第7章 第三代蜂窝移动通信系统

第7章第三代移动通信系统7.1概述7.2软件无线电技术7.3无线传输技术7.4我国第三代移动通信的发展7.1概述移动通信是一种沟通移动用户与固定用户之间或移动用户之间的通信方式。它具有快速、便捷、可靠、不受时空限制的特点。目标：5W1897年，马可尼在固定站和一艘拖船之间进行的无线通信实验，标志着移动通信的诞生。1947年贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，70年代试验，80年代开始使用。时至今日，蜂窝移动通信经过了两代成熟的发展，并且进入了第三代移动通信的研制、试验和建设阶段。3G最早由ITU在1985年提出，称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。1996年更名为国际移动通信2000即IMT2000。工作频段2000MHz商用时间2000年左右最高速率2000Kbit/sIMT-2000的含义IMT-2000主要特性（1）全球化。IMT-2000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。用户可用唯一个人电信号码（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，真正实现个人移动性。图7-1IMT-2000系统的运营环境IMT-2000的目标提供全球的多种业务的覆盖，即能提供多种业务、多种网络的综合，具体分五个方面：①无线和无线的综合：第三代系统是在第二代基础上建立起来的，和GSM、DCS180O的兼容是必要的。第三代应能提供IMT-2000／GSM的低价双模终端（或IMT-2000／GSM／DCS－1800的低价三模终端），能实现多网之间的切换和漫游。②固定网和移动网的融合：在技术上需要解决同一交换机能支持移动和固定用户接入；采用ATM技术；宽带无线接入网能和固定网、分组网、IP网连通；建立统一的用户数据库；建立统一的智能网平台。多功能用户数据库是存放所有用户业务特点的超集。③陆地网和卫星网的连接：卫星移动通信系统在人口密度较小地区补充陆地移动系统的覆盖，因而两种系统的综合是不可避免的。因此需要综合协调。④多种终端集成：终端移动性和个人移动性是第三代无线通信系统的目标。第二代和第三代系统可能工作于不同频段或不同多址模式与不同的数据格式。因此需要采用软件无线电技术的多模／多频手机。⑤多种业务的综合---向无线宽带业务发展：第三代系统可支持的速率为：室内静止2Mb/s；步行移动384kb/s；车速移动144kb/s；卫星移动9.6kb/s。ITU-RM.1036建议给出了IMT-2000频带使用原则，如表7-1所示。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。IMT-2000要求能够实现频率资源动态分配，频率资源来源于一个动态频率库。在WARC-92会议，ITU会员一致同意IMT-2000的频段为2GHz，即1885MHz~2025MHz和2110MHz~2200MHz，其中1980MHz~2010MHz和2170MHz~2200MHz用于移动卫星业务（MSS）。IMT-2000的核心频段185019001950200020502100215022002250ITU欧洲美国MSSPCSADBTDDBCDCEFAFEMSS保留2165MHz18501900195020002050210021502200225018801980TDDFDDDECTMSS188520252010TDDTDDFDDMSSFDD日本MSSFDDMSSFDDPHS2170FDD21102170MSSMSS保留保留保留FDDWLLFDDWLL中国MSS19201980TDDTDDWLL18651880189519001920194519601980191819802010202519202010202521102170217021102110蜂窝蜂窝保留60MHz60MHz15MHzFDD(上行)TDDTDD扩展(下行)100MHzTDD补充24002300ISM2483,5ISM频段(WLAN,oven,bluetooth…)83,5MHz2500ITUIMT-2000扩展频段2690卫星FDD(下行)中国的3G频率规划190019201980201020252110217018801805175530MHz30MHz1850FDD补充FDD补充40MHz现800/900/1800MHz2G频段均为扩展工作频段PHS当前中国2G/3G移动通信的频谱分配825-835835-839870-880880-884890-903903-909929-935935-948948-954954-960839-845885-890909-915ReservedTACS-C(Rx)AMPS-A(Rx)825-835AMPS-B(Rx)835-845TACS-A(Rx)890-897.5TACS-B(Rx)897.5-905GSM(Rx)905-915TACS-A(Tx)935-942.5TACS-B(Tx)942.5-950GSM(Tx)950-960TACS-C(Tx)924-935联通CDMACT2(空)中移动GSM联通GSMETACS中移动GSM联通GSMAMPS-A(Tx)870-880AMPS-B(Tx)880-890ETACS联通CDMAReservedReservedTx&Rxarefromthebaseperspective中移动联通信产部尚未发放美国标准中国电信ITU标准TDD频谱CMCCDCS1800GuardBandTDDTD-SCDMADCS1800未发放CDMAPCS联通DCS1800DCS1800未发放联通DCS1800中移动DCS1800SCDMACDMAPCS(空)DCS1800Rx1710-1785DCS1800Tx1805–1880中国电信CDMAWLLPCS1900Rx1850-1910CDMAPCS(空)PCS1900Tx1930-1990ITUIMT-2000Rx1920-1980中移动DCS1800ITUMSS1980-2010PHS1805-18201900-19101850-18651865-18801880-19001945-19601960-19801710-17251745-17551840-18501755-17851785-18052010-20251990-20101910-19201980-1990中国电信CDMAWLL7.2软件无线电技术“软件无线电”能够提供远胜于传统无线电的灵活性和可编程性。在软件无线电中，过去许多由专门的硬件设备来完成的功能，如信道滤波、中频转换以及基带处理等，现在都可通过软件可编程的通用器件来实现。在IMT-2000中，随着标准和服务的进化和增加，应用软件无线电的基站或用户设备可以在不对主要器件进行改变或更换的情况下，迅速地通过软件来升级，以适应新的标准和提供新的业务。在基站的应用中，软件无线电基站与传统的基站有许多不同的特点。其中一个主要特点是应用软件无线电的基站，其收发信机都需要一个宽带的RF/IF前端机，保证在整个用户有效带宽中进行数字化的处理工作。在用户终端中，目前由于受到价格、尺寸和功耗的限制，软件无线电技术还没完全应用到其中，现在大都是固定编程，可以有一种或两种操作模式。随着IMT-2000的发展，用户终端需要能够适应不同的业务、不同的标准，这也将推进用户终端向完全可编程的方向发展。当用户全球漫游时，进入不同网络或具有不同的业务需求，只要有与网络相匹配的无线传输技术（RTT），就可以从网络快速下载相应软件以支持终端的可操作性。1998年6月30日为ITU规定的提交RTT建议的最后期限，共有10个组织向ITU提交了候选RTT方案，如表7-3所示。序号提交者候选RTT方案1日本ARIBW-CDMA2欧洲ESASW-CDMA&SW-CTDMA3ICOICORTT4中国CATTTD-SCDMA5韩国TTAGlobalCDMAⅠ&Ⅱ,&SatelliteRTT6欧洲ETSI_DECTEP-DECT7欧洲ETSI_UTRAUTRA8美国TIATR45.3（UWC-136）TR45.5（cdma2000）&TR46.1（WIMSW-CDMA）9美国T1P1-ATISW-CDMAN/A10INMARSATHorizons表7-3正式向ITU提交的候选RTT方案7.3无线传输技术（RTT）区域性标准化组织于1998年向ITU-R提交了几份能满足第三代移动无线通信系统要求的IMT-2000/UMTS无线接口建议。由于这些建议由不同的标准化组织提出，所以与全球漫游要求有关的无线参数和协议栈的解决方案各不相同。为此，主要的国际网络运营商于1998年10月按ITU-R进程框架在运营商协调组（OHG）内开展了一次协调工作，以推进基于CDMA的IMT-2000无线接口的协调进程。基于TDMA的建议在OHG的工作中没有加以考虑。OHG与一些主要的国际制造商进行了合作。这些制造商于1999年5月底在多伦多召开的最后一次会议上就协调无线接口全球第三代（G3G）取得了一致的意见，这些意见提交了ITU-R并受到ITU的欢迎。OHG开展这项标准化工作的主要目标是：（1）制订一项惟一一体化的基于CDMA的第三代规范，其基础是正由3GPP和3GPP2制订的WCDMA和CDMA2000建议；（2）建立一个由直接序列（DS）、多载波（MC）和TDD三种模式组成的G3G系统，它能满足不同地区的运营商对向后兼容有不同需求的需要；（3）确保话音和高速非话音业务的广泛有效性；（4）使用户能够随其业务跨地区、跨国家和跨系统漫游；（5）支持从现有的基础结构向平稳而协调一致的发展道路过渡；（6）扩大系统开发和应用的市场和经济规模。IMT-2000无线接口标准CDMATDMAIMT-DSWCDMAIMT-MCcdma2000IMT-TCTD-CDMATD-SCDMAIMT-SCUWC-136IMT-FTDECTFDDTDDIMT-2000无线接口标准ITU制定5大标准的主要原因：–第二代核心网的不同；–无线接口的兼容性问题；–频谱分配作用；–知识产权问题；–竞争也是一个主要因素。通过融合，目前形成三种主流技术标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA–3GPP发展WCDMA、CDMATDD和EDGE–3GPP2发展cdma2000的技术规范3G的演进策略总体上讲都是渐进的。现有技术技术趋势IS-95GSMAMPSGSMGPRSCDMA2000WCDMATD-SCDMAUWC-1363GPP23GPP3G主流制式划分WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMA－FDD/TDDcdma2000核心网络：基于ANSI41和MIP无线传输技术：cdma2000EDGETD-SCDMAPS域CS域UTRAN业务网3G网络结构UTRAN(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)是一种全新的接入网，是UMTS最重要的一种