第7章3G和未来移动通信.ppt

第7章3G和未来移动通信系统 7 1概述7 2软件无线电技术7 3无线传输技术7 4如何发展我国的第三代移动通信 7 1概述 1 全球化 2 多媒体化 3 综合化 4 智能化 5 个人化 图7 1IMT 2000系统的营运环境 7 1 1IMT 2000的网络标准 1 功能结构 图7 2IMT 2000系统的功能结构 2 系统结构 图7 3IMT 2000的系统结构框图 对于无线接入网络 不论是IMT 2000系统还是现有系统 都可以看作是由下面两部分组成的 1 无线载体通用功能 RBCF 包括所有与采用的无线接入技术无关的控制和传输功能 在各种IMT 2000操作环境中 RBCF作为连接相对差错较少的宽带核心网络和各种差错较多的有限带宽无线传输技术的桥梁 2 无线传输特殊功能 RTSF 包括与无线技术有关的各项功能 它还可以进一步分为无线传输技术 RTT 和相关的无线传输适配功能 FTAF 后者将不同的RTT与通用的接入模块联接起来 3 各种业务类型及特点 无线和无线的综合 2 固定网和移动网的融合 3 陆地网和卫星网的连接 4 多种终端集成 5 多种业务的综合 向无线宽带业务发展 4 网络信令和协议 IMT 2000中的信令协议可分为节点间协议和接入协议 节点间信令协议用于网内和网间接口 包括电路相关和非电路相关两部分 接入信令协议用于移动终端和网络间的无线接口及基站 BS 与移动交换中心 MSC 或IMT 2000中相应的FE之间的有线接口 在节点间信令协议中 经过必要修改的ISUP ISDN用户部分 或B ISUP 宽带ISUP 即宽带ISDN用户部分 可作为电路相关协议 用于建立呼叫路由和建立IMT 2000与固定网之间的连接 鉴于IMT 2000的全球移动性 正在考虑采用一个统一的基于智能网应用部分 INAP 的非电路相关协议 INAP最初是用于提供和控制业务的 在IMT 2000中需要进行增强以支持移动管理功能 接入信令协议中 移动接入控制主要包括无线资源 载体控制 移动性管理和呼叫 连接控制 7 1 2ITU对IMT 2000的相关规定 1 各种规定的基本原则 发展第三代移动通信系统应遵循以下原则 方便迅速地接入各种通信业务 保证公开竞争 促进各国通信市场的发展 可以方便地增加新的通信业务 WARC 92的ITU RM 1036建议给出了IMT 2000频带使用原则 如表7 1所示 表7 1ITU R建议的IMT 2000频带使用原则 2 频率划分 表7 2IMT 2000卫星频段划分 3 卫星技术 卫星移动系统 MSS 是解决实现全球覆盖问题的有效方法 作为陆地系统的补充 卫星移动通信系统具有覆盖面积大 信号稳定 不受地形地貌影响 不受距离限制等特点 IMT 2000将是综合陆地与卫星系统的一个有机整体 卫星轨道的选择是卫星系统要考虑的首要问题之一 卫星轨道可以分为地球同步轨道 GEO 和非地球同步轨道 NGEO 两类 IMT 2000趋向于使用非同步轨道 因为NGEO可以较好地实现全球覆盖 时延较小 同时可以使用小口径的天线减小波束的投射范围 从而获得更好的全球频率重用系数 但NGEO的一个缺点是所需使用的卫星数目要比GEO的多 并且卫星相对于地区不是静止的 美军统一其战术通信系统的动机及实践 开发出了美国陆军的战术通信系统JTRS JointTacticalRadioSystem 及空军的SPEAKeasy 并由此发展出了软件无线电的概念 一部无线通信机 其通信功能由软件来实现 同样的硬件 输入不同的软件 就具有不同的通信功能 这样就可以使不同单位的不同制式的通信机可以互通 九十年代软件无线电开始进入民用通信系统 例如Vanu的软件无线电基站 软件无线电论坛 SDRForum 一个非盈利的推动软件无线电技术发展的国际组织 给出的软件无线电的定义 一个无线电系统中 天线以后就数字化 对信号的所有的必要的处理都由存放在高速数字信号处理器中的软件来完成 7 2软件无线电技术 IMT 2000要求能够在世界范围内提供多速率 多种类的业务 软件无线电技术能够提供这样一种可以支持多种标准和业务的平台 所谓 软件无线电 是指一种具有高度灵活性的无线基站或用户终端平台 它具有许多先进的特点和技术 能够提供远胜于传统无线电的灵活性和可编程性 在软件无线电中 过去许多由专门的硬件设备来完成的功能 例如信道滤波 中频转换以及基带处理等 现在都可以通过软件可编程的通用器件来实现 在IMT 2000中 随着标准和服务的进化和增加 应用软件无线电的基站或用户设备就可以在不对主要器件进行改变或更换的情况下 迅速地通过软件来升级 以适应新的标准和提供新的业务 在基站的应用中 软件无线电基站与传统的基站有许多不同的特点 其中一个主要的特点是应用软件无线电的基站 其收发信机都需要一个宽带的RF IF前端机 保证在整个用户有效带宽中进行数字化的处理工作 在用户终端中 目前由于受到价格 尺寸和功耗的限制 软件无线电技术还不可能完全应用到用户终端中 现在大都是固定编程 可以有一种或两种操作模式 随着IMT 2000的发展 用户终端需要能够适应不同的业务 不同的标准 这也将推进用户终端向完全可编程的方向发展 当用户全球漫游时 进入不同网络或具有不同的业务需求 只要有与网络相匹配的无线传输技术 RTT 就可以从网络快速下载相应软件以支持终端的可操作性 理想的软件无线电 过度型的软件无线电 采用软件无线电的好处 对用户 一机多功能 可以与各种制式的通信系统通信 可以做到真正的环球漫游 对于通信营运商 可以减少营运开销 当无线终端需要升级或改进时 无须召回 只要让用户下载新的软件就可以了 对通信设备制造商 增加了通信系统的服务功能 可以开拓更多的商机 对于专用通信系统 各种不同功能的专用系统用户数有限 因此价格很高 采用软件无线电后 不仅得到各系统可以互通的好处 而且由于统一了硬件 扩大了市场 价格也会下降 对于军队 由于军内各不同单位采用不同的通信设备 互通很难 有时一部通信指挥车上要有几部不同的通信系统的通信机 造成电子兼容问题 一部软件无线电可以和各种不同制式的通信机通信 可以方便各军事单位的联系 如果全军都采用软件无线电 所有通信机采用同一硬件 用软件实现不同功能 从而降低通信系统的采购成本 7 3无线传输技术 RTT 7 3 1向ITU提交的候选RTT方案 表7 3正式向ITU提交的候选RTT方案 1 ITU的研究进展 IMT 2000是国际电联提出的第三代移动通信系统 其无线传输技术的标准化工作主要由ITU R完成 而ITU T负责网络部分 ITU R于1997年7月发出征集无线传输技术的通函 在通函中 规定了候选RTT方案的一般要求和目标 要求各国于1998年6月底前提交候选RTT方案 到6月30日前 共有10个组织向ITU提交了十几个候选RTT方案 1999年11月在芬兰召开的ITU第18次会议上正式确定了ITM 2000的三种主流标准 我国推出的TD CDMA 美国Lucent Motorola和Qualcomm等公司提出的cdma2000 欧洲Ericsson等公司倡导的W CDMA 这三种标准均采用CDMA技术 2 欧洲的研究进展欧洲电信标准化协会 ETSI 的SMG2负责欧洲IMT 2000 UMTS的标准化进程 欧洲前后共提出以下5种UMTS IMT 2000RTT方案 W CDMA OFDMA 正交频分多址接入 TDMA TDMA和CDMA相结合的混合方案TD CD 2 CDMA ODMA 时机驱动多址接入 3 美国的研究进展 美国负责IMT 2000研究的组织有两个 一个是美国国家标准化协会 ANSI 下的T1P1组 另一个是电信工业协会 TIA 和电子工业协会 EIA 这两个组织都在研究自己的RTT方案 比较有影响的是W cdmaOne 后更名为cdma2000 由Lucent Motorola Nortel和Qualcomm以及后来加入的韩国Samsung一起提出 并且TIA已将这种方案制定成窄带CDMAIS 95的补充标准 对于第三代移动通信系统何时正式商用 美国没有一个统一的目标 在第三代问题上 美国营运商和制造商的态度截然不同 美国的第三代频段大部分已被拍卖给PCS PCS在网络和业务能力上已对目前900MHz频段上的蜂窝系统有了一定程度的提升 因此 营运商对向第三代系统过渡的需求并不急迫 而制造商们则不一样 为了保持技术领先地位 他们非常积极地参与到国外的第三代系统试验中 4 日本的研究进展日本的第三代无线传输技术标准化工作主要由ARIB负责 日本鉴于第一代模拟系统 第二代数字PDC系统只占领其国内市场的教训 决心在第三代系统的标准制定 开发及研制上走在世界前列 并和其他国际组织合作 共同打开国际市场 此外 日本目前的移动通信频谱资源已无法应付其移动用户的迅猛增长 同时 也考虑到通过第三代系统提供的多媒体业务会刺激用户的需求 因此 日本对第三代移动通信系统的研制与标准化工作非常积极 曾先后制定出6种RTT方案 经过层层筛选和合并 形成了目前的以NTTDoCoMo公司为主提出的W CDMA方案 5 我国的研究进展 20世纪90年代中期我国电信技术科学研究院 CATT 就自主开发了达到国际领先水平的SCDMA无线本地环接入技术 并在此技术的基础上发展TD SCDMA 当时欧洲的西门子 Semens 公司也在从事TDD方式的CDMA技术的研究 由于它与TD SCDMA具有诸多共同点 后来两家提出合作并弥补了相互的技术不足 最终形成了现在的TD SCDMA 7 3 2三种主流标准的RTT方案与性能比较 三种主流标准的RTT方案简介 1 W CDMA系统 R99版采用全新的W CDMA无线空中接口标准 支持2Mb s的传输速率 核心网的电路域部分采用演进的GSM网络支持话路等电路业务 核心网的分组域部分提供了移动与Internet的连接 采用演进的GPRS网络 R4标准于2001年3月完成 其中最重要的一部分是完成了中国提出的TD SCDMA标准化工作 同时将电路域的控制与业务分离 向全IP核心网结构过渡 R5版本2002年3月完成第一稿 将IP从核心网扩展到无线接入网 形成全IP的网络结构 同时在无线传输中引入HSDPA 支持高达10Mb s下行分组数据传输 R6版本计划于2002年下半年推出 将引入多媒体广播和组播业务 无线资源优化 实现3G与WLAN互联等 2 cdma2000系统 cdma2000主要由IS 95和IS 41标准发展而来 它与AMPS D AMPS和IS 95都有较好的兼容性 它在反向信道也使用了导频 同时又采用了一些新技术 使其能满足IMT 2000的要求 cdma2000可分为cdma2000 1x 单载波 1倍于IS 95A的带宽 和cdma2000 3x 多载波 3倍于IS 95A的带宽 两个系统 与IS 95相比 cdma2000主要的不同点在于 反向链路采用BPSK调制并连续传输 因此 发射功率峰值与平均值之比明显降低 在反向链路上增加了导频 通过反向的相干解调可使信噪比增加2 3dB 采用快速前向功率控制 改善了前向容量 在前向链路上采用了发射分集技术 可以提高信道的抗衰落能力 改善前向信道的信号质量 业务信道可以采用Turbo码 它比卷积码高2dB的增益 引入了快速寻呼信道 有效地减少了移动台的电源消耗 从而延长了移动台的待机时间 在软切换方面也将原来的固定门限改变为相对门限 增加了灵活性 为满足不同的服务质量 QoS 支持可变帧长度的帧结构 可选的交织长度 先进的媒体接入控制 MAC 层支持分组操作和多媒体业务 3 TD SCDMA系统 TD SCDMA系统有着如下要点 1 和3GPPUTRATDD TD CDMA 的相同之处 使用TDD双工方式 同时使用FDMA TDMA CDMA 使用相同的QPSK射频调制解调技术 使用相同的正交可变扩频系数的扩频调制方法 使用相同的超帧和无线帧长度 使用相同的数据复接和分接方法 在信道编码和交织方面 使用和3GPP完全相同的技术 CDMATDD将使用完全相同的第二 第三层信令 2 TD SCDMA所使用的特殊技术和设计 TD SCDMA是一个同步CDMA的系统 用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步 TD SCDMA是一个基于智能天线的系统 充分发挥了智能天线的优势 并在未来可能使用空分多址 SDMA 基于软件无线电技术 所有基带数字信号处理均采用软件实现 而不依赖ASIC 在基带数字信号处理上 联合使用了智能天线和联合检测技术 达到比UTRATDD高一倍的频谱利用率 基于智能天线 使用接力切换技术 和CDMA的软切换相比 简化了用户终端的设计 克服了软切换要长期大量占用网络资源和基站下行信道资源的缺点 2 三种主流标准的RTT方案性能比较 CDMA技术的利用程度 2 同步方式 功率控制和支持高速能力 3 在频谱利用率方面 TD SCDMA具有明显的优势 被认为是目前频谱利用率最高的技术 4 TD SCDMA技术在许多方面非常符合移动通信未来的发展方向 5 市场前景 表7 4三种第三代候选标准比较简表 表7 4三种第三代候选标准比较简表 7 4如何发展我国的第三代移动通信 7 4 1我国发展3G的有利条件 我国发展3G有以下五点有利条件 1 大