G网络系统技术与应用ppt课件

第三代移动通信网络系统技术与应用基础教程 主要内容 移动通信概述通信技术基础CDMA移动通信基础WCDMACDMA2000TD SCDMA 一 移动通信概述 1 1常见的移动通信系统1 2移动通信发展简史1 33G概述1 4后3G技术 第一章移动通信概述 1 1常见的移动通信系统 公共陆地移动通信网络 PLMN 无线市话系统 WUTS 集群移动无线系统 TMRS 卫星移动通信系统 SMCS 无线局域局 WLAN 无线个人域网 WPAN 第一章移动通信概述 常见的移动通信系统 移动通信网络示意图 第一章移动通信概述 常见的移动通信系统 第四代移动通信系统 4G 基于OFDM 早期模拟移动通信系统 1G AMPS TACS 第三代移动通信系统 3G WCDMA CDMA2000 TD SCDMA 数字蜂窝移动通信系统 2G GSM CDMA95A 制式由模拟到数字数码率由低到高漫游范围由小到大 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 1 2移动通信发展简史 第一代 模拟技术NMT 450 NordicMobileTelephone 450MHzNMT 900 NordicMobileTelephone 900MHzTACS TotalAccessCommunicationsSystem 900MHzAMPS MobilePhoneService 800MHz 移动通信发展简史 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 模拟移动通信系统 1G 模拟和频分多址 FDMA 网络覆盖范围小漫游功能差只能实现话音业务保密性差体积大 重量重中国移动2001年12月31日关闭模拟移动电话网 电话 榔头 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 第二代 数字技术GSM GlobalSystemforMobileCommunication GSM 900MHz byfarthemostsuccessfulandwidelyused2Gsystem GSM1800或称DCS 1800GSM 1900或称PCS 1900 北美和智利 D AMPS DigitalAMPSCDMA IS 95 Code DivisionMultipleAccess 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 GSM移动通信系统 2G 155M 2M数据链路 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 2 5代 表示在第二代网络基础上的各种先进的升级技术HSCSD high speedcircuit switcheddata Agoodchoiceforreal timeapplicationGPRS GeneralPacketRadioServicesEspeciallysuitablefornon real timeapplicationsEDGE EnhancedDataRatesforGlobalEvolutionAnewmodulationschemecalledeight phaseshiftkeying 8PSK 第一章移动通信概述 移动通信发展简史 3G theUniversalMobileTelecommunicationsSystem UMTS WCDMA欧洲与日本标准技术的融合 由3GPP组织制订 目前已经有四个版本 即R99 R4 R5和R6CDMA2000美国提出 由3GPP2组织制订 版本包括Release0 ReleaseA EV DO和EV DVTD SCDMA由大唐代表中国提出 为TDD方式的CDMA系统 1 33G概述 第一章移动通信概述 3G概述 3G移动通信系统 接入网功能有所改变能够提供更多业务 第一章移动通信概述 3G概述 3G业务丰富多彩 第一章移动通信概述 3G概述 1985年ITUTG8 1提出了3G概念 FPLMTS 未来公共陆地移动通信系统 1992年对FPLMTS的频率进行了划分1996年正式确认使用IMT 2000这个名称1997年确定了基本要求和征求RTT建议1998年6月30日提交无线标准建议1998年秋建议评估1999年10月25日 11月5日ITUTG8 1通过了IMT 2000无线接口技术规范建议 确立了5个无线接口技术标准 2000年10月6日在加拿大成立IMT2000andBeyond 4G 工作组 3G技术发展史 第一章移动通信概述 3G概述 国际3G标准化组织 国际3G标准化组织 ITU 国际电联 ITU RWP8F 无线频谱 技术 业务等超3G SystemBeyondIMT 2000 远景及后续业务 频谱和技术等相关研究 WRC 00确认频谱的规划 3G技术规范建议M 1457 RSPC 更新 2002年5月完成第一更新版本 主要增加了3G增强性技术 ITU TSSG核心网超3G核心网远景IP核心网融合 第一章移动通信概述 3G概述 3G标准组织主要由3GPP 3GPP2组成 以CDMA码分多址技术为核心 3GPP 制定基于GSM GPRS核心网 全IP核心网 无线技术为WCDMA CDMATDD和EDGE的技术规范 3GPP2 制定基于ANSI 41核心网 全IP核心网 无线技术为cdma2000的技术规范 第一章移动通信概述 3G概述 3GPP协议版本分为R99 R4 R5 R6等多个阶段 其中R99协议于2000年3月冻结功能 R4协议于2001年3月冻结功能 R99 R4目前已经成熟商用 R5 R6协议还在进一步完善过程中 3GPP协议版本演进示意图 第一章移动通信概述 3G概述 IMT 2000的目标与特点 具有全球无缝覆盖和漫游能力高服务质量 高速传输 提供窄带和宽带多媒体业务与固定网络各种业务的相互兼容无缝业务传递支持系统平滑升级和现有系统的演进适应多种运行环境支持多媒体功能及广泛业务的终端2Mbps 固定网 室内环境384kbps 步行 城市环境144kbps 移动环境多种环境下的多样的数据速率 第一章移动通信概述 3G概述 WRC1992对IMT2000频谱分配 WRC2000对IMT2000新增频谱 频分双工 FDD 1920 1980MHz 2110 2170MHz时分双工 TDD 1880 1920MHz 2010 2025MHz卫星移动通信 MSS 1980 2010MHz 2170 2200MHz 中国IMT 2000频谱分配 下行 上行 第一章移动通信概述 3G概述 ITU3G候选技术 IMT DS W CDMA IMT TD TD CDMA IMT SC UWC 136 IMT MC cdma 2000 IMT FT DECT ANSI41 北美 GSMMAP 欧洲 NetworktoNetworkinterface RadioInterfaces CoreNetworks DigitalEnhancedCordlessTelecommunications UniversalWirelessCommunications 第一章移动通信概述 3G概述 3G三大主流无线接口标准 美国高通摩托罗拉朗讯韩国三星 J Phone爱立信阿尔卡特诺基亚朗讯北电NTT富士通夏普 大唐西门子中兴华为普天 CDMA2000MC FDD WCDMADS FDD TD SCDMATDD LCR低码片速率 全球有代表性的3G协议 第一章移动通信概述 3G概述 3G的三大主流技术标准比较 第一章移动通信概述 3G概述 3G的三大主流技术标准比较 续 第一章移动通信概述 3G概述 3G的三大主流技术标准比较 续 第一章移动通信概述 3G概述 2G向3G的演进 2G2 5G2 75G3G 10Mbps 2Mbps 7 14 4kbps 57 115kbps 144 384kbps cdmaOneIS 95 A cdmaOneIS 95 B GSM 新运营商 DCMA2000Ix DCMA2000IxEV DO DV EDGE GPRS CDMA20003x W CDMA TD CDMA HSDPA 1995199920002001 2 32002 3 42005 6 Voice14 4kbpsCSD PD Voice64kbpsPacket Voice9 6kbpsCSD HighCapacityVoice153kbpsPacketRel A 307kbps 2 4MbpsPacket 384kbpsPacket 114kbpsPacket HighCapacityVoice2MbpsPacket 第一章移动通信概述 3G概述 核心网电路域 2G向3G技术演进 宽带化 全IP GSM GPRS 7号信令网 STP基于TDM链路组织 支持GSM GPRS TDM传输分级网结构 子系统 3GPPR99 新的用户签约数据和多种业务增强 沿用GSM网络结构 无重大改进 IP信令网 SIGTRAN 承载与控制相分离软交换网络结构可采用IP承载 FDDTDMA30K 56Kbps数据 FDDWCDMA384K 2Mbps数据 TD SCDMA 无线接入网 核心网分组域 HLR 业务 信令传输 IP传输SGSN GGSN基于GTP协议组网 3GPPR4 3GPPR5 R6 以SIP为主 基于IP传输 HSS CS PS IMS 沿用GPRS网络结构 无重大改进 无重大改进 HSDPA10Mbps下行IP UTRAN 话音 窄带数据 话音 流媒体 宽带数据业务 IMS业务 在3G分组域上叠加基于SIP协议的IMS网络 进展 运营经验丰富 协议成熟有运营实例 01年冻结 协议基本成熟但运营实例较少 R5于02年冻结 R6尚未冻结 协议还不成熟 第一章移动通信概述 3G概述 国内外运营商对3G版本的发展战略 先行者 韩国日本 跟随者 中国移动 观望者 非洲 移动业务发展情况 移动业务发展情况 用户总量稳定 饱和2G扩容基本停止3G 新业务 ARPU 仍以发展GSM GPRS为主 移动普及率还相当低GSM业务还不太发达 3G发展模式 3G进行情况 3GR99新建网络2002 2003年陆续提供3G服务 培育3G业务市场 3G技术试验2G扩容考虑今后的平滑升级 新进者 中国电信 了解市场发展动态跟踪3G技术进展 未来规划问题 重视演进到3GR5 R6的IMS网络可能跳过R4阶段 重点在R99不排除R4 引入时机 观望 固网基础完善 但没有移动通信网没有运营移动业务 直接以3G作为移动切入点开展3G技术试验和市场研究着手3G网络建设规划 希望3G网络与现有固网资源更好地融合非常重视基于IP的R4移动软交换 第一章移动通信概述 3G概述 1 4后3G技术 后3G通信系统要求 统一的无线接入 全球无缝覆盖 全球漫游 更高速的数据接入 高速 高效的空中接口和接入网结构 动态支持各种传输类型 终端类型 无线环境 QoS类型和移动模式 基于路由的全IP网络 更多的多媒体应用业务 极大的系统容量 更高的频谱利用率 第一章移动通信概述 后3G技术 第一章移动通信概述 后3G技术 2 1通信系统基本框图2 2移动信道特点2 3ISO分层协议2 4信源编码技术2 5信道编码技术2 6数字调制技术2 7扩频通信技术 二 通信技术基础 第二章通信技术基础 2 1通信系统基本框图 第二章通信技术基础 通信系统基本框图 信源编码 去掉信息的冗余度 压缩信源的数码率 提高信道的传输效率 信道编码 增加信息在信道传输中的冗余度 使其具有检错活纠错能力 提高信道传输质量 调制 按基带信号的变化规律去改变载波某些参数的过程 或者说将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号 频率扩展 扩频通信中使用 第二章通信技术基础 通信系统基本框图 2 2移动信道特点 电波传输表面波自由空间波或直达波散射波电离层波小尺度衰落或多径衰落大尺度衰落或阴影衰落 第二章通信技术基础 移动信道特点 小尺度衰落或多径衰落 经过短距或短时传播后信号强度的急速变化 在不同多径信号上 存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制 多径传播时延引起的扩展 回音 第二章通信技术基础 移动信道特点 阴影衰落或大尺度衰落 随着发射与接收机 T R 之间距离的不断增加而引起电磁波强度的衰减 称为阴影衰落或大尺度衰落 阴影衰落是平均信号功率的一种衰减 很容易由发射端和接收端之间突出的地表状态 山脉 建筑物等 而引发 可以认为是这些物体遮挡住了接收机 阴影衰落可以从两个方面描述 路径损耗和平均值的统计变化 第二章通信技术基础 移动信道特点 2 3ISO分层协议 ISO InternetStandardOrganization 国际标准组织 对OSI OpenSystemInterconnect 开放系统互连 定义了七层通信体系结构参考模型 第二章通信技术基础 ISO分层协议 2 4信源编码技术 信源编码要完成两大任务 将信源输出的模拟信号转换成数字信号 实现数据压缩 三大类信源编码技术 波形编码 参数编码和混合编码 语音质量 广播质量 64kbit s的数码率长途电话质量 64 10kbit s通信质量 4 8kbit s合成质量 4 8kbit s以下 第二章通信技术基础 信源编码技术 针对语音波形进行编码 尽量保持输入波形不变 具有适应能力强 语音质量好 所需编码速率高 在对信号带宽要求不太严格的通信中应用 时域 PCM APCM ADPCM PC APC DM ADM 频域 SBC ATC 波形编码 第二章通信技术基础 信源编码技术 脉冲编码调制 PCM PCM系统原理图 第二章通信技术基础 信源编码技术 具体步骤 抽样 抽样定理 奈奎斯特Nyquist定理或准则 量化标量量化 包括均匀量化和非均匀量化 矢量量化非均匀量化 非均匀量化压扩量化 先用压缩器如 律曲线 A律曲线对输入信号进行压缩 然后采用均匀量化 编码 用二进制代码表示各样值的量化等级电平值 PCM常用码型 自然二进制码 折叠二进制码 反射二进制码 第二章通信技术基础 信源编码技术 13折线近似A律压缩特性 第二章通信技术基础 信源编码技术 第二章通信技术基础 信源编码技术 参数编码技术 根据发音数学模型 从输出语音信号分析出表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数 对模型参数进行编码 声码器 基于参数编码技术的编码系统 适用于窄带信道上提供低速率语音通信和一些对时延要求较宽的场合 通道声码器 共振峰声码器 LPC 线性预测编码器 混合编码 在4 16kbit s的速率上能够得到高质量的合成语音 MPC 多脉冲激励线性预测编码 CELPC 码激励线性预测编码 RPELPC 规则脉冲激励线性预测编码 第二章通信技术基础 信源编码技术 码激励线性预测CELP CELP 以LPAS LP技术的分析 合成编码算法 为基础 用矢量量化技术对激励信号进行量化的编码算法 第二章通信技术基础 信源编码技术 语音评价等级 客观评价 用客观测量的手段来评价语音编码质量 常用方法有信噪比 加权信噪比 平均分段信噪比等 都是建立在度量均方误差的基础上 计算简单 但不能完全反映人对主意质量的感觉 主要适用于速率较高的波形编码类型 主观评价 主观评定等级或平均主观打分 MOS 第二章通信技术基础 信源编码技术 主观评价等级 信源编码技术 第二章通信技术基础 错码 突发错码 随机错码差错控制技术 检错重发法 前向纠错法 反馈校验法差错控制编码 纠错编码 在信息码元中加入监督码码 不同的编码方法 有不同的检错或纠错能力 有的编码只能检错 不能纠错 纠错编码 奇偶监督码 线性分组码 循环码 卷积码 Turbo码 2 5信道编码技术 第二章通信技术基础 信道编码技术 信道编码 目的 加入最少的冗余码位而获得最好的纠错能力 任务 为了克服数字信号在存储 传输通道中产生的失真或错误 包括码间干扰产生的错误和外界干扰产生的突发性错误广泛应用的编码技术 卷积码和Turbo码 第二章通信技术基础 信道编码技术 数字基带传输 基带传输系统 不使用调制 解调装置 直接传送基带信号的系统 主要是指在有线数字信道上传输信号的系统 要将基带信号转换成适合有线数学信道传输的码型 线路码 第二章通信技术基础 信道编码技术 线路传输码型 要求 无直流和很小的低频分量 便于提取定时信息 具有内在的检错能力 尽可能提高传输效率 编译码过程应与信源的统计特性无关 常用码型单极性非归零码 NRZ 双极性非归零码单极性归零码 Manchester码 双极性非归零码差分码交替极性码 第二章通信技术基础 信道编码技术 第二章通信技术基础 信道编码技术 卷积码 一个由N段组成的输入移位寄存器 每段有k级 共Nk位寄存器 一组n个模2和相加器 一个由n级组成的输出移位寄存器 对应于每段k个比特的输入序列 输出n个比特 信道编码技术 n个输出比特不仅与当前的k个输入比特有关 而且以前的 N 1 k个输入信息比特有关 整个编码过程可以看成是输入信息序列与由移位寄存器和模2和连接方式所决定的另一个序列的卷积 卷积码即由此得名 N或N 1称为约束长度 卷积码 卷积码 n k N 1 信息位k码字n校验位n k约束长度N 1码率R k n 信道编码技术 2 1 3 卷积编码器 信道编码技术 卷积码 n k N 1 中的k和n通常很小 特别适宜于以串行形式传输信息 延时小 卷积码的纠错能力随着N的增加而增大 而差错率随着N的增加而指数下降 在编码复杂度相同的情况下 性能优于分组码 卷积码至今未找到严密的数学手段把纠错性能与码的构成十分有规律地联系起来 大都采用计算机来搜索好码 译码方法 维特比译码 序列译码和门限译码 信道编码技术 Turbo码 1993年首次提出 Turbo码将相对简单的卷积码和随机交积器结合在一起 实现了随机编码的思想 同时Turbo码用软输出来逼近最大似然译码 就能得到接近香农极限的纠错性能 Turbo码纠错能力优于卷积码 但解码复杂度高 译码延时大 适合用于时延要求不高和误码率低的业务 第二章通信技术基础 信道编码技术 交织 交织技术是为了抵抗无线信道的噪声以及衰落的影响而采取的时间分集技术 将衰落信道的突发错误随机化 使得信道无记忆 在实际通信系统中 交织技术与纠错技术联合使用 以提高系统性能 信道编码技术 对角交织 交织算法 对角交织的端到端时延为3倍的码块长度 短时延 仅仅能够把突发错误分散到两个连续的码块中 具有局限性 信道编码技术 块交织 块交织将n个码字比特 逐行写入D W的矩阵 在逐列读出将错误长度b D地突发错误分散到各个码字中 每个码字最多包含1个单发错误块交织地端到端时延为2个比特存储器的容量 2 W D 缺点 对于周期性发生的错误缺少鲁棒性 信道编码技术 块间交织 把一个输入块的NB个比特分散输出到B个码块中 每个输出码块包含N个比特一个输入块中的连续符号映射到B个连续的输出块 但是它们再这些块中的偏移量是不规则的 从而使得周期性的噪声随机化缺点 确保输入与输出的符号一一对应 必须保证B和N之间没有公约数由于它的分散性质 端到端的交织时延为B2N个符号 信道编码技术 2 6数字调制技术 概念 用基带数字信号控制高频载波 把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制功能和要求 频谱搬移抗干扰 即功率有效性提高系统有效性 即频谱有效性基本原理 第二章通信技术基础 数字调制技术 数字调制的分类 第二章通信技术基础 数字调制技术 多进制移相键控 k有M个不同值 其中 M取2 4和8对应BPSK QPSK和8PSK M值越大 频谱利用率越高 但误码率随之增加 频谱利用率 BPSK为0 5bit s Hz QPSK为1bit s Hz 8PSK为1 5bit s Hz误码率 QPSK误码率为BPSK的2倍 第二章通信技术基础 数字调制技术 QPSK k有4个不同值 有 4和 2系统可选 第二章通信技术基础 数字调制技术 QPSK的I Q通道合成信号的4种情况 QPSK调制原理图 第二章通信技术基础 数字调制技术 QPSK相干解调原理图 第二章通信技术基础 数字调制技术 3G调制技术 第二章通信技术基础 数字调制技术 2 7扩频通信技术