第3章 第三代移動通信概論

第三代移動通信第3章第三代移動通信概論概述第三代移動通信，簡稱3G，是由國際電信聯(lián)盟(ITU)率先提出并負責組織研究的，采用寬帶碼分多址數(shù)字技術的新一代通信系統(tǒng)，是近20年來現(xiàn)代移動通信技術和實踐的總結(jié)和發(fā)展。3G在最早提出時被命名為未來公共陸地移動通信系統(tǒng)(FuturisticPublicLandMobileTelecommunicationSystemFPLMTS)，后更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications-2000)。其含義是2000年左右投入商用，核心工作頻段為2000MHz以及多媒體業(yè)務最高運行速率第一階段為2000kb/s。在歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)，第三代移動通信系統(tǒng)被稱作通用移動通信系統(tǒng)(UniversalMobileTelephoneSystemUMTS)。3G發(fā)展大事記1985年,未來公共陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS)概念被提出。1991年，國際電聯(lián)正式成立TG8/1任務組，負責FPLMTS標準的制定工作。1992年，國際電聯(lián)召開世界無線通信系統(tǒng)會議(WARC)，對FPLMTS的頻率進行了劃分，這次會議成為第三代移動通信標準制定進程中的重要里程碑。1994年，ITU-T與ITU-R正式攜手研究FPLMTS。1997年初，ITU發(fā)出通函，要求各國在1998年6月前，提交候選的IMT-2000無線接口技術方案。1998年6月，ITU共收到了15個有關第三代移動通信無線接口的候選技術方案。3G發(fā)展大事記(續(xù))1999年3月，ITU-RTG8/1第16次會議在巴西召開，確定了第三代移動通信技術的大格局。IMT-2000地面無線接口被分為兩大組，即CDMA與TDMA。1999年5月，30多家世界主要無線運營商以及十多家設備廠商針對CDMAFDD技術在國際運營者組織多倫多會議上達成融合協(xié)議。1999年6月，ITU-RTG8/1第17次會議在北京召開，不僅全面確定了第三代移動通信無線接口最終規(guī)范的詳細框架，而且在進一步推進CDMA技術融合方面取得了重大成果。1999年10月，ITU-RTG8/1最后一次會議最終完成了第三代移動通信無線接口標準的制定工作。2000年5月，ITU完成了第三代移動通信網(wǎng)絡部分標準的制定。3G實現(xiàn)目標第三代移動通信系統(tǒng)的目標包括以下幾個主要方面:(1)全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準，而第三代移動通信系統(tǒng)將是一個在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng)。(2)與第二代移動通信系統(tǒng)及其他各種通信系統(tǒng)（固定電話系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)等）相兼容。

(3)支持高速率（高速移動環(huán)境144kb/s：室外步行環(huán)境384kb/s，室內(nèi)環(huán)境2Mb/s）的多媒體（話音、數(shù)據(jù)、圖像、音頻、視頻等）業(yè)務。IMT-2000構想圖示SatelliteMicro-CellUrbanIn-BuildingPico-CellGlobalSuburbanHome-CellMacro-Cell實現(xiàn)移動通信全球無縫覆蓋正式向ITU提交的候選RTT方案序號提交者候選RTT方案1日本ARIBW-CDMA2歐洲ESASW-CDMA&SW-CTDMA3ICOICORTT4中國CATTTD-SCDMA5韓國TTAGlobalCDMAⅠ&Ⅱ,SatelliteRTT6歐洲ETSI-DECTEP-DECT7歐洲ETSI-UTRAUTRA8美國TLAUWC-136,cdma2000,WIMSW-CDMA9美國TIP1-ATISWCDMA/NA10INMARSATHorizons3G主要技術標準由于無線接口部分是3G系統(tǒng)的核心組成部分，而其他組成部分都可以通過統(tǒng)一的技術加以實現(xiàn)，因此，無線接口技術標準即代表了3G的技術標準。1999年10月，在芬蘭赫爾辛基召開的ITUTG8/1第18次會議通過了IMT-2000無線接口技術規(guī)范建議(IMT.RSPC)。2000年5月，國際電信聯(lián)盟最終從10個候選方案中確立了IMT-2000所包含的以下5個無線接口技術標準:IMT-2000CDMADS，對應WCDMA，簡化為IMT-DS。IMT-2000CDMAMC，對應CDMA2000，簡化為IMT-MCIMT-2000CDMATDD，對應TD-SCDMA和UTRATDD，簡化為IMT-TD。IMT-2000TDMASC，對應UWC-136，簡化為IMT-SC。IMT-2000FDMA/TDMA，對應DECT，簡化為IMT-FT。IMT-2000地面無線接口標準3G伙伴項目ITUIMT-2000T1P1CWTSWCDMATD-SCDMAETSITTAARIB/TTCCDMA20001xRTT/3xRTT1xEV-DO1xEV-DVTIA3G伙伴項目--3GPP和3GPP2IMT-2000系統(tǒng)結(jié)構三個組成部分:

(1)用戶終端;(2)無線接入網(wǎng)(RAN);(3)核心網(wǎng)(CN)。四個接口:

(1)網(wǎng)絡與網(wǎng)絡接口(NNI)；(2)無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口；

(3)移動臺與無線接入網(wǎng)接口(UNI)；

(4)用戶識別模塊和移動臺接口(UIM-MT)IMT-2000系統(tǒng)組成和接口IMT-2000分層結(jié)構IMT-2000分層結(jié)構(續(xù)1)(1)物理層（PHY）。由一系列下行物理信道和上行物理信道組成。在物理信道上傳輸原始比特，為MAC層和更高層提供信息傳輸服務。(2)鏈路層。由媒體接入控制(MAC)子層和鏈路接入控制(LAC)子層組成。MAC子層根據(jù)LAC子層業(yè)務實體的要求對物理層資源進行管理與控制，并負責提供LAC子層業(yè)務實體所需的QoS級別。LAC子層與物理層相對獨立的鏈路管理與控制，并負責提供MAC子層所不能提供的更高級別的QoS控制，這種控制可以通過ARQ等方式來實現(xiàn)，以滿足來自更高層業(yè)務實體的傳輸可靠性。IMT-2000分層結(jié)構(續(xù)2)(3)高層。它集OSI模型中的網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表達層和應用層為一體。高層實體主要負責各種業(yè)務的呼叫信令處理，話音業(yè)務(包括電路類型和分組類型)和數(shù)據(jù)業(yè)務(包括IP業(yè)務，電路和分組數(shù)據(jù)，短信息等)的控制與處理等。IMT-2000系統(tǒng)頻段1)主要工作頻段(1)頻分雙工(FDD)方式:1920~1980MHz、2110~2170MHz(2)時分雙工(TDD)方式:1880~1920MHz、2010~2025MHz2)補充工作頻段(1)頻分雙工(FDD)方式:1755~1785MHz、1850~1880MHz(2)時分雙工(TDD)方式:2300~2400MHz，與無線電定位業(yè)務共用，均為主要業(yè)務，共用標準另行制定。3)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作頻段1980~2010MHz、2170~2200MHz。3G頻譜分配185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz186518651870188518901895191019301945196519701975中國2G/3G的頻譜分配DCS1800Rx1710–1785DCS1800Tx1805–1880825-835835-839870-880880-886890-903903-909931-935935-948948-954954-960839-845886-890909-915ReservedTACS-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聯(lián)通CDMACT2(空)中移動GSM聯(lián)通GSMMOR

GSM-R中移動GSM聯(lián)通GSMAMPS-A(Tx)870-880AMPS-B(Tx)880-890MOR

GSM-R聯(lián)通CDMAreserve保留中移動聯(lián)通信產(chǎn)部尚未發(fā)放美國標準中國電信ITU標準TDD頻譜CMCCDCS1800TDDTD-SCDMADCS1800未發(fā)放聯(lián)通DCS1800DCS1800未發(fā)放聯(lián)通DCS1800中移動DCS1800SCDMA中國電信CDMAWLLPCS1900Rx1850-1910PCS1900Tx1930-1990中移動DCS1800ITUMSS1980-2010PHS1805-18201900-19101850-18651865-18801880-19001945-19601960-19801710-17251745-17551840-18501755-17851785-18052010-20251980-20101910-1920CDMAPCSITUIMT-2000Rx1920-1980中國電信CDMAWLL2110-21702300-2400ITUIMT-2000Tx2110-2170FDD補充頻段

TDD主要FDD補充頻段

FDD主要頻段

FDD主要頻段

TDD主要頻段

TDD補充信產(chǎn)部3G規(guī)劃中國3G頻譜分配185019001950200020502100215022002250ITU1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHz1885MHz2025MHz2010MHzIMT20002170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSChinaMSSMSSMSSFDDFDD1920MHzTDDTDD2G向3G演進預測據(jù)預測，3G移動通信市場的發(fā)展分為以下三個階段：1.初期（2001～2005年）：2G移動通信網(wǎng)（主要是GSM和IS-95CDMA）繼續(xù)發(fā)展和擴大；局部地區(qū)（城市等用戶密集區(qū)）開始提供3G移動通信業(yè)務，數(shù)據(jù)傳輸速率局限在384kb／S以下；地區(qū)和國際漫游仍依賴2G移動通信系統(tǒng)；2.中期（2004～2010年）：3G系統(tǒng)的高速成長期，2G網(wǎng)絡和系統(tǒng)停止發(fā)展，全國或全球覆蓋的3G移動通信網(wǎng)建設成功，全面達到IMT-2000的各項要求;3.后期（2010年～）：全球25%以上人口使用3G系統(tǒng)，開始推出4G設備，提供更高速率的多媒體業(yè)務。WCDMA標準發(fā)展WCDMA標準規(guī)劃清晰，制定嚴謹WCDMA支持HSDPA，順應未來高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求WCDMA將分階段引入IP，目標是實現(xiàn)全網(wǎng)的IP化WCDMA2001/06及以后發(fā)布的協(xié)議能夠保持前向兼容3GPPRel992000/032001/032002/03GSM/GPRS核心網(wǎng)WCDMAFDD電路域IP話音承載電路域CS/MGWTD-SCDMAVoIPQoS是關鍵IP實時多媒體HSDPA2004/06MBMSMIMO3GPPRel53GPPRel43GPPRel6WCDMA標準發(fā)展Release991999年12月發(fā)布；基于GSM的核心網(wǎng)絡，確定WCDMA無線傳輸技術的接口，引入新的無線接入網(wǎng)；目前已經(jīng)基本凍結(jié)。Release42001年3月首次發(fā)布；TD-SCDMA技術被3GPP接受；Release4在核心網(wǎng)電路域中實現(xiàn)了軟交換，即將傳統(tǒng)的MSC分離為媒體網(wǎng)關和MSC服務器兩個部分，向全IP的核心網(wǎng)邁出了第一步。WCDMA標準發(fā)展(續(xù)1)Release52002年3月首次發(fā)布；全IP核心網(wǎng)的第一個版本；核心網(wǎng)引入了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）；無線接入網(wǎng)定義了采用IP傳輸?shù)目蛇x方式；無線接口部分支持高速下行分組接入(HSDPA)技術，下行數(shù)據(jù)接入速率理論上可高達14.4Mbps，同時可以把同樣無線頻段中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量提高一倍以上；引入了高速下行共享信道（HS-DSCH），采用縮短的子幀和高階QAM調(diào)制、采用自適應調(diào)制編碼AMC和物理層混合自動重傳HARQII/III，直接在NodeB中進行快速包調(diào)度。WCDMA標準發(fā)展(續(xù)2)Release6

2004年12月發(fā)布；引入了高速上行分組接入（HSUPA），HSUPA采用自適應調(diào)制編碼AMC、混合自動重傳HARQ以及更加靈活的NodeB快速調(diào)度等技術，理論上可為用戶提供5.8Mbps的上行數(shù)據(jù)接入。引入了多媒體廣播和組播業(yè)務（MBMS），MBMS可在無線接入網(wǎng)中實現(xiàn)點到多點的高速多媒體業(yè)務廣播和組播，實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源的共享，提高了網(wǎng)絡資源特別是無線資源的利用效率。多個運營商共享接入網(wǎng)，且有各自獨立的核心網(wǎng)或業(yè)務網(wǎng)。WCDMA標準發(fā)展(續(xù)3)Release73GPP在R7版本主要繼續(xù)R6未完成的標準和業(yè)務（如多輸入多輸出（MIMO）技術，包括多種MIMO實現(xiàn)技術等），考慮支持通過CS域承載IMS話音、通過PS域提供緊急服務、提供基于WLAN的IMS話音與GSM網(wǎng)絡的電路域的互通、提供xDSL和CableMode等固定接入方式。同時，引入OFDM，完善HSDPA和HSUPA技術標準。目前，R7標準正在制定中。cdma2000標準發(fā)展

1XRelease0

1XReleaseA

EV-DORev.0EV-DORev.An

電路域ANSI-41n

分組域mobileIP

n

最大速率153.6kbps

n

商用版本2000年底1999年底

2001年初

2001.10

標準完成時間

n

最大速率307.2kbps

n

語音和數(shù)據(jù)

n

最高速率2.4Mbps

n

單獨載波支持數(shù)據(jù)業(yè)務

2004.3

n

最高速率：前向3.1M,反向1.8M

n

同時支持數(shù)據(jù)和VoIP業(yè)務

EV-DORev.Bn最高速率（20MHz）：前向73M,反向27M2006.1Qcdma2000標準發(fā)展(續(xù)1)Release0由TIA于1999年6月制定完成；規(guī)定了cdma2000空中接口，核心網(wǎng)基于ANSI-41;使用IS-95B的開銷信道，并增加了新的業(yè)務信道和補充信道，其數(shù)據(jù)速率可達153kbit/s；采用了質(zhì)量指示器位（QIB）模式的前向快速功率控制和觀察時間差（OTD）模式的前向發(fā)送分集技術；支持快速尋呼信道和反向?qū)ьl信道。cdma2000標準發(fā)展(續(xù)2)ReleaseA2000年3月由3GPP2制定完成；數(shù)據(jù)速率可達307.2kbit/s；前向快速功率控制采用QIB模式，前向發(fā)送分集為同步傳輸信號（STS）模式，支持輔助導頻，支持QoS功能；在0版本的基礎上增加了新的公共信道（F-BCCH，F(xiàn)-CCCH，F(xiàn)-CACH，F(xiàn)CPCCH，R-EACH和R-CCCH）；采用了無線鏈路協(xié)議（RLP）來保證全速率數(shù)據(jù)業(yè)務的可靠傳輸，支持并發(fā)業(yè)務和增強型的加密協(xié)議，同時還提供對多媒體業(yè)務的信令支持。cdma2000標準發(fā)展(續(xù)3)ReleaseB于2002年4月由3GPP2制定完成，B版本與A版本基本相同，主要新增了救援信道（RescueChannel），以提高通話的可靠性，降低掉話率。ReleaseC于2002年5月由3GPP2制定完成，C版本在前向鏈路（從基站到移動臺）中引入了高速數(shù)據(jù)支持能力，前向鏈路最大數(shù)據(jù)速率可達3.1Mbit/s，是一個基于全IP核心網(wǎng)的版本。ReleaseD于2004年3月由3GPP2制定完成，D版本反向鏈路（從移動臺到基站）最大數(shù)據(jù)速率可達1.8Mbit/s。TD-SCDMA標準發(fā)展TD-SCDMA在3GPP融合

TD-SCDMA寫入3GPPR4

1998.6

1999.122000.5標準完成時間

2001.3

TD-SCDMA提交到ITUITU正式通過3G標準TD-SCDMA標準發(fā)展(續(xù)1)2000年5月，TD-SCDMA被ITU-T接納為3G主流標準之一；2001年3月16日，TD-SCDMA無線接口技術被3GPP在3GPPR4階段引入到其標準制定中，并同意將兩種TDD技術進行融合。TD-SCDMA演進的基本原則是：在B3GTDD系統(tǒng)完成商用之前，不斷地增強TD-SCDMA系統(tǒng)的性能，提高覆蓋和傳輸能力等，以滿足不斷增長的移動數(shù)據(jù)業(yè)務需求。TD-SCDMA的增強和演進路線圖如下圖所示，可以分為TSM（TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)）、LCR（低碼片速率）、HDR（高數(shù)據(jù)速率）、B3GTDD和4G等5個階段。下面重點介紹3G演進的3個階段。TD-SCDMA標準發(fā)展(續(xù)2)TSM(2.5G)LCR(3G)HDR(3.5G)3G4GB3GTDD4GGSM2GTD-SCDMA的增強和演進路線TD-SCDMA標準發(fā)展(續(xù)3)TSMTSM系統(tǒng)是基于GSM/GRPS核心網(wǎng)，由大唐和西門子提出，在中國無線通信標準研究組（CWTS）進行預研和技術規(guī)范的制訂。TSM是TD-SCDMA發(fā)展的第一個階段，它是TD-SCDMA無線傳輸技術兼容于GSM/GPRS核心網(wǎng)的一種解決方案，屬于中國無線通信標準組的一套技術規(guī)范。TSM接入網(wǎng)絡主要包括基站收發(fā)信臺（BTS）、基站控制器（BSC）、LMT（本地維護終端）、OMC-R（無線維護操作中心）和TRAU（碼型變換/速率適配器）等。TD-SCDMA標準發(fā)展(續(xù)4)LCRLCR是一個真正意義上的3G系統(tǒng)，它提供所有3G要求的業(yè)務。作為IMT-2000的標準之一，LCR是被ITU-T和3GPP正式采納的一個國際標準，保持與FDD的平行發(fā)展。它采用了3GPP的高層協(xié)議和TD-SCDMA空中接口，能滿足ITU-T對IMT-2000的各方面要求。TD-SCDMA標準發(fā)展(續(xù)5)HDRHDR是TD-SCDMA系統(tǒng)的增強和演進階段，相對于原有的TD-SCDMA空中接口系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)傳輸能力和覆蓋能力都得到很大的增強和提高，它采用MIMO（多輸入多輸出）、AMC（自適應調(diào)制和編碼）和HARQ（混合自動請求重傳）等技術，可以提供和TD-SCDMA的HSDPA（高速下行鏈路數(shù)據(jù)分組接入）以及cdma20001xEV-DO相當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸能力。3G三種主要技術的比較WCDMAcdma2000信道帶寬5M1.25/5/10/15/10MHz碼片速率3.84MN*1.2288McpsN=1,3,6,9,12擴頻方式DS-CDMADS-CDMA和MC-CDMA雙工方式FDD/TDDFDD幀長10ms20ms（一般的數(shù)據(jù)和控制信道）5ms（基本和指定控制信道)信道編碼卷積碼、Turbo碼卷積碼、Turbo碼交織幀內(nèi)交織、幀間交織幀內(nèi)交織擴頻加擾Walsh+Gold序列Walsh+M序列調(diào)制方式QPSK/BPSK數(shù)據(jù)調(diào)制：QPSK/BPSK功率控制開環(huán)結(jié)合快速閉環(huán)（1.5KHz）開環(huán)結(jié)合快速閉環(huán)（800Hz）基站同步同步/異步同步3G三種主要技術的比較(續(xù)1)WCDMA-TDDTD-SCDMA信道帶寬5M1.6M碼片速率3.84M1.28M擴頻方式DS-CDMA,SF=1,2,4,8,16DS-CDMA,SF=1,2,4,8,16雙工方式TDDTDD調(diào)制方式QPSK/BPSKQPSK時隙數(shù)157容量（每時隙話路數(shù)）816每載波信道數(shù)5648容量(每時隙總傳輸速率)220.8kbps281.6kbps每載波總傳輸率3.31Mbps1.971Mbps頻譜利用率0.662Mbps/MHz1