3G及LTE技术介绍

13G、B3G技术介绍研发中心2010-11-162主要内容1.3GPP组织、三种技术体制2.3G组网架构3.3G关键技术4.3G视频应用5.三种制式优缺点比较6.B3G介绍33GPP组织u3GPP—the3rdGenerationPartnershipProject，是一个以欧洲为主体的3G标准化组织；3GPP2—the3rdGenerationPartnershipProject2，是一个一美国为主体的3G标准化组织；在标准的制定过程中，ITU主要起领导和组织作用。u3GPP主要以GSMMAP核心网为基础，以WCDMA为无线接口制定第三代移动通信标准——通用移动电话系统（UMTS—UniversalMobileTelephoneSystem)，同时负责在无线接口上定义与ANSI-41核心网兼容的协议。3GPP于1998年底成立，其技术规范组TSG有：无线接入网（RAN）TSG、核心网TSG、业务和系统TSG、终端TSG。u3GPP2主要以ANSI-41核心网为基础，以CDMA2000为空中接口制定第三代移动通信标准，并负责在无线接口上定义与GSMMAP核心网相兼容的协议。3GPP2于1999.1月成立，其技术规范组有：TSG-A负责接入网接口规范、TSG-C负责无线部分的标准、TSG-N负责ANSI-41核心网和无线智能网的规范。4u3GPP制定标准是：WCDMA、TD-SCDMA，其中，WCDMA的主要参与者是：ARIB（日本）、ETSI（欧洲）、TTA（韩国）、T1P1（美国）、相关的制造商和运营商，TD-SCDMA由中国无线通信标准研究组（CWTS）提出。u3GPP2制定的标准是：CDMA2000，主要参加者是：TIA（美国）、ARIB（日本）、TTA（韩国）、相关的制造商和运营商。3G体制51.Release99，1999年12月发布，是3GPP发布的第一个WCDMA版本，核心网以GSM移动交换中心和分组交换网络为基础，便于2G网络向3G网络的平滑演进。2.Release4，2001年3月首次发布，在该版本中实现了核心网电路域的软交换，即将传统的MSC分离为媒体网关和MSC服务器两部分，向全IP网核心网迈出了第一步。3.Releas5，2002年3月首次发布，是全IP核心网的第一个版本，在核心网引入了IP多媒体子系统（IMS)，可以更好的对多媒体业务进行控制。无线接入网络部分增加了IP传说的可选方式。无线接口部分支持HSDPA(HighSpeedDownlinkPacketData)，该技术可以实现最高14.4Mbps的速率。4.Release6，增加了HSUPA(HighSpeedUplinkPacketData)，该技术可以实现最高6Mbps的速率；增加了多媒体广播和多播业务；增强了如安全、QoS、计费管理等方面的内容。WCDMA版本61.Release0，于1999年6月完成，核心网基于ANSI-41，规定了CDMA2000的空中接口，它使用IS-95B的开销信号，数据速率较IS-95B有很大的提高2.ReleaseA，于2000年3月完成，增加了新的开销信道及相应的信令3.ReleaseB，于2002年4月完成，改动较小，新增了救援信道4.ReleaseC，于2002年5月完成，前向链路增加了对1xEV（Evolution）的支持，提高数据吞吐量。是一个基于全IP核心网的版本。1xEV包括1xEV-DO（DataOnly）和1xEV-DV（DataandVoice）5.ReleaseD，于2004年3月完成，反向链路增加了对1xEV的支持，以提升其数据性能。CDMA2000有两种工作方式，独立使用一个1.25MHz载波方式的CDMA20001x，将3个1.25MHz载波捆绑使用的CDMA20003x。CDMA2000版本7TD-SCDMA由原信产部电信科学研究院提出，经CWTS修改后于1998年6月提交给ITU，成为3G候选标准。1999年11月，TD-SCDMA被ITU确定为第三代移动通信系统的标准之一。2001年3月，3GPP正式将TD-SCDMA包含在Release版本中，从此，该标准正式被众多设备制造商和运营商所接受。此后，TD-SCDMA进入了比较稳定阶段。TD-SCDMA版本8uWCDMA频段1920-1980MHz上行2110-2170MHz下行60MHz1755-1785MHz上行1850-1880Mhz下行30MHzuTD-SCDMA频段1880-1920MHz40MHz2010-2025MHz15MHz2320-2370MHz50MHzuCDMA20001x频段1920-1980MHz上行2110-2170MHz下行60MHz1755-1785MHz上行1850-1880MHz下行30MHz3G频谱分配—中国93G主要技术指标项目WCDMACDMA2000TD-SCDMA运营商联通电信移动核心网GSMMAPANSI-41GSMMAP信号带宽5MHzN*1.25MHz1.6MHz码片速率3.84McpsN*1.2288Mcps1.28Mcps同步方式异步同步同步调制方式QPSK前向BPSK反向QPSK前向BPSK反向QPSK和8PSK（高速2Mbps)双工方式FDDFDD/TDDTDD功率控制开环+闭环功率控制，控制步长1、2、3dB开环+闭环功率控制，控制步长1dB，可选0.5dB/0.25dB开环+闭环功率控制，控制步长1、2、3dB每载波时隙数1510扩频方式反向：OVSF码(信道化)+PN序列(区分小区)前向：OVSF码(信道化)+PN序列(区分用户)反向：OVSF码(信道化)+Gold序列218(区分小区)前向：OVSF码(信道化)+Gold序列225-1(区分用户)反向：OVSF码(信道化)+Gold序列215(区分小区)10在扩频通信中，伪随机序列常以伪码PN表示，PN的码型影响码序列的相关性，序列的码元（称为码片chip）长度决定扩展频谱的宽度。通常采用的PN有m序列、Gold序列等。WCDMA系统采用Gold序列、CDMA2000系统采用m序列。高通公司Qualcomm-CDMA系统中采用242-1的PN序列。常用的扩频形式是用一个伪随机噪声序列（PN序列）与窄带信号相乘。一个PN序列是一个有序的由1和0构成的二元码流，其中的1和0由于不承载信息，因此不称为bit而称为chip（码片）。名称解释—码片速率11uWCDMA码片速率3.84Mcps计算：每帧10ms，15slots/frame，2560chips/slot（256chips表示1个bit，共10bits）。所以，码片速率=2560chips/slot*15slots/frame*100frame/s=3.84Mcps。uCDMA2000码片速率1.2288Mcps计算：业务信道中，每帧20ms，172bits/frame==》172bits*50frame/s=8.6kbps，增加帧质量指示位12bits/frame*50frame/s=0.6kbps==》9.2kbps，增加8位编码尾比特8bits/frame*50frame/s=0.4kbps==》9.6kbps，信道编码后19.2kbps==》经过Walsh64码扩展频谱，即，码片速率=19200*64=1.2288Mcps。uTD-SCDMA码片速率1.28Mcps计算5ms子帧有6400chip，码片速率=6400/0.005=1.28Mcps，解释如下：1个子帧有7个正常时隙、1个DwPTS（96数据符号），1个GP（96符号），1个UpPTS（160符号）；1个正常时隙有2个352数据符号，1个Midamble有144符号，即，864=352*2+144因此，1个子帧有6400chips=864*7+96+96+160名称解释—码片速率12中国移动：TD-SCDMA中国电信：CDMA2000中国联通（新）：WCDMA运营商采用体制13主要内容1.3GPP组织、三种技术体制2.3G组网架构3.3G关键技术4.3G视频应用5.三种制式优缺点比较6.B3G介绍14R4版本UMTS(WCDMA)网络结构15TD-SCDMA接入网(UTRAN)结构16uWCDMA系统关键技术：智能天线、多用户检测、联合检测、时空码、HDR（HighDataRate）等uCDMA2000关键技术可变长度扩频技术、功率控制技术、Rake接收技术等uTD-SCDMA关键技术智能天线、联合检测、多时隙CDMA+DS-CDMA、同步CDMA、信道编译码和交织、软件无线电、接力切、自适应功率调整换、可变扩频系统等3G关键技术17uITU规定，3G系统必须满足以下三种速率：在快速移动环境下，最高速率达到144kbps；在步行环境下，最高速率达到384kbps；在固定环境下，最高速率达到2Mbps。u目前成熟版本达速率：üCDMA2000EVDORelease0下行2.4Mbps,上行156KbpsReleaseA下行3.1Mbps,上行1.8MbpsüWCDMARelease6HSDPA下行14.4Mbps，HSUPA上行5.75MbpsüTD-SCDMA384Kbps下行128Kbps上行TD-HSDPA下行2.8Mbps,上行128Kbpsu真正的速率由运营商开放程度决定，同时终端需要支持3G传输速率—理论值18uSF=16时，符号速率=3.84Mcps/16=240kspsu采用16QAM调制方式下，1个符号能够承载4个bit；所以，数据速率=240ksps*4=960kbps。u在一个小区中有16个码道，1个用于传送公共数据，15个用于传输数据；所以，最大的下载速度=960kbps*15=14.4Mbps；这是理论值，且小区内的所有信号在某一时刻都给一个用户使用。u相关知识：16QAM调制下，每个符号承载4个bit可以理解为，通过振幅、相位的改变，经过调制后变成1个符号，从而提高传输速率；QPSK调制下的每个符号承载2个bit。实例—WCDMA之HSDPA理论峰值计算193G视频应用一203G视频应用二ü3G视频服务器有2种方式：设备级集成、芯片级集成。ü编码与通道的配合。211.频谱利用率。TD-SCDMA频谱利用率高，因为它将上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上下行；WCDMA与CDMA2000都采用FDD（频分双工）模式，将频率分为上、下行对称业务。2.市场占有率。WCDMA市场占有率最大3.可用带宽。WCDMA最大、CDMA2000次之、TD-SCDMA最小4.移动速度。WCDMA与CDMA2000能够支持移动终端在500kmph时的正常通信，TD-SCDMA只能支持移动终端120kmph左右。因为，TD-SCDMA采用多时隙的不连续传输方式，基站发射峰值功率与平均功率的比值较高，造成基站功耗较大，基站覆盖半径较小，同时也造成抗衰落和抗多普勒频移的性能较差，当移动设备处在高速移动状态下时通信能力较差。三种制式优缺点比较221.WCDMA网络规模估算是根据网络规划的覆盖目标、容量目标和质量目标得出满足需求的配置和设备数量的过程，一般包括覆盖估算和容量估算。由于WCDMA系统是一个自干扰和软容量系统，其覆盖和容量并非一成不变，而是与网络的干扰水平有关，其覆盖和容量相互影响，当网络负载较轻时，覆盖距离较远；当网络负载加重时，由于用户干扰功率上升，小区覆盖会自动收缩，因此需要从覆盖和容量两方面着手计算所需的基站规模。2.WCDMA网络上行容量主要是干扰受限，下行容量主要是基站发射功率受限。当语音为主要业务时，容量为上行受限；当数据业务吞吐量达到一定比例后，容量转为下行受限。在2GCDMA网络中，语音为主要应用业务，其上下行业务流量较为对称，容量主要是上行受限，因此主要关注上行的容量计算。但在WCDMA网络中，数据业务的比重显著增加，且网络上下行的业务流量普遍呈现出不对称的特性，甚至有可能出现下行容量受限的情况，因此需要从上下行两个方向分别