《移动通信技术》课件第5章.ppt

1、第5章 3G移动通信系统 第5章 3G移动通信系统 5.1 IMT-20005.2 三种主流技术标准三种主流技术标准5.3 关键技术关键技术 第5章 3G移动通信系统 5.1 IMT-20005.1.1 概述概述第三代移动通信系统是由国际电信联盟ITU率先提出并负责组织研究的，采用宽带码分多址(CDMA)数字技术的新一代通信系统，是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。1996年，3G标准由未来公共陆地移动通信系统(Futuristic Public Land Mobile Telecommunication System，简称FPLMTS)更名为IMT-2000，其含义为：2000年

2、左右投入商用、核心工作频段为2000 MHz，以及多媒体业务最高运行速率第一阶段为2000 kb/s。第5章 3G移动通信系统 3G标准发展的大事记如下：1985年，未来公共陆地移动通信系统FPLMTS概念被提出。1991年，国际电联正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制订工作。1992年，国际电联召开世界无线通信系统会议WARC，对FPLMTS的频率进行了划分，这次会议成为3G标准制订进程中的重要里程碑。1994年，ITU-T与ITU-R正式携手研究FPLMTS。1997年初，ITU发出通函，要求各国在1998年6月前，提交候选的IMT-2000无线接口技术方案。第5章 3G移动通

3、信系统 1998年6月，ITU共收到了15个有关第三代移动通信无线接口的候选技术方案。1999年3月，ITU-R TG8/1第16次会议在巴西召开，确定了第三代移动通信技术的大格局。IMT-2000地面无线接口被分为两大组，即CDMA与TDMA。1999年5月，国际运营商组织多伦多会议上30多家世界主要无线运营商以及十多家设备厂商针对CDMA FDD技术达成了融合协议。1999年6月，ITU-R TG8/1第17次会议在北京召开，不仅全面确定了第三代移动通信无线接口最终规范的详细框架，而且在进一步推进CDMA技术融合方面取得了重大成果。1999年10月，ITU-R TG8/1最后一次会议将最终

4、完成第三代移动通信无线接口标准的制订工作。2000年5月，ITU完成了第三代移动通信网络部分标准的制订。第5章 3G移动通信系统 第三代移动通信系统的实现目标包括以下几个主要方面：(1)与第二代移动通信系统及其他各种通信系统(固定电话系统、无绳电话系统等)相兼容。(2)全球无缝覆盖和漫游。(3)支持高速率(高速移动环境144 kb/s；室外步行环境384 kb/s；室内环境2 Mb/s)的多媒体(语音、数据、图像、音频、视频等)业务。总之，第三代移动通信的特点是多媒体化和智能化。第三代移动通信将由卫星移动通信网和地面移动通信网共同组成，是频谱利用率更高、通信容量更大、通信质量更好、提供功能更全

5、、使用更快捷方便的、新一代的移动通信系统。第5章 3G移动通信系统 5.1.2 系统结构组成系统结构组成IMT-2000的系统结构图如图5-1所示。由图可见，IMT-2000由三个部分(四个模块)和四个接口组成。三个组成部分包括：(1)用户终端设备(User Equipment，简称UE)。UE相当于GSM系统中的移动台MS。UE又包括用户识别卡UIM和移动终端MT两个模块。(2)无线接入网(Radio Access Network，简称RAN)。它相当于GSM系统的基站子系统BSS，主要完成用户接入业务的全部功能，包括所有空中接口相关功能。(3)核心网(Core Network，简称CN)。

6、它相当于GSM系统的网络交换子系统NSS和操作维护子系统OMS，由交换网和业务网组成，交换网完成呼叫及承载控制所需功能；业务网完成支撑业务所需功能，包括位置管理。第5章 3G移动通信系统 图5-1 IMT-2000系统结构图 第5章 3G移动通信系统 四个接口包括：(1)网络与网络接口(Network and Network Interface，简称NNI)：指的是IMT-2000家族核心网之间的接口，是保证互通和漫游的关键接口。(2)无线接入网与核心网之间的接口(RAN-CN)，对应于GSM系统中的A接口。(3)移动台(用户)与无线接入网之间的无线接口(User and Network In

7、terface，简称UNI)。(4)用户识别卡和移动终端之间的接口(UIM-MT)。第5章 3G移动通信系统 1.核心网核心网IMT-2000对3G网络规划的主导思想是：在2G核心网的基础上，引入3G无线接入网，通过电路交换和分组交换并存的网络实现电路型话音业务和分组数据业务，充分体现了网络平滑演进的思想。同时，尽量减小无线接入网对核心网的影响，使它们可以分别独立地演进。第5章 3G移动通信系统 IMT-2000核心网的演进主要基于2G的两种网络类型：一个是GSM MAP网络，另一个ANSI-41网络。其中，ANSI是美国国家标准学会(American National Standard In

8、stitute)的简称，而ANSI-41就是IS-95 CDMA系统的核心网。此两大2G核心网与IMT-2000的三个主流CDMA无线接口技术的对应关系如图5-2所示。由图可见，WCDMA和TD-SCDMA对应GSM MAP核心网，由第三代伙伴计划3GPP负责研究；CDMA 2000对应ANSI-41核心网，由3GPP2负责研究。第5章 3G移动通信系统 图5-2 IMT-2000无线接口技术与核心网的关系 第5章 3G移动通信系统 1)基于GSM MAP核心网的演进基于GSM MAP核心网的演进策略分为若干个版本(Release)，包括R99、R4、R5、R6最终版本为LTE(Long Te

9、rm Evolution，长期演进)。其中，R99为1999年制定的最早的版本，其基本思想是：核心网完全在2G的MSC+GPRS的网络基础上演进，而无线接入网是全新的，该版本的系统结构组成如图5-3所示。从图中可以看出，核心网基于GSM的电路交换网络(核心设备为MSC)和GPRS分组交换网络(主要包括SGSN和GGSN两类节点)平台，以实现第二代向第三代网络的平滑演进。无线接入网通过新定义的Iu接口与核心网连接。Iu接口具体包括支持电路交换业务的Iu-CS和支持分组交换的Iu-PS两部分。第5章 3G移动通信系统 图5-3 R99版本系统结构组成 第5章 3G移动通信系统 其后的R4版本将控制

10、与承载业务相分离；R5版本在核心网中引入了IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem，简称IMS)，在无线网中引入了高速下行分组接入技术(High Speed Downlink Packet Access，简称HSDPA)；R6版本尚未完成，其任务是研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作、多媒体广播组播业务(Multimedia Broadcast Multicast Service，简称MBMS)以及框架结构的研究。LTE是3G向4G过渡的一个版本，它将改进并增强3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。第5章 3G移动

11、通信系统 2)CDMA 2000核心网的演进基于ANSI-41核心网演进的CDMA2000无线接口标准的标准化也是分阶段进行的，包括CDMA 2000 1X、3X、6X、9X等。其中1X为过渡阶段，3X与1X的主要不同在于：它前向CDMA信道采用三载波，而1X只采用单载波技术。3X的优势在于能够提供更高的数据速率，但占用频谱资源也更宽，在较长时间内运营商不会考虑。CDMA 2000 1X的主要演进版本包括CDMA 2000 1X Release0、1X-Release A、1X-EV DO、1X-EV DV最终版本为空中接口演进(Air Interface Evolution，简称AIE)。其

12、中，CDMA20001X Release0于1999年底发布，它在核心网分组域通过加入分组数据服务节点(Packet Data Serving Node，简称PDSN)引入了Mobile IP技术，最高速率可达153.6 kb/s；1X-Release A版本将最大速率提高到了307 kb/s；1X-EV DO采用单独的载波支持数据业务，最大速率可达2.4 Mb/s；1X-EV DV将进一步提高业务速率，预计最大速率可达3.1 Mb/s。基于ANSI-41核心网的CDMA 2000系统结构示意图如图5-4所示。第5章 3G移动通信系统 图5-4 CDMA 2000系统结构组成 第5章 3G移动

13、通信系统 2.无线接入网无线接入网如图5-5所示，3G系统无线接入网可分为以下三个层次：(1)物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。(2)链路层：由媒体接入控制(Media Access Control，简称MAC)子层和链路接入控制(Link Access Control，简称LAC)子层组成。第5章 3G移动通信系统 图5-5 3G系统分层结构 第5章 3G移动通信系统 MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层业务实体所需的服务质量(Quality of Service，简称QoS)级别。其中，无线链路控制协议(Radio Lin

14、k Control Protocol，简称RLCP)是该层的一个重要协议。LAC子层与物理层相对独立的链路管理与控制，并负责提供MAC子层所不能提供的更高级别的QoS控制，这种控制可以通过自动重传请求(Automatic Repeat reQuest，简称ARQ)等方式来实现，以满足来自更高层业务实体的传输可靠性的要求。第5章 3G移动通信系统 高层：它集OSI参考模型中的网络层，传输层，会话层，表示层和应用层为一体。高层实体主要负责各种业务的呼叫信令处理、话音业务(包括电路类型和分组类型)和数据业务(包括IP业务，电路和分组数据，短消息等)的控制与处理等。其中，无线资源控制协议(Radio

15、Resource Control，简称RRC)协议是高层最重要的一个组成协议。3GPP2无线接入网同核心网一样都是由2G平滑演进，而3GPP的无线接入网是全新的，称为通用陆地无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access Network，简称UTRAN)。UTRAN由无线网络控制器(Radio Network Control，简称RNC)和节点B(Node B)两个物理实体构成，分别对应2G的基站控制器BSC和基站收发信台BTS。除与核心网连接的Iu接口外，还定义了RNC与Node B之间的接口Iub和不同RNC之间的接口Iur。第5章 3G移动通信系统 5.

16、1.3 主要无线接口技术标准主要无线接口技术标准由于无线接口部分是3G系统的核心组成部分，而其他组成部分都可以通过统一的技术加以实现，因此，无线接口技术标准即代表了3G的技术标准。1999年10月，在芬兰赫尔辛基召开的ITU TG8/1第18次会议通过了IMT-2000无线接口技术规范建议(IMT.RSPC)。2000年5月，国际电信联盟最终从10个候选方案中确立了IMT-2000所包含的以下5个无线接口技术标准：(1)IMT-2000 CDMA DS，对应WCDMA，简化为IMT-DS。(2)IMT-2000 CDMA MC，对应CDMA 2000，简化为IMT-MC。第5章 3G移动通信系

17、统(3)IMT-2000 CDMA TDD，对应TD-SCDMA和UTRA TDD，简化为IMT-TD。(4)IMT-2000 TDMA SC，对应UWC-136，简化为IMT-SC。(5)IMT-2000 FDMA/TDMA，对应DECT，简化为IMT-FT。以上IMT-2000无线接口技术标准结构图如图5-6所示。由图可见，这5个无线接口标准主要包括两种体制：CDMA和TDMA。其中，前三种属于CDMA，是主流技术，后两种属于TDMA。从双工方式来看，这5个无线接口标准又包括频分双工FDD与时分双工TDD两种方案。据估计，这两种方案将会长期共存。第5章 3G移动通信系统 图5-6 IMT-

18、2000地面无线接口标准 第5章 3G移动通信系统 下面对这5个标准分别加以简要说明：(1)IMT-2000 CDMA DS(IMT-DS)IMT-2000 CDMA DS是3GPP的WCDMA技术(日本)与3GPP2的CDMA2000技术(美国)的直接扩频DS部分融合后的结果，统称为WCDMA。此标准将同时支持GSM MAP和ANSI-41两个核心网络。(2)IMT-2000 CDMA MC(IMT-MC)IMT-2000 CDMA MC即CDMA2000(美国)。在融合后，只包含多载波方式，即1X、3X、6X、9X等。此标准也将同时支持ANSI-41和GSM MAP两大核心网络。第5章 3

19、G移动通信系统(3)IMT-2000 CDMA TDD(IMT-TD)IMT-2000 CDMA TDD实际上包括了码片速率较低的TD-SCDMA(中国)和码片速率较高的UTRA TDD(TD-CDMA)(欧洲)两种技术。目前，这两种技术已基本完成了融合，统一命名为TD-SCDMA。(4)IMT-2000 TDMA SC(IMT-SC)IMT-2000 TDMA SC对应北美提出的UWC-136，目前已经全面转向GSM EDGE和WCDMA。(5)IMT-2000 FDMA/TDMA(IMT-FT)IMT-2000 FDMA/TDMA对应欧洲的DECT，完全是由于频谱原因才作为3G标准的。第5

20、章 3G移动通信系统 除了以上的标准划分方法以外，从应用环境和应用范围的角度看，IMT-2000系列标准也可以分成以下两种类型：针对国家和地区范围的业务，共有三种标准：由欧洲和日本提出的UTRA-FDD，在成对频谱上以FDD模式运行。由美国提出的CDMA 2000，在成对频谱上以FDD模式运行。由中国提出的TD-SCDMA，在非成对频谱上以TDD模式运行。针对业务密集城市热点地区，微微小区和室内环境，则有以下三种标准：由美国提出的IS-136，在成对频谱上以FDD模式运行。由欧洲提出的UTRA-TDD，在非成对频谱上以TDD模式运行。由欧洲提出的DECT。第5章 3G移动通信系统 5.2 三种

21、主流技术标准三种主流技术标准 5.2.1 WCDMAWCDMA属于3GPP负责的IMT-2000家族成员之一，其技术标准符合3GPP技术规范。如前所述，WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进的思路，即由最初的GSM的电路交换的一些实体，然后加入GPRS的分组交换的实体，再到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。WCDMA的无线接入网是全新的，称为通用陆地无线接入网UTRAN，需要重新进行无线网络规划和布站。为了体现业务的连续性，WCDMA的业务与GSM的业务是完全兼容。第5章 3G移动通信系统 WCDMA在网络设计时遵循以下原则：网络承载和业

22、务应用相分离，承载和控制相分离，控制面(Control Plane，简称CP)和用户面(User Plane，简称UP)相分离，这样使得整个网络结构清晰，实体功能独立，便于模块化的实现。WCDMA的核心网主要负责处理系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由；无线接入网主要用于处理所有与无线有关的事务。第5章 3G移动通信系统 1.无线接入网无线接入网如前所述，WCDMA的无线接入网称为UTRAN，其实UTRAN是基于UMTS体系的。UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)通用移动通信系统，是由欧洲开发、以GSM系统为基础、采用W

23、CDMA空中接口技术的第三代移动通信系统。该名称曾被推荐给3GPP作为无线接入网的统称而未被采用。UMTS又分为两个方案：WCDMA和TD-CDMA。因此，WCDMA包含在UMTS体系中，由UMTS发展而来。由于WCDMA的无线接入网是革命性的、全新的，在此对它加以进一步介绍。第5章 3G移动通信系统 1)基本技术参数(1)扩频方式：可变扩频比(4256)的直接序列扩频；(2)载波扩频速率：4.096 Mchip/s；(3)每载波带宽：5 MHz(可扩展至10 MHz或20 MHz)；(4)载波间隔：200 kHz；(5)载波速率：16 kbit/s256 kbit/s；(6)帧长度：10 m

24、s；(7)时隙长度(功率控制组)：0.625 ms；(8)调制方式：正交相移键控QPSK；(9)功率控制：开环+自适应闭环方式(功控速率1500次/s，步长0.5/1/1.5/2 dB)。第5章 3G移动通信系统 2)结构组成UTRAN结构组成如图5-7所示。由图可见，UTRAN包括许多通过Iu接口连接到核心网CN的无线网络子系统(Radio Network Subsystem，简称RNS)。一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC上，在WCDMA中，这种连接支持FDD模式；而在TD-SCDMA中，这种连接改用TDD模式。一个Node B覆盖一个

25、或多个小区。Node B通过无线接口Uu接口同UE相连。第5章 3G移动通信系统 图5-7 UTRAN的结构组成 第5章 3G移动通信系统 3)协议模型前一节介绍了3G无线接入网的分层结构，这里介绍建立在此分层结构基础上的UTRAN接口通用协议模型，如图5-8所示。此结构是依据层间和平面间相互独立原则而建立的。第5章 3G移动通信系统 图5-8 UTRAN接口通用协议模型 第5章 3G移动通信系统 就分层结构来讲，WCDMA的无线接口协议模型分为三层，从下向上依次是物理层、传输网络层和无线网络层。其中物理层主要体现了WCDMA的多址接入方式，可以采用E1、T1、STM-1等数十种标准接口。传输

26、网络层只是UTRAN采用的标准化的传输技术，与UTRAN特定的功能无关，它又被划分为几个子层：在控制平面(CP)上，数据链路层包含两个子层媒体接入控制(MAC)子层和无线链路控制(RLC)子层；在用户平面上，除了MAC和RLC外，还存在两个与特定业务有关的协议：分组数据汇聚协议(Packet Data Convergence Protocol，简称PDCP)和广播/组播控制(Broadcast/Multicast Control，简称BMC)协议。MAC的重点是对多业务和多速率的灵活支持，RLC定义了三种不同的传输模式，PDCP核心是解决报头压缩问题，BMC是完成对广播/组播业务的支持。第5章

27、 3G移动通信系统 无线网络层涉及到了UTRAN所有相关问题，由无线资源控制(RRC)协议和非接入层协议组成。其中，RRC统一负责控制无线资源以及对非接入层协议实体的配置。所谓非接入层指的是UE不通过UTRAN而直接与CN进行消息交互的层次，通常的直传消息就是非接入层消息，如鉴权、业务请求等。接入层与非接入层结构示意图如图5-9所示。非接入层协议包括连接性管理(Connection Management，简称CM)、移动性管理MM、会话管理(Session Management，简称SM)等。第5章 3G移动通信系统 图5-9 接入层与非接入层结构示意图 第5章 3G移动通信系统 就平面结构来

28、讲，WCDMA的无线接口协议模型包括两个平面：用户面UP和控制面CP。用户面包括数据流和用于传输数据流的数据承载。数据流是各个接口规定的帧协议(Frame Protocol，简称FP)。控制面包括无线网络层的应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。第5章 3G移动通信系统 无线网络层的控制面，在Iu接口主要包括无线接入网应用协议(Radio Access Network Application Protocol，简称RANAP)，它负责CN和RNS之间的信令交互；在Iur接口主要包括无线网络子系统应用协议(Radio Network Subsystem Application Protoc

29、ol，简称RNSAP)，它负责两个RNS之间的信令交互；在Iub接口主要包括B节点协议(Node B Application Protocol，简称NBAP)，它负责RNS内部的RNC与Node B之间的信令交互。第5章 3G移动通信系统 在传输网络层的控制面，Iu、Iur和Iub三个接口统一应用ATM传输技术，3GPP还建议了可支持七号信令的信令连接控制协议SCCP、移动传输协议MTP及互联网协议IP。无线网络层的用户面和控制面都是传输网络层的用户面。传输网络层自己的控制面由接入链路控制应用协议(Access Link Control Application Protocol，简称ALCAP

30、)实现信令承载。传输网络控制面的引入使得无线网络控制面的应用协议(对应信令承载)完全独立于用户平面数据承载技术。由上可见，WCDMA系统无线接口的设计完全体现了对多媒体业务和移动性的支持，是一个理想的3G无线接入解决方案。第5章 3G移动通信系统 2.关键技术关键技术从WCDMA技术的定义及标准的演进来看，其关键技术主要涵盖了以下六个方面：1)CDMA技术CDMA技术的WCDMA系统采用宽带CDMA方式，包含了软切换、更软切换、功率控制等技术。从话音业务角度来说，WCDMA系统仍可算是上行受限。从无线网络规划角度而言，WCDMA与GSM有本质的区别。同时，WCDMA具备软容量(容量以受干扰程度

31、来衡量，是个动态指标)的概念。第5章 3G移动通信系统 2)ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)技术及协议在WCDMA系统标准，尤其是R99和R4的UTRAN中，大量采用了ATM及其相关协议作为二层传送机制和服务质量保证机制，如AAL2(ATM Adapter Layer2，ATM适配层2)话音封装、AAL5信令封装、连接接纳控制(Connection Admission Control，简称CAC)机制及ATM专用网间接口(Private Network-to-Network Interface，简称PNNI)信令等。第5章 3G移动通信系统 3)IP

32、承载及应用承载及应用IP作为目前数据业务事实上的底层承载标准，在WCDMA系统标准中获得了广泛应用。从UTRAN中传出的数据包，通过PS域，可承载于IP，通过服务GPRS支持节点SGSN传至网关GPRS支持节点GGSN，输出至公共数据网。R4及以后的版本，分组话音也可承载于IP。4)分组语音技术分组语音技术R4以后，电路域的话音采用了分组而非TDM方式承载，采用了标准的分组话音网关加服务器的分布式网络体系结构，采用H.248作为网关控制协议，同时，相对于64 k电路静态交换方式而言，网络规划的复杂程度加大，服务质量保证能力要求提高。第5章 3G移动通信系统 5)传统信令WCDMA系统标准中由于

33、考虑到对GSM核心网设备的向下兼容性，大量保留了传统的信令和协议，如移动应用部分协议MAP、ISDN用户部分协议ISUP等，这些信令对WCDMA系统网络与GSM网络的漫游切换及与PSTN系统的互联至关重要。6)软切换系统中采用软切换以及更软切换，与硬切换相配合使用，不丢失信息、不中断通信，同时，由于软切换减小了同频干扰，从而提高了系统容量。第5章 3G移动通信系统 3.现状和前景现状和前景WCDMA是全球3G主导标准，迄今为止，全球已发放上百个WCDMA牌照，占ITU 3G核心频段(2.1 GHz)上所有牌照的95%以上。WCDMA的商用服务已经在各国展开。我国在电信重组后，由中国联通负责WC

34、DMA标准的施行。WCDMA建网成本低，服务质量高，可提供音频、视频等丰富多彩的多媒体业务，能够给运营商带来真正的收益。因此，WCDMA前景可观。第5章 3G移动通信系统 5.2.2 TD-SCDMATD-SCDMA意为时分同步码分多址，是由我国原邮电部电信科学技术研究院(现为大唐电信集团公司)在原邮电部科技司的领导和支持下，代表我国向国际电信联盟ITU提出的第三代移动通信标准建议，是世界公认的最具竞争力的3G标准技术规范之一，是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准。它成功结束了中国在电信标准领域零的空白历史，为扭转中国移动通信制造业长期以来的被动局面提供了十分难得的机遇，标志着中国在移动通

35、信技术方面进入了世界先进行列。第5章 3G移动通信系统 TD-SCDMA的目标是要建立一个具有高频谱效率和高经济效益的先进的移动通信系统。针对不同性质的业务，TD-SCDMA既可以在每个突发脉冲基础上利用CDMA和多用户检测技术进行多用户传输，从而提供速率为8 kb/s到384 kb/s的语音和多媒体业务，也可以不进行信号的扩频，从而提供高速数据传输，如移动因特网业务。TD-SCDMA在基站Node B和用户终端UE中的业务模式转换是通过数字信号处理软件DSP-SW实现的，这一方法为演进实现4G的软件无线电奠定了基础。TD-SCDMA的无线传输方案是FDMA、TDMA和CDMA三种基本传输模式

36、的灵活结合。第5章 3G移动通信系统 这种结合首先是通过多用户检测技术使得它的传输容量显著增长，而传输容量的进一步增长则是通过采用智能天线技术实现SDMA来获得的。智能天线的定向性降低了小区间干扰，从而使更为密集的频谱复用成为可能。另外，为了减少运营商的投资，无线传输模式的设计目标之一是提高每个小区的数据吞吐量，另一个是减少小型基站数量而获得高的收发器效率。TD-SCDMA在实现这一目标方面也较为理想。第5章 3G移动通信系统 1.主要技术参数主要技术参数TD-SCDMA系统的主要技术参数包括：(1)扩频方式：可变扩频比(116)的直接序列扩频；(2)载波扩频速率：1.28 Mchip/s；(

37、3)每载波带宽：1.6 MHz；(4)载波间隔：无需设置；(5)载波速率：384 kb/s2.8 Mb/s；(6)帧长度：10 ms(分成两个结构完全相同的5 ms子帧)；(7)时隙长度(功率控制组)：0.675 ms；(8)调制方式：正交相移键控QPSK/8PSK/16QAM；(9)功率控制：开环+闭环方式(功控速率200次/s，步长1/2/3 dB)。第5章 3G移动通信系统 2.关键技术关键技术 1)时分双工TDD在TDD模式下，采用在周期性重复的时间帧里传输基本的TDMA突发脉冲的工作模式(和GSM相同)，通过周期性地转换传输方向，在同一个载波上交替地进行上下行链路传输。这个方案的优势

38、在于上下行链路间的转换点的位置可以因业务的不同而任意调整。当进行对称业务传输时，可选用对称的转换点位置；当进行非对称业务传输时，可在非对称的转换点位置范围选择。这样，对于上述两种业务，TDD模式都可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。采用TDD模式，上下行无线传播环境对称，还有利于智能天线技术的实现。第5章 3G移动通信系统 2)智能天线在TD-SCDMA系统中采用智能天线后，应用波束赋形技术能够显著提高基站的接收灵敏度和发射功率，大大降低系统内部的干扰和相邻小区间的干扰，从而使系统容量扩大一倍以上。同时，还可以使业务高密度市区和郊区所需基站数目减少。天线增益的提高也能降低高频放大器的线性输出功

39、率，从而将显著降低运营成本。第5章 3G移动通信系统 3)综合采用多种多址方式TD-SCDMA使用了2G和3G中的所有接入技术，包括TDMA、FDMA、CDMA和SDMA，其中最主要的创新部分是SDMA。SDMA可以在时域、频域之外用来增加容量和改善性能，SDMA的关键技术就是利用智能天线对空间参数进行估计，对下行链路的信号进行空间合成。另外，将CDMA与SDMA技术结合起来也起到了相互补充的作用，尤其是当几个移动用户靠得很近并使得SDMA无法分出时，CDMA就可以很轻松地起到分离作用，而SDMA本身又可以使相互干扰的CDMA用户降至最小。SDMA技术的另一重要作用是可以大致估算出每个用户的距

40、离和方位，可应用于用户的定位与搜索业务，并能为越区切换提供参考信息。第5章 3G移动通信系统 4)动态信道分配TD-SCDMA系统采用RNC集中控制的动态信道分配技术，在一定区域内，将几个小区的可用信道资源集中起来，由RNC统一管理，按小区呼叫阻塞率、候选信道使用频率、信道再用距离等诸多因素，将信道动态分配给呼叫用户。这样可以提高系统容量、减少干扰、更有效地利用有限的信道资源。第5章 3G移动通信系统 5)联合检测在TD-SCDMA系统中实现联合检测技术具有其独特的优势：由于该系统每时隙内码道数量少(16个)、基站扰码短和采用上行同步技术，都保证了计算量更小，因此，更易于实现。反过来由于采用了

41、联合检测技术，TD-SCDMA系统在性能上得到了很大的改善，包括：提高系统容量，增大覆盖范围，减小呼吸效应、缓解功率控制精度要求和削弱远近效应。相比于WCDMA系统和CDMA 2000系统采用的Rake接收技术，联合检测技术能够充分利用确知信息，能够获得更好的检测效果。第5章 3G移动通信系统 6)上行同步TD-SCDMA系统在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，相互间不会产生多址干扰，提高了TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率。7)接力切换接力切换技术是TD-SCDMA系统特有的切换技术。在TD-SCDMA系统中，利用智能天线获取UE的位置、距离信息，同时在切换测量期间，使用上

42、行预同步技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而能够减少切换时间，提高切换的成功率，降低切换的掉话率。第5章 3G移动通信系统 3.特点及优势特点及优势TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA及SDMA多种多址方式于一体，采用了时分双工、智能天线、联合检测、接力切换、上行同步等一系列的高新技术，具有频谱利用率高、系统容量大、适合开展数据业务、系统成本低、符合移动技术发展方向等突出优势。特别适合于在城市人口密集区提供高密度、大容量的话音、数据和多媒体业务。系统可单独组网运营也可与其他无线接入技术配合使用。第5章 3G移动通信系统 4.我国的演进方案我国的演进方案TD-SCDM

43、A可以独立建网，也可以由GSM网络演进而来。考虑到我国GSM网络的现状，可以分两个阶段完成向TD-SCDMA的过渡。第一阶段主要内容为在第二代GSM网络中提供高容量、低成本的3G业务，如图5-10所示。其主要思想是：在现有GSM网络扩容时，使用扩展的BSC(即BSC+)；同时在用户集中地区，在现有GSM基站的站址增加了TD-SCDMA基站；采用TD-SCDMA/GSM双频双模用户终端。这些初期的3G用户在TD-SCDMA基站覆盖区内，可以享受3G服务；在覆盖区域以外，则使用GSM工作。显然，此初期系统用户在享受3G服务时，只能在同一BSC+的TD-SCDMA基站之间实现越区切换，而GSM网络的

44、功能将不受影响。用此方式，比简单地对GSM系统网络扩容投入更低(平均每用户承担的BTS和BSC设备价格将比GSM系统低20%至30%)，而且扩大了系统容量，能够为急需地区提供3G业务。同时，也为以后向第三代过渡打下了基础。第5章 3G移动通信系统 图5-10 在GSM网络中引入TD-SCDMA系统以提供3G业务 第5章 3G移动通信系统 必须说明的是，此建议不仅可以适用于GSM系统，同样可以适用于IS-95 CDMA系统。在使用于CDMA系统中时，其主要目的是在用户密集地区，解决高密度用户的话音和数据业务需求；在提供数据业务方面，特别是对各种Internet接入业务，TD-SCDMA将是一种更

45、经济和灵活的方式。第二阶段将过渡到第三代移动通信网络，如图5-11所示。第5章 3G移动通信系统 图5-11 基于GSM的3G网络 第5章 3G移动通信系统 5.发展前景发展前景相比WCDMA和CDMA 2000来说，TD-SCDMA的进展还稍显缓慢，无论是在系统容量、系统覆盖、资源分配、功率控制、数据传输等方面，都无法和WCDMA和CDMA 2000这两种标准相比。从技术的风险性角度来看，WCDMA和CDMA 2000的基本技术沿用了传统的窄带CDMA，而窄带CDMA技术的实用性早已被世界所广泛接受，也经受了实践的检验，因此从某种意义上来说WCDMA和CDMA 2000目前仍是3G标准的主流

46、，TD-SCDMA标准比较适合运用于目前在GSM上已有较大投入的国家(如我国)来发展第三代移动通信系统。我国在电信重组后，由中国移动负责TD-SCDMA标准的施行。第5章 3G移动通信系统 5.2.3 CDMA 20001.系统结构系统结构一个完整的CDMA 2000移动通信网络由多个相对独立的部分构成，如图5-12所示。其中的三个基础组成部分是无线部分、核心网的电路交换部分和核心网的分组交换部分。无线部分包括基站控制器BSC、分组控制功能(Packet Control Function，简称PCF)单元和基站收发信机BTS构成；核心网电路交换部分由移动交换中心MSC、访问位置寄存器VLR、归

47、属位置寄存器/鉴权中心HLR/AC构成；核心网的分组交换部分由分组数据服务点/外部代理(Packet Data Serving Node/Foreign Agent，简称PDSN/FA)、认证授权计费(Authentication Authorization and Accounting，简称AAA)服务器和归属代理(Home Agent，简称HA)构成。第5章 3G移动通信系统 图5-12 CDMA 2000系统结构 第5章 3G移动通信系统 除了基础组成部分以外，系统还包括各种的业务部分，比较典型的业务有以下四种：(1)智能网部分：由业务交换点SSP、业务控制点SCP和智能外设(Intel

48、ligent Peripheral，简称IP)构成；(2)短消息部分：主要是短消息中心(Message Center，简称MC)；(3)位置业务部分：主要由移动位置中心(Mobile Position Center，简称MPC)和定位实体(Position Determining Entity，简称PDE)构成；(4)无线应用协议(Wireless Application Protocol，简称WAP)等业务平台。第5章 3G移动通信系统 2.技术特点技术特点 表 5-1 CDMA 2000 系列的主要技术特点 带宽(MHz)1.25 3.75 7.5 11.5 15 无线接口来源于 IS-9

49、5 网络结构来源于 IS-41 业务演进来源于 IS-95 最大用户比特率(b/s)307.2 k 1.0368 M 2.0736 M 2.4576 M 码片速率(Mb/s)1.2288 3.6864 7.3728 11.0592 14.7456 帧的时长 典型为 20，也可选 5，用于控制 同步方式 IS-95(使用 GPS，使基站之间严格同步)导频方式 IS-95(使用公共导频方式，与业务码复用)第5章 3G移动通信系统 分析表5-1，与基于IS-95的CDMA One系列相比，CDMA 2000具有下列技术特点：(1)多种信道带宽。前向链路上支持多载波MC和直扩DS两种方式；反向链路仅支

50、持直扩方式。当采用多载波方式时，能支持多种射频带宽，即射频带宽可为N1.25MHz，其中N=1、3、5、9或12。目前技术仅支持前两种，即1.25MHz(CDMA2000-1X)和3.75MHz(CDMA 2000-3X)；(2)可以更加有效地使用无线资源；(3)可实现CDMA One向CDMA 2000系统平滑过渡；第5章 3G移动通信系统(4)核心网协议可使用IS-41、GSM-MAP以及IP骨干网标准；(5)前向发送分集；(6)快速前向功率控制；(7)使用Turbo码；(8)辅助导频信道；(9)灵活帧长；(10)反向链路相干解调；(11)可选择较长的交织器。第5章 3G移动通信系统 3.