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

現(xiàn)代無(wú)線與移動(dòng)通信系統(tǒng)

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

IMT-MC------cdma2000(北美)IMT-TC------TD-SCDMA(中國(guó))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(wù)質(zhì)量好──高速傳輸支持多媒體業(yè)務(wù)室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps步行環(huán)境至少384kbps車(chē)速環(huán)境至少144kbps衛(wèi)星移動(dòng)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(duì)稱(chēng)需求──易于從第二代系統(tǒng)過(guò)渡──支持全球無(wú)縫漫游移動(dòng)通信的發(fā)展與展望電子科技大學(xué)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(biāo)準(zhǔn)分為1X,3X兩階段,cdma20001X將在2002年開(kāi)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(kāi)始商用實(shí)驗(yàn),中國(guó)己在近期完成了對(duì)WCDMA測(cè)試評(píng)估.WCDMA與cdma2000將可能在3G中占主導(dǎo)地位.移動(dòng)通信的發(fā)展與展望電子科技大學(xué)李少謙?cdma2000的基本結(jié)構(gòu)1.25MHzQ-CDMA信道01MHz2MHz3MHz4MHz5MHz移動(dòng)通信新進(jìn)展電子科技大學(xué)李少謙?cdma20001x與3xcdma20001x(SR1)仍采用IS-95的一個(gè)載波1.25MHz，碼片速率1.2288Mcps，這樣能非常方便地從IS-95升級(jí)到cdma20001x，并與IS-95后向兼容。cdma20003x(SR3)采用三個(gè)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(shù)實(shí)現(xiàn)上難度較大，人們現(xiàn)在主要考慮在cdma20001x上增強(qiáng)技術(shù)，直接實(shí)現(xiàn)3G的目標(biāo)。?cdma2000模式：

1X(SR1)、3X(SR3)、多天線發(fā)送分集?cdma20001x在IS-95基礎(chǔ)上的改進(jìn)反向?qū)ьl，實(shí)現(xiàn)反向相干解調(diào)，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(shù)，速率800/秒，從而可以進(jìn)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(shù)，提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信號(hào)質(zhì)量，分集發(fā)射與快速功控技術(shù)使前向容量提高了一倍。糾錯(cuò)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(chǔ)上的改進(jìn)(續(xù))快速尋呼信道，極大地減少了移動(dòng)臺(tái)的電源消耗，待機(jī)時(shí)間增加5倍。定義了新的接入方式，減少呼叫建立時(shí)間，并減少移動(dòng)臺(tái)在接入過(guò)程中對(duì)其他用戶(hù)的干擾。輔助碼分信道，靈活支持分組業(yè)務(wù)，可以對(duì)一個(gè)用戶(hù)同時(shí)承載多個(gè)數(shù)據(jù)流和多種業(yè)務(wù)。信令和用戶(hù)采用20ms幀長(zhǎng)，控制信息采用了5ms幀長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率：144kbps經(jīng)過(guò)上述技術(shù)改進(jìn)cdma20001x系統(tǒng)容量為話音2倍、數(shù)據(jù)3倍于IS-95?cdma2000的無(wú)線配置cdma20001x與3x業(yè)務(wù)信道存在一系列工作模式，每種模式的數(shù)據(jù)傳輸率、調(diào)制方式、糾錯(cuò)方式等參數(shù)不一樣，這種方式稱(chēng)為無(wú)線配置(RC)。Cdma20001x中存在兩類(lèi)RC，一類(lèi)是與IS-95兼容的，另一類(lèi)采用了新的信道調(diào)制編碼，這樣系統(tǒng)易于兼容和過(guò)渡。?前向業(yè)務(wù)信道無(wú)線配置(RC)?反向業(yè)務(wù)信道無(wú)線配置(RC)?前向信道類(lèi)型前向?qū)ьl信道(F-PICH)

與IS-95類(lèi)擬發(fā)射分集導(dǎo)頻信道(F-TDPICH)

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

為使用更靈活的天線和波束賦型技術(shù)，還可增加多個(gè)上述信道?前向信道類(lèi)型同步信道(F-SYNC)與IS-95類(lèi)似尋呼信道(F-PCH)與IS-95類(lèi)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(shí)隙方式的移動(dòng)臺(tái)，是否應(yīng)在下一個(gè)前向公用控制信道或?qū)ず粜诺罆r(shí)隙的開(kāi)始時(shí)接收前向公用控制信道或?qū)ず粜诺馈?前向信道類(lèi)型公用功率控制信道(F-CPCCH)對(duì)多個(gè)反向接入信道或反向控制信道進(jìn)行功率控制。公用指配信道(F-CACH)提供對(duì)反向鏈路指配的快速響應(yīng)，以支持反向鏈路的隨機(jī)接入包傳輸。前向公用控制信道(F-CCCH)在未建立呼叫連接時(shí)，發(fā)射給移動(dòng)臺(tái)的特定消息前向?qū)Ｓ每刂菩诺?F-DCCH)用于在呼叫過(guò)程中給某一特定移動(dòng)臺(tái)發(fā)送用戶(hù)和信令消息，每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道可包括一個(gè)專(zhuān)用控制信道。?前向信道類(lèi)型前向基本信道(F-FCH)用于在通話過(guò)程中給某一特定移動(dòng)臺(tái)發(fā)送用戶(hù)和信令消息，每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道可包括一個(gè)前向基本信道前向輔助碼分信道(F-SCCH)用于在通話過(guò)程中給某一特定移動(dòng)臺(tái)發(fā)送用戶(hù)和信令消息，用于分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時(shí)建立，每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道最多可包括7個(gè)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(guò)程中給某一特定移動(dòng)臺(tái)發(fā)送用戶(hù)和信令消息，用于分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時(shí)建立，每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道最多可包括2個(gè)前向輔助信道，僅用于RC3-6。?前向CDMA信道?SR1下前向信道的類(lèi)型數(shù)?反向信道類(lèi)型反向?qū)ьl信道(R-PICH)用于反向鏈路相干解調(diào)接入信道(R-ACH)與IS-95類(lèi)擬增強(qiáng)接入信道(R-EACH)用于移動(dòng)臺(tái)初始接入基站或響應(yīng)移動(dòng)臺(tái)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(lèi)型反向公用控制信道(R-CCCH)此信道是在不用反向業(yè)務(wù)信道時(shí)，移動(dòng)臺(tái)在基站指定的時(shí)間段向基站發(fā)射用戶(hù)控制信息和信令信息。反向?qū)Ｓ每刂菩诺?R-DCCH)用于某一移動(dòng)臺(tái)在呼叫過(guò)程中向基站發(fā)送該用戶(hù)的特定用戶(hù)和信令消息，反向業(yè)務(wù)信道可包括一個(gè)反向?qū)Ｓ每刂菩诺婪聪蚧拘诺?R-FCH)用于移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中向基站發(fā)送用戶(hù)的用戶(hù)和信令消息，反向業(yè)務(wù)信道可包括一個(gè)反向基本信道?反向信道類(lèi)型反向輔助碼分信道(R-SCCH)用于移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中給基站發(fā)送用戶(hù)和信令消息，僅用于反向分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時(shí)建立，反向業(yè)務(wù)信道最多可包括7個(gè)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(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中給基站發(fā)送用戶(hù)和信令消息，僅用于反向分組數(shù)據(jù)突發(fā)增大時(shí)建立，反向業(yè)務(wù)信道最多可包括7個(gè)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(lèi)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(lái)碼分多址，與IS-95不同的是采用了不同長(zhǎng)度的Walsh函數(shù)，長(zhǎng)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(zhǎng)度為256，SR2時(shí)最大長(zhǎng)度為512。反向業(yè)務(wù)信道在RC1-2模式時(shí)Walsh函數(shù)的功能與IS-95一樣是多進(jìn)制擴(kuò)頻。在其余的反向信道由采用了Walsh函數(shù)碼分多址來(lái)分離移動(dòng)臺(tái)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(fù)擴(kuò)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(diào)制外，其它方式采用了復(fù)PN調(diào)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(fù)擴(kuò)頻，這樣移動(dòng)臺(tái)就能以不同的功率電平發(fā)射多個(gè)碼分信道，并使功率峰均比最小。長(zhǎng)碼仍用來(lái)產(chǎn)生用戶(hù)識(shí)別碼，區(qū)別移動(dòng)用戶(hù)。?復(fù)合PN擴(kuò)頻?反向?qū)ьl、公共控制、增強(qiáng)接入以及RC3-4的業(yè)務(wù)信道的復(fù)擴(kuò)頻與混合移相鍵控(HPSK)?準(zhǔn)正交函數(shù)編碼當(dāng)Walsh編碼受到限制時(shí)，cdma2000可通過(guò)將Walsh函數(shù)乘以掩碼函數(shù)來(lái)生成額外編碼，生成的編碼稱(chēng)為準(zhǔn)正交函數(shù)QOF。QOF由適當(dāng)?shù)腤alsh函數(shù)與兩個(gè)掩碼相乘而得。一個(gè)掩碼是非零標(biāo)志系數(shù)QOF掩碼，記為QOFsign。另一個(gè)是非零旋轉(zhuǎn)使能Walsh函數(shù)，記為Walshrot。?生成長(zhǎng)度為256的準(zhǔn)正交函數(shù)的掩碼函數(shù)?用QOF進(jìn)行正交擴(kuò)頻?cdma2000與W-CDMA比較移動(dòng)通信新進(jìn)展電子科技大學(xué)李少謙?cdma2000與W-CDMA比較移動(dòng)通信新進(jìn)展電子科技大學(xué)李少謙?3G增強(qiáng)技術(shù)cdma20001X增強(qiáng)技術(shù)1XEV第一階段1XEV-DO(DataOnly，前向鏈路峰值數(shù)據(jù)速率達(dá)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(guò)5Mbps)WCDMA增強(qiáng)技術(shù)高速下行分組接入(HSDPA)技術(shù)，前向鏈路達(dá)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(wù)的典型特征是前、反向鏈路上數(shù)據(jù)的不對(duì)稱(chēng)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(diǎn)在于改善前向鏈路。1xEV-DO,主要基于高通、朗迅、愛(ài)立信公司提出的HDR（高速數(shù)據(jù)速率）技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)已基本定型，已被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）批準(zhǔn)為IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，正式的文件已于2001年11月份在日內(nèi)瓦召開(kāi)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(píng)審之中。?1xEV-DO的技術(shù)特點(diǎn)

在數(shù)據(jù)速率控制信道的每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，可支持的數(shù)據(jù)速率和最好服務(wù)扇區(qū)的信息被發(fā)送給接入網(wǎng)絡(luò)，可支持的數(shù)據(jù)速率范圍從38.4kbit/s到2.4576Mbit/s。調(diào)制方案（QPSK、8PSK或16QAM）根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求變化。糾錯(cuò)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(fù)和符號(hào)重復(fù)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(shù)特點(diǎn)

在前向鏈路上，沒(méi)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(shù)，增加的DRC（數(shù)據(jù)速率控制）和應(yīng)答信道主要為前向業(yè)務(wù)信道服務(wù)。由于早期中止而空閑的時(shí)隙可用來(lái)發(fā)射其他的數(shù)據(jù)分組信息，混合ARQ（混合檢錯(cuò)重發(fā)）方案可改善前向鏈路的性能。?TD-SCDMA信道基本結(jié)構(gòu)圖移動(dòng)通信新進(jìn)展電子科技大學(xué)李少謙?TD-SCDMA的特點(diǎn)（1）第三代移動(dòng)通信需要大約400MHz的頻譜資源，在3GHz以下很難實(shí)現(xiàn)。而TDD則能使用各種頻率資源，不需要成對(duì)的頻率；（2）在第三代移動(dòng)通信中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占主要地位，尤其是不對(duì)稱(chēng)的IP業(yè)務(wù)。TDD方式特別適用于上下行不對(duì)稱(chēng)、不同傳輸速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；（3）TDD上下行工作于同一頻率，對(duì)稱(chēng)的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術(shù)，可達(dá)到提高性能、降低成本的目的；（4)TDD系統(tǒng)設(shè)備成本低，比FDD系統(tǒng)低20%~50%。?TD-SCDMA的特點(diǎn)TDD系統(tǒng)的主要缺陷在于終端的移動(dòng)速度和覆蓋距離；（1）采用多時(shí)隙不連續(xù)傳輸方式，抗快衰落和多普勒效應(yīng)能力比連續(xù)傳輸?shù)腇DD方式差，因此ITU要求TDD系統(tǒng)達(dá)到150km/h；FDD系統(tǒng)則要求達(dá)到500km/h；（2）TDD系統(tǒng)平均功率與峰值功率之比隨時(shí)隙數(shù)增加而增加，考慮到耗電和成本因素，用戶(hù)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(guò)10km，而FDD系統(tǒng)的小區(qū)半徑可達(dá)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(shí)隙數(shù)7每時(shí)隙碼分信道數(shù)16每載波話音信道數(shù)3×16=48調(diào)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(shí)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(luò)技術(shù)基于GSM和IS-41核心網(wǎng)全I(xiàn)P網(wǎng)是發(fā)展的方向?3GPPReleases

Time

schedule3GPPRelease43GPPRelease’99Versionsof3GPPRelease’99Versionsof3GPPRelease43GPPRelease63GPPRelease51998200119992000Q2Q1Q3Q2Q3Q4Q4Q1Q1Q2Q3Q4Q4Q3Q110978542313111213GPPTSGsPlenaryMeetings6Q220021614153GEvolution?現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ControlPlaneGatewayPlaneInternetPSTNMobilityCoreHLRMSCWCDMAGSMFiberIP/IPoverATM2GSGSNGGSNIN?WCDMAR99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ControlPlaneGatewayPlaneInternetPSTNMobilityCoreHLR3GMSCWCDMAEDGESDHGGSN3GSGSNSGSNIP/IPoverATM?2GSGSN和3GSGSN功能比較功能GPRSSGSNBSCRNC3GSGSN用戶(hù)鑒權(quán)無(wú)線協(xié)議到IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換GTP通道技術(shù)加密計(jì)算壓縮移動(dòng)性管理和MSC/VLR&HLR互操作計(jì)費(fèi)網(wǎng)管接口大容量數(shù)據(jù)包路由IP電話適時(shí)多媒體業(yè)務(wù)XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX?3GPPR4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SGSNRNCIN/SCEAPSEGSMBSCWCDMAMGWEx