第3章 第三代移动通信概论.ppt

第三代移动通信 第3章第三代移动通信概论 概述 第三代移动通信 简称3G 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 3G在最早提出时被命名为未来公共陆地移动通信系统 FuturisticPublicLandMobileTelecommunicationSystemFPLMTS 后更名为IMT 2000 InternationalMobileTelecommunications 2000 其含义是2000年左右投入商用 核心工作频段为2000MHz以及多媒体业务最高运行速率第一阶段为2000kb s 在欧洲电信标准协会 ETSI 第三代移动通信系统被称作通用移动通信系统 UniversalMobileTelephoneSystemUMTS 3G发展大事记 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标准的制定工作 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 这次会议成为第三代移动通信标准制定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 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 3G发展大事记 续 1999年3月 ITU RTG8 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 30多家世界主要无线运营商以及十多家设备厂商针对CDMAFDD技术在国际运营者组织多伦多会议上达成融合协议 1999年6月 ITU RTG8 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 RTG8 1最后一次会议最终完成了第三代移动通信无线接口标准的制定工作 2000年5月 ITU完成了第三代移动通信网络部分标准的制定 3G实现目标 第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面 1 全球普及和全球无缝漫游的系统 第二代移动通信系统一般为区域或国家标准 而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统 2 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 3 支持高速率 高速移动环境144kb s 室外步行环境384kb s 室内环境2Mb s 的多媒体 话音 数据 图像 音频 视频等 业务 IMT 2000构想图示 实现移动通信全球无缝覆盖 正式向ITU提交的候选RTT方案 3G主要技术标准 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ITUTG8 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 IMT 2000CDMADS 对应WCDMA 简化为IMT DS IMT 2000CDMAMC 对应CDMA2000 简化为IMT MCIMT 2000CDMATDD 对应TD SCDMA和UTRATDD 简化为IMT TD IMT 2000TDMASC 对应UWC 136 简化为IMT SC IMT 2000FDMA TDMA 对应DECT 简化为IMT FT IMT 2000地面无线接口标准 3G伙伴项目 3G伙伴项目 3GPP和3GPP2 3GPP ThirdGenerationPartnershipProject http www 3gpp org 由欧洲的ETSI 日本的无线工业和商业协会ARIB 电信技术委员会TTC 韩国电信技术协会TTA 美国的电信委员会T1和中国的CWTS六个标准化组织组成 以GSM为核心网 WCDMA和CDMATDD TD SCDMA 为无线接口 3GPP2 ThirdGenerationPartnershipProject2http www 3gpp2 org 由美国的电信工业协会TIA 日本ARIB TTC 韩国TTA和中国的CWTS五个标准化组织组成 以ANSI IS 95为核心网 cdma2000为无线接口 IMT 2000系统结构 三个组成部分 1 用户终端 2 无线接入网 RAN 3 核心网 CN 四个接口 1 网络与网络接口 NNI 2 无线接入网与核心网接口 3 移动台与无线接入网接口 UNI 4 用户识别模块和移动台接口 UIM MT IMT 2000系统组成和接口 IMT 2000分层结构 IMT 2000分层结构 续1 1 物理层 PHY 由一系列下行物理信道和上行物理信道组成 在物理信道上传输原始比特 为MAC层和更高层提供信息传输服务 2 链路层 由媒体接入控制 MAC 子层和链路接入控制 LAC 子层组成 MAC子层根据LAC子层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QoS级别 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 IMT 2000分层结构 续2 3 高层 它集OSI模型中的网络层 传输层 会话层 表达层和应用层为一体 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 短信息等 的控制与处理等 IMT 2000系统频段 1 主要工作频段 1 频分双工 FDD 方式 1920 1980MHz 2110 2170MHz 2 时分双工 TDD 方式 1880 1920MHz 2010 2025MHz2 补充工作频段 1 频分双工 FDD 方式 1755 1785MHz 1850 1880MHz 2 时分双工 TDD 方式 2300 2400MHz 与无线电定位业务共用 均为主要业务 共用标准另行制定 3 卫星移动通信系统工作频段 1980 2010MHz 2170 2200MHz 3G频谱分配 中国2G 3G的频谱分配 中国3G频谱分配 2G向3G演进预测 据预测 3G移动通信市场的发展分为以下三个阶段 1 初期 2001 2005年 2G移动通信网 主要是GSM和IS 95CDMA 继续发展和扩大 局部地区 城市等用户密集区 开始提供3G移动通信业务 数据传输速率局限在384kb S以下 地区和国际漫游仍依赖2G移动通信系统 2 中期 2004 2010年 3G系统的高速成长期 2G网络和系统停止发展 全国或全球覆盖的3G移动通信网建设成功 全面达到IMT 2000的各项要求 3 后期 2010年 全球25 以上人口使用3G系统 开始推出4G设备 提供更高速率的多媒体业务 WCDMA标准发展 WCDMA标准规划清晰 制定严谨WCDMA支持HSDPA 顺应未来高速无线数据业务的需求WCDMA将分阶段引入IP 目标是实现全网的IP化WCDMA2001 06及以后发布的协议能够保持前向兼容 3GPPRel99 2000 03 2001 03 2002 03 GSM GPRS核心网WCDMAFDD 电路域IP话音承载电路域CS MGWTD SCDMAVoIPQoS是关键 IP实时多媒体HSDPA 2004 06 MBMSMIMO 3GPPRel5 3GPPRel4 3GPPRel6 WCDMA标准发展 Release991999年12月发布 基于GSM的核心网络 确定WCDMA无线传输技术的接口 引入新的无线接入网 目前已经基本冻结 Release42001年3月首次发布 TD SCDMA技术被3GPP接受 Release4在核心网电路域中实现了软交换 即将传统的MSC分离为媒体网关和MSC服务器两个部分 向全IP的核心网迈出了第一步 WCDMA标准发展 续1 Release52002年3月首次发布 全IP核心网的第一个版本 核心网引入了IP多媒体子系统 IMS 无线接入网定义了采用IP传输的可选方式 无线接口部分支持高速下行分组接入 HSDPA 技术 下行数据接入速率理论上可高达14 4Mbps 同时可以把同样无线频段中的系统数据容量提高一倍以上 引入了高速下行共享信道 HS DSCH 采用缩短的子帧和高阶QAM调制 采用自适应调制编码AMC和物理层混合自动重传HARQII III 直接在NodeB中进行快速包调度 WCDMA标准发展 续2 Release62004年12月发布 引入了高速上行分组接入 HSUPA HSUPA采用自适应调制编码AMC 混合自动重传HARQ以及更加灵活的NodeB快速调度等技术 理论上可为用户提供5 8Mbps的上行数据接入 引入了多媒体广播和组播业务 MBMS MBMS可在无线接入网中实现点到多点的高速多媒体业务广播和组播 实现了网络资源的共享 提高了网络资源特别是无线资源的利用效率 多个运营商共享接入网 且有各自独立的核心网或业务网 WCDMA标准发展 续3 Release73GPP在R7版本主要继续R6未完成的标准和业务 如多输入多输出 MIMO 技术 包括多种MIMO实现技术等 考虑支持通过CS域承载IMS话音 通过PS域提供紧急服务 提供基于WLAN的IMS话音与GSM网络的电路域的互通 提供xDSL和CableMode等固定接入方式 同时 引入OFDM 完善HSDPA和HSUPA技术标准 目前 R7标准正在制定中 cdma2000标准发展 1XRelease0 1XReleaseA EV DO Rev 0 EV DORev A n 电路域 ANSI 41 n 分组域 mobileIP n 最大速率 153 6k bps n 商用版本 2000 年底 1999 年底 2001 年初 2001 10 标准完成时间 n 最大速率 307 2k bps n 语音和数据 n 最高速率 2 4M bps n 单独载波支持数 据业务 2004 3 n 最高速率 前向3 1M 反向1 8M n 同时支持数据和VoIP业务 EV DORev B n 最高速率 20MHz 前向73M 反向27M 2006 1Q cdma2000标准发展 续1 Release0由TIA于1999年6月制定完成 规定了cdma2000空中接口 核心网基于ANSI 41 使用IS 95B的开销信道 并增加了新的业务信道和补充信道 其数据速率可达153kbit s 采用了质量指示器位 QIB 模式的前向快速功率控制和观察时间差 OTD 模式的前向发送分集技术 支持快速寻呼信道和反向导频信道 cdma2000标准发展 续2 ReleaseA2000年3月由3GPP2制定完成 数据速率可达307 2kbit s 前向快速功率控制采用QIB模式 前向发送分集为同步传输信号 STS 模式 支持辅助导频 支持QoS功能 在0版本的基础上增加了新的公共信道 F BCCH F CCCH F CACH FCPCCH R EACH和R CCCH 采用了无线链路协议 RLP 来保证全速率数据业务的可靠传输 支持并发业务和增强型的加密协议 同时还提供对多媒体业务的信令支持 cdma2000标准发展 续3 ReleaseB于2002年4月由3GPP2制定完成 B版本与A版本基本相同 主要新增了救援信道 RescueChannel 以提高通话的可靠性 降低掉话率 ReleaseC于2002年5月由3GPP2制定完成 C版本在前向链路 从基站到移动台 中引入了高速数据支持能力 前向链路最大数据速率可达3 1Mbit s 是一个基于全IP核心网的版本 ReleaseD于2004年3月由3GPP2制定完成 D版本反向链路 从移动台到基站 最大数据速率可达1 8Mbit s TD SCDMA标准发展 TD SCDMA在3GPP融合 TD SCDMA写入3GPPR4 1998 6 1999 12 2000 5 标准完成时间 2001 3 TD SCDMA提交到ITU ITU正式通过3G标准 TD SCDMA标准发展 续1 2000年5月 TD SCDMA被ITU T接纳为3G主流标准之一 2001年3月16日 TD SCDMA无线接口技术被3GPP在3GPPR4阶段引入到其标准制定中 并同意将两种TDD技术进行融合 TD SCDMA演进的基本原则是 在B3GTDD系统完成商用之前 不断地增强TD SCDMA系统的性能 提高覆盖和传输能力等 以满足不断增长的移动数据业务需求 TD SCDMA的增强和演进路线图如下图所示 可以分为TSM TD SCDMA移动通信系统 LCR 低码片速率 HDR 高数据速率 B3GTDD和4G等5个阶段 下面重点介绍3G演进的3个阶段 TD SCDMA标准发展 续2 TD SCDMA的增强和演进路线 TD SCDMA标准发展 续3 TSMTSM系统是基于GSM GRPS核心网 由大唐和西门子提出 在中国无线通信标准研究组 CWTS 进行预研和技术规范的制订 TSM是TD SCDMA发展的第一个阶段 它是TD SCDMA无线传输技术兼容于GSM GPRS核心网的一种解决方案 属于中国无线通信标准组的一套技术规范 TSM接入网络主要包括基站收发信台 BTS 基站控制器 BSC LMT 本地维护终端 OMC R 无线维护操作中心 和TRAU 码型变换 速率适配器 等 TD SCDMA标准发展 续4 LCRLCR是一个真正意义上的3G系统 它提供所有3G要求的业务 作为IMT 2000的标准之一 LCR是被ITU T和3GPP正式采纳的一个国际标准 保持与FDD的平行发展 它采用了3GPP的高层协议和TD SCDMA空中接口 能满足ITU T对IMT 2000的各方面要求 TD SCDMA标准发展 续5 HDRHDR是TD SCDMA系统的增强和演进阶段 相对于原有的TD SCDMA空中接口系统 它的数据传输能力和覆盖能力都得到很大的增强和提高 它采用MIMO 多输入多输出 AMC 自适应调制和编码 和HARQ 混合自动请求重传 等技术 可以提供和TD SCDMA的HSDPA 高速下行链路数据分组接入 以及cdma20001xEV DO相当的数据传输能力 3G三种主要技术的比较 3G三种主要技术的比较 续1 3G三种主要技术的比较 续2 综观这三大主流技术 就发展背景而言 cdma2000和WCDMA以成熟的二代CDMA FDD技术为基础 源于欧洲及北美两大移动通信阵营 均有世界知名运营和制造业厂商作支撑 具有强大的研发及产业化优势 其主要优势在于已有二代的成功运营经验和高度的市场认知度 在技术上较TD SCDMA成熟 另外FDD技术在满足终端高速移动方面优势明显 缺点是由于采用5MHz标称射频带宽 频谱利用率及抗干扰能力较TD SCDMA低 设备成本较高 3G三种