（RAN）提供灵活的无线接入功能，核心网（CN）提供一致的网络传输功能。1、系统各组成部分的作用 （1）移动台 移动台又包括移动终端（MT）与用户识别卡（UIM）分别对应于GS

4、M系统的移动终端（ME）与SIM卡。 （2）无线接入网（RAN） 它相当于GSM系统的基站子系统（BSS），主要完成用户接入的全部功能，包括所有空中接口的功能。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,（3）核心网（CN） 它相当于GSM系统的网络子系统（NSS），由用来传输话音的电路交换子网络（CS）和用来传输数据的分组交换子网络（PS）两部分构成。 2、系统各部分的标准接口 （1）、网络与网络接口（NMI），指的是IMT-2000的核心网（CN）与其他IMT-2000的核心网（CN）之间的接口，是保证互通和漫游的关键接口。 （2）、无线接入网（RAN）与核心网（CN）之间的接口（RAN-CN

5、），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（UIM）和移动台（MT）之间的接口（UIM-MT）。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,3.1.3 3G的频段划分 1992年世界无线电行政大会（WARC）根据ITU对于IMT-2000的业务量和所需频谱的估计，划分了230 MHz带宽给 IMT-2000。18852025 MHz及 21102200 MHz频带为全球基础上可用于 IMT-2000的业务； 19802010 MHZ和 21702200 MHz为卫星移动业务频段共 60 MHz；其余 170 MHZ为陆地移动业务频段，

6、其中对称频段是 260 MHz，不对称的频段是50 MHz。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,3.1.4 3G的主要标准 ITU很早就开始了对第三代移动通信标准的制定工作，在第三代移动通信标准化工作中 一直起着领导作用，但第三代系统的首选技术取决于技术、政治和商业因素。因而所有第三代移动通信的标准还主要依赖于地区性标准化组织进行制定，这里面起主导作用的标准化合作组织包括以欧洲为主体的3GPP和以美国为首的3GPP2。3GPP的主要任务是制定以演进的GSM核心网MAP为基础的第三代标准，而3GPP2的主要任务是制定以演进的IS-95 CDMA核心网ANSI-41为基础的第三代标准。,下一页

7、,返回,3.1 概 述,1997年日本宽带CDMA的关键参数和欧洲宽带CDMA建议取得一致。通称WCDMA。在美国，1998年3月，负责IS-95标准化的TIA采用了一种后向兼容IS-95的宽带CDMA框架，称为CDMA2000。在我国，97年6月国家863通信技术主体在黄山发起了有关宽带移动通信技术研讨会，97年中国第三代移动通信评估协调小组成立。98年6月原邮电部电信科学技术研究院向ITU提交了自己的第三代移动通信建议标准TDSCDMA。这三种标准都是基于CDMA的多址方式，数据发送和接收基本工作原理与IS-95 CDMA类似。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,3.1.5 3G的关键

8、技术 3G移动通信系统采用了多种新技术，其关键技术主要有： 1、初始同步技术 3G系统接收机的初始同步包括PN码同步、码元同步、帧同步和扰码同步等。CDMA2000采用与IS-95系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。WCDMA系统的初始同步则需要通过“三部捕获法”进行，即通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收，确立扰码组号等，最后通过对可能的扰码进行穷举搜索，建立扰码同步。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,2、多径分集接收技术 移动通信是在复杂的电波环境下进

9、行的，如何克服电波传播所造成的多径衰落现象是移动通信的另一基本问题。在CDMA移动系统中，由于信号带宽较宽，因而在时间上可以分辨出比较微细的多径信号。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可以在较大程度上降低多径衰落信道所造成的影响。这种技术称为Rake多径分集接收技术。RAKE接收机的基本原理图如图3-2所示。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,3、高效信道编译码技术 信道编译码技术是3G的一项核心技术。这是因为，虽然3G采用的扩频技术有利于克服多径衰落以提供高质量的传输信道，但扩频技术存在潜在的频率效率低的问题，而一般的信道编码技术也是通过牺牲频谱利用率来换

10、取功率利用率的。因此，3G系统中除采用与IS-95相类似的卷积编码与交织技术之外，还建议采用具有优异纠错性能的Turbo编码技术来进一步改善通信质量。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,4、智能天线技术 智能天线技术就是雷达系统自适应天线阵列技术在通信系统中的新应用。智能天线技术包括两个重要组成部分：一是对来自移动台发射的电波方向进行到达角估计，并进行空间滤波；二是对基站发送信号进行波束形成，使基站发送信号能够沿着移动台电波到达的方向发送回移动台。 5、多用户检测技术 在CDMA移动通信系统中，存在比较严重的干扰问题：一是由于不同的用户同时共享同一频段的带宽（各个用户之间由于其对应的地址码

11、存在相关性，不能完全正交）而产生的多址干扰；二是由于信道特性的不理想而引起的符号间干扰。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,传统的CDMA接收机，如匹配滤波器和Rake接收机，大都采用的是单用户检测技术，对各个用户信息的接收都是相互独立进行的。在多径衰落的环境下，由于各个用户之间所用的扩频码通常难以正交，因而造成了多个用户之间的相互干扰，并限制了系统容量的提高。也就是说，都是把除有用信号外的信号作为干扰来处理，而没有充分利用接收信号中的有用信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等，因而导致接收信噪比严重恶化，系统容量也随之下降，解决此问题的一个有效方法是采用多用户检测技术。图3-3为采

12、用多用户检测技术的发送接收系统方框图。每个用户发送数据比特，采用扩频码展开。信号通过多址接入信道发射。在接收机中所接收的信号与用户的扩频码有关。多用户检测模块的输出是估测数据比特。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,6、功率控制技术 在CDMA系统中，由于用户共用相同的频带，且各用户之间存在非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统最为重要的核心技术之一。功率控制可以分为两类：开环功率控制和闭环功率控制。而闭环功率控制又可分为内环功率控制和外环功率控制。常用的CDMA功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制三种类型。在

13、WCDMA和CDMA2000系统中，上行信道采用了开环、闭环和外环功率控制技术，下行信道采用了闭环和外环功率控制技术。,上一页,下一页,返回,3.1 概 述,7、向全IP网过渡 现有的GSM的电路交换正在向支持GRPS的分组交换网过渡。第三代移动通信系统的应用和服务将在数据速率和带宽方面提出更多的要求，如果想满足高流量等级和不断变化的需求，唯一的办法是过渡到全IP网络。它将真正实现语音和数据的业务融合。移动IP的目标是将无线语音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平台就是IP协议。未来的移动网络将实现全包交换，包括语音和数据都由IP包来承载，语音和数据的隔阂将消失。 全IP网络可节约成本，

14、提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等；支持Ipv6，解决IP地址的不足和移动IP。由于IP在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务方式。基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。,上一页,返回,3.2 3G的三种主要系统,3G系统中最有代表性的三种主要系统是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。下面对三种主要系统的系统结构、性能和主要技术等进行介绍，并将三种主要系统进行比较。 3.2.1 WCDMA 1、WCDMA系统结构 WCDMA是IMT-2000家族中的一员，主要起源于欧洲和日本，系统由核心网（CN）、UMTS陆地无线接入网（UTRA

15、N）和移动台（MS）三部分组成。系统的核心网采取了由GSM的核心网逐步演进的思路，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，但系统的无线接入方式完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式，采用DS-CDMA多址方式，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。其系统结构如图3-4所示。为了便于说明网络连接情况，图中也包含了外部网络。,下一页,返回,3.2 3G的三种主要系统,（1）移动台（MS） WCDMA的移动台（MS）包括移动设备（ME）和用户识别卡两部分，相当于GSM系统中的ME和SIM卡。电路上主要由射频处理单元、基带处理单元、电源处理单元组成。MS通

16、过空中接口Uu与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）。 （2）无线接入网（RAN）WCDMA的无线接入网（RAN）由基站子系统BSS和无线网络系统RNS组成。基站子系统BSS与GSM移动系统一样。无线网络系统RNS由NodeB和无线网络控制器（RNC）两部分组成。,上一页,下一页,返回,3.2 3G的三种主要系统,1）NodeB NodeB是WCDMA的基站（即无线收发信机），包括射频处理和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互联，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频/解扩、调制/解调、信道编码/解码等，还包括基带信号和射频信号的相互转换、内环功率控制等的无线资源管理功能。它在逻辑上对应于GSM网络中基站（BTS），由RF收发放大器、射频收发系统、基带部分、传输接口单元、基站控制部分等几个逻辑功能模块构成。 2）无线网络控制器（RNC） 无线网络控制器（RNC）用于控制RAN的无线资源，主要完成连接建立/断开、切换、无线资源管理控制等功能。它在逻辑上对应GSM网络中的基站控制器（BSC）。,