移動通信標準課件

1、移動通信標準綜述賈明超 一、緒論二、我國移動通信的發(fā)展三、移動通信的基本知識四、第三代移動系統(tǒng)及其演進五、4G的研究一、緒論1.1移動通信的概念 移動通信是指通信的一方或雙方在移動狀態(tài)中或臨時停留在某一非預訂位置上進行信息傳遞和交換的方式。 1.2移動通信的發(fā)展歷程 移動通信，確切地說蜂窩式移動通信，從正式進入商業(yè)運營開始，至今只有30年的歷史，就其發(fā)展歷程看，大約每10年就會更新一代1.2.1第一代移動通信系統(tǒng)（1G） 時間： 20世紀70年代至80年代代表：美國的AMPS系統(tǒng) ，英國的TACS系統(tǒng)，北歐的NMT 系統(tǒng)，德國的C系統(tǒng)以及日本的HCMTS和NTT系統(tǒng)等缺點：頻譜利用率低，系統(tǒng)容

2、量有限，抗干擾能力差，業(yè)務質(zhì)量比有線電話差，而且當時國際標準化落后，有多種系統(tǒng)標準，跨國漫游很難，不能發(fā)送數(shù)字信息，不能與綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）兼容等，目前1G已逐步被各國淘汰。 缺點：系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，也無法實現(xiàn)移動多媒體業(yè)務，而且由于各國的標準不統(tǒng)一，無法實現(xiàn)各種體制之間的全球漫游。1.2.2 第二代移動通信系統(tǒng)（2G）時間：20世紀80年代至90年代代表：歐洲的全球移動通信系統(tǒng)（GSM），美國的數(shù)模兼容系統(tǒng)(D-AMPS,又稱ADC)和CDMA標準IS-95（又稱CDMA One），日本的PDC（又稱JDC）項目上行下行備注PGSM頻段全頻段890915MHZ935

3、960MHZ 移動頻段890909MHZ935954MHZ聯(lián)通頻段909915MHZ954960MHZEGSM頻段全頻段880915MHZ925960MHZ移動公司應用EGSM頻段的5MHZ移動頻段885909MHZ930954MHZ聯(lián)通頻段909915MHZ954960MHZ頻點說明PGSMF1(n)=890+n*0.2MHZFu(n)=935+n*0.2MHZn為頻率編號(0n124)EGSMF1(n)=890+n*0.2MHZFu(n)=935+n*0.2MHZn為頻率編號(0n124)Fl(n)=890+0.2*(n-1024)Fu(n)=935+0.2*(n-1024)n為頻率編號9

4、75n1023表1.1 GSM900頻率劃分與頻點說明其他說明：（1）EGSM頻段為GSM的擴展頻段。能擴展頻段的公司為中國移動公司；目前部分?。ㄊ校┮苿庸疽褜⑹褂妙l率擴展到EGSM頻段；（2）目前國家無線電管理委員會核準的GSM頻率范圍是上行：885915MHZ，下行：930960MHZ。項目上行下行備注全頻段17101785MHZ18051880MHZ移動、聯(lián)通僅用整個頻率規(guī)劃中的部分移動頻段17101730MHZ18051825MHZ聯(lián)通頻段17451755MHZ18401850MHZ頻點說明Fl(n)=1710.2+（n-512）*0.2MHZFu(n)=1805.2+（n-512）

5、*0.2MHZn為頻率編號，（512n885）表1.2 DCS1800頻率劃分與頻點說明其他說明：（1）早期移動頻段的上行、下行的劃分帶寬為10MHZ（上行17101720MHZ，下行18051815MHZ），后將頻段擴展為20MHZ（2）雖然早期在頻段規(guī)劃中的全頻段為上行17101785MHZ下行18051880MHZ，但在3G的頻段劃分中將17551785MHZ，18501880MHZ重新劃分為3G的擴展頻段。1.2.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G） 時間:20世紀90年代中期 代表：WCDMA，UTRA TDD，寬帶CDMA One，CDMA 2000， TD-SCDMA 缺點：IMT-20

6、00中最關鍵的無線傳輸技術（RTT）以及核心網(wǎng)制式均未統(tǒng)一，因此很難達到原IMT-2000全球通用的標準。此外3G系統(tǒng)帶寬對寬帶多媒體業(yè)務的傳輸而言不夠?qū)?，不適應互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求。1.2.4國際電信聯(lián)盟 中文名稱：國際電信聯(lián)盟 英文名稱：International Telecommunications Union;ITU ITU的歷史可以追溯到1865年。為了順利實現(xiàn)國際電報通信，1865年5月17日，法，德，俄，意，奧等20個歐洲國家的代表在巴黎簽訂了國際電報公約，國際電報聯(lián)盟（InternationalTelegraphUnion，ITU）也宣告成立。 ITU的宗旨是：維持和擴大國際合作，

7、以改進和合理地使用電信資源；促進技術設施的發(fā)展及其有效地運用，以提高電信業(yè)務的效率，擴大技術設施的用途，并盡量使公眾普遍利用；協(xié)調(diào)各國行動，以達到上述的目的。1993年3月ITU組織調(diào)整為：無線通信組（CCIR+IFRB） ITU-R工作組電信標準化組（CCITT） ITU-T工作組電信開發(fā)組（BDT）ITU-D工作組 中國于1920年加入電聯(lián)，1932年首次派代表參加了在馬德里召開的全權代表大會，簽署了馬德里國際電信公約。1947年在美國大西洋城召開的全權代表大會上第一次被選為行政理事會的理事國。中華人民共和國成立后,中國在電聯(lián)的合法席位曾被非法剝奪。1972年5月電聯(lián)行政理事會第27屆會議

8、通過決議恢復我國的合法席位。近年來，我國積極參加了電聯(lián)的會議和活動。 第二章 我國移動通信的發(fā)展3G牌照的發(fā)放2002年年底我國GSM網(wǎng)已成為世界第一大移動通信網(wǎng)1995年，TACS網(wǎng)實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)1987年，上海，900MHz頻段，TACS制式的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)圖2.1 我國移動通信發(fā)展金字塔 要想了解中國的移動通信發(fā)展狀況就必須要對中國的電信運營商有一定的了解。 為了以3G的發(fā)展為契機，合理配置我國現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)全業(yè)務經(jīng)營，形成適度、健康的市場競爭格局，即防止壟斷，又避免過度競爭和重復建設，2008年5月24日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、財政部聯(lián)合發(fā)布關于深化電信體

9、制改革的通告，對中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動、中國衛(wèi)通、中國鐵通進行重組。、中國聯(lián)通六家基礎電信運營商進行重組。圖2.2 電信業(yè)重組結(jié)構(gòu)重組后的中國聯(lián)通、中國移動以及南方的中國電信講形成三大全業(yè)務運營商全面競爭的格局。在電信改革重組完成之后，國家發(fā)放了三張3G牌照：TD-SCDMA牌照給了中國移動；WCDMA牌照給了中國聯(lián)通；CDMA2000的牌照給了中國電信。3G牌照的發(fā)放形成了三家擁有全國性網(wǎng)絡資源、實力與規(guī)模相對接近、具有全業(yè)務經(jīng)營能力和較強競爭能力的市場競爭主體，使電信資源配置進一步優(yōu)化，競爭構(gòu)架得到完善。中國電信業(yè)降進入一個嶄新的時代，3G的發(fā)展也將呈現(xiàn)出良好的勢頭。（1）移動通信的

10、電波傳播環(huán)境惡劣；（2）多普勒頻移會產(chǎn)生附加調(diào)制；（3）移動通信受干擾和噪聲影響；（4）頻譜資源緊缺；（5）建網(wǎng)技術復雜；（6）由于移動環(huán)境惡劣，對設備的可靠性和工作條件要求較高。 第三章 移動通信的基本知識3.1移動通信的特點 與其他通信方式相比較，移動通信有以下幾個特點。在移動通信中，按無線通信的使用頻率和信息傳輸方式，其無線電路工作方式可分為以下幾種（1）單工制（同頻單工）3.2 移動通信的工作方式（2）半雙工（3）全雙工3.3移動通信系統(tǒng)的使用頻率 為了有效地利用有限的頻率，對頻率的分配和使用必須服從國際和國內(nèi)的統(tǒng)一管理，否則就會造成相互干擾和資源的浪費。確定移動通信工作頻段應該從以下

11、幾個方面來考慮：（1）電波傳播特性，天線尺寸；（2）環(huán)境噪聲和干擾影響；（3）服務區(qū)范圍、地形和障礙物的尺寸以及對建筑物的 穿透特性；（4）設備小型化。表3.1 ITU陸地移動通信的主要頻率范圍頻率范圍MHz頻率范圍MHz頻率范圍MHz29.7476874.88138144156.8375174335.4399.9470960（與廣播公用）170026904750（與廣播公用）75.287148149.9174223（與廣播公用）406.1430（陸用為主）14271525350042005468（與廣播公用）87100（與廣播公用）150.05156.7625223328.644047016

12、68.4169044005000表3.2 我國陸地移動通信使用的頻段頻段頻率范圍MHz35MHz頻段27.548.580MHz頻段72.574.6160MHz頻段138149.9150.05167450MHz頻段403420450470800MHz頻段806821851866900MHz頻段798960表3.3我國蜂窩移動通信系統(tǒng)使用的頻率系統(tǒng)或使用部門上行頻率/MHz下行頻率/MHz中國電信CDMA(IS-95)825835870880中國移動GSM900/DCS18008909091710172093595418051815中國聯(lián)通GSM900/DCS1800909915174517559

13、5496018401850可見，在陸地移動通信中，現(xiàn)在主要使用甚高頻頻段（30300MHz）和特高頻頻段（3003000MHz）3.4 常見的移動通信系統(tǒng)3.4.1公共陸地移動通信網(wǎng)絡（PLMN）蜂窩移動通信系統(tǒng)是PLMN的典型代表。移動通信網(wǎng)包括交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)，基站子系統(tǒng)和大量的移動用戶終端第四章 第三代移動通信系統(tǒng)及其演進4.1第三代移動通信的發(fā)展 人類對通信的最高理想是具有完全個人化的、滿足全球連續(xù)覆蓋的、能提供高質(zhì)量的寬帶綜合業(yè)務的個人通信。（W、W、W、W、W）移動通信系統(tǒng)的產(chǎn)生促進了個人通信的發(fā)展，為個人通信打下來良好的基礎。4.2第三代移動通信的目標 IMT-2000移動通信系統(tǒng)

14、的宗旨是建立全球的綜合性個人通信網(wǎng)，包括尋呼系統(tǒng)、無繩電話、蜂窩系統(tǒng)和移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等功能，提供全球范圍內(nèi)的個人通信。ITU對3G提出來以下幾個方面的最低要求。1) 工作環(huán)境和業(yè)務的速率衛(wèi)星移動環(huán)境速率至少9.6kb/s;高速移動（頻分雙工FFD 500km/h,時分雙工TDD 120km/h）至少144kb/s;室內(nèi)/外低速移動（30km/h）至少384kb/s;室內(nèi)固定/低速步行（3km/h）至少2Mb/s;2) 有較高的系統(tǒng)容量和高頻譜利用率 采用新技術提高頻譜效率，使系統(tǒng)得到更高的容量，采用靈活的頻率和無線資源管理、系統(tǒng)配置和服務設施。3）與兼容，實現(xiàn)平滑過渡4） 可支持的業(yè)務高質(zhì)量

15、的語音，語音服務質(zhì)量達到地面長途通信網(wǎng)服務質(zhì)量的要求，數(shù)據(jù)業(yè)務的低于可支持分組和電路交換業(yè)務，分組交換是指面向連接的業(yè)務，既有對稱業(yè)務，又有不對稱業(yè)務；能夠支持和提供增值業(yè)務與智能網(wǎng)業(yè)務。4.3 系統(tǒng) WCDMA系統(tǒng)的特點（）基站同步方式：不同基站可選擇同步和異步兩種方式，異步方式可以不采用精確定時，不受的限制，組網(wǎng)方便、靈活。（2）可變速率傳輸：可靈活地提供多種業(yè)務，并根據(jù)不同的業(yè)務質(zhì)量和業(yè)務速率分配不同的資源，同時對多速率、多媒體的業(yè)務可通過改變擴頻因子和多碼并行傳送的方式來實現(xiàn)。（3）核心網(wǎng)絡：核心網(wǎng)絡基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡兼容。（4）同步碼捕獲：由于

16、基站可收發(fā)異步的PN碼，即基站可跟蹤對方發(fā)出的PN碼，同時移動交換機也可用額外的PN碼進行捕獲與跟蹤，因此，可以用此方法獲得同步，來支持越區(qū)交換及宏分集，而在基站間無需同步。（5）切換方式：支持軟交換和更軟交換，切換方式有3種,同頻小區(qū)內(nèi)扇區(qū)間的更軟交換、同頻小區(qū)間的軟交換、不同載頻間的硬切換。（6）其他先進技術：WCDMA還采用了其他一些先進的技術，如自適應天線、多用戶檢測、分集接收和分層式小區(qū)結(jié)構(gòu)來提高整個系統(tǒng)的性能。圖4.1 WCDMA 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)4.4 CDMA 2000 CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000）是國際電信聯(lián)盟ITU的IMT

17、-2000標準認可的無線電接口，也是2G CDMA One標準的延伸。CDMA2000與另兩個3G標準WCDMA和TD-SCDMA不兼容。CDMA2000由美國高通北美公司為主導提出，韓國現(xiàn)在成為該標準的主導者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMA One數(shù)字標準衍生出來的，可以從原有的CDMA One結(jié)構(gòu)直接升級到3G，建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓、北美和中國，所以相對于WCDMA來說，CDMA2000的適用范圍要小些，使用者和支持者也要少些。不過CDMA2000的研發(fā)技術卻是目前3G各標準中進度最快的。 4.5 TD-SCDMA系統(tǒng)4.5.1 TD-SCDMA技術概述 3G的數(shù)據(jù)傳

18、輸業(yè)務包括對稱的電路交換業(yè)務，非對稱的分組交換業(yè)務和數(shù)據(jù)速率高達2Mb/s的因特網(wǎng)業(yè)務。 對稱語音業(yè)務和非對稱因特網(wǎng)業(yè)務具有最高優(yōu)先級?；陬l分雙工的3G提案是針對，成對載波頻帶上的對稱傳輸?shù)哪Ｊ?，它們能使對稱的語音和多媒體業(yè)務很好地被優(yōu)化。但是，對于非對稱業(yè)務，由于一個鏈路方向的傳輸速率低于另一個鏈路方向的傳輸速率，總的頻譜利用率將大大降低。由中國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學研究院和大唐移動通信設備有限公司首席科學家李世鶴為首的團隊具體制定的時分同步碼分多址TD-SCDMA標準適應了3G的這一要求。 2003年3月16日TD-SCDMA被3GPP列為3G采用的五大技術中的三大主流技術之一，它與UMTS

19、和IMT-2000的建議完全融合，其標準包含在3GPP的R4中。歸屬在該標準中的還有UTRA-TDD，但UTRA-TDD的技術研究已處于停頓狀態(tài)，只有TD-SCDMA成功地走向商用，成為方式的唯一代表，肩負著方式繼續(xù)發(fā)展的國際重任。 表4.1 三個標準的比較4.6的新成員 WiMAX的全稱為orld Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)。2007年10月，ITU批準WiMAX無線寬帶接入技術以OFDMA WMAN TDD的名義成為繼WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA后的第四個3G標準。 WiMAX是一項基于IEEE 80

20、2.16標準的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。該技術是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標準，盡管3G網(wǎng)絡的速度已經(jīng)有了大幅的提高，但是比起WiMAX來，仍然很低，僅為WiMAX速度的1/30，3G發(fā)射塔的覆蓋面積也只是WiMAX的1/10。 WiMAX作為一種面向“最后一公里”接入的標準，大體可以分為兩種：一種是IEEE 802.16d標準，支持固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口；另外一種就是目前正在制定的IEEE 802.16e，支持固定和移動性的寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準。WiMAX它具有如下特點：4.6.1 WiMAX的概念及特點（1）傳輸距離遠：無線信號傳輸距

21、離最遠可達50km，是3G基站的10倍。（2）傳輸速率高：可實現(xiàn)高達74.81Mb/s的傳輸速度。（3）容量高：WiMAX的一個基站可以同時接入數(shù)百個遠端用戶站。（4）靈活的信道寬度：WiMAX能在信道寬度和連接用戶數(shù)量之間取得平衡，其信道寬度由1.5MHz到20MHz不等。（5）QoS性能：可向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻、語音業(yè)務。（6）豐富的多媒體通信服務：能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務。（7）保密性：支持安全傳輸，并提供鑒權與數(shù)字加密等功能。 由于上述的特點及其建網(wǎng)快、見效早的優(yōu)點，WiMAX具有重要現(xiàn)實意義與戰(zhàn)略價值。而且就覆蓋環(huán)境限制及部屬成本考慮，對于用xDSL和Cable

22、Modem方式不能有效覆蓋、不便于和不值得部署有線網(wǎng)絡的區(qū)域，WiMAX更是大有用武之地。4.6.2 WiMAX網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)圖4.2 WiMAX網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖4.3 WiMAX作為固網(wǎng)寬帶業(yè)務的接入利用IP語音業(yè)務可實時進行帶寬分配，占用空中無線資源少的特點進行語音業(yè)務的接入。圖4.4 WiMAX作為NGN網(wǎng)絡的接入圖4.5 WiMAX作為移動網(wǎng)絡基站傳輸（5）WiMAX與3G融合組網(wǎng)方案圖4.6 WiMAX與3G融合組網(wǎng)第五章 4G的研究 4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。而在用