3G移动通信新技术

WirelessTechnologyInnovationLabsWTI33GG移动通信新技术移动通信新技术北京邮电大学无线通信新技术研究室2WirelessTechnologyInnovationLabsWTI移动通信技术发展概述CDMA及其关键技术分集技术的应用多用户检测技术联合检测技术智能天线接力切换动态信道分配HSDPA的技术特点3WirelessTechnologyInnovationLabsWTI中国移动市场的发展13.22923.56910.3443.23819.66985.2642.02144.81259.552206.61661.804256.938050100150200250300199719981999200020012002Oct.2003Thenumberofmobilesubscriber(million)TheincreasewithyearMobileSubscribMobileSubscriber:256.9millioner:256.9millionFixedSubscriber:FixedSubscriber:255.1million255.1million03101594340501001502002503003504004501995.121999.122000.122001.122002.08IncreasetrendofSMStrafficNumberofSMS(1E8)•移动用户的增长o2003年8月，中国移动用户数首次超过了固定电话用户数•多媒体业务需求的增长oSMS:年增长率100％oGPRS:2002年6月，用户数已达1.78百万4WirelessTechnologyInnovationLabsWTI未来移动通信的发展趋势•用户方面–用户数量的增长–移动数据和Internet用户–多媒体业务的增长•制造商方面–新型移动设备–新技术•运营商方面–话音业务基本饱和–新的业务增长点•标准组织ITU-R–未来发展计划草案0200400600800100012001400160018001995200020052010MobileFixedMobileInternetFixedInternetSubscriptionsworldwide(millions)MobileInternetsubscribersMobilesubscribers5WirelessTechnologyInnovationLabsWTI未来移动业务前景™中国Beyond3G演示系统在2005年12月的演示目标•多小区覆盖，高速移动250km/h•热点地区，高速移动250km/h¾峰值信息速率30~50Mbps¾峰值信息速率40~100Mbps¾频谱效率1.5~2.5bps/Hz¾频谱效率is2~5bps/Hz¾Eb/No低于0dB时能够实现正常的通信¾Eb/No低于3dB时能够实现正常的通信™4G移动数据业务应具有–高数据速率：100Mbps–低开销：3G的十分之一–高质量多媒体业务–提供多种业务的移动终端–移动终端可接入多种网络–频谱的灵活分配和高效利用™ITU-R定义BeyondIMT-2000–新的空中接口•高速移动环境下支持100Mbps传输•低速移动环境下支持1Gbps传输–游牧、局域网支持家庭、办公室、学校等热点区域下的高速数据传输–IMT-2000系统与其他网络的互联互通6WirelessTechnologyInnovationLabsWTI第一代模拟蜂窝移动通信系统主要特点：¾用户的接入方式采用频分多址（FDMA）¾调制方式：FM¾业务的种类单一，主要是话音业务¾系统的保密性较差¾频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM主要特点：¾微蜂窝小区结构¾数字化技术---语音信号数字化¾新的调制方式---GMSK、QPSK等¾FDMA/TDMA¾频谱利用率高，系统容量大¾便于实现通信安全保密移动通信系统的发展7WirelessTechnologyInnovationLabsWTI第三代数字蜂窝移动通信系统•3G的主要特点：™支持移动多媒体业务™宽带CDMA技术™高频谱效率™FDMA/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™微蜂窝结构主流技术标准：™WCDMA™cdma2000™TD-SCDMA8WirelessTechnologyInnovationLabsWTI频分多址(FDMA)---按频道划分用户，频带独享，时间共享时分多址(TDMA)---按时隙划分用户，时隙独享，频率共享码分多址(CDMA)---按码型划分用户，时隙/频率共享PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMAFrequencyCDMAPowerTime9WirelessTechnologyInnovationLabsWTI码分多址（CDMA）技术FrequencyCDMAPowerTime含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别：码型特点：每个基站只需一个射频系统每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率是一个多址干扰受限系统需要严格的功率控制需要定时同步软容量、软切换，系统容量大抗衰落、抗多径能力强应用：IS-95CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统10WirelessTechnologyInnovationLabsWTICDMA:起源•1949ClaudeShannon和RobertPierce:CDMA基本思想•1950DeRosa-Rogoff:直接序列扩频•1956Price和Green:抗多径“RAKE”•1961Magnuski:远近效应问题•70年代，CDMA在军事、航海领域得到进一步发展11WirelessTechnologyInnovationLabsWTICDMA:窄带CDMA时代•1978Cooper和Nettleton:扩频技术在蜂窝系统中的应用•80年代，窄带CDMA技术在蜂窝系统中的应用•1986Verdu提出最优多用户检测•1993IS-95标准12WirelessTechnologyInnovationLabsWTI宽带CDMA时代：3GTD-SCDMA13WirelessTechnologyInnovationLabsWTI移动通信系统发展的目标•更好通信质量•更高的传输速率•更高系统容量•更高频谱利用率丰富的无线业务便利的无线应用美好的无线享受移动通信技术的进步和发展•无线传输技术•数据链路层技术•网络层技术14WirelessTechnologyInnovationLabsWTI无线传输技术发展目标以香农信息理论为基础，不断提高频谱效率和功率效率()γη+=1log2SISOandnoLA:()∑=+=Mmm121logγη()γη+=1log2MIMOandLA:parameterparameter()2111log1()NMmnnmfNηγ===+∑∑()211log1()NnnfNηγ==+∑MIMO,LAandOFDM:parameterparameter15WirelessTechnologyInnovationLabsWTI无线网络技术发展目标•资源的优化利用•无缝的业务•全球漫游•无线覆盖–蜂窝网、WLAN、Adhoc•异构网络的互联互通16WirelessTechnologyInnovationLabsWTI技术的发展示例FDMATDMA窄带CDMAFDMA宽带CDMATDMAFDMA简单均衡RAKE多用户检测单天线收发MIMO智能天线固定链路传输参数自适应链路1G2G3G硬切换软切换接力切换……17WirelessTechnologyInnovationLabsWTI运营商3G标准选择预测运营商3G的标准W-CDMACDMA2000TD-SCDMA中国联通中国电信中国网通或或中国移动18WirelessTechnologyInnovationLabsWTI™可适应多种速率的传输，灵活地提供多种业务™BTS之间无需同步™优化的分组数据传输方式™支持不同载频之间的切换™上、下行快速功率控制™反向采用导频辅助的相干检测(提高反向解调增益，提高功率控制准确性)™充分考虑了信号设计对EMC的影响WCDMA的技术特点19WirelessTechnologyInnovationLabsWTIWCDMA业务特点™业务能力™WCDMA业务能力是指接入点之间的所有用QoS参数描述的承载以及承载控制机制的集合。业务能力实际上可以理解为承载业务为电信业务提供的服务。™WCDMA以前的移动通信系统都定义了一系列的标准电信业务，其弊端是网络结构受制于电信业务。™WCDMA标准化过程中不再定义标准的电信业务，而将重点放在WCDMA业务能力的标准化，这样使得网络结构不再受制于电信业务。™业务特点™业务的智能化™业务的多媒体化™业务的个性化™业务的人性化20WirelessTechnologyInnovationLabsWTIWCDMA的主要技术参数™最小带宽需求5MHz™采用技术类型单载波宽带直接序列扩频CD™双工方式FDD/TDD™码片速率3.84Mcps™帧长10ms™基站间同步异步(不需GPS)™调制方式(前向/反向)QPSK/BPSK™反向信道结构I/Q复用™检测与导频信号相干™下行信道导频公共与专用导频™功率控制速度1500™信道编码卷积码与Turbo码21WirelessTechnologyInnovationLabsWTIWCDMA关键技术•射频和基带处理技术–射频、中频数字化处理–RAKE接收机–信道编解码–功率控制–多天线分集–多用户检测•无线接入网络资源管理技术–无线接入控制策略–拥塞控制策略–系统级功率控制技术–移动性管理–无线资源优化参数配置22WirelessTechnologyInnovationLabsWTI移动通信技术发展概述CDMA及其关键技术扩频调制扩频码特性RAKE接收机功率控制23WirelessTechnologyInnovationLabsWTI扩展频谱通信•扩展频谱通信系统的概念：–简称扩谱或扩频，是指需要传输信号的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输；接收时，再利用一定技术将其还原，从而获取高质量传输信号的通信系统。•扩展频谱系统必须满足以下两条准则：–传输带宽远远大于被传送的原始信息的带宽；–传输带宽主要由扩频函数决定，扩频函数常用伪随机编码信号。24WirelessTechnologyInnovationLabsWTI扩频通信•工作方式9直接序列扩频（DS-SS）9跳频扩频（FH-SS）9跳时扩频（TH-SS）9脉冲线性扩频（Chirp-SS）9混合扩频（如FH/DS，DS/TH）•扩频通信特点9抗干扰性强9信息保密性好9可实现码分多址9抗多径干扰25WirelessTechnologyInnovationLabsWTI直接序列扩展频谱（DS-SS）f功率谱密度f功率谱密度f功率谱密度f功率谱密度干扰信号发送信号噪声f功率谱密度干扰信号发送信号噪声26WirelessTechnologyInnovationLabsWTICDMA扩频原理总结扩频原理：以频带换取信噪比香农理论：C=Bwlog2(1+S//N)CDMA系统的优点：™抗干扰能力强，可抗白噪声、人为干扰、多径干扰等™保密性好。扩频信号频谱近似白噪声，若不知PN序列生成方法就难以获取原始信息™隐蔽性好。扩频信号近似白噪声，难以检测，宽带扩频信号功率谱密度很低，难以监听™易于实现大容量多址通信™易于精确定时和测距™易于采用各种先进的分集技术，如RAKE接收、智能天线等27WirelessTechnologyInnovationLabsWTI影响CDMA系统性能的因素•扩频码相关性•无线信道•发送和接收技术28WirelessTechn