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移动通信简介 第一章概论 1 1移动通信的发展历程和发展方向1 2移动通信的定义及主要特点1 3移动通信系统的分类1 4常用移动通信系统1 5移动通信的基本技术1 6移动通信的标准 构成社会的三大基本要素 物质 能量和信息物质 交通网能量 电力网信息 通信网 信息的传输和交换 消息交流和传递方式 表情 动作 远古时代 语言 文字 烽火台 旌旗 旌鼓 信号灯 电通信 1 1移动通信的发展历程和发展方向 通信的目标 个人通信 PCN PersonalCommunicationNetworks 5W任何人 Whoever 任何时候 Whenever 任何地方 Wherever 与另一个人 Whomever 任何方式 Whatever 1 1移动通信的发展历程和发展方向 个人通信的概念个人通信 PCN 任何人在任何时间 任何地点与任何人其他人以任意方式进行的通信 任何时间 要求支持动中通 无线通信是前提 任何人 要求支持巨大用户量 频谱资源有限 任何地点 要求无缝覆盖 传输能力有限 任何方式 要求多媒体 处理能力有限 1 1移动通信的发展历程和发展方向 国际无线电标准化工作主要由国际电信联盟 ITU 负责 它是设于日内瓦的联合国组织 下设四个永久性机构 综合秘书处 国际频率登记局 IFRB 国际无线电咨询委员会 CCIR 以及国际电话电报咨询委员会 CCITT 1 1移动通信的发展历程和发展方向 1 1移动通信的发展历程和发展方向 移动通信技术从其诞生到现在 经历了1G 2G 3G 4G的发展过程 1 1移动通信的发展历程和发展方向 第一代移动通信系统 1G 1880年赫兹首次进行无线通信实验 1897年马可尼进行海上无线通信 岸站与驳船之间 距离为18英里 1921年美国底特律 Detroit 警察局首次将无线电台装在外出巡逻车上 2MHz 单向调度 车台只接收 1930年纽约 NewYork 警察局将无线电台装在外出巡逻车上 双向电台 2MHz 无中心 1946年美国圣路易斯市首先建立人工转接小容量汽车电话系统 以基地台为中心 大区制 FM 150MHz 单工方式 1964年美国的改进电话系统IMTS ImprovedMobileTelephoneServices 系统开通 150MHz MJ系列 半双工 自动转接 1969年IMTS系统扩展到450MHz MK系列 成为美国移动电话标准 1 1 1第一代移动通信系统 1G IMTS动画演示 IMTS系统 单个基站覆盖整个服务区 1 1 1第一代移动通信系统 1G 大区制电话系统IMTS存在问题 容量不足1969年 美国贝尔实验室提出蜂窝移动通信系统的概念 并开始研制小区制蜂窝汽车移动电话系统AMPS AdvancedMobilePhoneService 1978年AMPS系统研制结束1979年AMPS系统在芝加哥实验成功1983年AMPS系统投入商用AMPS系统的出现标志着第一代移动通信系统 1G 的诞生 1 1 1第一代移动通信系统 1G 其他1G系统包括 英 TACS TotalAccessCommunicationSystem 北欧 NMT450 900 NordicMobileTelephon450 900 法 RadioComm2000 MobilePhoneinFrance 德 C 450 MobilePhoneinGermanyandPortugal 日 NTT NipponTelephoneandTelegraph 1 1 1第一代移动通信系统 1G 模拟蜂窝网移动电话系统结构 1G 1 1 1第一代移动通信系统 1G 第一代蜂窝移动通信系统的特点 1 采用模拟方式 话音以FM方式调制 FDMA多址方式 2 以国家为主制定标准 先有设备 后有标准 多而复杂 各系统间没有公共接口 互不相容 无法实现国际漫游 3 无法与固定网向数字化推进相适应 数据业务很难开展 4 频谱利用率低 无法适应大容量的需求 模拟方式时信噪比要求高 5 安全保密性差 易被窃听 易被并机 第二代移动通信系统 2G 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G 80年代初欧洲电信运营部门发现5 6种模拟制式 格局四分五裂 形不成规模 1982年欧洲电信管理部门会议上CEPT ConferenceofEuropeanPostandTelecommunicationAdministration 成立GSM GroupSpecialMobile特别移动小组 专题小组 1986年GSM专题小组在法国巴黎进行现场验 1987年确定泛欧GSM标准 GSMGlobalSystemforMobileCommunication 全球移动通信系统 GSM的出现标志着第二代移动通信系统 2G 的诞生 由于GSM标准的开放性 世界上许多著名的通信公司都在生产和提供GSM系统设备 因而系统获得了广泛的应用 取得了巨大的商业成功 目前 全球共166个国家和地区400多家运营商使用GSM系统 GSM用户近10亿 占总移动用户的73 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G 其他的2G系统包括 美 D AMPS 日 JDC 美 Q CDMA Qualcomm 1989年 1990年D AMPS被EIA ElectricalIndustryAssociation 颁布为IS 54标准1992年Q CDMA被EIA颁布为IS 95标准 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G 数字蜂窝移动通信网的结构 MSMobileStation移动台TETerminalEquipment终端设备BSSBaseStationSubsystem基站子系统BSCBaseStationController基站控制器BTSBaseTransceiverStation基站收发台NSSNetworkSubsystem网络交换子系统MSCMobile servicesSwitchingCentre移动交换中心AuCAuthenticationCentre鉴权中心HLRHomeLocationRegister归属位置寄存器VLRVisitorLocationRegister访问位置寄存器EIREquipmentIdentityRegister设备标识寄存器OMCOperationManagementCenter操作维护中心 数字蜂窝移动通信网的结构 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G 第二代数字蜂窝移动通信系统 2G 特点 1 先有标准 后有设备 2 安全保密性好 3 适应固定网的数字化发展 4 数字方式传输 系统容量提高 TDMA多址方式 理论上 FDMA和TDMA方式具有相同的频谱利用率 但数字方式可采用信道编码 交织 均衡等技术 故可在相同的通信质量要求下 降低同频复用的信噪比要求 从而提高频率复用次数 1 1 2第二代蜂窝移动通信系统 2G GSM标准phaseone 第一阶段 1988年春开始 92年底结束 phasetwo 第二阶段 1993年底完成 设备于94 95进入市场 phase2 1994年6月开始 phase2 标准最后还将并入phasetwo阶段标准 制定标准时考虑兼容性要求 前后向兼容 GSM标准中各阶段的差异主要表现在GSM系统提供的补充业务上 第三代移动通信系统 3G 1985年 ITU 国际电信联盟 针对当时移动通信系统在不同网络之间无法实现漫游 提出了第三代移动通信系统 3G 方案 称为FPLMTS FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem 未来公用陆地移动通信系统 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G Why3G 目标 个人通信 PCN PersonalCommunicationNetworks 5W任何人 Whoever 任何时候 Whenever 任何地方 Wherever 另一个人 Whomever 任何方式 Whatever 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 个人通信的概念 1 ITU提到UPT UniversalPersonalTelecommunication 含义 UPT允许在个人移动的情况下获得电信业务 它能使一个UPT用户享用一组由用户规定的预定业务 并利用一个对网络透明的UPT个人通信号码 PTN PersonalTelecommunicationNumber 跨越多个网络 在任何地理位置的任何一个固定的或移动的终端上发起或接收呼叫 它只受终端和网络能力以及网络经营者的规定所限制 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 移动通信技术是实现个人通信的重要基础 移动通信的根本特征是移动性 Mobility 移动性的两种含义 终端移动性 TerminalMobility 通信到终端 个人移动性 PersonalMobility 通信到个人 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 个人通信的实现途径 1 规划 设计和建设一种覆盖世界范围内的全新个人通信网 2 选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造 使其成为遍及全球 功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网 由蜂窝移动通信系统演进而来 由无绳电话系统扩展而来 由卫星移动信系统发展而来 3 综合利用现有各种通信系统发挥各自优点 统一标准 互联互通 实现个人通信目标 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 个人通信的概念 2 个人通信 PCN 任何人在任何时间 任何地点与任何人其他人以任意方式进行的通信 任何时间 要求支持动中通 无线通信是前提 任何人 要求支持巨大用户量 频谱资源有限 任何地点 要求无缝覆盖 传输能力有限 任何方式 要求多媒体 处理能力有限 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 全球化提供全球海 陆 空三维无缝覆盖 支持全球漫游业务 综合化提供语音和非语音业务 特别是多媒体业务 个人化足够的系统容量 强大的多种用户管理能力 高保密性能和服务质量 移动网和固定网相同 话音质量与ADPCM32Kbps相当 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 3G的目标 1991年ITU正式成立了ITU RTG8 1任务组 专门负责第三代移动通信系统标准的制定工作 1992年世界无线电管理大会 WARC 分配给FPLMTS使用频段为 1885 2025MHz和2110 2200MHz 共计230MHz 1996年ITU将3G改名为IMT2000 InternationalMobileTelecommunicationsSystem 国际移动通信系统2000 InternetMobile MultimediaTelecommunication 其中 2000的含义为该系统工作在2000MHz 1 8 2 3GHz 频段 在2000年前后投入商用 系统最高传输速率为2000Kbps 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1996年3月ITU RTG8 1在巴西召开的第16次会议上 提出 IMT 2000家族 概念 1997年3月ITU向各成员国征集IMT2000系统RTT 无线传输技术 空中接口技术侯选方案 1998年6月最后10个地面移动通信系统方案经合并 融合为同步CDMA FDD TDD cdma2000和异步CDMA FDD TDD WCDMA两个标准 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1999年11月5日ITU RTG8 1最后一次会议在赫尔辛基结束 通过第三代移动通信系统标准 并将规范建议正式提交给2000年5月召开的世界无线电大会 我国提出的TD SCDMA标准建议也被国际电信联盟正式采纳为IMT 2000系列标准之一 其中包括1 以TDMA为基础的两种 DECT UWC 1362 以CDMA为基础的八种 WIMSW CDMA TD SCDMA W CDMA CDMAII UTRA NA W CDMA CDMA2000 CDMAI3 用于卫星系统的五种 SAT CDMA SW CDMA SW CTDMA ICO RTT Horizons 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 最后形成IMT 2000三种主流标准 1 WCDMA 欧洲ETSI提出 核心网基于GSM网络2 cdma2000 美国TIA提出 核心网基于IS 95网络3 TD SCDMA 我国CATT提出 时分双工 TDD 同步技术 软件无电技术 智能天线两个协调组织 3GPP ThirdGenerationPartnershipProjects 负责协调WCDMA 3GPP2 ThirdGenerationPartnershipProjects2 负责协调cdma2000 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 3GPP成员 ETSI 日 ARIB 韩 TTA 美 TIA及 中国 CCSA3GPP2成员 TIA ARIB TTA及CCSAITU 国际电信联盟 负责和领导IMT 2000标准化的研究工作 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1 1 3第三代移动通信系统IMT 2000 3G 第3代移动通信朝个人通信方向迈进了一大步 IMT 2000移动通信系统的性能为 话音质量相当于公共交换电话网 PSTN 的质量 满足移动高比特率 可半变速率的需求 支持电路和分组交换数据业务 自适应无线接口技术 支持上下链路不对称需求 良好的兼容性能 3G的特点 频谱利用率高 支持各类移动通信终端 可灵活增添新业务和技术 3G成功的关键与2G系统良好的前向兼容性以解决两代系统之间的转接问题 保护大多数运营商及用户的利益 并充分地利用已有的通信网络资源 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 对无线传输技术 RTT 提出以下要求 高速传输以支持多媒体业务 1 室内环境 固定环境 至少2Mbps2 室内外步行环境至少为384Kbps3 室外车辆运动中至少为144Kbps4 卫星移动环境至少为9 6Kbps 传输速率能按需分配 上下行链路能适应不对称需求 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 截止到2004年11月 信息产业部组织实施了全球规模最大的3G技术网络实验 全球共有发放3G许可证131张 其中有效许可证126张 82家运营商在40个国家部署了3G网络 其中65家推出了cdma20001X服务 17家推出了WCDMA服务 2006年年底前先期在2008年奥运会6大协办城市建设TD SCDMA试用网 该6大协办城市分别是 天津 上海 青岛 秦皇岛 沈阳 香港 1 1 3第三代蜂窝移动通信系统 3G 3G的商用情况 第四代移动通信系统 4G 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 发展4G的必要性 高速数据传输业务成为业务的重点 高速数字业务成为3G的性能瓶颈 3G无法提供真正意义上的高速数据业务 且高速数据业务的存在严重影响系统的容量和稳定性 在CDMA结构下提供高速数据业务需克服更大的干扰 提供高速率数据业务网络结构的设想 后三代移动通信系统 Beyond3G 第四代移动通信系统 4G 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 4G的目标 提高移动装置无线访问互联网的速度 具有非对称的超过2Mbps的数据传输能力 4G系统将是多功能集成的宽带移动通信系统 是宽带接入IP系统 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 4G业务 传统的语音和短信息业务 高达20Mbps的高速数据业务 常用的Internet业务 如WWW 高速下载和电子邮件等 在线交易以及移动电子商务E BUSINESS 位置服务 公司数据库接入 广播 以及多点 多组数据传输 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 4G的特点全集成业务统一的无线接入自组网络软件依赖性基于路由的全IP网络动态支持各种传输类型 空中接口 终端类型 无线环境 QoS类型和各种移动模式虚拟归属环境 VHE VirtualHomeEnvironment 高速 高效的空中接口和接入网结构多种用户设备 关键技术 OFDM技术 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 正交频分复用技术MIMO技术 MIMO MultipleInputandMultipleOutput 无线接入中多输入多输出技术软件无线电技术 将标准化 模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台 利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术智能天线技术功率控制多用户检测技术 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 OFDM技术在频域内将给定的信道分成许多窄的正交子信道 在每个子信道上使用一个子载波进行调制 并且各子载波并行传输 OFDM技术因将整个信道带宽划分成若干个子信道 每一子信道用子载波调制时 允许相邻子载波之间有很大程度的重叠 频谱利用率高 OFDM技术通过串并转换过程将高速传输的数据变为较低速率的传输 从而使传输信道具有平衰落特性 可有效地克服信道频率选择性的影响 减少ISI对系统性能的影响 OFDM实现调制与解调不同于传统的调制方式 而是通过FFT的正 逆变换实现的 系统实现的复杂度不高 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 项目的研究内容 多址技术双工技术多载波调制MIMO信道编码与交织信道估计调制技术软件无线电 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 智能天线 SmartAntenna 基本概念基于天线阵列原理 利用天线阵的波束赋性产生多个独立的波束 并自适应的调整波束方向来跟踪每一个用户 达到提高信号干扰噪声比 SINR 增加系统容量的目的 智能天线包括 1 对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角 DOA 估计 并进行空间滤波 抑制其它移动台的干扰 2 对基站发送信号进行波束形成 使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台 从而降低发射功率 减少对其它移动台的干扰 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 智能天线的作用提高SINR 改善通信质量增加系统容量 提高用户数量提高频谱利用率扩大通信覆盖区域降低基站发射功率自动跟踪用户信号 位置定位减小用户发射功率 提高电池寿命抗干扰 抗衰落 抗多径 1 1 4第四代移动通信系统 4G 的展望 2G向3G系统演进的方式 背景第二代移动通信系统拥有庞大的基础硬件设施和众多移动用户 要求3G由2G平滑演进来实现 WCDMA标准由GSM演变而来 是IMT 2000 3G 家族成员之一 我国拥有世界上最大的GSM网络 移动用户规模在全球居首位 因而研究GSM网络向IMT 2000系统过渡期间的演进方案是十分必要的 1 1 52G向3G系统演进的方式 1 1 52G向3G系统演进的方式 国内移动通信系统的发展状况 1974年前军队 公安 邮电 交通等部门专用 74系列设备 频道间隔100KHz 1974年后出租车调度系统 80系列设备 频道间隔50KHz 1980年原邮电部第一研究所研制成功150MHz大区制系统 在上海试用1984年上海开通第一家无线寻呼台1987年广州开通TACS系统 Ericsson设备 1992年深圳开通CT 2 随后广州 番禺 悟洲 绍兴 大连等地开通1993年浙江嘉兴引进Alcatel设备开通GSM实验网1994年中国联合通信公司成立 电信 联通大规模建设GSM系统 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 1996年前TACS系统A B网互联A网 Motorola设备 共21个省市B网 Ericsson设备 共11个省市1997年中国电信长城公司 邮电与军队合办 在北京 上海 广州 西安分别采用Motorola 三星 朗讯 北方电讯设备开通CDMA实验系统 IS 95A 1999年全国各地陆续开通无线接入系统 PHS PAS 小灵通 2001年模拟移动系统退出市场 6月30日前 最迟2001年年底 2001年联通公司在窄带CDMA实验网基础上 大规模建设全国CDMA网2002年中国移动开通GPRS业务 5月17日 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 全国用户发展情况1987年11月 1997年7月1000万1997年7月 1998年8月2000万2000年9月底6500万2001年12月底14500万2003年6月底23447万2004年3月底29030万2004年5月底3 00559亿2004年10月底1 977 中国移动 1 0899 联通 亿 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 终端 手机 市场状况三大巨头 诺基亚 摩托罗拉 三星 索 爱 85 四大家族 飞利浦 松下 明基 西门子 NEC 11 散兵游勇 萨基姆 阿尔卡特 三菱 4 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 1999年国家启动移动通信产品研发专项 重点支持十家手机生产企业 中兴 东信 海尔 TCL 科健 夏华 南方高科 波导 康佳 首信 进展1998年国产设备占有率为零1999年基站2 手机3 交换设备4 2000年基站10 手机10 交换设备12 2003年手机51 2004年手机60 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 目前 拥有GSM和CDMA手机牌照的厂家有12家 科健 康佳 中兴 南方高科 厦华电子 被联想收购 东信 波导 海尔 TCL 首信 中电通信 摩托罗拉 仅拥有GSM牌照的厂家 国内企业 6家 南京熊猫 夏新 托普 天时达 多普达 易美 外资或合资企业 11家 诺基亚 三星 索尼爱立信 西门子 台湾大霸 后改名迪比特 飞利浦 松下 阿尔卡特 LG 京瓷 NEC 仅拥有CDMA牌照的厂家 7家 大唐 京瓷振华 浪潮 海信 大显 普天通信 天津电话设备厂 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 1987年11月18日 中国移动通信的第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东省建成并投入商用 2001年12月31日 中国移动通信关闭模拟移动电话网 1995年 中国移动通信GSM数字电话网正式开通 截止到2004年3月 客户总数超过2亿户 中国移动通信的网络演进 1 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 2000年12月21日 中国移动通信集团公司在北京宣布 正式启动GPRS网络的建设 到2001年6月 中国移动通信完成了GPRS一期工程 2001年7月9号投入试商用 2002年5月17日 中国移动通信GPRS业务正式投入商用 中国移动通信的网络演进路线 GSM GPRS WCDMA 中国移动通信的网络演进 2 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 GPRS GeneralPacketRadioService 通用分组无线业务GSMPhase2 1规范实现的内容之一 能提供比现有GSM网9 6kbit s更高的数据率 采用与GSM相同的频段 频带宽度 突发结构 无线调制标准以及相同的TDMA帧结构在GSM系统的基础上构建GPRS系统时 GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动 只需作软件升级 中国移动通信的网络演进 3 GPRS系统简介 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 GPRS网络可以看作是在现有GSM网络上叠加一个分组子网 需要增加的新设备包括 分组控制单元PCU 服务GPRS支持节点SGSN 网关GPRS支持节点GGSN 计费网关CG等节点 此外还需对原有的GSM设备如 BTS BSC MSC VLR HLR SMC等进行升级 使其支持Phase2 接口协议 GPRS网络结构 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 资源利用率高传输速率高接入时间短支持IP协议和X 25协议 GPRS系统的优势 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 GPRS会发生包丢失现象实际速率比理论值低终端不支持无线终止功能调制方式不是最优 GMSK 存在转接时延 GPRS系统存在的问题 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 中国联合通信有限公司成立于1994年7月19日中国联通已经开始建设cdma 1X网络作为向第三代移动通信系统的过渡2004年7月19日联合通公司开通双模业务 GSM CDMA 世界风 2004年10月CDMA用户数2652万 GSM用户达8242 6万 总数达1 0899亿户 中国联通的网络 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 前向快速功率控制技术前向快速寻呼信道技术前向链路发射分集技术反向相干解调连续的反向空中接口波形Turbo码使用灵活的帧长增强的媒体接入控制功能 cdma2000 1X关键技术 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 对于CDMA已覆盖地区存在两种组网方案 IS 95网络升级到cdma2000 1X建设cdma2000 1X cdma2000 1X工程组网情况 1 1 6国内移动通信系统的发展状况 第2章移动通信的展望 个人通信 2 1个人通信概述2 2关于个人通信的国际标准2 3第三代移动通信的新技术 2 1个人通信概述 2 1 1个人通信的概念2 1 2实现个人通信的途径 2 1 1个人通信的概念 目标是实现 个人通信网 PCN 无论任何人 Whoever 在任何时候 Whenever 在任何地方 Wherever 与另一个人 Whomever 进行任何方式 Whatever 2 1 1个人通信的概念 国际电信联盟 ITU 提到通用个人通信 UPT UniversalPersonalTelecommunication 其含义是 UPT允许在个人移动的情况下获得电信业务 它能使一个UPT用户享用一组由用户规定的预定业务 并利用一个对网络透明的UPT个人号码 跨越多个网络 在任何地理位置的任何一个固定的或移动的终端上发起或接受呼叫 它只受终端和网络能力以及网络经营者的规定所限制 2 1 1个人通信的概念 个人通信 PC 任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信 任何时间 要求支持动中通 无线通信是前提 任何人 要求支持巨大用户量 频谱资源有限 任何地点 要求无缝覆盖 传输能力有限 任何形式 要求多媒体 处理能力有限 2 1 2实现个人通信的途径 1 规划 设计和开发一种覆盖世界范围的全新个人通信网 2 选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造 实现一个遍及全球 功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网 3 综合利用现有的各种通信网络 发挥各自的优点 取长补短 在统一要求和统一标准下 突破关键技术 解决各种网络之间的互连互通 加强通信网络的智能化管理功能 以实现全球性的个人通信网 2 2关于个人通信的国际标准 2 2 1第三代移动通信系统理论和发展概况2 2 2几个主要标准化组织的活动情况简介 2 2 1第三代移动通信系统理论和发展概况 当前第三代移动通信的主要发展目标是 能提供高质量业务 能支持面向电路和面向分组业务 能工作在各种通信环境 具有更高的频谱效率 网络结构可配置成不同形式 以适应各种服务需要 具有高级的移动管理 能保证大量用户数据的存储 更新 交换和实时处理等 2 2 1第三代移动通信系统理论和发展概况 已提出的第三代移动通信系统主要有 1 由国际电信联盟 ITU 提出的 国际移动通信2000 IMT 2000 2 由欧洲电信标准协会 ETSI 提出的 通用移动通信系统 UMTS 3 截至1998年12月 世界各国已向ITU提交的无线传输技术 RTT 建议有 2 2 1第三代移动通信系统理论和发展概况 1 以TDMA为基础的两种 DECT UWC 1362 以CDMA为基础的八种 WINSW CDMA TD SCDMA W CDMA CDMAII UTRA NA W CDMA CDMA2000 CDMAI3 用于卫星系统的五种 SAT CDMA SW CDMA SW CTDMA ICO RTT Horizons 2 2 2几个主要标准化组织的活动情况简介 1 1985年ITU R CCIR 成立了临时工作组 开始研究适用于全球运营的FPLMTS 1991年成立工作组负责FPLMTS的标准制定 1992年 世界无线电管理大会 WARC 分配给FPLMTS IMT 2000的使用的频段为 1885 2025MHz和2110 2200MHz 共计320MHz 2 2 2几个主要标准化组织的活动情况简介 2 欧洲电信联盟在1987年提出了UMTS的概念 UMTS的标准制定由ETSI特别移动组 SMG 的分组SMG5负责 SMG5于1992年开始工作 下设5个工作组 欧洲各个UMTS科研项目的研究成果都要送交SMG5 由它进行标准制定 1998年1月举行的ETSISMG24会议上 与会代表就UMTS的地面接口 UTRA 达成了一项重要协议 把W CDMA和TD CDMA两种技术用于第三代移动通信系统UMTS的无线电接口 两种方案在有关无线电接口参数和协议方面 都尽可能保持与GSM网络协调的余地 预计未来的UMTS和GSM可能会长期并行工作 2 2 2几个主要标准化组织的活动情况简介 3 美国在发展个人通信和第三代移动通信系统方面采取和欧洲不同的策略 美国是采用频谱拍卖 鼓励竞争以实现个人通信业务 PCS 由于美国未强调统一的标准 因而美国出现了多种互不兼容的空中接口标准 为了实现现有移动通信系统向第三代移动通信系统的平稳过渡 又可允许现有的移动通信系统和未来移动通信系统共存运行 人们目前公认的一种可行方案是把未来的通信系统划分成两个部分 无线接入网络 AC 和核心网络 CN 并在有关网络中设置适配器或互通功能模块 以实现整个网络的互连互通 2 3第三代移动通信的新技术 2 3 1新型调制技术2 3 2智能天线2 3 3多用户信号检测2 3 4无线ATM2 3 5多层网络结构2 3 6位置区和寻呼区的管理2 3 7软件无线电 2 3 1新型调制技术 1 多载波调制 1 多载波正交振幅调制 MC QAM 2 正交频分复用和码分多址结合 OFDM CDMA 2 3 1新型调制技术 2 可变速率调制 1 可变速率正交振幅调制 VR QAM 2 可变扩频增益码分多址 VSG CDMA 3 多码码分多址 MC CDMA 2 3 2智能天线 基本概念 基于天线阵列原理 利用天线阵的波束赋性产生多个独立的波束 并自适应的调整波束方向来跟踪每一个用户 达到提高信号干扰噪声比 SINR 增加系统容量的目的 2 3 2智能天线 2 3 2智能天线 智能天线的作用提高SINR 改善通信质量增加系统容量 提高用户数量提高频谱利用率扩大通信覆盖区域降低基站发射功率自动跟踪用户信号 位置定位减小用户发射功率 提高电池寿命抗干扰 抗衰落 抗多径 2 3 3多用户信号检测 多用户检测的起因 多址干扰 MAI CDMA的干扰 加性白噪声 多径干扰 多用户间的干扰 MAI的影响 远近效应 容量下降减小多址干扰的方法 新的码型设计 Walsh函数 小波变化 实际中的系统设计 定时同步 功率控制技术智能天线多用户检测技术CDMA是一个MIMO系统 传统SISO方法不能充分利用多用户的边信息 2 3 3多用户信号检测 主要优点 容量增加使用较小的扩频因子 从而降低ChipRate节省的带宽用于下行 从而增加下行链路的容量降低对功率控制的要求可减轻远近效应的影响提高功率的利用效率干扰影响的降低 导致发送功率的降低相同的功率覆盖更大的范围 主要缺点 大大增加系统的复杂度增加系统延时需知道所有用户的主要特征参量存在其他小区的MAI在设计MUD时 该效应需考虑在下行难以使用MUD 复杂 关系到移动台的成本 尺度和重量仅上行方向 则总体性能得提高有限 2 3 3多用户信号检测 2 3 4无线ATM 无线接入部分移动ATM网络部分RF48字节PCN信元或ATM信元48字节ATM信元头信头48 n字节 n 2或3信尾 移动终端 基站 支持移动性的ATM网络 用户数据 用户数据 无线ATM网络接口单元 无线ATM网络接口单元 ATM网络接口单元 2 3 5多层网络结构 底层 微小区 顶层 宏小区 2 3 6位置区和寻呼区的管理 智能寻呼算法示意图 寻呼请求 第一步寻呼 第二步寻呼 在整个LA内寻呼 末次寻呼 在LA其余部分寻呼 有响应吗 有响应吗 有响应吗 步进式吗 结束 是 是 是 是 否 否 否 否 2 3 7软件无线电 语音天线 RF段高速处理段低速处理段DDC 数字下变频DUC 数字上变频软件无线电结构简图 宽带 多频段天线 RF部分 A D A DDCDUC 高速DSP专用可编程处理器 低速DSP 其它终端 第3章3G和未来移动通信系统 3 1概述3 2软件无线电技术3 3无线传输技术3 4如何发展我国的第三代移动通信 3 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3 1IMT 2000系统的营运环境 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 3 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3 1ITU R建议的IMT 2000频带使用原则 2 频率划分 表3 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 3 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 3 3无线传输技术 RTT 3 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 3 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1