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1、第9章 第三代移动通信系统,【本章内容简介】本章对第三代移动通信系统的特点、目标和要求进行了描述，全面介绍了WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三种主流技术，并对第三代移动通信系统提供的业务作了充分说明，对3G的关键技术进行了详细的介绍。 【学习重点与要求】本章重点掌握WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三种主流技术，熟悉智能天线技术、功率控制技术、多径分集接收技术和软件无线电等关键技术。,9.1 概 述,第三代（3G）移动通信系统（IMT-2000）是国际电信联盟（ITU）制订的一个能够提供移动综合电信业务的通信系统。3G将把移动无线接入技术以及蜂窝移动通信系统提供的业务
2、功能提高到一个前所未有的水平。 3G系统无论在技术还是业务应用上对于运营商来说都是一个全新的课题，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。 在当今Internet数据业务不断升温、固定宽带接入速率（HDSL、ADSL、VDSL）不断提升的背景下，第三代移动通信系统也从市场应用需求上得到了极大的催动，从而越来越被电信运营商、通信设备制造商和普通用户所关注。
3、,9.1.1第三代移动通信系统的标准,IMT-2000主要采用宽带CDMA技术，这一点各国已达成共识；但北美、欧洲、日本这三大区域性集团均向ITU提出了各自的标准。我国也积极参与了第三代移动通信技术的研究和标准的制订，成立了无线通信标准研究组（CWTS），专门负责标准的研究和制订，并已向ITU提交了中国自己的标准TD-SCDMA。 1999年10月ITU在赫尔辛基举行的ITU-RTG8/1会议上制订了第三代移动通信系统无线接口技术标准，主要组成部分分为CDMA和TDMA两类体制，包括以下5种方案： IMT-2000 CDMA DS，即欧洲和日本的UTRA/W-CDMA； IMT-2000 CD
4、MA MC，即美国的cdma2000 MC； IMT-2000 CDMA TDD，即欧洲的UTRA TDD和中国的TD-SCDMA； IMT-2000 TDMA SC，即美国的UWC-136和DECT； IMT-2000 TDMA MC，即DECT。 上述方案中最主要最有希望得到广泛应用的方案是WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。,912第三代移动通信系统的特点,GSM系统在向第三代系统演进的过程中，其无线接入网络一般公认将采用基于WCDMA标准的技术，与基于TDMA技术的GSM网络相比，是一个革命性的变化。而在网络部分则会采用演进的方式，即在初期，分别将语音和数据业务接入到不同的
5、交换网络，电路型和分组型的交换网络都是增强型的GSM和GPRS核心网络。通过逐渐提高现有GSM的传输带宽，逐步向第三代所要求的2Mbit/s速率的方向努力。 在演进的第一阶段，可通过采用GPRS技术来实现GSM网络演进所需的技术，使传输速率达到100kbit/s以上；在第二阶段则可以采用EDGE（增强数据速率应用）技术，它可提供高达384kbit/s的数据速率，然后过渡到WCDMA系统。与GSM系统相比，窄带CDMA系统无论是无线还是网络部分在向第三代系统过渡时，都将采用演进的方式。,912第三代移动通信系统的特点,cdma 2000-1x（cdma2000单载波方式）是cdma2000的第一
6、代阶段，后来确定它属于第三代技术。理论上cdma2000-1x容量约是IS-95系统的两倍（实际测试大致是IS-95系统的1517倍），可支持144kbit/s的传输速率。在CDMA网络部分则将引入分组交换方式，以支持未来的移动IP业务方式，即在cdma2000-1x商用初期，网络部分在窄带CDMA网络基础上，保持电路交换支持语音业务、引入分组交换方式支持数据业务。由于cdma2000-1x初期只能提供144kbit/s左右的数据速率，不能达到2Mbit/s的传输需要，为了在cdma2000-1x基础上进一步增强能力，地区标准化组织3GPP2已开始制订支持速率高于2Mbit/s的cdma200
7、0-1x演进方案，其中高通公司的HDR（高数据速率）、摩托罗拉和诺基亚公司联合提交的1Xtreme，还有中国的LAS-CDMA都作为候选技术在探讨之中，除了HDR目前进入了现场试验阶段外，其余技术目前均还在研究开发阶段。,912第三代移动通信系统的特点,第三代移动通信系统使用户能够在任何时候、任何服务网中获得与在归属环境“看起来相同、感觉相同”的业务。它的目标是在有效利用网络资源（无线频谱）的基础上，向用户提供大量的业务，包括现在已经提供的业务和目前还没有定义的业务，以及多媒体、高速数据业务等，并且系统要提供与现有固定网一致的较高的服务质量（特别是话音质量）。与现有的第一代和第二代移动通信系统
8、相比较，其主要特点可以概括为以下几点： 1全球普及和全球无缝漫游的系统。第二代移动通信系统，一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它将使用共同的频段，全球统一标准。,912第三代移动通信系统的特点,2具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。现有移动通信系统主要以提供语音业务为主，随着发展，一般也仅提供100200kbit/s的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率为384kbit/s。而第三代移动通信系统的业务能力将比第二代有明显的改进，它能支持从语音到分组数据、到多媒体业务，能根据需要提供带宽。 33G将标准化业务能力，而不是业务本身
9、，这样使得网络结构不再受制于电信业务。统一网络提供了一个多业务实现平台，可以方便承载各种电信业务，3G对一些基本电信业务（如话音、短消息等）标准化，也考虑到网络用户与异种网络（如GSM网络）用户之间的互通性与业务的继承性。,913 3G的目标与要求,第三代移动通信系统的理论研究、技术开发和标准的制订工作早在上个世纪80年代中期就已经开始了。3G的目标就是把多媒体业务及时地传送给移动域内的用户。也就是说，3G与现有的第二代移动通信系统相比，为任何地方的任何用户都能够提供更高的数据传输速率，能够更灵活地按照不同的服务质量提供多种业务。这个目标可以概括为实现通信全球化、综合化、智能化和个人化。 3G
10、的目标有以下5个方面。 （1）全球漫游，以低成本的多模手机来实现。全球具有公有频段，用户不再限制于一个地区和一个网络，能与固定网络兼容、和现有移动通信网互连互通。在设计上具有高度的通用性，拥有足够的系统容量和强大的多种用户管理能力，能够提供全球漫游，是一个覆盖全球的、具有高度智能和个人服务特色的移动通信系统。,913 3G的目标与要求,（2）适应多种环境，包括城市和乡村、丘陵和山地、空中和海上以及室内场所。采用多层小区结构，即微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，与不同的网络互通，提供无缝漫游和业务的一致性、网络终端的多样性，并与第二代移动通信系统共存和互通
11、。系统结构开放，易于引进新技术。 （3）能够提供高质量的多媒体业务，包括高质量的语音、可变速率的数据（从几kbit/s到2Mbit/s）、高分辨率的图像视频等多种业务。能支持面向电路和面向分组业务。 （4）足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。用户可以用惟一的个人电信号码（PTN）在任何时间、任何地点、任何终端上获取所需要的电信服务，这就超越了传统的终端移动性，真正实现了个人移动性。 （5）网络结构可配置成不同形式，以适应各种服务需要，如公用、专用、商用和家用；具有高级的移动性管理，能保证大量用户数据的存储、更新、交换和实时处理等。,913 3G的目标与要求,ITU规定
12、的第三代移动通信无线传输技术的最低要求必须满足以下要求： （1）快速移动环境，最高速率达144bit/s； （2）室外到室内或步行环境，最高速率应达到384kbit/s； （3）室内环境，最高速率应达到2Mbit/s。 （4）便于过渡、演进。由于第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络引入时，一定要能在第二代网络的基础上逐渐演进而成，并与固定网兼容。 （5）上下行链路能够适应不对称业务的需求。 （6）具有易于管理的信道结构。 （7）灵活的无线资源管理和系统配置，支持频谱间的无缝切换，从而支持多层次的小区结构。,913 3G的目标与要求,（8）高频谱利用率。 （9）高服务质量。 （10）低成本
13、。 （11）高保密性。 同时，还要将综合宽带网的业务量延伸到移动环境中，能够传送高达2Mbit/s的高质量图像，真正实现“任何人在任何地点、任何时间与任何人”都能便利地通信。 目前，多数人预测第三代移动通信网络的前景是一个共同的网络，FDD方式的无线基站用来完成全球无线覆盖；TDD技术的基站用在城市人口密集地区，实现大容量的语音、数据及多媒体业务。,914 3G的发展趋势,我国的移动通信是从20世纪80年代开始发展起来的，在短短的20年间，技术上已经走过了两代，即20世纪80年代的第一代模拟技术和20世纪90年代的第二代窄带数字技术。无论是第一代还是第二代，都主要是解决话音通信的问题，目前中国
14、移动通信技术主要采用了GSM、CDMA 1x和PHS几种制式，GSM和CDMA 1x提供速率不高的窄带数据业务。 早期的移动通信只具备用户之间的传统通话能力，而随着移动通信网络技术的发展，以及移动智能网的建立，移动通信业务正向话音通信业务和信息通信业务共存的多品种、多层次的方向发展。从话音业务来看，目前移动通信不仅具备用户间的传统通话能力，而且还可以开展转移呼叫、三方通话、话音信箱、VPMN、预付费用户等新业务和增值业务；在信息通信业务方面，目前中国已经可以开展基于第二代技术的短消息业务和WAP业务，第二代半的数据通信业务，如GPRS、CDMA 1x，不久还将可以开展基于第三代技术的数据多媒体
15、业务。,914 3G的发展趋势,在市场和技术的双重推动下，移动通信走向多媒体化、智能化、分组化、个性化已经是一个必然的趋势。 （1）3G业务的多媒体化是指3G的信息由话音、图像、数据等多种媒体构成，信息的表达能力和信息传递的深度都比2G有了很大的提高，基本上可以实现多媒体业务在无线、有线网之间的无缝传输。例如，可视电话在人们进行话音交流的同时，还可以看到对方的相貌和表情。而多媒体特性的另一个表现是话音识别和话音文本的双向转换，人们可以从电话中收听E-mail，也可以将会议的录音直接转换为文本进行存储。,914 3G的发展趋势,（2）3G业务的智能化主要体现为网络业务提供的灵活性、终端的智能化，
16、例如，除输入密码外还可以通过话音、指纹来识别用户身份。 （3）3G业务的分组化是指承载网络提供分组交换的能力，提供适合未来3G业务发展的交换机制，逐步实现从传统的电路交换技术转向以IP为基础的技术。 （4）3G业务的个性化是指用户可以在终端、网络能力的范围内，设计自己的业务。运营商可以为用户提供虚拟归属环境（VHE），使得用户可以实现个人业务环境（PSE）的可携带化，用户在拜访网络可以享受到与归属网络一致的业务，保证个性化业务的全网一致性。,9.2 第三代移动通信系统的组成,本节将对3G的三种主要技术进行较为详细的技术描述，由于TD-SCDMA的核心网和WCDMA采用相同的技术，所以在TD-SCDMA部分将重点介绍无线网络部分。 921 WCDMA GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生了重大影响，WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动。1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了WCDMA技术的发展，加快了WCDMA的标准化进程，并最终使WCDMA
