3G网络系统技术与应用ppt课件

精选,1,第三代移动通信网络系统技术与应用基础教程,精选,2,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,精选,3,一、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,精选,4,1.1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,精选,5,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,精选,6,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,精选,7,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,精选,8,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,精选,9,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,精选,10,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,精选,11,2.5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,精选,12,3G: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,精选,13,3G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,精选,14,3G业务丰富多彩,第一章移动通信概述,3G概述,精选,15,1985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,精选,16,国际3G标准化组织,精选,17,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,精选,18,3G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,精选,19,3GPP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,精选,20,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,精选,21,WRC1992对IMT2000频谱分配,精选,22,WRC2000对IMT2000新增频谱,精选,23,频分双工（FDD）：19201980MHz21102170MHz时分双工（TDD）：18801920MHz、20102025MHz卫星移动通信（MSS）：19802010MHz21702200MHz,中国IMT-2000频谱分配,下行,上行,第一章移动通信概述,3G概述,精选,24,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,精选,25,3G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,精选,26,3G的三大主流技术标准比较,第一章移动通信概述,3G概述,精选,27,3G的三大主流技术标准比较（续）,第一章移动通信概述,3G概述,精选,28,3G的三大主流技术标准比较（续）,第一章移动通信概述,3G概述,精选,29,2G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,精选,55,第二章通信技术基础,信道编码技术,精选,56,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,精选,57,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N1码率R=k/n,信道编码技术,精选,58,（2，1，3）卷积编码器,信道编码技术,精选,59,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,精选,60,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,精选,61,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,精选,62,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,精选,63,块交织,块交织将n个码字比特，逐行写入DW的矩阵，在逐列读出将错误长度bD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（2WD）缺点：对于周期性发生的错误缺少鲁棒性,信道编码技术,精选,64,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,精选,65,2.6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,精选,66,数字调制的分类,第二章通信技术基础,数字调制技术,精选,67,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,精选,68,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,精选,69,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,精选,70,QPSK相干解调原理图,第二章通信技术基础,数字调制技术,精选,71,3G调制技术,第二章通信技术基础,数字调制技术,精选,72,2.7扩频通信技术,基本概念和工作原理理论基础主要性能指标扩频处理增益抗干扰容限扩频通信系统,第二章通信技术基础,扩频通信技术,精选,73,基本概念和工作原理,扩展频谱通信简称扩频通信。在扩频通信系统中传输的信号占用的频带宽度远远大于原始信息必须的最小带宽；在发送端，采用扩频码对原始信息来调制，实现信号的频带扩展；在接收端解调（解扩）。脉冲信号宽度与频谱带宽近似成反比的，脉冲宽度越窄，则其频谱就越宽，所以，扩频码是很窄的脉冲序列，相应地，扩频信号的频带宽度将远远大于信息带宽。,第二章通信技术基础,扩频通信技术,精选,74,扩频通信技术,第二章通信技术基础,精选,75,理论基础,香农（shannon）公式：,上式指出，差错概率Pe是信噪比S/N和传输信号带宽与信息带宽之