刘世江的论文10.9

目录目录 摘要 1 前言 3 1 移动通信技术及发展历程 3 1 11 1 移动通信简移动通信简介 3 1 21 2 移动通信的发展历程移动通信的发展历程 3 2 第三代移动通信系统 4 2 12 1 3G3G 的含义的含义 4 2 22 2 IMT 2000IMT 2000 系统模型系统模型 4 2 32 3 3G3G 主要特点及目标主要特点及目标 5 3 3G 的工作频段及中国的 3G 工作频段 5 3 13 1 各种技术方案的提出简介各种技术方案的提出简介 7 4 三种主流 3G 标准概述与比较 7 4 14 1 三种主流三种主流 3G3G 标准概述标准概述 7 4 24 2 三种主流三种主流 3G3G 标准主要技术性能比较标准主要技术性能比较 9 5 三种主流 3G 标准的无线特性 11 5 1WCDMA5 1WCDMA 系统无线特性系统无线特性 11 5 25 2 CDMA2000CDMA2000 系统无线特性系统无线特性 12 5 35 3 TD SCDMTD SCDM 系统无线特性系统无线特性 13 致谢 13 参考文献 14 附录 14 第三代移动通信系统 3G 学 生 刘世江 指导教师 王 娟 随州职业技术学院 信息技术系 摘摘要要 3G 技术是目前非常热门技术 它们也是即将改变我们生活的新一代通信技术 是在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带 CDMA 技术为主 并能同时提供语音 数据综合服务和移动多媒体服务的移动通信系统 亦即未来移动通信系统 是一代有能力彻 底解决第一 二代移动通信系统主要弊端的最选进的移动通信系统 第三代移动通信系统一 个突出特色就是 要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时 间 任何地点 与任何人 用任意方式 高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输 可见 第三代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素 突出了个人在通信系统中的主要 地位 所以又叫未来个人通信系统 第三代移动通信系统将会以宽带 CDMA 系统为主 所 谓 CDMA 即码分多址技术 移动通信的特点要求采用多址技术 多址技术实际上就是指基 站周围的移动台以何种方式抢占信道进入基站和从基站接收信号的技术 移动台只有占领 了某一信道 才有可能完成移动通信 本文根据 3G 移动通信系统的技术标准 阐述了目前主流的三种 3G 系统 WCDMA 系 统 CDMA2000 系统和 TD 一 SCDMA 系统的无线网络特性和空中接口的无线帧结构 并通 过综合比较的方法分析了它们之间的异同 三种 3G 系统的基础技术都是码分多址 CDMA 技 术 但系统特性及空中接口上有着各自的特点 特别是 TD 一 SCDMA 系统在采用了时分双 工 TDD 技术的同时利用智能天线技术实现了空分多址 SDMA 技术 极大地提高了无线频 谱利用率 同时指出这三种 3G 系统在中国的发展前景 WCDMA 系统技术最成熟 商用最广 泛 CDMA2000 系统升级成本最低 升级速度最快 TD 一 SCDMA 系统新技术最多 政策优 势最多 关键词 WCDMA CDMA2000 TD 一 SCDMA 前言 现代社会的发展越来越快 现代人对通信的需求越来越高 而对于通信的 方便性也就提出了更高的要求 在任何时间 地点都能方便地与任何人有效 及时通信 就需要移动通信来实现这个目标 移动通信几乎集中了有线和无线 通信的最新技术成就 其能交换的信息已不仅限于语音 一些非语音服务 如 传真 图像 数据等 也纳入移动通信的服务范围 同时 移动通信除了作为 公用通信外 即使作为专业通信也已普遍应用于社会各个领域 不论是交通运 输 商业金融 公共安全 作战训练 新闻报道等各个行业都因为移动通信所 带来的高效率而受益匪浅 他是使用户随时随地 快熟而可靠地进行多种信息 交换的一种理想通信形式 因此 移动通信和卫星通信 光纤通信一起被列为 现代通信领域的三大新兴通信技术手段 1 1 移动通信技术及发展历程移动通信技术及发展历程 1 11 1 移动通信简介移动通信简介 移动通信的主要目的是实现任何时间 任何地点和任何通信对象之间的通 信 从通信网的角度看 移动网可以看成是有线通信网的延伸 它由无线和有 线两部分组成 无线部分提供用户终端的接入 利用有限的频率资源在空中可 靠地传送话音和数据 有线部分完成网络功能 包括交换 用户管理 漫游 鉴权等 构成公众陆地移动通信网 PLMN 从陆地移动通信的具体实现形式来分 主要有模拟移动通信和数字移动通信这两种 从移动通信的具体表现形式来看 陆地移动通信 PLMN 占有绝对的地位 是整个移动通信领域中的主要内容 移动通信系统以蜂窝组网技术为基础 1 21 2 移动通信的发展历程移动通信的发展历程 移动通信系统的发展大致可分为四个阶段 即第一代 第二代 第三代 已及后三代 第四代 移动通信系统 从工程角度来看 当前移动通信系统的 建设和运营正逐步从第二代向第三代过渡 从标准化角度来看 面向第三代移 动通信系统的长期演进 long term evolution LTE 及空中接口演进 air interface evolution AIE 的标准化工作已经取得一点进展 从研究角度来 看 面向后三代移动通信系统的各层关键技术及网络体系架构的研究也在各国 如火如荼地展开 第一代蜂窝移动通信技术是模拟蜂窝移动通信技术 以美国贝尔实验室开发 的先进移 动电话系统 AMPS 为典型代表 第一代蜂窝移动通信技术由于采用模 拟技术和频分多址 frequency division multiple access FDMA 接入方式 在使用中暴露出很多弊端 如频谱利用率比较低 保密性 差 只能提供低速语 音业务 设备体积大成本高等 在实际中已经基本不再使用 第二代蜂窝移动通信技术是数字蜂窝移动通信技术 采用数字调制技术 具 有 频谱利用率高 保密性好的特点 不仅可以支持话音业务 也可以支持低速数 据业务 因而又称为窄带数字通信系统 第二代数字移动通信系统典型代表有美 国的 DAMPS 系统 IS 95 系统和欧洲 GSM 系统 其中 DAMPS 和 GSM 都采用时分多 址 time division multiple access TDMA 接入方式 而 IS 95 采用则采用 码分多址 code division multiple access CDMA 接入方式 系 统容量比 GSM 和 DAMPS 要大的多 第二代数字移动通信技术是目前广泛应用的蜂窝移动 通信技术 但由于只能提供窄带业务 已经不能满足人们越来越多的对 于移动宽 带多媒体业务的需求 第三代移动通信系统是宽带数字通信系统 它的目标是提供移动宽带多媒体 通信 多址方式基本都采用 CDMA 多址接入 属于宽带 CDMA 移动通信技术 第三 代移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务 能实现全球无缝覆盖 具 有全球漫游能力并与固定网络相兼容 它可以实现小型便携式终端在任何时候 任何地点进行任何种类的通信 第三代移动通信技术的标准化工作由 3GPP 3rd Generation Partenership Project 和 3GPP2 两个标准化组织来推动和实施 下面将就 3G 做进一步介绍 2 2 第三代移动通信系统第三代移动通信系统 2 12 1 3G3G 的含义的含义 第三代以移动通信系统 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 CAMA 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 后更名为 IMT 2000 2 22 2 IMT 2000IMT 2000 系统模型系统模型 IMT 2000 系统采用模块化概念 在交换网络和无线接入网之间定义了一个 明确的无线网络接口 其中用户终端即 MS 移动台 是为用户提供服务的设 备 它与网络之间的通信链路为无线链路 通过空中无线接口给用户提供接入 移动网络 实现具体的服务 无线接入网用于完成从无线信息传输到有线信息传输的形式转化 完成空 中无线资源管理和控制 把信息交换到网络交换系统 主要包括 BTS 基站收 发信机 RNC 无线网控制器 或 BSC 基站控制器 等 核心网又叫网络交换系统 NSS 主要包括移动交换中心 MSC 一些寄 存器等 通过核心网还可以连接到外部的 PSTN 公用交换电话网 PDN 公用 数据网 等 2 32 3 3G3G 主要特点及目标主要特点及目标 第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升 它主要 特点和目标如下 全球统一标准 全球各个地区多种系统组成了一个 IMT 2000 家族 各 个系统间设计上具有高度的互通性 能实现全球漫游 用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 且可以在 不同的速率 不同的运动状态下获得服务质量的保证 足够的系统容量 强大的用户管理能力 高度的保密性能和极佳的服务 质量 要能在全球范围内更好地实现无缝漫游 全球使用公共频段 综合化 能够提供多种业务特别能够支持多媒体业务和 internet 业务 并有能力容纳新类型业务 适应多种环境 ITU 要求第三代移动通信系统的无线网络必须能够支持 不同的数据传输速度 也就是说在室内 室外和行车的环境中能够分别支持至 少 2Mbps 兆比特 每秒 384kbps 千比特 每秒 以及 144kbps 的传输速 度 此数值根据网络环境会发生变化 高频谱利用率 个人化 全球唯一的个人号码 因此需要足够的系统容量 便于过渡 演进 易于向下一代发展 可见 3G 是一个全球覆盖的移动综合业务数字网 它将高速移动接入和基 于 Internet 协议的服务结合起来 在提高无线频谱利用率同时 为用户提供 了更经济 内容更丰富的无线通信服务 3 3 3G3G 的工作频段及中国的的工作频段及中国的 3G3G 工作频段工作频段 频率是比金子更宝贵的通信资源 使用不同频段 其信号传播特性是不一 样的 无线通信设备建立在适当和可用的频段上 数据数率越高 则需要的带 宽越宽 过去 卫星通信需要频谱分配的全球计划 而陆地通信的频谱分配只要区 域性权威机构决定即可 到了现在 全球漫游迫使陆地通信最好还是全球性地 计划系统的频谱分配 例如 欧洲和亚洲使用 900MHZ 和 1800MHZ 频段的 GSM 系 统 南 北美使用 1900MHZ 频段的 GSM 系统 使用 GSM 系统的手机用户在进行 国际漫游时 需要能同时使用 3 个频段的手机才能满足通话需要 TMT 2000 的频谱分配 1992 年 世界无线大会 WRC 92 为第三次移动通信分配了使用频段 带宽 共 230MHZ IMT 2000 的追加频率确定 2000 年 在国际电信联盟 ITU 的世界无线通信会议 WRC 2000 针对 未来数据发展需求 对 3G 频带作了扩展 增加了以下 3 个频段 800MHZ 频段 806 960MHZ 1 7GHZ 频段 1710 1885MHZ 2 5GHZ 频段 2500 2690MHZ 目前 TDD 的频带在各个国家之间还没有统一 在欧洲 UTRA TDD 的可用频 带 1900 1920载 波间隔 5MHz 土行链路的调制方式为 BPSK 下行链路的调制方式为 QPSK 其 无线信道分别采用了三种编码方式 话音信道采用卷积码 R 1 3 K 9 进行内 部编码和 Veterbi 解码 数据信道采用 Reed Solomon 编码 而控制信道采用 卷积码 R 1 2 K 9 进行内部编码和 Veterbi 解码 WCDMA 系统采用快速闭环 开环和外环三种精确的功率控制方式 支持软切换和更软切换 切换 2 WCDMA 系统无线帧结构 WCDMA 系统的物理信道可按时间分为三层结构 超帧 无线帧和时隙 一 个超帧长为 720ms 分为 72 个无线帧 一个无线帧长为 10ms 分 15 个时隙 每个时隙 666 7us 每个时隙含 2560 个码片 故 WCDMA 的码片速率为 2560 15 10ms 3 84 10chip s WCDMA 系统工作在频分双工 FDD 模式下 其上下行链路分别使用两个独立 的 5MHz 带宽的载波 其上下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检测 5 25 2 CDMA2000CDMA2000 系统无线特性系统无线特性 1 CDMA2000 系统特性 CDMA2000 系统同为 IMT 2000 的三大主流技术标准之一 是从 IS 一 95 窄 带 CDMA 技术演进而来的 代表了一个体系结构 包含了一系列子标准 其网络 结构发展自 IS 一 41 标准 无线接口标准来源于 IS 一 95 故与 GSM 系统不兼 容 仅兼容于 IS 一 95 窄带 CDMA 系统 CDMA2000 系统目前支持单载波 lx 和三载波 3x 两种方式 单载波占用带 宽 l 25MHz 三载波则占用带宽 3 l 25 3 75MHz 但 3GPP2 对于 CDMA2000 系统 的三载波无线方式的研发及标准制定已经停止 而主要发展基于单载波方式的 增强速率版本 lxEV 及其后的空中接口演进 AIE 2 CDMA2000 系统无线侦结构 在 CDMA2000 系统的一系列演进标准中 第一个真正达到 3G 系统标准的是 CDMA2000lxEV DO 系统标准 因此以下对 CDMA2000 系统空中接口的说明都将以 CDMA2000lxEV DO 系统为例 CDMA20001xEV DO 系统的无线帧由 16 个连续的时隙组成 帧长 26 67ms 时隙是其基本的时间单位 一个时隙长 l 667ms 分为两个半时隙 1024 个码片 每个半时隙都包含导频部分 MAC Media Access Control 媒体接入控制 部分 和数据部分 若有业务或控制数据传输时 时隙处于激活状态 被称为激活时隙 Active Slot 各信道按一定顺序 码片长度进行复用 若没有业务或控制数据传输时 时隙处于空闲状态 被称为空闲时隙 Idle Slot 只传送 MAC 信息 5 35 3 TDTD 一一 SCDMASCDMA 系统无线特性系统无线特性 1 TD 一 SCDMA 系统特性 TD 一 SCDMA 系统的设计目标是要建立一个具有高频谱效率和高经济效益的 3G 系统 因此被设计为不管是对称业务还是非对称业务都能达到最佳性能的 3G 系统 TD 一 SCDMA 系统工作在时分双工 TDD 方式下 在周期性重复的时间帧里 传输基木的 TDMA 突发脉冲 而且通过周期性地转换传输方向 TD 一 SCDMA 系 统允许在同一载波上交替地进行上下行链路传输 TD 一 SCDMA 系统的无线传输方案是频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 和码分 多址 CDMA 三种基本传输技术的综合应用 而且其所使用的智能天线技术及联合 检测技术 是空分多址 SDMA 技术的具体实现 TD 一 SCDMA 系统采用其独有的 接力切换技术 切换时延少 切换成功率高且无线信道利用率高 这些先进技 术的运用使 TD 一 SCDMA 系统大大降低了小区间的干扰 频谱利用率有明显提升 2 TD 一 SCDMA 系统无线帧结构 TD 一 SCDMA 系统的码片速率为 1 28Mcp s 载波间隔为 1 6MHz 其最大 特点是不需要成对的载波频带 可在一个载波带上采用时分双工 TDD 方式工作 因此 TD 一 SCDMA 系统既有 CDMA 系统的特性 又有 TDMA 系统的特性 TD 一 SCDMA 系统的物理信道结构按时间分为四层结构 超帧 系统帧 无 线帧 子帧和时隙 码道 一个超帧长 720ms 由 72 个无线帧组成 一个无线 帧长 10ms 每个无线帧分为两个 5ms 的子帧 子帧是系统无线传播的最小单位 每个子帧由 7 个常规时隙和 3 个特殊时隙 下行导频时隙 DWPTS 上行导频时隙 UpPTS 和保护间隔 GP 组成 时隙用于在时域上区分不同用户终端的信号 故每 个物理信道都有各自特有的时隙结构 致谢致谢 我衷心感谢王娟老师给我的毕业论文进行指导 她倾注了大量的心血 从 写作提纲都开题报告 一遍一遍地给我进行耐心的指导 严格把关 在这次毕 业论文的写作中发挥了我在学校所学的知识 使我的专业知识得以更好地体现 同时还要感谢我的班主任在我学习期间给我极大的关心和支持 帮助 正是由 于他们 才使我的论文得以很好的完成 在此 我向他们表示我诚挚的谢意 参考文献参考文献 1 康桂霞 田辉 CDMA 2000 1x 无线网络技术 人民邮电出版社 2007 12 2 M R Karim Mohsen Sarraf 3G 移动网 WCDMA 和 cdma2000 粟欣译 人民邮 电出版社 2003 9 3 邱玲 朱近康 第三代移动通信技术 人民邮电出版社 2001 8 4 康桂霞 田辉 3GPP 核心网技术 人民邮电出版社 2007 7 附附录 录 3G 的主要技术带来第三代移动通信系统天翻地覆变化的当然是第三代移动通 信中所采用的多种高新技术 这些高新技术是第三代移动通信系统的精髓 也是制订第三代移动通信系统标准的基础 了解这些技术就了解了第三代移 动通信系统 下面我们就专门介绍几项有可能应用于第三代移动通信系统中 的技术 1 TD SCDMA 技术 TD SCDMA 是中国唯一提交的关于第三代移动通 信的标准技术 它使用了第二代和第三代移动通信中的所有接入技术 包括 TDMA CDMA 和 SDMA 其中最关键的创新部分是 SDMA SDMA 可以在时域 频域之外用来增加容量和改善性能 SDMA 的关键技术就是利用多天线对空 间参数进行估计 对下行链路的信号进行空间合成 另外 将CDMA 与 SDMA 技术结合起来也起到了相互补充的作用 尤其是当几个移动用户靠得很 近并使得 SDMA 无法分出时 CDMA 就可以很轻松地起到分离作用了 而 SDMA 本身又可以使相互干扰的 CDMA 用户降至最小 SDMA 技术的另一重要 作用是可以大致估算出每个用户的距离和方位 可应用于第三代移动通信用 户的定位 并能为越区切换提供参考信息 总的来讲 TD SCDMA 有价格便 宜 容量较高和性能优良等诸多优点 2 智能天线技术 智能天线技术是中国标准TD SDMA 中的重要技 术之一 是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术 它结合了自适应天线技术的优点 利用天线阵列的波束汇成和指向 产生多 个独立的波束 可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化 同时可对干 扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号 增加系统的容量和频谱效率 智能天 线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围 系统容量 业务质量 抗 阻塞和抗掉话等性能的提高 智能天线在干扰和噪声环境下 通过其自身的 反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图 频率响应及其他参数 使接收机 输出端有最大的信噪比 3 WAP 技术 WAP Wireless Application Protocol 无线应用 协议 已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和电话服务的实际 世界标准 WAP 可提供相关服务和信息 提供其他用户进行连接时的安全 迅速 灵敏和在线的交互方式 WAP 驻留在因特网上的 TCP IP 环境和蜂窝 传输环境之间 但是独立于所使用的传输机制 可用于通过移动电话或其他 无线终端来访问和显示多种形式的无线信息 WAP 规范既利用了现有技术标准中适应于无线通信环境的部分 又 在此基础上进行了新的扩展 由于WAP 技术位于 GSM 网络和因特网之间 一端连接现有的 GSM 网络 一端连接因特网 因此 只要用户具有支持 WAP 协议的媒体电话 就可以进入互联网 实现一体化的信息传送 而厂商 使用该协议 则可以开发出无线接口独立 设备独立和完全可以交互操作的 手持设备 Internet 接入方案 从而使得厂商的 WAP 方案能最大限度地利用 用户对 Web 服务器 Web 开发工具 Web 编程和 Web 应用的既有投资 保护 用户现有利益 同时也解决了无线环境所带来的有关新问题 目前 全球各 大移动电话制造商 包括诺基亚 爱立信 摩托罗拉和阿尔卡特在内 都已 保证提供支持 WAP 的无线设备 4 快速无线 IP 技术 快速无线 IP Wireless IP 无线互联网 技术将是未来移动通信发展的重点 宽频带多媒体业务是最终用户的基本要 求 根据 ITM 2000 的基本要求 第三代移动通信系统可以提供较高的传输 速度 本地区 2Mb s 移动 144Kb s 现代的移动设备越来越多了 手机 笔记本电脑 PDA 等 剩下的好像就是网络是否可以移动 无线IP 技术 与第三代移动通信技术结合将会实现这个愿望 由于无线IP 主机在通信期 间需要在网络上移动 其 IP 地址就有可能经常变化 传统的有线IP 技术 将导致通信中断 但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理 完全可以使移动节点采用并保持固定不变的IP 地址 一次登录即可实现在 任意位置上或在移动中保持与 IP 主机的单一链路层连接 完成移动中的数 据通信 5 软件无线电技术 在不同工作频率 不同调制方式 不同多址方 式等多