高速網(wǎng)絡原理：Lecture 5 3G移動通信網(wǎng)絡

無線網(wǎng)絡技術、應用及安全Lecture53G移動通信網(wǎng)絡鄭相涵福州大學數(shù)學與計算機科學學院2022年10月16日Page2什么是3G?討論篇請思考Page3移動通信發(fā)展歷程3G為用戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案1G(1980s)AMPSTACSNMSOthers2G(1992-2000)CDMAIS95GSMTDMAIS136PDC2.5G(2000-2004)CDMA20001xGPRSEGPRS3G(2004-至今)UMTS/WCDMACDMA2000-EVDOTD-SCDMAWiMAX語音業(yè)務語音業(yè)務寬帶業(yè)務數(shù)據(jù)業(yè)務Page43G發(fā)展概述第三代移動通信的提出IMT-2000是第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的統(tǒng)稱第三代移動通信系統(tǒng)最早由國際電信聯(lián)盟（ITU）1985年提出，1996年正式更名為IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）原計劃該系統(tǒng)于2000年左右商用工作的頻段在2000MHz（2.1GHz）最高業(yè)務速率為2000Kbps（2Mbps）Page53G標準化組織Page6185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz1865186518701885189018951910193019451965197019753G頻譜分配Page7中國3G頻譜分配（2009年1月）（一）中國電信：頻分雙工（FDD）方式：1920－1935MHz／2110－2125MHz（二）中國聯(lián)通：頻分雙工（FDD）方式：1940－1955MHz／2130－2145MHz（三）中國移動：時分雙工（TDD）方式：1880-1900MHz和2010－2025MHzPage8WCDMA能夠使用的頻段（一）主要工作頻段：1920－1980MHz／2110－2170MHzWCDMA頻點計算公式：頻點號＝頻率×5上行中心頻點號：9612～9888下行中心頻點號：10562～10838（二）補充工作頻率：1755－1785MHz／1850－1880MHz中國移動和中國聯(lián)通目前已有的GSM頻段以后可以用于WCDMAPage9WCDMA的擴展頻段OperatingBandULFrequenciesDLfrequenciesTX-RXfrequencyseparation支持的協(xié)議版本R5R6R7I1920–1980MHz2110–2170MHz190MHz√√√II1850–1910MHz1930–1990MHz80MHz.√√√III1710-1785MHz1805-1880MHz95MHz.√√√IV1710-1755MHz2110-2155MHz400MHz

√√V824–849MHz869-894MHz45MHz

√√VI830-840MHz875-885MHz45MHz

√√VII2500-2570MHz2620-2690MHz120MHz

√VIII880–915MHz925–960MHz45MHz

√IX1749.9-1784.9MHz1844.9-1879.9MHz95MHz

√Page10討論篇開動腦筋“Serviceisthelifeof3G”你怎么理解?3G將會給我們的生活帶來那些改變?3G的業(yè)務是如何分類的?Page11豐富的3G業(yè)務時延

誤碼不同業(yè)務QOS要求會話類業(yè)務流類業(yè)務交互類業(yè)務背景類業(yè)務Page12內容介紹第1章3G概述第2章WCDMA系統(tǒng)結構第3章三種3G制式比較第4章CDMA原理第5章WCDMA無線接口Page13WCDMA協(xié)議版本的演進R99保留2G（GSM和GPRS）核心網(wǎng)核心網(wǎng)分CS電路域和PS分組域接入網(wǎng)引入WCDMARAN核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATMR4保留WCDMAR99RAN核心網(wǎng)電路域采用NGN架構，以IP承載話音業(yè)務R5核心網(wǎng)增加IM（IP多媒體域），增強IPQoS能力接入網(wǎng)增加HSDPA功能，單載波下載高達14.4Mbps的數(shù)據(jù)接入能力接入網(wǎng)向IPRAN方向發(fā)展200020012002規(guī)范完成時間R6/R7全IP解決方案HSUPAPhaseII單載波上載速率高達5.76MbpsHSPA＋(64QAM,CPC,MIMO)LTE(OFDMA,MIMO)2004Page14WCDMARAN體系結構RNCRNCNodeBNodeBNodeBCSPSCBCUEUTRANCNUuIuIu-CSIu-PSIu-BCIurIubIubIubPage15WCDMAR5網(wǎng)絡結構GSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUTRAN

SCPSMSSCEHLR/AUC/HSSSGSNCGBGGGSNGPRSbackboneCNMGWMGWVMSCServerGMSCServerIP/ATMBackboneCSdomainPSdomainIu-CSIu-PSIPbackboneMRFPIMSdomainMGWP-CSCFS-CSCFMGCFMRFCRANSS7PSTN/PLMNInternet,IntranetPage16內容介紹第1章3G概述第2章WCDMA系統(tǒng)結構第3章3G三種制式介紹第4章CDMA原理第5章WCDMA無線接口Page17TD-SCDMATD-SCDMA：屬于中國自主研發(fā)的3G網(wǎng)絡技術，從研發(fā)到現(xiàn)在已經(jīng)過了十多年的時間。但是跟國際上的先進技術比較起來，缺陷仍十分明顯。優(yōu)點：屬國家重點支持的項目，優(yōu)勢就是政府支持。缺點：

1、整個產(chǎn)業(yè)鏈不太成熟，導致從機房，基站到手機中端都還存在相當多的問題。

2、傳輸速度慢且不穩(wěn)定。理論峰值速度384k/s。Page18TD-SCDMA3、工程難度大。由于其基站設備龐大（單部基站：2m左右，500kg-800kg），輻射嚴重，必將給其將來布設全覆蓋率的網(wǎng)絡帶來重大障礙。據(jù)我所知，從4月試商用以來，接近一年，在北京主城區(qū)還有部分地區(qū)網(wǎng)絡覆蓋的不是很好，4、手機功率問題。因為TD網(wǎng)絡的覆蓋不能達到無縫，所以在沒有TD網(wǎng)的地方手機用戶需要通過GSM網(wǎng)（目前移動和聯(lián)通用的2G網(wǎng)絡均屬于GSM網(wǎng)）來進行通信。所以目前的TD手機均采用了GSM和TD雙模結構。這種結構的一大缺點是耗電，這是雙模手機的通病。另一大致命缺點是目前為止，TD手機還沒能很好的解決TD到GSM和GSM到TD之間網(wǎng)絡切換死機的問題，包括目前市面上最好的TD手機三星i688。在網(wǎng)絡切換的時候經(jīng)常會出現(xiàn)死機。Page19TD-SCDMA5、國際漫游成疑。全球漫游最廣的3G網(wǎng)絡是WCDMA，包括歐美，澳大利亞，港澳臺，日韓，中東，南美和非洲等較發(fā)達地區(qū)。而CDMA2000目前只有美國，日韓擁有，擁有CDMA的印度和澳大利亞均表示其3G的發(fā)展方向是WCDMA。

6、手機終端問題。目前市面上的TD手機均為TD~GSM雙模，而且只有中興，聯(lián)想，酷派等國產(chǎn)品牌和三星唯一一個國際品牌。LG，多普達各出了一款此類產(chǎn)品還未上市。Page20Page21CDMA20001、網(wǎng)絡覆蓋達不到很高的程度。目前CDMA基站只有4萬個左右，覆蓋率是所有網(wǎng)絡中最低的，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本沒有信號。

2、基站較龐大，建設不易。

3、傳輸速度較快，目前發(fā)布的數(shù)據(jù)是峰值速度2-3M/s。但比起WCDMA的14.4M/s顯然要遜色很多。

4、手機終端昂貴。因為“高通”（CDMA2000芯片商）收取的高額專利費，而且由于銷量一直趕不上WCDMA手機，相比之下，CDMA2000制式的手機價格偏高，且缺少手機巨頭nokia的加入，使消費者少了很多選擇的余地。Page22Page23WCDMA缺點：其制式本身由歐美創(chuàng)建，專利問題成疑優(yōu)勢：

1、通過10多年的發(fā)展和6年的商用，使其成為目前世界上最成熟的3G技術。

2、上網(wǎng)速度快。目前上海布設的HSUPA網(wǎng)絡（WCDMA的高級版）理論峰值下載速度是14.4M/s，上傳速度是6.8M/s。Page24WCDMA3、建站方便。站型靈活多樣，建站方式因地制宜。4、信號覆蓋率高。5、網(wǎng)絡質量好。6、國際漫游方便。WCDMA在歐美，中東，南美及非洲等發(fā)達地區(qū)，包括日韓，港澳臺均有建網(wǎng)，用戶能重復享受3G漫游服務。

6、手機終端豐富。Page25Page26內容介紹第4章CDMA基本原理4.1雙工技術與多址技術Page27雙工技術TDD方式－上下行頻率相同可用于任何頻段適合于上下行非對稱及對稱業(yè)務FDD方式－上下行頻率配對需要成對頻段適合于上下行對稱業(yè)務；TDD(時分雙工；如TD-SCDMA)DUDDDDDDFDD（頻分雙工；如WCDMA和CDMA2000）DDDDDDDUPage28頻率時間功率FDMA頻率時間功率TDMA多址技術功率時間CDMA頻率Page29碼分多址（CDMA）的技術特點優(yōu)點頻率復用度高，頻譜利用率大大提高CDMA系統(tǒng)的用戶容量是軟容量，具備一定的話務自適應能力（小區(qū)呼吸）缺點CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)－系統(tǒng)內用戶互相干擾技術實現(xiàn)難度大：功率控制技術、負載控制技術等Page30內容介紹第1章3G概述第2章WCDMA系統(tǒng)結構第3章3G三種制式比較第4章CDMA基本原理第5章WCDMA無線接口Page31內容介紹第5章WCDMA無線接口5.1WCDMA無線接口關鍵技術Page32WCDMA通信模型信源解碼信源編碼Interleavingdeinterleaving信道編碼交織去交織信道解碼加擾解擾擴頻解擴調制解調射頻發(fā)射射頻接收無線信道Page33WCDMA的信源編碼系統(tǒng)采用AMR（AdaptiveMulti-Rate）語音編碼多速率：8種編碼速率，從12.2Kbps到4.75Kbps，與目前各種主流移動通信系統(tǒng)（如GSM，IS-95，PDC等）使用的編碼兼容，利于設計多模終端多種語音速率與目前各種主流移動通信系統(tǒng)使用的編碼方式兼容，有利于設計多模終端根據(jù)用戶離基站遠近，自動調整語音速率，減少切換，減少掉話根據(jù)小區(qū)負荷，自動降低部分用戶語音速率，可以節(jié)省部分功率，從而容納更多用戶Page34WCDMA通信模型信源解碼信源編碼Interleavingdeinterleaving信道編碼交織去交織信道解碼加擾解擾擴頻解擴調制解調射頻發(fā)射射頻接收無線信道內容概要:3G系統(tǒng)組成3G網(wǎng)絡基本結構(3GPPR4版本,之前有R99。之后有R5,R6,正在制訂的是R7)AuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubNbNcMGWGMSCServerMcMSCServer/VLRMcHHLRMGWGi3G系統(tǒng)組成R4版本與R99版本最大的不同就是(G)MSC拆分成了(G)MSC服務器(MSS)和媒體網(wǎng)關(MGW),實現(xiàn)了承載(用戶平面)與呼叫控制（控制平面）的分離，為網(wǎng)絡向全IP架構演進奠定了基礎。3G系統(tǒng)組成3G系統(tǒng)組成-MSS

MSS-MSCServer呼叫控制功能（與MSC相比缺少了接續(xù)功能）移動性管理功能鑒權/加密功能(安全管理功能)為完成上述功能，需處理Mc接口(MSS-MGW)上H.248信令，處理Nc接口(MSS-MSS)上的BICC信令，處理Iu接口（MSS-RNC）上的RANAP信令，處理MC接口上的Sigtran協(xié)議，其他2G中MSC相關的信令協(xié)議MSS同樣兼容。3G系統(tǒng)組成

MGW-MediaGateWay

是核心網(wǎng)中用戶承載平面的網(wǎng)關交換設備，不負責任何移動用戶

相關的業(yè)務邏輯處理。媒體轉換和業(yè)務交換資源管理和分配功能支持電路域業(yè)務在多種傳輸媒介上的實現(xiàn)，包括：TDM、ATM/AAL2、RTP/UDP/IP為完成上述功能，需處理Mc接口(MSS-MGW)上H.248信令，處理Nb接口(MGW-MGW)上的NbUP協(xié)議（遵循3GPPTS29.414、TS29.415），處理Iucs接口（MSS-RNC）