第 9 章 第三代移动通信系统

第9章第三代移动通信系统概述9.1第三代移动通信系统的组成9.2第三代移动通信系统提供的业务9.3第三代移动通信系统的关键技术9.4【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-SCDMA3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-SCDMA3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功能提高到一个前所未有的水平。9.1.1第三代移动通信系统的标准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：（1）IMT-2000CDMADS，即欧洲和日本的UTRA/W-CDMA；（2）IMT-2000CDMAMC，即美国的CDMA2000MC；（3）IMT-2000CDMATDD，即欧洲的UTRATDD和中国的TD-SCDMA；（4）IMT-2000TDMASC，即美国的UWC-136和DECT；（5）IMT-2000TDMAMC，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。9.1.2第三代移动通信系统的特点（1）全球普及和全球无缝漫游的系统。（2）具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。（3）3G将标准化业务能力，而不是业务本身，这样使得网络结构不再受制于电信业务。9.1.33G的目标与要求（1）全球漫游，以低成本的多模手机来实现。（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。（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（从几千比特每秒到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）具有足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。（5）网络结构可配置成不同形式，以适应各种服务的需要，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。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术必须满足以下要求。（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。（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。（8）高频谱利用率。（9）高服务质量。（10）低成本。（11）高保密性。9.1.43G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、个性化已经成为一个必然的趋势。（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。（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，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。9.2第三代移动通信系统的组成9.2.1WCDMA图9-1WCDMA移动通信系统框图9.2.2CDMA2000图9-2CDMA2000-1x的网络结构9.2.3TD-SCDMA1．TD-SCDMA简介图9-3TD-SCDMA同时采用时分和码分多址TD-SCDMA具有很多技术特点，如频谱利用率高、支持不对称数据业务、简易的网络规划、系统容量大、系统综合成本低等，因此，TD-SCDMA能够组建高性能的广覆盖、低成本独立网络，提供强大的差异化竞争力和快速建网能力，全面满足运营商的需求。2．TD-SCDMA空中接口的关键技术（1）采用智能天线技术（2）联合检测技术（3）软件无线电技术（4）接力切换技术表9-1切换技术比较硬切换软切换接力切换资源占用少多少掉话率高低低对容量的影响低高低（5）TD-SCDMA的DCA（动态信道分配）技术及其特点9.2.43种主要技术制式的比较表9-2三种主要3G制式的参数比较WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心网基于GSM-MAP基于ANSI-41基于GSM-MAP越区切换软硬切换软硬切换接力切换双工方式FDDFDDTDD双向信道带宽/MHz102.51.6码片速率/Mchip·s−13.84N×1.22881.28帧长/ms10ms可变10ms（分两个5ms子帧）基站同步异步（可选）同步同步功率控制/Hz开环+快速闭环1500开环+快速闭环800开环+慢速闭环2009.3第三代移动通信系统提供的业务1．交互性业务（1）会话业务（2）消息业务（3）检索与存储业务2．分配性业务3．移动性业务（1）短消息业务（SMS）（2）多媒体消息业务（MMS）（3）定位业务（LCS）（4）流媒体业务（5）WAP网关（6）Java下载9.4第三代移动通信系统的关键技术9.4.1新型调制技术1．多载波调制多载波调制的原理是把要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有较低的码元速率，然后用这些子数据流去并行调制若干个载波。多载波调制的方法如下。（1）多载波正交振幅调制（MC-QAM）。（2）正交频分复用和码分多址结合（OFDM-CDMA）。图9-4OFDM正交频分载波频率2．可变速率调制（1）可变速率正交振幅调制（VR-QAM）。（2）可变扩频增益码分多址（VSG-CDMA）。图9-5星形QAM的星座图（3）多码码分多址（MC-CDMA）。9.4.2智能天线技术智能天线（SmartAntenna）是一种自适应阵列天线，由多天线阵、相干收发信机和现代数字信号处理（DSP）算法组成。图9-6智能天线组成原理框图9.4.3多用户检测技术多用户信号检测的最佳检测方式是最大自然序列（MLS）检测，其性能虽然很好，但算法过于复杂，实现困难，因而人们都在探讨最佳的检测方式。近年来多用户信号检测技术的发展非常迅速，提出了多种多样的设想和方案。下面仅就两种基本的方法简要说明这种技术原理。1．去相关多用户信号检测器2．干扰抵消式多用户信号检测器9.4.4多径分集接收技术1．选择性合并2．最大比合并3．等增益合并9.4.5多层网络结构双层网络结构是人们比较熟悉的，由底层和顶层组成，底层指配业务信道和信令信道，顶层只指配业务信道。采用多层网络结构除合理分配区层之间的信道资源和业务容量外，还必须解决区层之间的连接与切换，避免重叠层之间出现“乒乓效应”。9.4.6功率控制技术在CDMA系统中，功率控制被认为是所有关键技术的核心。1．反向开环功率控制2．反向闭环功率控制图9-7外环和闭环调整的具体过程3．软切换时的闭环功率控制4．前向功率控制9.4.7软件无线电技术软件无线电是通过DSP软件实现无线电功能的技术。软件无线电的关键思想是尽可能在靠近天线的部位（中频甚至射频），进行宽带A/D和D/A变换；然后用高速数字信号处理器（DSP）进行软件处理，以实现尽可能多的三线通信功能。