移动通信第7章3G和未来移动通信系统

第7章3G和未来移动通信系统第7章3G和未来移动通信系统7.1概述7.2WCDMA7.3cdma20007.4TD－SCDMA7.5三种主流标准的方案性能比较第7章3G和未来移动通信系统7.1概述事实上，早在1985年，国际电信联盟（ITU）就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS），后考虑到该系统预计在2000年左右商用，且工作于2000MHz频段，1996年更名为国际移动电信系统IMT-2000(InternationalMobileTelecomunication2000)。其主要特性有：（1）全球化。IMT-2000是一个全球性的系统，它包括多种系统，在设计上具有高度的通用性，该系统中的业务以及它与固定网之间的业务可以兼容，能提供全球漫游。第7章3G和未来移动通信系统（1）全球化。IMT－2000是一个全球性的系统，它包括多种系统，在设计上具有高度的通用性，该系统中的业务以及它与固定网之间的业务可以兼容，能提供全球漫游。（2）多媒体化。提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率数据、视频和高清晰图像等多种业务。（3）综合化。能把现存的各类移动通信系统综合在统一的系统中，以提供多种服务。（4）智能化。主要表现在智能网的引入，移动终端和基站采用软件无线电技术。（5）个人化。用户可用惟一个人电信号码（PTN）在终端上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性，真正实现了个人移动性。第7章3G和未来移动通信系统图7-1IMT-2000系统的营运环境第7章3G和未来移动通信系统7.1.1IMT-20001.为了方便迅速地接入各种通信业务，保证公开竞争，促进各国通信市场的发展，可以方便地增加新的通信业务，WARC－92的ITU－RM.1036建议给出了IMT－2000频带使用原则，如表7－1所示。第7章3G和未来移动通信系统表7-1ITU-R建议的IMT-2000频带使用原则目标在2000年左右引入ITM-2000；IMT-2000按国家要求发展；终端全球漫游；全球设备标准化。与现有用户分享频率资源；有效支持多个网络运营或业务提供商；支持固定设备技术的应用。优化IMT-2000带宽内的频带利用率；有效综合IMT-2000陆地和卫星。部分兼容各种形式的业务和混合业务；降低终端成本、体积和功耗。原则为保持灵活性，理想情况下IMT-2000频段不应分割给不同形式的无线接口和业务。IMT-2000卫星与陆地部分频率划分应该灵活，以便满足不同国家的需要。频率提供应符合全球漫游。在2000年前能够提供实验和测试所需的IMT-2000频段。第7章3G和未来移动通信系统2.1987年，ITU世界无线电行政大会针对移动业务（WMOB-81）通过了265号决议，此决议为FPLMTS国际化选择了1～3GHz的工作频段，最小带宽为230MHz。在WARC-92会议上，ITU会员一致同意IMT-2000的频段为2GHz，即1885～2025MHz和2110～2200MHz，其中1980～2010MHz和2170～2200MHz用于移动卫星业务（MSS）。随后在WRC-95会议上对WARC-92的决议进行了修改，主要是移动卫星业务（MSS）的2GHz频段，具体修改为：此频段在2000年投入使用，届时不能使用的区域改用1990～2025MHz和2160～2200MHz。表7-2是IMT-2000卫星的频段划分。WRC-95会议第46号决议给出卫星-IMT的主要标准，整个标准将分两步实施：确定整个网络的频率分配，并协调可能受到影响的系统。第7章3G和未来移动通信系统表7-2IMT-2000卫星的频段划分系统频段注释1610MHz~1626.5MHz（上行）一些国家与固定业务分享限制移动地球站发射功率保护天文无线电1613.8MHz~1626.5MHz（下行）第二分配2483.5MHz~2500MHz（下行）全球范围与固定/移动业务分享包括ISM频段1980MHz~2010MHz（上行）2170MHz~2200MHz（下行）全球范围与固定/移动业务分享（2000年1月1日）IMT-2000/FPLMTS频段716号决议（WRC-95）非地球同步轨道2500MHz~2520MHz（下行）2670MHz~2690MHz（上行）2005年1月1日投入使用同步轨道1525MHz~1559MHz（下行）1626.5MHz~1660.5MHz（上行）部分频段受地区限制宽带18.8GHz~19.4GHz（下行）28.7GHz~29.1GHz（上行）分配给固定卫星业务118号决议（WRC-95）第7章3G和未来移动通信系统3.容量与覆盖是无线系统的两个关键的技术指标。对于人口较密集的地区，移动系统的容量（每单位面积的负荷）是最重要的；而对于一些边远地区，覆盖问题占了主要地位。卫星移动系统（MSS）是解决实现全球覆盖问题的有效方法。作为陆地系统的补充，卫星移动通信系统具有覆盖面积大、信号稳定、不受地形地貌影响、不受距离限制等特点。IMT-2000将是综合陆地与卫星系统的一个有机整体。第7章3G和未来移动通信系统卫星轨道的选择是卫星系统要考虑的首要问题之一。卫星轨道可以分为地球同步轨道（GEO）和非地球同步轨道（NGEO）两类。IMT-2000趋向于使用非地球同步轨道，因为NGEO可以较好地实现全球覆盖，时延较小。同时，可以使用小口径的天线减小波束的投射范围，从而获得更好的全球频率重用系数。但NGEO的一个缺点是所需使用的卫星数目要比GEO的多，并且卫星相对于地区不是静止的。第7章3G和未来移动通信系统表7-3三种3G标准比较W-CDMAcdma2000TD-SCDMA信道带宽5/10/20MHz1.25/5/10/15/20MHz1．6MHz码片速率3．84Mc/sN×1.2288Mc/s1.28Mc/s多址方式单载波DS-CDMA单载波DS-CDMA单载波DS-CDMA+TD-SCDMA双工方式FDDFDDTDD帧长10ms20ms10ms多速概念可变扩频因子和多码RI检测：高速率业务盲检测：低速率业务可变扩频因子和多码盲检测：低速率业务可变扩频因子和多时多码RI检测FEC编码卷积码R=1/2,1/3,K=9RS码（数据）卷积码R=1/2,1/3,3/4，K=9Turbo码卷积码R=1～1/3,K=9TurboRS码（数据）交织卷积码：帧内交织RS码：帧间交织块交织（20ms）卷积码：帧内交织TurboRS码：帧间交织扩频前向：Walsh(信道化)+Gold序列218（区分小区）反向：Walsh(信道化)+Gold序列241（区分用户）前向：Walsh(信道化)+M序列215（区分小区）反向：Walsh(信道化)+M序列241-1（区分用户）前向：Walsh(信道化)+PN序列（区分小区）反向：Walsh(信道化)+PN序列（区分用户）第7章3G和未来移动通信系统表7-3三种3G标准比较调制数据调制：QPSK/BPSK扩频调制：QPSK数据调制：QPSK/BPSK扩频调制：QPSK/OQPSK接入信道：DQPSK接入信道：DQPSK/16QAM相干解调前向：专用导频信道（TDM）反向：专用导频信道（TDM）前向：公共导频信道反向：专用导频信道（TDM）前向：专用导频信道（TDM）反向：专用导频信道（TDM）语音编码AMRCELPEFR（增强全速率语音编码）最大数据率达384kb/s室内高达2．048Mb/s1x-EV-DO：2．4Mb/s1x-EV-DV：≥5Mb/s最高为2．048Mb/s功率控制FDD:开环+快速闭环（1.6kHz）TDD:开环+慢速闭环开环+快速闭环（800Hz）开环+快速闭环（200Hz）基站同步异步（不需GPS）可选同步（需GPS）同步（需GPS）同步（主从同步，需GPS）切换移动台控制软切换移动台控制软切换移动台辅助硬切换第7章3G和未来移动通信系统7.1.23G1.WCDMA和TD-SCDMAWCDMA和TD-SCDMA网络从原先GSM的基础上演进。GSM自1992年投入商用以来，GSM标准得到不断验证，而且稳步发展，全球的GSM用户数已达20亿。GSM网络采用电路交换（CS）的方式，主要用于语音通话，而因特网上的数据传递则采用分组交换（PS）的方式。由于这两种网络具有不同的交换体系，导致彼此间的网络几乎都是独立运行的。制定GPRS标准的目的就是要改变这两种网络互相独立的现状。通过采用GPRS技术，可使现有GSM网络方便地实现与高速数据分组的简便接入。WCDMA和TD-SCDMA网络保留了GSM的PS和CS主要结构，兼容GSM原有的手机终端设备，使GSM网络平稳演进至3G。第7章3G和未来移动通信系统2.cdma2000cdma2000主要由IS-95和IS-41标准发展而来。它与AMPS、D-AMPS和IS-95都有较好的兼容性。它在反向信道也使用了导频，同时又采用了一些新技术，使其能满足IMT-2000的要求。cdma2000可分为cdma2000-1X（单载波，1倍于IS-95A的带宽）和cdma2000－3X（多载波，3倍于IS-95A的带宽）两个系统。IS-95A是ＣＤＭＡ网络的第一个标准，支持８kb/s编码话音服务。其后又分别出版了１３kb/s话音编码器的ＴＳＢ７４标准，支持１.９ＧＨｚ的ＣＤＭＡＰＣＳ系统的ＳＴＤ-００８标准，其中１３kb/s编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。第7章3G和未来移动通信系统随着移动通信对数据业务需求的增长，１９９８年２月，美国高通公司宣布将ＩＳ-９５Ｂ标准用于ＣＤＭＡ基础平台。ＩＳ-９５Ｂ可提供ＣＤＭＡ系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对６４kb/s数据业务的支持。cdma2000-1X是cdma2000第三代无线通信系统的第一个阶段，是1999年6月由ITU确立的标准，有人称之为2.75G移动通信系统。其主要特点是与IS-95A/B完全兼容，并可与IS-95B系统的频段共享或重叠。cdma2000-1X与IS-95是通过不同的无线配置(RC)来区别的；通过设置RC，可以同时支持1X终端和IS-95A/B终端。因此，IS-95A/B/1X可以同时存在于同一载波中。第7章3G和未来移动通信系统cdma2000-1X网络部分则引入了分组交换方式，支持移动IP业务，可以提供144kb/s的数据业务，容量比cdmaOne（IS-95A/B网络的简称）高一倍，而且增加了辅助码分信道等，可以对一个用户同时承载多个数据流和多种业务。因此，cdma2000-1X提供的业务比IS-95有很大的提高，为支持各种多媒体分组业务打下了基础。第7章3G和未来移动通信系统北美有关运营商在2000年6月开始cdma2000-1X的现场试验，2001年底已提供商用。韩国已在2000年10月开通了cdma2000-1X网络。目前，美洲、亚洲和大洋洲的众多运营商采用了cdma2000-1X进行商用运行。中国联通的cdma2000-1X网络于2002年下半年开始商用。第三代移动通信伙伴计划2（3GPP2）从2000年初开始在cdma2000-1X基础上制定1X的演进技术，即1X-EV的标准。第7章3G和未来移动通信系统1X-EV的空中接口标准是对现有cdma2000-1X的一个扩展，以支持至少2Mb/s的高速数据和1.25MHz的宽信道的更高话音容量。1X-EV分为两个发展阶段。两个阶段都使用一个标准的1.25MHz载波,因此cdma2000-1X-EV被认为是与IS-95CDMA网络后向兼容的。演进的第一阶段(1X-EV-DO)要求在标准的1.25MHz专用信道中，下行分组数据业务达到2.4Mb/s的峰值速率。演进的第二阶段（1X-EV-DV）要求在提供2.4Mb/s峰值速率的分组数据业务的同时，与电路交换型话音和数据用户共享频谱。第7章3G和未来移动通信系统（1）第一阶段：1X-EV-DO(DataOnly)。基于Qualcomm公司提出的HDR(Hig