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1、第三代移动通信,2019年1月18日,南京邮电大学 通信与信息工程学院 邵世祥,第三代移动通信,第三代移动通信概述 CDMA通信技术基础 cdma2000技术 WCDMA技术 TD-SCDMA技术,移动通信的发展,模拟蜂窝移动通信系统 1978年：美国贝尔实验室开发成功AMPS系统 1987年：中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用 国际主要标准： 美国AMPS、 欧洲TACS、NMT450/900、日本NTT/JTACS等。 主要技术特点 频分多址接入方式，以频段区分用户； 调制方式：FM 业务种类单一：话音业务 保密性较差 设备成本高、体积、重量大,第一代移动通信系统,数字蜂窝移动通
2、信系统-GSM 1982年，第一个数字蜂窝移动通信系统-GSM在欧洲投入商用，目前是全球最大的蜂窝移动通信系统 1994年，中国第一个全数字移动电话GSM系统建成开通 主要技术特点： 频分多址结合时分多址接入方式，以频段和时隙区分用户 数字调制方式：GMSK、QPSK等 宏蜂窝/微蜂窝小区架构 业务种类逐渐丰富：话音业务、数据业务 通信安全保密性高 频谱效率高，系统容量大,第二代移动通信系统,数字蜂窝移动通信系统-CDMA 1995年，美国高通公司（Qualcomm）提出的码分多址技术的数字蜂窝移动通信系统cdma IS-95在中国香港投入运营 2002年，中国联通CDMA移动通信网正式开通
3、使用地区：北美、韩国、中国等地区 主要技术特点 码分多址接入方式 软容量、软切换 话音激活、功率控制等技术 通信安全保密性高 频谱效率高、系统容量大、终端功耗低,第二代移动通信系统,第三代移动通信系统,3G基本概念 第三代移动通信系统是一种采用宽带码分多址（CDMA），能提供多种类型、高质量的移动宽带多媒体业务； 第三代移动通信系统能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与因特网相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。 3G主流标准 WCDMA cdma2000 TD-SCDMA WiMax,3G主要特点 宽带CDMA技术 支持移动多媒体业务 高频谱效率 FDMA/
4、TDMA/CDMA 从电路交换到分组交换 从媒体（media）到多媒体（Multi-media） 高保密性 全球范围无缝漫游系统 微蜂窝结构,第三代移动通信系统,IMT-2000系统目标与基本要求 全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游. 满足各种运动状态（静止、步行和车载）下的多媒体业务需求 更高的频谱利用率 提供QoS保障的业务 降低终端功耗、成本 保密性能进一步提高 保证一定后向兼容,第三代移动通信系统,支持多媒体数据业务 室内环境至少2Mbps 室内外步行环境至少384kbps 室外车辆运动中至少144kbps 卫星移动环境至少9.6kbps 支持可变速率语音 AMR: 4.7Kb
5、/s - 12.2Kb/s 传输速率能够按需分配 满足不同业务的延时要求 适应上下行链路不对称需求,第三代移动通信系统RTT要求,IS-136,DECT,IMT-DS CDMA DS,CDMA 2000,TD-SCDMA,IMT-TD CDMA TDD,IMT-MC CDMA MC,WCDMA,UMTS FDD,UMTS TDD,IMT-SC TDMA SC,IMT-FT FDMA/TDMA,Wimax,IEEE 802.16x,IMT-2000的标准化历程,1985年，ITU提出FPLMTS-Future Public Land Mobile Telecommunication System
6、（第三代移动通信系统） 世界无线电大会WRC92在2GHz频段分配了230MHz频段 1885 MHz 2025 MHz 2110 MHz 2200 MHz 1996年，FPLMTS正式更名为IMT-2000 工作在2000MHz左右频段 最高数据速率2000 Kbps 预期在2000年左右商用 1998年6月30日前，ITU收到IMT-2000的10种RTT提案 1999年11月5日，ITU在赫尔辛基会议通过5种RTT技术。,第三代移动通信标准化组织,第三代移动通信标准化组织,标准化组织 IMT-2000的网络采用了“家族概念”，受限于家族概念，ITU无法制定详细协议规范； 3GPP和3GP
7、P2两个标准化组织来推动制定和实施3G标准 3GPP (3th Generation Partner Project) 成立于1998年12月，总部在欧洲 研究制定并推广基于演进的GSM核心网3G标准 成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC 、韩国TTA、美国的T1P1及中国的CCSA等 3GPP2 成立于1999年1月，总部在美国 研究制定并推广以ANSI-41核心网3G标准； 成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、韩国TTA、美国的TIA及中国的CCSA（中国通信标准化协会）等。,第三代移动通信标准化组织,ETSI：欧洲电信标准协会 ARIB：日本无线工业及商贸联合会
8、 TTC：日本电信技术委员会 TTA：韩国电信技术协会 T1P1：美国ANSI下的T1P1 组负责IMT-2000 的研究 TIA：美国通信工业协会 CCSA：中国通信标准化协会 CWTS:中国无线通信标准研究组,三种主要技术体制比较,IMT-2000频谱分配(MHz),1992年WRC-92为IMT-2000分配230MHz核心频段 上行1885 2025 MHz 下行2110 2200MHz 其中，1980 2010MHz（地对空）和2170 2200MHz （空对地）用于移动卫星业务； 上下行频带不对称，主要考虑可使用双频FDD方式和单频TDD方式。 欧洲频谱 陆地通信：1900 198
9、0 MHz，2010 2025 MHz 和 2110 2170MHz，共计170 MHz。,IMT-2000频谱分配,2000年WRC2000批准新的附加频段 806-960 MH，1710-1885 MHz 和 2500-2690 MHz，中国增加了2300-2400 MHz 频段 FDD模式使用频谱 上行：1920-1980 MHz 下行：2110-2170 MHz TDD模式使用频谱 上下行：1900-1920MHz 和 2010-2025 MHz,IMT-2000频谱分配(MHz),中国的3G频段,2002年中国无线电委员会根据ITU的建议，结合本国国情，颁布了3G频段：,60 MHz
10、,30 MHz,FDD,TDD,15 MHz,40 MHz,155MHz,1785,1850,1755,1880,1920,1980,2010,2025,2110,2170,2200,2400,Satellite,Empty,Satellite,2300,演进目的 保证现有投资和运营商利益 有利于现有技术的平滑过渡,第三代移动通信演进策略,移动宽带化，宽带移动化,IMT-Advanced(4G):高速移动环境，支持100Mbps; 低速移动环境，支持约1Gbps,趋势：移动化、宽带化、 IP化,E3G 3GPP LTE：2007年年底完成技术规范 3GPP2 DO UMB：2007年4月 规模
11、商用时间：2010年后 IMT-Advanced(4G) ITU已启动标准征集和评估的相关准备工作 2008年9月开始征集候选技术 商用时间：2015年前后 WiMAX II (802.16m) 2007.10月19日ITU-R大会批准WiMAX以OFDMA WMAN TDD名称进入3G标准,宽带移动通信标准化,趋势：移动化、宽带化、 IP化,我们的移动通信需要有 更高的频谱效率 更高的业务质量 多种多样的业务 支持移动多媒体,数字化 宽带化 智能化 个人化,需求移动通信发展的源动力,第三代移动通信,第三代移动通信概述 CDMA通信技术基础 cdma2000技术 WCDMA技术 TD-SCDM
12、A技术,cdma通信技术基础,无线通信业务处理流程 语音编码 信道编码 调制技术 双工技术 多址技术 cdma通信原理,业务的处理流程,语音,数据,语音,数据,语音编码,概念 语音编码是将模拟话音信号转换为适于数字系统中传输的数字信号的过程，是移动通信数字化的基础 。 语音编码的意义 提高通话质量（数字化+信道编码纠错）； 提高频谱利用率和系统容量（低码率，语音激活技术） ； 移动通信对语音编码的要求 编码速率低，语音质量好； 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能； 编译码延时小，总延时在 65ms 以内； 编译码器复杂度低，便于大规模集成化； 功耗小，便于应用于手持机。,语音编码类型,波形编码器
13、 根据话音信号的波形，采取抽样、量化、编码。其逼真程度好、速率高、但占用带宽大，不适于直接用于移动通信。 例子：PCM64kb/s, ADPCM32kb/s 声源编码器 在发端提取产生话音信号的特征参数，在收端由编码参数重新获得话音。 比特速率可以压缩的很低，但语音质量较差； 混合编码 综合波形编码和声源编码方式形成的编码器。 适于编码速率中等的场合（适于移动通信） GSM ：RPE-LTP CDMA：CELP/EVRC,CDMA语音编码,QCELP Qualcomm公司的码激励线性预测编码（Qualcomm Code Excited Linear Predictive Coding，QCEL
14、P）8-kbps 声码器, 简称Qcelp8k。 Qcelp8k 语音编码采用可变速率的编码算法，可用速率有全速率、半速率、1/4速率和 1/8 速率，分别对应 9600bps、4800 bps、2400bps 和 1200bps 的帧速率。 Qcelp8k 性能较为优异，成为 IS-95 CDMA 系统的语音服务标准选项 1，也是 CDMA2000 的语音编解码器标准之一。 EVRC 1996 年 9 月正式推出的 EVRC（Enhanced Variable Rate Codec）声码器（IS-127），具有良好的抗干扰能力,以 8kbps 的比特速率获得了接近于 Qcelp13k 的语音
15、质量，从而成为CDMA IS-95 的可选服务标准 3（Service Option 3），进而也和 Qcelp8k 同时成为 CDMA2000 的语音服务标准。,信道编码,定义 对一个具有确定长度的数字信号序列m，人为地按一定规则加进非信息数字序列，以构成一个码字，然后经调制器变换为适合信道传输的信号的过程。 功能 显著改善数字信息在数字移动变参信道传输过程中由于各种噪声和干扰而造成的误码，提高系统的可靠性。,信道编码,数字传输差错概念 随机错误：每个码元错误概率与前后码元无关，是独立错误； 突发错误：一个码元错误往往影响前后码元的错误概率。 差错控制方式 前向纠错（FEC） 发端发送具有纠
16、错性能的码，如果在传输过程中产生的错误属于该纠错码能纠的类型，则收端译码器不仅能检错，而且能自动纠错。在移动通信系统中，几乎都采用FEC方法，实现方法： 线性分组码：BCH、FIRE、RS 非线性码：卷积码（纠随机错误） 反馈重传（ARQ） 混合纠错,信道编码,信道编码的基本原理 根据一定的规律，在待发送的信息码元中加入一些冗余的码元，以换取信息码元在传输中的可靠性突发错误： 冗余码元：监督（校验）码元 信道编码的目的：以加入最少的冗余码元为代价，换取提高最大的可靠性； 按照加入冗余码元的规律，信道编码可以分为线性和非线性两大类，分别称为线性码和非线性码； 按照监督位完成的功能可划分为仅具发现差错功能的检错码和具有纠正差错功能的纠错码两类。,信道编码类型,线性分组码 按照代数规律构造，故又称为代数编码。一般可记为（n, k）码，其中 k 为信息码长度，n 为码组长度，而监督位长度为 n-k。编码时按每 k个信息码元一组进行。 卷
