移动通信3G技术概述

中国移动通信集团设计院有限公司Page1移动通信3G技术概述张玉胜中国移动通信集团设计院有限公司Page2内容基本概念蜂窝移动通信技术发展回顾3G标准与技术的发展WCDMA无线网络规划设计特点我院在3G技术方面的跟踪研究中国移动通信集团设计院有限公司Page3基本概念双工方式:FDD,TDD多址方式:FDMA,TDMA,CDMA电磁辐射:天线辐射图,SAR值,辐射标准电波传播基本概念中国移动通信集团设计院有限公司Page434251162363424151524365136636413625232424251513514555113635613564655目标小区5无干扰小区5考察点第一层干扰小区5第二层干扰小区蜂窝结构中国移动通信集团设计院有限公司Page5电磁辐射SAR定义:生物体每单位质量所吸收的电磁辐射功率.研究结果表明,在10MHZ到几GHZ的频率范围内,生物健康效应与身体温度升高1ºC的反应一致.人在一般环境下,暴露于全身SAR大约为4W/KG的场中约30分钟可导致这种幅度的升温.ICNIRP要求的基本限值:SAR0.4W/KG(职业人员,全身平均)SAR0.08W/KG(非职业人员,全身平均,安全系数为5)导出限值(等效平面波功率密度):400-2000MHZ,F/200W/平方米(任意6分钟的平均值)例如900MHZ的系统,4.5W/平方米我国要求(GB8702-88)的基本限值:SAR0.02W/KG(非职业人员,全身平均)导出限值:30-3000MHZ,0.4W/平方米(任意6分钟的平均值)中国移动通信集团设计院有限公司Page6天线问题:微波天线,蜂窝移动通信天线中国移动通信集团设计院有限公司Page7中国移动通信集团设计院有限公司Page8M1M2OmniBS1UserInterferer自适应智能天线技术-增益及零陷抑制中国移动通信集团设计院有限公司Page9电波传播基本概念移动通信传播环境特点终端的移动性：随即性，多普勒（Doppler）效应移动台的天线较低：多径传播（Multipath）效应城市环境中干扰、人为噪声严重造成的结果信号电平的随即变化，衰落很严重。中国移动通信集团设计院有限公司Page10电波传播基本概念中国移动通信集团设计院有限公司Page11中国移动通信集团设计院有限公司Page12如何对抗电波的衰落？Raker接收：Finger的多少与改善效果分集技术：利用信道的不相关性。空间、极化、频率、时间分集天线水平放置/垂直放置FEC、均衡技术（基带处理）中国移动通信集团设计院有限公司Page13ReceiverAntennaAAntennaB分集合成中国移动通信集团设计院有限公司Page14AB信号合成:中国移动通信集团设计院有限公司Page15RNSRNC核心网NodeBNodeBIurIubGsGnGrGcCDEGiPSTNIu-csUuGpGIu-ps外部分组网ISUPTDMSMSCGdHLR/AuCBGGGSNGMSC其它PLMN分组网3G网络电路域分组域RNCMSC/VLRMSC/VLRSGSN终端和卡WCDMA无线接入网专业划分(举例)中国移动通信集团设计院有限公司Page16内容基本概念蜂窝移动通信技术发展回顾FDMA接入方式为特征的第一代模拟通信系统TDMA接入方式为特征的第二代数字通信系统宽带CDMA将是3G系统的主流技术3G标准与技术的发展WCDMA无线网络规划设计特点我院在3G技术方面的跟踪研究中国移动通信集团设计院有限公司Page17第一代模拟移动通信系统（1G）应用时间:1978---1989年,典型系统有美国的AMPS、欧洲的TACS、日本NTT等创新:引入蜂窝频率复用方法,使大区制向小区制的改变，解决了频谱资源受限问题特征:FDD双工制式的FDMA接入,射频发射前的语音信号为模拟信号,没有语音数字编码，设备简单。中国移动通信集团设计院有限公司Page18第一代模拟移动通信系统（1G）存在的问题:频谱利用率太低，随着用户的增加，频率资源与用户容量的矛盾再一次十分突出；业务单一，仅提供话音服务，通信质量对电波传播要求高；保密性差；标准和体制难以统一(频段,信道带宽多数为25K)，无法解决跨国漫游等问题。90年代初被代替中国移动通信集团设计院有限公司Page19第二代数字移动通信系统（2G）应用时间：1990年---现在，最成功的系统为欧洲的GSM，占有全球绝大多数市场，解决了一代系统中的许多问题，如话音质量好、系统容量大、跨国漫游性能好、增加了低速数据业务创新：引入语音数字处理等数字新技术，最后集中为TDMA的数字移动通信系统（含FDMA），提高了频谱效率（每载波有8个时隙），采用跳频技术对抗信号衰落等。存在的问题：无法适应人们对通信业务多样化的要求;无法支持较高速率的数据业务；仍不能满足日益增长的用户容量要求。中国移动通信集团设计院有限公司Page20第二代数字移动通信系统（2G）窄带CDMA（IS-95）系统，引入扩频和码分多址新概念，1996年投入商用；日本PDC，25K载波带宽。理论和实践证明CDMA技术有其固有的独特优点，如比FDMA及TDMA系统频谱效率高得多（容量大）、保密性好、抗干扰能力强。如：GSM270kbit/s/200kHz/9，CDMA1228kbit/s/1250kHz/1CDMA系统起步较晚，市场分额远低于成熟的GSM，但发展迅速改进的2G系统（所谓2.5G:GPRS,CDMA1X）引入了分组交换技术,数据传输速率有较大提高,能够基本满足当前人们信息交流的需要中国移动通信集团设计院有限公司Page21多业务和低成本(高频谱利用率)是3G技术的驱动力，宽带CDMA技术将是主流。由于2G用户数目巨大，3G替代2G将是很长的演进过程容量需求：频谱效率业务需求：速度、灵活进一步解决多径和衰落带来的传播问题为什么需要3G?TDMA宽带CDMAFDMA中国移动通信集团设计院有限公司Page22内容基本概念蜂窝移动通信技术发展回顾3G标准与技术的发展发展历程技术要求和业务类型频谱资源的划分三种主要的无线传输方案的比较WCDMA无线网络规划设计特点我院在3G技术方面的跟踪研究中国移动通信集团设计院有限公司Page231985年ITU-R提出了第三代移动通信的概念-----FPLMTS（FuturePublicLandMobileTelephoneSystem),当时GSM还没成熟,CDMA技术尚未民用,研究进展缓慢。1992年WARC（WordAdministrationRadioConference）给FPLMTS分配了230MHZ的频率：1885-2025MHZ，2110-2200MHZ，此时ITU-T负责网络方面的标准化工作，ITU-R负责无线接口方面的标准化工作。1996年ITU将第三代移动通信确定了正式的名称---IMT-2000：2GHZ频段，预计2000年商用，可支持的最高传输速率2Mbit/S。3G标准发展历程中国移动通信集团设计院有限公司Page24IMT-2000最关键的是无线传输技术（RTT），主要包括双工技术、多址技术、调制解调技术、信道编解码与交织、帧结构、信道结构和复用、射频参数等，1997年ITU对IMT-2000无线传输技术提出了最低要求（M.1225建议）,向全球征求无线传输建议。1998年6月30日截止日期，共有16项，其中地面移动通信有10项，包括中国提出的TD-SCDMA。3G标准发展历程中国移动通信集团设计院有限公司Page253G标准发展历程经过艰难的评估和融合，1999年11月5日ITU终于通过了输出文件ITU-RM1457，确认了五种无线传输技术TDMA技术：SC-TDMA（UMC-136），MC-TDMA（EP-DECT）CDMA技术：MC-CDMA（CDMA2000MC），DS-CDMA（UTRA/WCDMA和CDMA2000/DS），TDDCDMA（TD-SCDMAUTRATDD）欧洲的WCDMA和美国的CDMA2000技术较成熟，我国的TD-SCDMA由于采用先进的技术并得到中国政府、运营商和产业界的大力支持，很受瞩目，三种技术成为主流技术中国移动通信集团设计院有限公司Page26ITU的建议并不是完整的技术规范，国际标准组织3GPP和3GPP2根据ITU建议负责进一步完成标准的技术细节3GPP（欧洲为主体）负责：无线网DS-CDMA，CDMATDD，核心网基于GSMMAP3GPP2（美国为主体）负责：无线网MC-CDMA，核心网基于IS-412001年3月16日，TD-SCDMA和UTRATDD进一步融合，TD-SCDMA被写入3GPPR4版本。3G标准发展历程中国移动通信集团设计院有限公司Page27技术要求：ITU最初的考虑是：将各种业务结合起来，用一个单一的全功能网络来实现，所定义的3G系统需要具有下述3个特性全球化，3G是一个全球性的系统，各个地区多种系统组成了一个IMT-2000家族，各个系统间在设计上具有高度的互通性，使用共同的频段和全球统一的标准，能提供全球无缝漫游。综合化，能够提供多种业务，特别是能够支持多媒体业务和因特网业务，并有能力容纳新型的业务。在快速移动环境，最高速率达144Kbit/s；室外到室内或步行环境，最高速率达到384Kbit/s，室内环境，最高速率达到2Mbit/s。个人化，用户使用全球唯一的个人号码。另外，系统能够提供足够的容量和高服务质量，具有高频谱利用率，便于从2G过渡和演进。技术要求和业务类型中国移动通信集团设计院有限公司Page28会话类业务：话音、可视电话、视频游戏等特征：会话模式，须保持流中信息实体间的时间关系，必须满足苛刻的、低时延要求。数据流类业务：流式多媒体特征：把信息数据转换成一个稳定均匀而连续的流来进行处理，须保持流中信息实体间的时间关系，与会话类业务相比能容忍更大的时延。互动类业务：网页浏览、网络游戏等特征：请求----响应模式，须保持数据的完整性，时延要求不高。后台类业务：Email的后台下载等特征：信息接受目的端并不在某一时间内期待数据的到达，但仍要求保持数据的完整性。中国移动通信集团设计院有限公司Page29语音E-mail电子商务Web浏览MP3，图像动态图像、可视电话视频会议3G系统提供的业务10Kbit/s1Mbit/s100Kbit/s2Mbit/s速率技术要求和业务类型中国移动通信集团设计院有限公司Page30技术要求和业务类型14.4Kbit/s384Kbit/s144Kbit/s2Mbit/sGPRS,IS-95BGSM,IS-95A可支持的速率中国移动通信集团设计院有限公司Page31频谱资源的划分DCS1800Rx1710–1785DCS1800Tx1805–1880中移动联通信产部尚未发放中国电信ITU标准TDD频谱CMCCDCS1800TDDTD-SCDMADCS1800未发放联通DCS1800DCS1800未发放联通DCS1800中移动DCS1800SCDMA中国电信CDMAWLL中移动DCS1800ITUMSS1980-2010PHS1805-18201900-19101840-18501880-19001960-19801710-17251745-17551755-17851785-18052010-20251980-20101910-1920CDMAPCSITUIMT-2000Rx1920-1980中国电信CDMAWLL2110-21702300-2400ITUIMT-2000Tx2110-2170FDD补充频段TDD主要FDD补充频段FDD主要频段FDD主要频段TDD主要频段TDD补充信产部3G规划中国移动通信集团设计院有限公司Page32三种主要的无线传输方案的比较WCDMA/cdma2000TD-SCDMA时间频率码5/1.25MHzCDMA5/1.25MHz频率码TDD/TDMACDMA时间1.6MHz675µs75µs75µs160µs675µs675µs