移動通信教案(68)3G

1、第第六六章章第六章教學(xué)綱要教學(xué)要求：1.了解3G通信的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程； 2.掌握3G通信的關(guān)鍵技術(shù)； 3.了解3G的主要業(yè)務(wù)及特點(diǎn)； 4.掌握WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA各自特點(diǎn)與聯(lián)系； 5.了解4G移動通信系統(tǒng)的基本情況。教學(xué)重點(diǎn)：1.WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)； 2.3G系統(tǒng)的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（制式）在技術(shù)上各自具備的特征。教學(xué)難點(diǎn)： WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)。 本章教學(xué)內(nèi)容： 從3G通信開始介紹、WCDMA技術(shù)、 CDMA2000技術(shù)、TD-SCDMA技術(shù)。然后介紹 B3G與4G移動通信系統(tǒng)、雙網(wǎng)雙待基礎(chǔ)。 第三代移

2、動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 3GPPWCDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作十分規(guī)范，自1999年12月開始，每三個月更新一次。2001年3月份的版本3GPPR99是目前最為完善的版本，并與后面的版本兼容。3GPP制定的WCDMA、TD-SCDMA和3GPP2、cdma2000標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)策略總體上都是漸進(jìn)式的，這是為了保證現(xiàn)有2G投資和運(yùn)營商利益，有利于現(xiàn)有技術(shù)的平滑過渡。 6.1 3G通信概述通信概述6.1.1 3G通信的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程通信的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 國際電聯(lián)對第一代移動通信系統(tǒng)IMT-2000劃分了230M

3、Hz頻率，即上行頻率為l8852025MHz、下行頻率為21102200MHz，共230MHz。其中，19802010MHz(地對空)和21702200MHz(空對地)用于移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)。在我國，根據(jù)目前的無線電頻率劃分，l7002300MHz頻段有移動業(yè)務(wù)、固定業(yè)務(wù)和空間業(yè)務(wù)，該頻段內(nèi)有大量的微波通信系統(tǒng)和一定數(shù)量的無線電定位設(shè)備正在使用。 6.1.2 3G的頻譜分配的頻譜分配第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) IMT-2000在我國的頻段分配如下在我國的頻段分配如下: (1)主要工作頻段頻分雙工(FDD)方式：19201980MHz21102170MHz。時分雙工(TDD)方式

4、：l8801920MHz20102025MHz。 (2)補(bǔ)充工作頻率頻分雙工(FDD)方式：1755l785MHz18501880MHz。時分雙工(TDD)方式：23002400MHz，與無線定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)，共用標(biāo)準(zhǔn)另行制定(3)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作作頻段：19802010MHz21702200MHz。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 1. CDMA-DS（WCDMA/UTRA）IMT-2000 CDMA-DS又稱寬帶碼分多址（Wide-band CDMA,WCDMA）。WCDMA的技術(shù)特點(diǎn)是：可適應(yīng)多種速率的傳輸，靈活地提供多種業(yè)務(wù)；基站收發(fā)信機(jī)（Base Tr

5、ansceiver Station，BTS）之間可以不用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）同步；優(yōu)化的分組數(shù)據(jù)傳輸方式；支持不同載頻之間的切換；上、下行快速功率控制；反向采用導(dǎo)頻輔助的相干檢測（提高反向解調(diào)增益，提高功率控制準(zhǔn)確率）；充分考慮了信號設(shè)計對電磁兼容的影響。 6.1.3 3G通信的關(guān)鍵技術(shù)通信的關(guān)鍵技術(shù)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2. CDMA-MC（cdma2000）ITM2000 CDMA-MC 又稱cdma2000，它是北美的朗訊、摩托羅拉、北電、Qualcomm 公司以及韓國三星等公司聯(lián)合提出的基于cdma On

6、e的系統(tǒng)方案。3. CDMA-TDD(TD-SCDMA/UTRA-TDD)IMT-2000 CDMA-TDD目前包括低碼片速率TD-SCDMA和高碼片速率UTRA-TDD兩個技術(shù)。TD-SCDMA是時分同步碼分多址，UTRA-TDD是通用陸地?zé)o線接入時分雙工。TD-SCDMA是我國提出的國際標(biāo)準(zhǔn)，一定會在我國得到規(guī)模應(yīng)用，而UTRA-TDD標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)在又處于停頓狀態(tài)，所以通常提到IMT-2000 CDMA-TDD常常指TD-SCDMA。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 4. CDMA-SC(UMC-136)IMT-2000 TDMA-SC又稱UMC-136，SC（Single

7、 Carrier）表示單載波。UMC-136是在美國IS-136（D-AMPS）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，對美國的IS-136網(wǎng)絡(luò)有繼承性，IS-136是FDMA/TDMA系統(tǒng)，UMC-136的雙工方式可以是FDD或TDD,此體制在北美以外沒有使用價值5. TDMA-MC(EP-DECT)IMT-2000 TDMA-MC又稱EP-DECT。MC（Multi Carrier）表示多載波。EP-DECT是在泛歐數(shù)字無繩電話（DECT）基礎(chǔ)上稍作修改的標(biāo)準(zhǔn)，DECT是FDMA/TDMA系統(tǒng)，EP-DECT對于沒采用第二代DECT的地區(qū)沒有意義。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 1.

8、 語音業(yè)務(wù)仍占主要地位盡管3G移動通信網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)是更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，但對2005年以來所有推出3G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商來說，語音業(yè)務(wù)依舊是他們的主要收入來源，即使在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最發(fā)達(dá)的日本也是如此2. 新的業(yè)務(wù)品種層出不窮（1）移動音樂下載。（2）移動3D游戲。（3）移動P2P應(yīng)用。 6.1.4 3G的主要業(yè)務(wù)的主要業(yè)務(wù)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 3. 特色業(yè)務(wù)漸有起色盡管“可視電話業(yè)務(wù)”是3G標(biāo)準(zhǔn)性業(yè)務(wù)的這種業(yè)務(wù)特點(diǎn)還沒有發(fā)展起來，但其他能體現(xiàn)3G特色的業(yè)務(wù)正在扮演著越來越重要的角色，其中以移動音樂下載業(yè)務(wù)的發(fā)展引人注目。雖然之前也有移動運(yùn)營商利用2.5G網(wǎng)絡(luò)提供音樂下載類業(yè)

9、務(wù)，但由于網(wǎng)絡(luò)能力限制了業(yè)務(wù)質(zhì)量，因此用戶反應(yīng)平淡。而3G網(wǎng)絡(luò)改善了用戶對該業(yè)務(wù)的體驗，使用戶從簡單的鈴聲，歌曲片段中解脫出來，能利用手機(jī)欣賞到真正意義上的音樂和歌曲。音樂下載類業(yè)務(wù)份額成功，說明了適合市場需求才是3G業(yè)務(wù)開發(fā)的真正方向。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) WCDMA的全稱是寬帶碼分多址（Widband CDMA），也稱直接擴(kuò)頻寬帶碼分多址（CDMA Direct Spresad）。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)最初提出者是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI，后來與日本的W-CDMA技術(shù)融合，成為ITU制定3G五種技術(shù)中的三大主流技術(shù)之一，即IMT-2000 CDMA-DS。WCDMA系

10、統(tǒng)支持寬帶業(yè)務(wù)，可有效支持電路交換業(yè)務(wù)（如PSTN、ISDN網(wǎng)）、分組交換業(yè)務(wù)（如IP網(wǎng)）。 6.2 WCDMA技術(shù)6.2.1 WCDMA概述UMTS采用了與2G移動通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)。UTMS由通用陸地接入網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)（、用戶設(shè)備、操作維護(hù)中心和外部網(wǎng)絡(luò)五大部分構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成和接口如圖所示。第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) RNCNode BRNCNode BNode BNode BM SC/VLROM CSGSNHLRGSM CGGSNPLM N、 PSTN、ISDN等Nternet USIMM ECu用 戶 設(shè) 備UE無 線 網(wǎng) 絡(luò) 子 系 統(tǒng) RNSIurRNS通

11、 用 陸 地 無 線 接 入 網(wǎng)UTRNA核 心 網(wǎng) CN外 部 網(wǎng) 絡(luò) EN電 路 交 換 域 CS分 組 交 換 域 PSCuIuUM TS的 結(jié) 構(gòu) 和 網(wǎng) 絡(luò)6.2.2 WCDMA系統(tǒng)組成與接口協(xié)議第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2. UMTS的主要接口（1）Cu接口。Cu接口是USIM和ME質(zhì)檢的電器接口，Cu接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口。（2）Uu接口。Uu接口是WCDMA的無線接口（3）Iu接口。Iu接口是鏈接UTRAN和CN的接口。（4）Iur接口。Iur接口是無線網(wǎng)絡(luò)控制器之間連接的接口（5）Iub接口。Iub接口是連接節(jié)點(diǎn)B與RNC的接口（6）外網(wǎng)連接。CN的電路交換

12、域的GSM通過PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)如PSTN、ISDN及其他公共陸地移動網(wǎng)相連。 3. UTMS的協(xié)議結(jié)構(gòu)UTMS的協(xié)議結(jié)構(gòu)共分為兩層，即接入層（Access Stratum，AS）和非接入層（Non Access Stratum，NAS），UTMS協(xié)議結(jié)構(gòu)分層如圖所示第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) WCDMA信道類型和位置如圖所示第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 6.2.3 WCDMA信道結(jié)構(gòu)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) UE和UTRAN之間的空中接口Uu協(xié)議層分為三層，最底層是物理層L1，位于物理層之上面的是數(shù)據(jù)鏈路層L2和

13、網(wǎng)絡(luò)層L3。在WCDMA FDD中，數(shù)據(jù)鏈路層L2的控制平面上，又劃分為媒體接入控制（MAC）層和無線鏈路控制（RLC）層兩個子層。 WCDMA無線接入系統(tǒng)分配給用戶寬帶及其控制功能，是由無線信道提供承載及交換協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。WCDMA信道結(jié)構(gòu)和作用明顯的與GSM不同。根據(jù)不同的用途，WCDMA在Uu接口分配了不同寬帶的物理信道，在UE和Node B之間形成了確實(shí)存在的物理信道。在GSM中，物理信道和他的結(jié)構(gòu)由BSC來識別，而在WCDMA中物理信道在Uu接口處，RNC根本不必知道他們的接口。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要追求目標(biāo)是更高的比特率和更好的頻譜效

14、率。Cdma2000是IMT-2000的三大主流技術(shù)之一。 CDMA2000采用CDMA的擴(kuò)頻接口，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境、室內(nèi)外步行環(huán)境、車載環(huán)境中，均可達(dá)到或超過IMT-2000的指標(biāo)，室內(nèi)環(huán)境下最高數(shù)據(jù)速率達(dá)2Mbit/s，步行環(huán)境最高數(shù)據(jù)速率達(dá)384kbit/s，車載環(huán)境最高數(shù)據(jù)速率達(dá)144kbit/s。同時支持從2G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的演進(jìn)。 6.3 CDMA2000技術(shù)6.3.1 CDMA2000概述第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) cdma2000是從cdma One演進(jìn)而來的3G技術(shù)，cdma2000標(biāo)準(zhǔn)是一個體系結(jié)構(gòu)，稱為cdma2000 family，含有一系

15、列的子標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)由3GPP2制定，正式標(biāo)準(zhǔn)于2000年3月通過。CDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了從IS-95、IS-95A、IS-95B到cdma2000建議和IS-2000標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程。cdma 2000可以指采用IS-2000標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，也可以代表空中接口所采用的技術(shù)。到目前為止，cdma 2000的標(biāo)準(zhǔn)有R0、RA、RB、RC、RD多個版本。 1. 3G移動通信的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) CDMACDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)演進(jìn)過程示意圖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)演進(jìn)過程示意圖第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 按照使用的帶寬劃分，cdma2000系統(tǒng)由多種工作方式。其

16、中獨(dú)立使用一個1.25MHZ載波的方式稱為cdma 2000-1X，將三個1.25MHZ載波捆綁在一起使用的方式稱為cdma2000-3X。Cdma2000-1X系統(tǒng)的空中接口技術(shù)也叫1X無線傳輸技術(shù)Cdma2000-3X系統(tǒng)的空中接口技術(shù)也叫3X RTT，屬于多載波技術(shù)。目前，cdma2000系統(tǒng)已經(jīng)在世界上多個國家和地區(qū)投入了商用，采用的都是cdma2000-1X技術(shù) 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （1）多種信道帶寬。（2）與現(xiàn)存的TIA/EIA-95-B系統(tǒng)具有無縫的互操作性和切換能力，可實(shí)現(xiàn)cdma One 向cdma2000系統(tǒng)平滑過渡演進(jìn)。（3）核心網(wǎng)協(xié)議可使用

17、IS-41、GSM-MAP以及IP骨干網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。（4）寬松的性能范圍，可從語音到低速數(shù)據(jù)集，直到高速的分組和電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。（5）提供多種復(fù)合性業(yè)務(wù)，如只傳輸語音、同時傳輸語音和數(shù)據(jù)，只傳輸數(shù)據(jù)和定位業(yè)務(wù)。（6）具有先進(jìn)的多媒體服務(wù)質(zhì)量（QOS）控制能力，支持多路語音、高速分組數(shù)據(jù)同時傳輸。 2. cdma2000的技術(shù)特點(diǎn)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （7）在同步方式上，沿用CDMA IS-95方式，采用GPS使基站間嚴(yán)格同步，以取得較高的組網(wǎng)與頻譜利用效率，有效的使用無線資源。（8）由于采用新技術(shù)，在提高系統(tǒng)性能和容量上有明顯的優(yōu)勢，在相同條件下，對普通話音業(yè)務(wù)，cdma2

18、000系統(tǒng)容量大致為CDMA IS-95系統(tǒng)的兩倍。（9）增強(qiáng)的MAC功能，支持高效率的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （10）為了支持MAC，對物理層進(jìn)行了優(yōu)化，如采用了專用控制信道；設(shè)計了兩類碼復(fù)用業(yè)務(wù)信道?；拘诺烙糜趥魉驼Z音、信令和低速數(shù)據(jù)，是一個可變速率信道，補(bǔ)充信道用以傳送高速率數(shù)據(jù)。在分組數(shù)據(jù)傳送上應(yīng)用了ALOHA技術(shù)，改善了傳輸性能。（11）采用短PN碼，通過不同的相位偏置來區(qū)分不同的小區(qū)，采用Walsh碼區(qū)分不同信道，采用長PN碼區(qū)分不同用戶。（12）支持軟切換和硬切換。（13）可選擇較長的交換組織。（14）可支持多種空中接口信令，具有靈

19、活的信令結(jié)構(gòu)。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) HRPD的空中接口定義了7層協(xié)議，在每一層協(xié)議中又定義了若干協(xié)議子層。1.應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層用以確保信令、分組數(shù)據(jù)的可靠性傳輸。在該層定義了默認(rèn)信令應(yīng)用和默認(rèn)分組應(yīng)用兩個部分。(1)默認(rèn)信令應(yīng)用(Default Signaling Application)包括：信令網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Signaling Net-work Protocol，SNP)和信令鏈路協(xié)議(Signaling Link Protocol，SLP)。 6.3.2 CDMA2000無線接口協(xié)議第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) (2)默認(rèn)分組應(yīng)用(Defa

20、ult Packet Application)包括：無線鏈路協(xié)議(Radio Link Protocol，RLP)、位置更新協(xié)議(Location Update Protocol，LUP)和流控制協(xié)議(Flow Control Protocol，F(xiàn)CP)。2. 流層流層流層的任務(wù)是完成不同應(yīng)用的流數(shù)據(jù)復(fù)用。Stream0專門用于信令，默認(rèn)對應(yīng)于默認(rèn)信令應(yīng)用(Default Signaling Application)。其它Stream可以分配給不同QoS要求的應(yīng)用。流協(xié)議最多可以復(fù)用4個流。在默認(rèn)情況下不使用stream1，stream 2和Stream3。 協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖第第六六章章第三代移

21、動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 高層信令數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)語音業(yè)務(wù)物理層PHY鏈路接入控制子層LAC復(fù)用和QoS交付 SRBPRLPRLPRLP物理層信令接口37高高層層數(shù)據(jù)鏈路層物理層第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 3. 會話層會話層提供地址管理、協(xié)議協(xié)商、協(xié)議配置、狀態(tài)維護(hù)業(yè)務(wù)以及對終端的位置估算。會話層包含的協(xié)議如下:(1)會話管理協(xié)議(Session Management Protoco1)。該協(xié)議提供控制地址管理協(xié)議和會話配置協(xié)議的激活與去活的方式。(2)地址管理協(xié)議(Address Management Protoco1)。該協(xié)議規(guī)定了管理接入終端標(biāo)識(UATI)的分配，并維

22、護(hù)終端地址的過程。(3)會活配置協(xié)議(Session Configuration Protoco1)。用于協(xié)商和配置在會話中使用的協(xié)議以及所使用的協(xié)議配置參數(shù)。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 4. 連接協(xié)議連接協(xié)議負(fù)責(zé)空中鏈路的建立和維護(hù)。包含的協(xié)議如下:(1)空中鏈路管理協(xié)議(Air Link Management Protoco1)。該協(xié)議提供在一個連接期間接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)所有狀態(tài)機(jī)的管理。(2)初始狀態(tài)協(xié)議(Initialization State Protoco1)。該協(xié)議提供接入終端(AT)捕獲網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)(AN)，支持網(wǎng)絡(luò)捕獲過程。(3)空閑狀態(tài)協(xié)議(Idl

23、e State Protoco1)。該協(xié)議提供在沒有打開一個連接時，接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)的過程。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) (4)連接狀態(tài)協(xié)議(Connected State Protoco1)。該協(xié)議提供在打開了一個連接時接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)的過程。(5)路由更新協(xié)議(Route Update Protoco1)。該協(xié)議提供在接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)之間路由維護(hù)的方法。這個協(xié)議對導(dǎo)頻進(jìn)行監(jiān)控完成切換的過程。(6)開銷消息協(xié)議(Overhead Messages Protoco1)。該協(xié)議提供包含主要由連接層協(xié)議使用的信息的廣播消息。(7)分組整合協(xié)議(Packet Con-so

24、lidationProtoco1)。該協(xié)議為連接層提供優(yōu)先發(fā)送和分組數(shù)據(jù)封裝。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 5. 安全層安全層提供鑒權(quán)和加密業(yè)務(wù)。包含的協(xié)議如下:(1)密鑰交換協(xié)議(Key Exchange Protoco1)。該協(xié)議提供接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)為鑒權(quán)和加密過程交換密鑰的過程。(2)鑒權(quán)協(xié)議(Authentication Protoco1) 。該協(xié)議提供接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持的鑒權(quán)過程。(3)加密協(xié)議(Encryption Protoco1) 。該協(xié)議提供接入終端和接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持的加密過程。(4)安全協(xié)議(Security Protoco1) 。該協(xié)議提供鑒權(quán)

25、協(xié)議和加密協(xié)議所用cryptosync的產(chǎn)生過程。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 6. 媒質(zhì)接入 (MAC) 層MAC層包含的協(xié)議如下:(1)控制信道MAC協(xié)議(Control Channel MAC Protoco1) 。該協(xié)議提供接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接入終端接收控制信道的過程。(2)接入信道MAC協(xié)議(Access Channel MAC Protoco1) 。該協(xié)議提供接入終端發(fā)送和接入網(wǎng)絡(luò)接收接入信道的過程。(3)前向業(yè)務(wù)信道MAC協(xié)議(Forward Traffic Channel MAC Protoco1) 。該協(xié)議提供接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接入終端接收前向業(yè)務(wù)信道的過程。(

26、4)反向業(yè)務(wù)信道MAC協(xié)議(Reverse Traffic Channel MAC Protoco1) 。該協(xié)議提供接入終端發(fā)送和接入網(wǎng)絡(luò)接收反向業(yè)務(wù)信道的過程。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 7. 物理層(1)前向信道由導(dǎo)頻信道、媒質(zhì)接入控制信道、業(yè)務(wù)信道和控制信道組成，其中媒質(zhì)接入控制信道又分為RAB子信道、DRCLock(數(shù)據(jù)速率控制鎖定)和反向功率控制信道。(2)反向信道由反向接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成，其中接入信道發(fā)送反向?qū)ьl信道和接入消息。反向業(yè)務(wù)信道包括反向?qū)ьl信道、MAC信道、ACK信道和數(shù)據(jù)信道。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 6.4.

27、1 TD-SCDMA概述概述1. TD-SCDMA的產(chǎn)生的產(chǎn)生TD-SCDMA的標(biāo)準(zhǔn)是由中國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究，大唐移動通信設(shè)備有限公司首席科學(xué)家李世鶴博士為首的團(tuán)隊具體制定，有中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會和中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)組代表中國提交國際電信聯(lián)盟（ITU）和第三代移動通信合作伙伴項目組織（3GPP）。 6.4 TD-SCDMA技術(shù)技術(shù)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2. TD-SCDMA的特點(diǎn)對語音業(yè)務(wù)和非對稱互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)具有最高優(yōu)先級?；陬l分雙工（FDD）的3G提案，如WCDMA和cdma2000 是在成對載波頻帶上的對稱傳輸?shù)哪Ｊ?，他們能使對稱的語音和多媒體業(yè)務(wù)很好地被優(yōu)化

28、。TD-SCDMA的目標(biāo)是要確立一個具有高頻譜效率和搞經(jīng)濟(jì)效益的先進(jìn)移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計為不管是對稱還是非對稱業(yè)務(wù)，都能表現(xiàn)出最佳性能的系統(tǒng)。TD-SCDMA無線傳輸方案是FDMA、TDMA和CDMA三種基本傳輸技術(shù)的靈活結(jié)合應(yīng)用。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 1.TD-SCDMA可提供的業(yè)務(wù)（1）可提供電路交換的對稱業(yè)務(wù)，如語音、可視會議等實(shí)時業(yè)務(wù)。（2）可提供具有多時隙、非對稱分組數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播、電子郵件、Internet及Intranet等非實(shí)時業(yè)務(wù)。提供多元化服務(wù)業(yè)務(wù)，如WWW瀏覽、收發(fā)E-Mail、網(wǎng)上銀行、娛樂等，以最佳性能實(shí)現(xiàn)無線Intern

29、et業(yè)務(wù)。（3）不受地理位置限制獲得信息，具有高速下載和永遠(yuǎn)在線能力，可提供高峰值速率的數(shù)據(jù)傳輸能力，并可按流量計費(fèi)。（4）在傳輸質(zhì)量方面已由2G的盡力發(fā)送向服務(wù)質(zhì)量（QoS）演進(jìn)。 6.4.2 TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2.TD-SCDMA的組網(wǎng)能力（1）TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持各種無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以滿足宏區(qū)、微區(qū)和微微區(qū)不同的覆蓋和用戶密集度要求。（2）TD-SCDMA核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與他們的兼容，TD-CDMA支持多種通信接口，與WCDMA接口Iu、Iub、Iur等多種接口相同，可以單獨(dú)組網(wǎng)或作為接

30、入網(wǎng)和WCDMA混合組網(wǎng)。（3）TD-SCDMA的信號帶寬為1.23MHz，碼片速率為1.28Mc/s，由于采用TDD方式，所以頻譜利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用FDD方式的其他3G技術(shù)，僅需單載波1.6MHz的頻帶就可提供速率達(dá)2Mbit/s的3G業(yè)務(wù)。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 3.TD-SCDMA使用多種關(guān)鍵新技術(shù)（1）采用了智能天線技術(shù)和聯(lián)合檢測技術(shù)；在上行鏈路采用了同步CDMA技術(shù)，來降低了上行鏈路用戶間的干擾和保持時隙寬度；BTS之間采用GPS或者網(wǎng)絡(luò)同步方式，在下行鏈路中，有效的降低BTS間的干擾，系統(tǒng)容量和頻譜利用率進(jìn)一步提高。（2）比其他3G系統(tǒng)更多更早的實(shí)用軟件

31、無線電技術(shù)，為今后發(fā)展建立無縫連接網(wǎng)絡(luò)，解決多頻、多模式、多業(yè)務(wù)的終端和基站建設(shè)問題打下了良好的基礎(chǔ)。（3）采用接力切換，降低了掉話率，提高切換的效率。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) TD-SCDMA是對UTRA-TDD融合和補(bǔ)充，都是屬于IMT-2000 CDMA-TDD標(biāo)準(zhǔn)1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與3GPP制定的通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一樣，包括用戶設(shè)備（UE）、無線接入網(wǎng)（UTRAN）和核心網(wǎng)（CN），以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)實(shí)體及功能、接口和有關(guān)主要協(xié)議，協(xié)議棧的分層和平面劃分、網(wǎng)絡(luò)連話也協(xié)議工作應(yīng)用等內(nèi)容。 6.

32、4.3 TD-SCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與空中接口技術(shù)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2.空中接口技術(shù)3G的三大主流技術(shù)，主要區(qū)別在于物理層的空中接口技術(shù)。TD-SCDMA系統(tǒng)的空中接口（Uu）協(xié)議結(jié)構(gòu)分為三層，即物理層L1，數(shù)據(jù)鏈路層L2，和高層L3。其中L2又分為媒體接入子層L2/MAC和無線鏈路控制子層L2/RLC，高層L3對應(yīng)OSI的37層，L3包含無線資源控制（RRC）和非接入層NAS的的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。從不同協(xié)議分層來講，承載用戶各種業(yè)務(wù)的信道分為三類，即邏輯信道、傳輸信道和物理信道。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) B3G（Beyond Third Gene

33、ration in mobile communication system），即超三代移動通信系統(tǒng)。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像的通信系統(tǒng)B3G通信從20世紀(jì)末3G技術(shù)完成標(biāo)準(zhǔn)化之時就開始了。2006年，ITU-R正式將B3G技術(shù)命名為IMT-Advanced技術(shù)（3G技術(shù)名為IMT-2000）。根據(jù)原定的工作計劃，IMT-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)“近在眼前”。 6.5 B3G與與4G移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)6.5.1 B3G移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 1. 4G移動通信系統(tǒng)概念4G系統(tǒng)能夠以100Mb/s的速度下載，

34、比目前的撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mb/s，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。4G系統(tǒng)可以自動管理、動態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)，以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。用戶可能使用各種各樣的移動設(shè)備接入到4G系統(tǒng)中，各種不同的接入系統(tǒng)結(jié)合成一個公共的平臺，它們互相補(bǔ)充、互相協(xié)作，以滿足不同的業(yè)務(wù)要求，移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)趨于多樣化，最終會演變?yōu)樯鐣隙嘈袠I(yè)、多部門、多系統(tǒng)與人們溝通的橋梁 6.5.2 4G移動通信系統(tǒng)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 2. 4G通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在2009年構(gòu)思中的4G通信具有以下特征:（1）通信速度快人們研究4G通信的最初目的是提高蜂窩電話和其他移

35、動裝置無線訪問Internet的速率，因此4G通信給人們的印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度（2）網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬要想使4G通信達(dá)到100Mb/s的傳輸速率，通信營運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （3）通信更加靈活4G手機(jī)的功能已不能簡單劃歸“電話機(jī)”的范疇了，畢竟語音資料的傳輸只是4G移動電話的功能之一，因此未來4G手機(jī)更像一個小型電腦。（4）智能性能更高第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)在4G通信終端設(shè)備的設(shè)計和操作具有智能化，如對菜單和滾動操作的依

36、賴程度會大大降低，更重要的是4G手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以想象的功能。（5）兼容性能更平滑要使4G通信盡快地被人們所接受，不但要考慮它的功能強(qiáng)大，還應(yīng)考慮到現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)，以便讓更多的現(xiàn)有通信用戶，在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （6）提供各種增值服務(wù)4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過簡單的升級而演變過來的，它的核心技術(shù)是根本不同的，3G移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(OFDM)最受矚目。（7）實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信盡管第三代移動通信系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)多媒體通信，但未來的4G通信系統(tǒng)

37、，能滿足第三代移動通信尚不能達(dá)到的效果，例如在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) （8）頻率利用效率更高相比第三代移動通信技術(shù)來說，第四代移動通信技術(shù)在開發(fā)研制過程中，使用和引入許多功能強(qiáng)大的突破性技術(shù)（9）通信費(fèi)用更加便宜由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有用戶能輕易升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式 第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 6.6.1 雙網(wǎng)雙待的概念雙網(wǎng)雙待的概念“雙網(wǎng)雙待”也可以通

38、俗地稱為“雙模雙待”、“一機(jī)兩網(wǎng)”。據(jù)專業(yè)人士介紹，由于各國管制政策的不同，存在多種通信頻段，因此導(dǎo)致用戶需要在不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和不同的通信頻段之間頻繁切換，全球暢通的夢想一直難以實(shí)現(xiàn)。雙網(wǎng)雙待手機(jī)通過創(chuàng)新技術(shù)，成功解決了用戶在G網(wǎng)和C網(wǎng)之間自由切換、號碼保留等難題，實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)雙網(wǎng)，同時在線，一機(jī)在手，全球暢行”。 6.6 雙網(wǎng)雙待基礎(chǔ)雙網(wǎng)雙待基礎(chǔ)第第六六章章第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng) 雙網(wǎng)雙待又稱雙模雙待，是指同一部手機(jī)，同時支持兩個不同網(wǎng)絡(luò)制式，如同時支持GSM和CDMA。雙卡雙待是指一部手機(jī)，可以同時裝下兩張SIM卡，并且這兩張卡均處于待機(jī)狀態(tài)。雙卡雙待手機(jī)一般可以設(shè)置為以下幾

39、種情況：僅SIM1卡開；僅SIM2卡開；雙卡開。有了雙卡雙待手機(jī)，那么“忙人”就不用再手里拿著兩個手機(jī)了，簡單而方便。 6.6.2 雙網(wǎng)雙待與雙卡雙待雙網(wǎng)雙待與雙卡雙待第第七七章章第七章教學(xué)綱要教學(xué)要求：1.了解GPS的基本原理； 2.掌握GPS的測量方法、應(yīng)用范圍、測量技術(shù)設(shè)計與實(shí)施、數(shù)據(jù)處理與實(shí)用數(shù)學(xué)模型； 3.理解GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的原理、方式，掌握其計算方法； 4.掌握GPS導(dǎo)航的方法。教學(xué)重點(diǎn)：1.GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展； 2.GPS系統(tǒng)組成； 3.GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用前景。教學(xué)難點(diǎn)：1. GPS系統(tǒng)組成 2.GPS測量主要誤差分類 3.與信號傳播有關(guān)的誤差 4.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差本

40、章教學(xué)內(nèi)容： 以GPS定位坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)為主線，闡述GPS定位原理，詳細(xì)介紹GPS測量技術(shù)設(shè)計與外業(yè)施測，GPS定位測量技術(shù)應(yīng)用。 GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防U.5.Department of Defense(DOD)為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的。是結(jié)合美國海軍的“Timation”計劃和美國空軍的“621-B”計劃而研制，這兩個計劃在六十年代中期就己經(jīng)確定，要用測距的方式來發(fā)展一種被動導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.1 GPS概述概述衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是美國國防部始

41、建于1973年，經(jīng)過方案論證、工程研制和生產(chǎn)作業(yè)等三個階段，歷經(jīng)二十余年，耗資三百多億美元于1994年全部建成。 GPS作為繼子午衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展起來的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)的三維導(dǎo)航和定位能力，具有良好的抗干擾性和保密性。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.1.1 衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)是高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。1.定位精度高2.觀測時間短3.功能多，應(yīng)用廣，全球，全天候工作。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.1.2 GPS的特點(diǎn)的特點(diǎn)1.空間衛(wèi)星

42、部分全球定位系統(tǒng)的空間衛(wèi)星部分原計劃由21顆GPS工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。2.地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。主控站擁有大型電子計算機(jī)，作為數(shù)據(jù)采集、計算、傳輸、診斷、編輯等功能的主體設(shè)備。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.1.3 GPS系統(tǒng)組成3.用戶接收部分全球定位系統(tǒng)的空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過GPS信號接收機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位的目的。GPS接收機(jī)通過接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息、觀測量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而完成導(dǎo)航和定位工作。以上三個部分共同組成一個完整的

43、GPS系統(tǒng)。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章全球定位系統(tǒng)（GPS）的最基本任務(wù)是確定用戶在空間的位置。所謂用戶的位置，實(shí)際上是指該用戶在特定坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)，位置是相對于參考坐標(biāo)系而言的，為此，首先要設(shè)立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.2 GPS定位坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)是由原點(diǎn)位置O，以及三個坐標(biāo)軸的指向和尺度所定義，根據(jù)坐標(biāo)軸的指向不同，可劃分為兩大類坐標(biāo)系，即天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。（1）天球坐標(biāo)系 天球坐標(biāo)系分天球空間直角坐標(biāo)系和天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系是以地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，春分點(diǎn)軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（

44、赤經(jīng)）測量基準(zhǔn)基準(zhǔn)子午面，赤道為天球緯度測量基準(zhǔn)而建立球面坐標(biāo)GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.2.1坐標(biāo)系統(tǒng)1、天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系（2）地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系分地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系地球大地坐標(biāo)系是以地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合。（3）站心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系分站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章（1）瞬時極天球坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)方向（真天極），x軸指向瞬時春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)），y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。 （2）瞬時極地球坐標(biāo)系 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z

45、軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向，x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺赤道參考點(diǎn)的子午面之交點(diǎn)，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。 GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章2、衛(wèi)星測量中常用坐標(biāo)系（3）固定極天球坐標(biāo)系（平天球坐標(biāo)系）選擇某一歷元時刻，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向，分別扣除此瞬間的章動值作為z軸和x軸指向，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，建立天球坐標(biāo)系（平天球坐標(biāo)系），坐標(biāo)系原點(diǎn)與真天球坐標(biāo)系相同。瞬時極天球坐標(biāo)系與歷元平天球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換通過下面兩次變換來實(shí)現(xiàn)。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章歲差旋轉(zhuǎn)變換。ZM（t0)表示歷元J2000

46、.0年平天球坐標(biāo)系z軸指向，ZM（t）表示所論歷元時刻t真天球坐標(biāo)系z軸指向。兩個坐標(biāo)系間的變換式為式 式中：A ，A，ZA為歲差參數(shù)。 章動旋轉(zhuǎn)變換。類似地有章動旋轉(zhuǎn)變換式，如式 式中，為所論歷元的平黃赤交角，分別為黃經(jīng)章動和交角章動參數(shù)。( )( 0)MtMtzAyAzAxxyRZRRyzzGPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章()()ctMtxzxxxyRRRyzz （4）固定極地球坐標(biāo)系（平地球坐標(biāo)系）地球瞬時自轉(zhuǎn)軸在地球上隨時間而變的現(xiàn)象，稱地極移動，簡稱極移。與觀測瞬間相對應(yīng)的自轉(zhuǎn)軸所處的位置，稱為該瞬時的地球極軸，相應(yīng)的極點(diǎn)稱為瞬時極。采用國際上5個緯度服務(wù)站國

47、際協(xié)定原點(diǎn)CIO的資料，以1900至1905年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時位置的平均位置作為地球的固定極稱為國際協(xié)定原點(diǎn)CIO。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章（1）WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系。WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸、Z軸和X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章3. WGS-84坐標(biāo)系和我國大地

48、坐標(biāo)系（2）國家大地坐標(biāo)系）國家大地坐標(biāo)系國家大地坐標(biāo)系主要有BJ54舊坐標(biāo)系、GDZ80坐標(biāo)系和BJ54新坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）。該坐標(biāo)原點(diǎn)為前蘇聯(lián)的普爾科沃，參考橢球為克拉索夫斯基橢球，平差方法為分區(qū)分期局部平差。1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80）。該坐標(biāo)原點(diǎn)為陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，參考橢球為1975年國際橢球，平差方法為天文大地網(wǎng)整體平差 新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）是由1980年國家大地坐標(biāo)（GDZ80）轉(zhuǎn)換得來的。坐標(biāo)原點(diǎn)在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，參考橢球為克拉索夫斯基橢球，平差方法為天文大地網(wǎng)整體平差。 GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七

49、章章以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動所確定的時間稱為恒星時，恒星時ST可分為真恒星時和平恒星時。其計量時間單位有恒星日、恒星小時、恒星分、恒星秒。換算關(guān)系為式（7-12）。恒星日 = 24個恒星小時 = 1440個恒星分 = 86400個恒星秒 (7-12)GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)1、恒星時ST假設(shè)一參考點(diǎn)視運(yùn)動速度等于真太陽周年運(yùn)動的平均速度，且其在天球赤道上作周年視運(yùn)動，該參考點(diǎn)稱為平太陽。平太陽計量時間單位有平太陽日、平太陽小時、平太陽分、平太陽秒。換算關(guān)系為式（7-13）平太陽日=24個平太陽小時=1440平太陽分=86

50、400個平太陽秒 (7-13)GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章2、平太陽時MT3、世界時UT以平子午夜為零時起算的格林威治平太陽時定義為世界時UT。4、原子時IAT原子時是以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)建立的時間系統(tǒng)。原子時的尺度標(biāo)準(zhǔn)是國際制秒（SI）。其原點(diǎn)由式 AT=UT2-0.0039(s） 確定。 GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章5、協(xié)調(diào)世界時UTC根據(jù)國際規(guī)定，協(xié)調(diào)世界時UTC的秒長與原子時秒長一致，在時刻上則要求盡量與世界時接近。協(xié)調(diào)時與國際原子時之間的關(guān)系為式IAT = UTC+1sn 式中n為調(diào)整參數(shù)。 6、GPS時間系統(tǒng)GPST

51、GPST屬于原子時系統(tǒng)，它的秒長即為原子時秒長，GPST的原點(diǎn)與國際原子時IAT相差19s。有關(guān)系式： IAT-GPST=19（s） GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章測量學(xué)中的交會法測量里有一種測距交會確定點(diǎn)位的方法。與其相似，GPS的定位原理就是利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)的距離交會，得出地面點(diǎn)位置。簡言之，GPS定位原理是一種空間的距離交會原理。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.3 GPS定位原理定位原理7.3.1基本原理1、動態(tài)定位所謂動態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。2、靜態(tài)定位所謂

52、靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.3.2 GPS定位方法定位方法GPS測量技術(shù)設(shè)計主要依據(jù)GPS測量規(guī)范及測量任務(wù)書。1、GPS測量規(guī)范GPS測量規(guī)范是國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局或行業(yè)部門所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、測量任務(wù)書測量任務(wù)書（或測量合同）是測量單位的上級主管單位下達(dá)的指令性技術(shù)要求文件，包括測量目的、范圍、精度、密度等要求。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.4 GPS測量技術(shù)施測7.4.1 GPS測量技術(shù)設(shè)計依據(jù)3、測量精度在國標(biāo)中，根據(jù)用途將GPS測量分為AA

53、、A、B、C、D、E六個精度等級4、基線長度及網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)GPS控制測量中各等級GPS相鄰點(diǎn)間弦長的精度用式（7-18）表示. (7-18)式中，為GPS基線向量等效距離誤差（mm），a為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；b為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差；d為GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離（mm）。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章22610ab dGPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。方位基準(zhǔn)一般由給定的起算方位角值確定。尺度基準(zhǔn)由地面的電磁波測距確定。位置基準(zhǔn)由以下幾方面因素決定。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.4.2

54、GPS控制網(wǎng)的設(shè)計及優(yōu)化1.GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計（1）為求定GPS點(diǎn)在國家或地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，應(yīng)聯(lián)測地方控制地方點(diǎn)，用以坐標(biāo)變換。（2）GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)盡量應(yīng)與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，應(yīng)了解所采用的參考橢球體，通常是以國家坐標(biāo)系的參考橢球為基礎(chǔ)；坐標(biāo)系的中央子午線的經(jīng)度值；縱、橫坐標(biāo)的加常數(shù)；坐標(biāo)系的投影面高程及測區(qū)平均高程異常值；起算點(diǎn)的坐標(biāo)等幾個參數(shù)。（3）GPS網(wǎng)平差后得到的是大地高，為了得到GPS點(diǎn)的常高，應(yīng)使一定數(shù)量的GPS點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，或者對部分GPS點(diǎn)聯(lián)測水準(zhǔn)。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章（1）觀測時段。測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連

55、續(xù)工作的時間段簡稱時段。（2）同步觀測。兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測。（3）同步觀測環(huán)。三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。（4）獨(dú)立基線。對干N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N-1。獨(dú)立基線之間沒有相關(guān)性。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章2.GPS控制網(wǎng)圖形設(shè)計的幾個基本概念控制網(wǎng)圖形設(shè)計的幾個基本概念（5）獨(dú)立觀測環(huán)。由獨(dú)立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)。（6）異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀側(cè)環(huán)，簡稱異

56、步環(huán)（7）非獨(dú)立基線。除獨(dú)立基線外的其他基線叫非獨(dú)立基線，總基線數(shù)與獨(dú)立基線數(shù)之差為非獨(dú)立基線數(shù)。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章對于由N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步圖形中，一個時段包含的基線（或簡稱GPS邊）數(shù)為：JN(N-1)/2。其中僅有N-1條是獨(dú)立邊，其余為非獨(dú)立邊。當(dāng)同步觀測的GPS接收機(jī)數(shù)N3時，同步閉合環(huán)T的最少個數(shù)應(yīng)為： TJ(N1)(N1)(N2)2 (7-19)GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章3.GPS網(wǎng)特征條件的計算網(wǎng)特征條件的計算Cn . m/N 上式中，C為觀測時段數(shù)，n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)，m為每點(diǎn)平均設(shè)站次數(shù)，N為接收機(jī)數(shù)5.對于

57、同步環(huán)和異步環(huán)的幾點(diǎn)說明對于同步環(huán)和異步環(huán)的幾點(diǎn)說明（1）在理論上，同步閉合環(huán)中各GPS 的坐標(biāo)差之和，即閉合差應(yīng)為零，但實(shí)際上并非如此，一般規(guī)范都規(guī)定了同步閉合差的限差。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章4.觀測時段數(shù)計算公式觀測時段數(shù)計算公式（2）同步閉合環(huán)的閉合差較小，只能說明基線向量的計算合格，并不能說明GPS邊的觀測精高，也不能發(fā)現(xiàn)接收的信號受到干擾而產(chǎn)生的某些粗差。（3）對于異步環(huán)的構(gòu)成，一般應(yīng)按所設(shè)計的網(wǎng)圖選定，必要時在經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人審定后，也可根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章GPS網(wǎng)的布設(shè)通常有四種方式：星網(wǎng)的布

58、設(shè)通常有四種方式：星形，點(diǎn)連式、邊連式和混合式。形，點(diǎn)連式、邊連式和混合式。（1）星形網(wǎng)）星形網(wǎng)星形網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖7-12（a）圖所示，其特點(diǎn)是幾何圖形簡單，只需兩臺GPS接收機(jī)，是一種快速定位作業(yè)方式，但是，由于基線間不構(gòu)成任何同步閉合圖形，因此抗粗差的能力差，一般適用于精度較低的工程測量。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章6.GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計（2）點(diǎn)連式點(diǎn)連式的結(jié)構(gòu)如圖7-12（b）圖所示，其相鄰?fù)綀D形之間只有一個公共點(diǎn)連接。這種布網(wǎng)方式幾何強(qiáng)度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強(qiáng)網(wǎng)的異步圖形閉合條件的個數(shù)。（3）混連式該方式是把點(diǎn)連

59、式和邊連式有機(jī)地結(jié)合在一起，這種方式既可以提高網(wǎng)的幾何強(qiáng)度和可靠性指標(biāo)，又減少了外業(yè)工作量，是一種較為理想的布網(wǎng)方法。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章(4)網(wǎng)連式該布設(shè)形式是相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點(diǎn)相連，如圖7-12（c）圖所示。其優(yōu)點(diǎn)是圖形強(qiáng)度最強(qiáng)，缺點(diǎn)是作業(yè)效率低。 GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章測區(qū)踏測的內(nèi)容包括交通情況，水系分布情況，植被情況，控制點(diǎn)分布情況，居民點(diǎn)分布情況，當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗民情等。應(yīng)收集資料包括各類圖件，各類控制點(diǎn)成果，測區(qū)有關(guān)的地質(zhì)、地震、氣象、通信等方面的資料，城市及鄉(xiāng)、村行政區(qū)劃圖、地籍圖等。GPS定

60、位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章7.4.3 GPS測前準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計書的編寫測前準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計書的編寫1.測區(qū)踏測及收集資料測區(qū)踏測及收集資料根據(jù)觀測等級，進(jìn)行儀器的籌備、計算機(jī)及配套設(shè)備的配置；結(jié)合測區(qū)交通情況，籌備運(yùn)輸工具及通信設(shè)備；結(jié)合測區(qū)材料借用情況，籌備施工器材、油料及其他消耗品等；根據(jù)測區(qū)具體情況，并結(jié)合測量技術(shù)力量組建施工隊伍，擬定施工人員名單及崗位；結(jié)合測區(qū)情況和測量任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的投資預(yù)算。GPS定位測量原理與實(shí)施定位測量原理與實(shí)施 第第七七章章2.器材準(zhǔn)備及人員組織外業(yè)觀測計劃的擬定包括觀測計劃擬定的依據(jù)；觀測計劃的主要內(nèi)容；地面網(wǎng)聯(lián)測方案。4.技術(shù)設(shè)計書編寫