移動通信系統(tǒng)第六章現(xiàn)代無線與移動通信系統(tǒng)第課件

現(xiàn)代無線與移動通信系統(tǒng)

第六章李少謙電子科技大學?第三代移動通信系統(tǒng)?第三代移動通信的標準IMT-DS------UTRAFDD(WCDMA)(歐洲、日本)

IMT-MC------cdma2000(北美)IMT-TC------TD-SCDMA(中國)IMT-SC-------UWC-136(北美)IMT-FT---------DECT(歐洲)?TIATTAT1P1ARIB/TTCGSM-basedUMTSMobileIPOHGIMT-2000Standards:

aGlobalPartnershipIS-41+CDMA2000+M-IPArchitectureIMT-2000ITU-TSSGITU-RWP8F?185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz186518651870188518901895191019301945196519701975IMT-2000的頻譜分配?IMT-2000的基本要求

──頻譜利用率高──服務質量好──高速傳輸支持多媒體業(yè)務室內環(huán)境至少2Mbps步行環(huán)境至少384kbps車速環(huán)境至少144kbps衛(wèi)星移動環(huán)境至少9.6kbps──傳輸速率按需分配──支持上、下行鏈路的不對稱需求──易于從第二代系統(tǒng)過渡──支持全球無縫漫游移動通信的發(fā)展與展望電子科技大學李少謙?WCDMA與cdma2000cdma2000與WCDMA系統(tǒng)都是寬帶CDMA系統(tǒng)cdma2000能與IS-95兼容,其標準分為1X,3X兩階段,cdma20001X將在2002年開始商用.WCDMA發(fā)展迅速,歐州和日本大力支特,日本己在2001年開始商用實驗,中國己在近期完成了對WCDMA測試評估.WCDMA與cdma2000將可能在3G中占主導地位.移動通信的發(fā)展與展望電子科技大學李少謙?cdma2000的基本結構1.25MHzQ-CDMA信道01MHz2MHz3MHz4MHz5MHz移動通信新進展電子科技大學李少謙?cdma20001x與3xcdma20001x(SR1)仍采用IS-95的一個載波1.25MHz，碼片速率1.2288Mcps，這樣能非常方便地從IS-95升級到cdma20001x，并與IS-95后向兼容。cdma20003x(SR3)采用三個1.25MHz載波組合而成，碼片速率為3.686Mcps，因此常叫多載波CDMA(MC-CDMA)。由于多載波CDMA技術實現(xiàn)上難度較大，人們現(xiàn)在主要考慮在cdma20001x上增強技術，直接實現(xiàn)3G的目標。?cdma2000模式：

1X(SR1)、3X(SR3)、多天線發(fā)送分集?cdma20001x在IS-95基礎上的改進反向導頻，實現(xiàn)反向相干解調，可增加信噪比3dB，反向容量提高一倍。前向信道采用了快速功控技術，速率800/秒，從而可以進行前向快速閉環(huán)功控，大大提高了前向信道的容量。前向信道還采用了傳輸分集發(fā)射技術，提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信號質量，分集發(fā)射與快速功控技術使前向容量提高了一倍。糾錯編碼采用Turbo碼，可提高信噪比2dB。容量是卷積碼的1.6倍，?cdma20001x在IS-95基礎上的改進(續(xù))快速尋呼信道，極大地減少了移動臺的電源消耗，待機時間增加5倍。定義了新的接入方式，減少呼叫建立時間，并減少移動臺在接入過程中對其他用戶的干擾。輔助碼分信道，靈活支持分組業(yè)務，可以對一個用戶同時承載多個數(shù)據(jù)流和多種業(yè)務。信令和用戶采用20ms幀長，控制信息采用了5ms幀長，數(shù)據(jù)傳輸率：144kbps經(jīng)過上述技術改進cdma20001x系統(tǒng)容量為話音2倍、數(shù)據(jù)3倍于IS-95?cdma2000的無線配置cdma20001x與3x業(yè)務信道存在一系列工作模式，每種模式的數(shù)據(jù)傳輸率、調制方式、糾錯方式等參數(shù)不一樣，這種方式稱為無線配置(RC)。Cdma20001x中存在兩類RC，一類是與IS-95兼容的，另一類采用了新的信道調制編碼，這樣系統(tǒng)易于兼容和過渡。?前向業(yè)務信道無線配置(RC)?反向業(yè)務信道無線配置(RC)?前向信道類型前向導頻信道(F-PICH)

與IS-95類擬發(fā)射分集導頻信道(F-TDPICH)

為了分集接收，可以增加此信道，增強導頻的接收效果，使用W16(128)。輔助導頻信道(F-APICH)輔助發(fā)射分集導頻信道(F-ATDPICH)

為使用更靈活的天線和波束賦型技術，還可增加多個上述信道?前向信道類型同步信道(F-SYNC)與IS-95類似尋呼信道(F-PCH)與IS-95類似廣播信道(F-PCCH)用于發(fā)送基站系統(tǒng)的廣播控制信息快速尋呼信道(F-QPCH)基站使用快速尋呼信道通知在空閑模式下工作在分時隙方式的移動臺，是否應在下一個前向公用控制信道或尋呼信道時隙的開始時接收前向公用控制信道或尋呼信道。?前向信道類型公用功率控制信道(F-CPCCH)對多個反向接入信道或反向控制信道進行功率控制。公用指配信道(F-CACH)提供對反向鏈路指配的快速響應，以支持反向鏈路的隨機接入包傳輸。前向公用控制信道(F-CCCH)在未建立呼叫連接時，發(fā)射給移動臺的特定消息前向專用控制信道(F-DCCH)用于在呼叫過程中給某一特定移動臺發(fā)送用戶和信令消息，每個前向業(yè)務信道可包括一個專用控制信道。?前向信道類型前向基本信道(F-FCH)用于在通話過程中給某一特定移動臺發(fā)送用戶和信令消息，每個前向業(yè)務信道可包括一個前向基本信道前向輔助碼分信道(F-SCCH)用于在通話過程中給某一特定移動臺發(fā)送用戶和信令消息，用于分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時建立，每個前向業(yè)務信道最多可包括7個前向輔助碼分信道，僅用于RC1-2。前向輔助信道(F-SCH)用于在通話過程中給某一特定移動臺發(fā)送用戶和信令消息，用于分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時建立，每個前向業(yè)務信道最多可包括2個前向輔助信道，僅用于RC3-6。?前向CDMA信道?SR1下前向信道的類型數(shù)?反向信道類型反向導頻信道(R-PICH)用于反向鏈路相干解調接入信道(R-ACH)與IS-95類擬增強接入信道(R-EACH)用于移動臺初始接入基站或響應移動臺指令消息，可以有基本接入模式、功率控制接入模式和備用接入模式三種接入模式。?反向信道類型反向公用控制信道(R-CCCH)此信道是在不用反向業(yè)務信道時，移動臺在基站指定的時間段向基站發(fā)射用戶控制信息和信令信息。反向專用控制信道(R-DCCH)用于某一移動臺在呼叫過程中向基站發(fā)送該用戶的特定用戶和信令消息，反向業(yè)務信道可包括一個反向專用控制信道反向基本信道(R-FCH)用于移動臺在通話過程中向基站發(fā)送用戶的用戶和信令消息，反向業(yè)務信道可包括一個反向基本信道?反向信道類型反向輔助碼分信道(R-SCCH)用于移動臺在通話過程中給基站發(fā)送用戶和信令消息，僅用于反向分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時建立，反向業(yè)務信道最多可包括7個反向輔助碼分信道，僅用于RC1-2。反向輔助信道(R-SCH)用于移動臺在通話過程中給基站發(fā)送用戶和信令消息，僅用于反向分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時建立，反向業(yè)務信道最多可包括7個反向輔助碼分信道，僅用于RC3-6。?反向CDMA信道?SR1下反向信道的類型數(shù)?cdma2000中的Walsh函數(shù)在cdma2000中正向信道仍采用了Walsh函數(shù)來碼分多址，與IS-95不同的是采用了不同長度的Walsh函數(shù)，長度從4到512，使不同信息比特率有相同碼片速率。SR1下正向信道Walsh函數(shù)最大長度為256，SR2時最大長度為512。反向業(yè)務信道在RC1-2模式時Walsh函數(shù)的功能與IS-95一樣是多進制擴頻。在其余的反向信道由采用了Walsh函數(shù)碼分多址來分離移動臺自身的反向信道。cdma2000需Walsh編碼管理，以確保相互正交。?前向信道的Walsh函數(shù)?反向信道采用的Walsh函數(shù)(RC3-6)?cdma2000中的PN碼與復擴頻Cdma2000中的I、Q路PN碼與IS-95一樣，不同的是除RC1-2模式中反向信道采用與IS-95一樣的OQPSK調制外，其它方式采用了復PN調制，用以減少峰值與平均功率的比值。RC3-6模式中反向信道用了混合移相鍵控的復擴頻，這樣移動臺就能以不同的功率電平發(fā)射多個碼分信道，并使功率峰均比最小。長碼仍用來產(chǎn)生用戶識別碼，區(qū)別移動用戶。?復合PN擴頻?反向導頻、公共控制、增強接入以及RC3-4的業(yè)務信道的復擴頻與混合移相鍵控(HPSK)?準正交函數(shù)編碼當Walsh編碼受到限制時，cdma2000可通過將Walsh函數(shù)乘以掩碼函數(shù)來生成額外編碼，生成的編碼稱為準正交函數(shù)QOF。QOF由適當?shù)腤alsh函數(shù)與兩個掩碼相乘而得。一個掩碼是非零標志系數(shù)QOF掩碼，記為QOFsign。另一個是非零旋轉使能Walsh函數(shù)，記為Walshrot。?生成長度為256的準正交函數(shù)的掩碼函數(shù)?用QOF進行正交擴頻?cdma2000與W-CDMA比較移動通信新進展電子科技大學李少謙?cdma2000與W-CDMA比較移動通信新進展電子科技大學李少謙?3G增強技術cdma20001X增強技術1XEV第一階段1XEV-DO(DataOnly，前向鏈路峰值數(shù)據(jù)速率達2.4Mbps,平均650Mbps)第二階段1XEV-DV(DataandVoice，前向鏈路峰值數(shù)據(jù)速率超過5Mbps)WCDMA增強技術高速下行分組接入(HSDPA)技術，前向鏈路達10Mbps左右?GlobalWirelessEvolution199519992000200120022003cdmaOneIS-95-BVoice64kbpsPacket2.4MbpsPacket384kbpsPacketEDGEW-CDMAcdmaOneIS-95-AVoice14.4kbpsCSD&PDVoice9.6kbpsCSD3GCDMA-IMT-2000CompliantHighCapacityVoice153kbpsPacketRel.A-307kbpsCDMA20001X>2MbpsPacketHigherCapVoiceCDMA20001xEV-DV2004W-CDMAHSDPA

HighCapacityVoice2MbpsPacket>2.4MbpsPacketHigherCapVoice

114kbpsPacketGSMGPRSTDMAIS-136GSMVoice9.6kbpsCSDCDMA20001xEV-DOGSM:GlobalSystemforMobileCommunications HSDPA:HighSpeedDownlinkPacketAccessCDMA:CodeDivisionMultipleAccess EDGE:EnhancedDataratesforGSMEvolutionTDMA:TimeDivisionMultipleAccess EV:EVolvedGPRS:GeneralPacketRadioSystem DV:DataandVoiceW-CDMA:WidebandCDMA DO:DataOptimizedBeyondIMT-2000?cdma20001x的發(fā)展高效的高速數(shù)據(jù)業(yè)務的典型特征是前、反向鏈路上數(shù)據(jù)的不對稱性，通常要求前向鏈路上的吞吐量大大高于反向鏈路。因此，cdma20001x研究方向的重點在于改善前向鏈路。1xEV-DO,主要基于高通、朗迅、愛立信公司提出的HDR（高速數(shù)據(jù)速率）技術，標準已基本定型，已被國際電信聯(lián)盟（ITU）批準為IMT-2000標準規(guī)格，正式的文件已于2001年11月份在日內瓦召開的ITU-RSG8上發(fā)布；1xEV-DV，根據(jù)其基本要求，以摩托羅拉和朗迅等公司提出的解決方案1XTREME最為典型，目前該提案尚在評審之中。?1xEV-DO的技術特點

在數(shù)據(jù)速率控制信道的每一個時隙內，可支持的數(shù)據(jù)速率和最好服務扇區(qū)的信息被發(fā)送給接入網(wǎng)絡，可支持的數(shù)據(jù)速率范圍從38.4kbit/s到2.4576Mbit/s。調制方案（QPSK、8PSK或16QAM）根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求變化。糾錯編碼中的Turbo碼和cdma20001x一樣，基本碼率是1/5和1/3。在序列重復和符號重復以后，有效的編碼率也是根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求而變化。?1xEV-DO的技術特點

在前向鏈路上，沒有軟切換，但是在反向鏈路上和IS95、cdma20001x一樣采用軟切換。為了提高系統(tǒng)吞吐量，采用了早期中止技術，增加的DRC（數(shù)據(jù)速率控制）和應答信道主要為前向業(yè)務信道服務。由于早期中止而空閑的時隙可用來發(fā)射其他的數(shù)據(jù)分組信息，混合ARQ（混合檢錯重發(fā)）方案可改善前向鏈路的性能。?TD-SCDMA信道基本結構圖移動通信新進展電子科技大學李少謙?TD-SCDMA的特點（1）第三代移動通信需要大約400MHz的頻譜資源，在3GHz以下很難實現(xiàn)。而TDD則能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率；（2）在第三代移動通信中，數(shù)據(jù)業(yè)務將占主要地位，尤其是不對稱的IP業(yè)務。TDD方式特別適用于上下行不對稱、不同傳輸速率的數(shù)據(jù)業(yè)務；（3）TDD上下行工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術，可達到提高性能、降低成本的目的；（4)TDD系統(tǒng)設備成本低，比FDD系統(tǒng)低20%~50%。?TD-SCDMA的特點TDD系統(tǒng)的主要缺陷在于終端的移動速度和覆蓋距離；（1）采用多時隙不連續(xù)傳輸方式，抗快衰落和多普勒效應能力比連續(xù)傳輸?shù)腇DD方式差，因此ITU要求TDD系統(tǒng)達到150km/h；FDD系統(tǒng)則要求達到500km/h；（2）TDD系統(tǒng)平均功率與峰值功率之比隨時隙數(shù)增加而增加，考慮到耗電和成本因素，用戶終端的發(fā)射功率不可能很大，故通信距離（小區(qū)半徑）較小，一般不超過10km，而FDD系統(tǒng)的小區(qū)半徑可達到數(shù)10km。?TD-SCDMA的物理層參數(shù)占用帶寬1.6MHz碼片速率1.2288Mc/s時隙數(shù)7每時隙碼分信道數(shù)16每載波話音信道數(shù)3×16=48調制方式QPSK?TD-SCDMA的物理層參數(shù)信道編碼卷積碼：R=1/2,1/3Turbo上行同步1/2chip智能天線基于智能天線容量每時隙總傳輸速率281.6kb/s每載波的總傳輸速率1.971Mb/s?3G網(wǎng)絡技術基于GSM和IS-41核心網(wǎng)全IP網(wǎng)是發(fā)展的方向?3GPPReleases

Time

schedule3GPPRelease43GPPRelease’99Versionsof3GPPRelease’99Versionsof3GPPRelease43GPPRelease63GPPRelease51998200119992000Q2Q1Q3Q2Q3Q4Q4Q1Q1Q2Q3Q4Q4Q3Q110978542313111213GPPTSGsPlenaryMeetings6Q220021614153GEvolution?現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)絡結構ControlPlaneGatewayPlaneInternetPSTNMobilityCoreHLRMSCWCDMAGSMFiberIP/IPoverATM2GSGSNGGSNIN?WCDMAR99網(wǎng)絡結構ControlPlaneGatewayPlaneInternetPSTNMobilityCoreHLR3GMSCWCDMAEDGESDHGGSN3GSGSNSGSNIP/IPoverATM?2GSGSN和3GSGSN功能比較功能GPRSSGSNBSCRNC3GSGSN用戶鑒權無線協(xié)議到IP協(xié)議的轉換GTP通道技術加密計算壓縮移動性管理和MSC/VLR&HLR互操作計費網(wǎng)管接口大容量數(shù)據(jù)包路由IP電話適時多媒體業(yè)務XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX?3GPPR4網(wǎng)絡結構SGSNRNCIN/SCEAPSEGSMBSCWCDMAMGWEx