第8章移动通信

第8章WCDMA（宽带码分多址）系统第8章WCDMA（宽带码分多址）系统8.13G发展与应用8.2WCDMA系统概述8.3WCDMA系统构成8.4WCDMA的信道结构8.5WCDMA的控制与管理教学目标了解3G的国内外发展现状、频谱分布、几个典型标准等。掌握R99和R4版本的WCDMA的系统构成以及各自的特点，比较两个版本的相同点和不同点，理解R5版本的WCDMA系统的IP多媒体子系统，能用自己的语言简述WCDMA的应用。了解WCDMA的主要参数、信道结构、控制与管理。本章知识地图WCDMA的控制与管理WCDMA系统3G的发展与应用WCDMA的系统概述WCDMA的系统构成WCDMA的信道结构国外3G的发展与应用国内3G的发展与应用3G的标准3G的频谱WCDMA概念WCDMA业务与应用R99版本系统构成R4版本系统构成主要参数及特点第8章WCDMA（宽带码分多址）系统8.13G发展与应用学习目标：1.了解3G的国内外发展现状；2.了解3G的频谱分布和几个典型标准。8.13G发展与应用8.1.1国外3G的发展与应用8.1.2国内3G的发展与应用8.1.33G的标准8.1.43G的频谱第三代移动通信的提出：IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统。8.1.1国外3G的发展与应用由于移动通信在未来的信息化社会占有举足轻重的作用，发达国家的政府部门、电信运营商和制造商均不遗余力地积极参与有关第三代移动通信的标准制定和研发工作。IMT-2000后续的标准化研究：主要集中在IMT-2000增强（FuturedevelopmentofIMT-2000）和后IMT-2000系统（SystemsbeyondIMT-2000）。目标：采用更新的技术，达到更高的性能指标，包括CDMA2000向1xEV-DO和1xEV-DV的演进，第三代移动通信系统向全IP结构的演进。应用技术领域：高速下行分组接入、IPv6、软件无线电、智能天线等无线新技术，还有扩展频谱的规划，不同系统间的干扰分析、不同系统的共存方案等。国际电信联盟(ITU)确定3G通信的三大主流无线接口标准分别是:WCDMA(宽频码分多重存取)CDMA-2000(多载波分复用扩频调制)TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)1.WCDMA提出：WCDMA也称IMT-2000CDMADS，最早由欧洲和日本提出.核心网：基于演进的GSM/GPRS网络技术。空中接口：采用直扩DS的宽带CDMA。技术支持：目前这种方式得到欧洲、北美、亚太地区各GSM运营商和日本、韩国多数运营商的广泛支持，是第三代移动通信最具竞争力的技术之一。目前发展：目前全球3GPPR99标准的商用化程度最高，全球绝大多数3G试验系统和设备研发都基于该技术标准规范。2.CDMA2000提出：CDMA2000也称IMT-2000CDMAMC，由美国高通北美公司为主导提出。核心网：采用演进的IS-95CDMA核心网（ANSI-41），技术支持：CDMA2000技术得到IS-95CDMA运营商的支持，主要分布在北美和亚太地区。目前发展：目前增强型单载波CDMA20001XEV(包括DO和DV两个阶段）在技术发展中较受重视，标准化工作正在进行，极具商用潜力。3.TD-SCDMA提出：TD-SCDMA也称IMT-2000CDMATD,是由中国独自制定的3G标准，它由中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出。核心技术：它为TDD方式，融合了智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术。TDD特点：在IMT-2000中TDD拥有自己独立的频谱，并部分采用了智能天线和上行同步技术，适合高密度低速接入、小范围覆盖、不对称数据传输：目前发展：从技术特点和市场需求看TD-SCDMA作为FDD方式的一种补充，具有一定的发展潜力。目前，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。8.1.2国内3G的发展与应用中国无线通信标准委员会CWTS专门组织对3G标准进行跟踪和研究，并参与了国际3G标准化的工作。CWTS共三个工作组：第一工作组（原IMT-2000工作组）：负责WCDMA和TD-SCDMA无线接入网部分的标准化工作；第二工作组（原GSM工作组）：负责WCDMA和TD-SCDMA核心网部分的标准化工作；第三工作组（原CDMA工作组）：负责CDMA2000的标准化工作。同时经国务院批准，科技部信息产业部联合组织实施“中国第三代移动通信系统研究开发项目（C3G）”。C3G项目于1998年11月正式启动，该项目分别由中科大、清华、北邮等高校以及中兴、大唐等国内知名通信企业共同承担。国内主要移动运营商都非常重视第三代移动通信技术的发展和标准化工作，已规划并逐步实践我国第三代移动通信的试验与试运营。又经国务院批准，2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动通信（3G）牌照。中国移动：获得了中国自有知识产权TD-SCDMA的运营牌照。中国电信：获得了CDMA2000的运营牌照。中国联通：获得了WCDMA的运营牌照。三家运营商将纷纷按照各自牌照建设运营各自3G网络，独立展开竞争。随着3G牌照的发放，中国电信业正式进入了3G时代。8.1.33G的标准IMT-2000中主流的无线传输标准：WCDMACDMA2000TD-SCDMAWiMAX其它两种TDMA方式主要是做为补充。1.WCDMA的特点接入方式：DS-CDMA方式码片速率：3.84Mchip/s信号带宽：5MHz基站同步方式：QoS支持同步/异步基站运行模式信道编码：支持Turbo编码及卷积码调制方式：上行：BPSK;下行：QPSK解调方式：导频辅助的相干解调核心网基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性2.CDMA2000的特点基站同步方式：基站间同步采用GPRS方式前反向同时采用导频辅助相干解调在扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户；接入方式：DS-CDMA方式；射频宽带从1.25MHz到20MHz可调；快速前向和反向功率控制；核心网络基于ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性。3.TD-SCDMA的特点基站间采用GPRS或者网络同步方式；多址方式：CDMA+TDMA;信号带宽为1.23MHz；码片速率为1.28Mchip/s;采用智能天线技术，提高了频谱效率；接收机和发射机采用软件无线电技术；多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性。以上三种标准的比较如下表8-1所示：表8-1三种标准比较UMTSWCDMACDMA2000TD-SCDMA提出国家欧洲日本美国韩国中国继承基础GSMIS-95CDMAGSM信道带宽5MHz1.25/5MHz1.6MHz码片速率3.84McpsN×1.2288Mcps1.28Mcps多址方式DS-CDMADS-CDMA和MC-CDMADS-CDMA和TDD核心网GSMMAPANSI44GSMMAPCDMA20001X上/下行：1.2288McpsCDMA20003X下行：1.2288Mcps，上行：3.6864Mcps8.1.43G的频谱国际电联对第三代移动通信系统IMT-2000划分了230MHz频率：上行1885～2025MHz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。此规划在WRC92上得到通过。各国家的的3G频谱分配如图8-1所示。图8-1各国3G频谱分配（WRC92上得到通过的）欧洲情况为陆地通信为1900～1980MHz、2010～2025MHz和2110～2170MHz，共计155MHz。北美情况比较复杂，在3G低频段的1850～1990MHz处，实际已经划给PCS使用，且已划成2×15MHz和2×5MHz的多个频段。PCS业务已经占用的IMT-2000的频谱，虽然经过调整，但调整后IMT-2000的上行与PCS的下行频段仍需共用。日本1893.5～1919.6MHz已用于PHS频段，还可以提供2×60MHz＋15MHz＝135MHz的3G频段（1920～1980MHz，2110～2170MHz，2010～2025MHz）。目前，日本正在致力于清除与第三代移动通信频率有冲突的问题。在2000年的WRC2000大会上，在WRC-92基础上又批准了新的附加频段：806-960MHz、1710-1885MHz和2500-2690MHzIMT-2000在我国的频段分配如下：图8-3中国3G频谱分配（2002年11月）IMT2000在我国的频段分配如下：（一）主要工作频段：频分双工（FDD）方式：1920－1980MHz／2110－2170MHz时分双工（TDD）方式：1880－1920MHz、2010－2025MHz（二）补充工作频率：频分双工（FDD）方式：1755－1785MHz／1850－1880MHz时分双工（TDD）方式：2300－2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。（三）卫星移动通信系统工作频段：1980－2010MHz／2170－2200MHz。8.2WCDMA系统概述8.2.1WCDMA的概念8.2.2WCDMA的业务与应用8.2.1WCDMA的概念UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS(通用移动通信)系统称为WCDMA通信系统。WCDMA起源：主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动。影响：GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生了重大的影响。技术基础：早期的研究中，对各种不同的接入技术包括TDMA、CDMA、OFDM等进行了实验和评估，为WCDMA奠定了技术基础。发展：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技术成为ITU批准的国际通信标准。目前，WCDMA已经经历了几个版本，R99、R4、R5、R6版本，这些版本都有独特的性质。它们的发展历程如图8-4所示：图8-43GPP发展历程201020092008200720062005200420032002200120003GPPR993GPPR53GPPR63GPPR73GPPR8WCDMA现在已冻结的版本有R99，R4，R5，R6，R7，其中：R5引入HSDPA（3.5G），高速下行分组链接。R6引入HSUPA（3.75G），高速上行分组链接。现在在还未冻结的版本是R8版本，即是LTE（3.9G），长期演进技术。•首先是R99/R4版本，这个版本算是WCDMA的早期版本，现在我们通常也把这个版本叫做WCDMA，这个版本可以提供384Kbps的最高上传速度和2Mbps的最高下载速度。•后来WCDMA发展到了R5版本，这时提出了一个技术，就是HSDPA（高速下行分组数据接入技术），R5版本强化了R99/R4版本的最高下载速度，达到7.2Mbps或者14.4Mbps，我们现在就把这个版本的WCDMA叫做HSDPA。在接下来技术进一步进化，到了R6版本时，提出了HSUPA（高速上行分组数据接入技