（第三代移动通信系统简介）

2020/5/25,3G-3,1,第三讲第三代移动通信系统简介,第三代移动通信系统,江苏邮通建设监理有限公司丁彪dingbiao,2020/5/25,3G-3,2,3.导论,2020/5/25,3G-3,3,3.13G的发展历史,(1)全球普及和全球无缝漫游系统第三代移动通信系统应在全球范围内覆盖的系统，使用共同的频段，全球统一标准,第三代移动通信系统的目标是：,1996年更名为IMT-2000,第三代移动通信系统的概念由ITUTG8/1在1985年提出，命名为FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统）,2020/5/25,3G-3,4,(2)具有支持多媒体业务的能力，特别是支持因特网业务,(7)高保密性FPLMTS-FuturePublicLandMobileTelephoneSystemIMT-2000-InternationalMobileTelecommunications2000,(6)低成本,(5)高的服务质量,(4)实现高频谱效率的频谱分配,(3)第二代移动通信到第三代移动通信的平滑过渡,2020/5/25,3G-3,5,IMT-2000的特点,对于第三代无线传输技术(RTT)提出了支持高速多媒体业务(高速移动环境：144Kbps，室外步行环境：384Kbps，室内环境：2Mbps),IMT-2000的特点是可提供多种业务，特别是含有高比速分组数据(high-bit-ratepacketdata)的多媒体业务。比如，无线Internet网页搜寻；Intranet数据/文件下载；可视电话会议；娱乐（CD质量的语音图像，图片，游戏）；电子邮件；电子商务；远程控制；远程监视等,而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它应能支持话音、分组数据及多媒体业务，能根据需要提供带宽,2020/5/25,3G-3,6,1985年，提出未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS),3G标准发展大事记,2020/5/25,3G-3,7,WP8A/B/D/F工作组,后IMT-2000则指IMT-2000的长期(5-10年)演进阶段，也是有些人称为“第四代”的阶段。但ITU强烈呼吁不要使用“第四代移动通信”这个术语,与此同时ITUT也正在探讨成立新的研究组加强ITUT在IMT2000增强型及后IMT2000技术核心网,ITURTG8/1工作组完成了其最终使命,予1999年10月撤消，取而代之的是新成立的WP8A/B/D/F工作组。其中，WP8F组开始IMT2000增强型及后IMT2000(BeyondIMT2000System)这两个近、中期和长期的研究计划,2000年5月在ITUR2000年无线电全会正式批准和通过的M1457建议,2020/5/25,3G-3,8,WP8F的职责,(d)保持与其他标准化组织(SDO)的合作关系SDO-ANSI下属标准开发组织:StandardsDevelopingOrganizations,(c)负责与ITUT、ITUD在IMT2000及后续系统有关问题的联络；,(b)更新现有IMT2000有关建议的主导组，其中卫星部分与WP8D密切配合；,(a)负责IMT2000及后续系统的总体研究；负责IMT2000及后续系统地面部分的研究；与WP8D密切配合进行IMT2000及后续系统卫星部分的研究；,2020/5/25,3G-3,9,WP8F的研究课题,(a)IMT2000及“后IMT2000”系统的研究，包括：,(d)如何使无线通信技术满足发展中国家的需求,(c)自适应天线；,(b)在移动系统的IP应用；,PartBSystemsbeyondIMT2000；,PartAFuturedevelopmentofIMT2000；,2020/5/25,3G-3,10,2020/5/25,3G-3,11,3.23G无线接口标准,赫尔辛基会议通过的IMT-2000无线接口技术规范建议(IMT.RSPC)将无线接口的标准明确为以下5个标准：,TDMA技术：IMT-2000TDMASC对应UWC-136IMT-2000FDMA/TDMA对应DECTUTRA-UMTSTerrestrialRadioAccess,CDMA技术：IMT-2000CDMADS对应WCDMAIMT-2000CDMAMC对应cdma2000IMT-2000CDMATDD对应TD-SCDMA和UTRATDD,2020/5/25,3G-3,12,2020/5/25,3G-3,13,IMT-2000无线接口标准,ITU又进一步将5个标准简化为IMT-DS、IMT-MC、IMT-TD、IMT-SC和IMT-FT,WCDMAcdma2000TD-SCDMAUWC-136DECT,2020/5/25,3G-3,14,3GPP与3GPP2,目前在ITU-R的WP8F和ITU-T的WP3/11分别进行无线接口和核心网的研究工作,此外，成立了两个跨区域标准化组织联合体第三代伙伴项目(Third-GenerationPartnershipProject):,3GPP由欧洲ETSI、日本ARIB/TTC、美国ANSI下的T1P1、韩国TTA和中国CWTS构成,3GPP2由美国TIA、日本ARIB/TTC、韩国TTA和中国CWTS构成ETSI-EuropeanTelecommunicationsStandardInstituteARIB-AssociationofRadioIndustriesandBusinesses(Japan)TTC-TelecommunicationsTechnologyCommittee(Japan)TTA-TelecommunicationsTechnologyAssociation(Korea),2020/5/25,3G-3,15,第三代移动通信标准化格局,CWTS,2020/5/25,3G-3,16,ITU的家族概念,而两个“家族成员”网络之间的互连互通将通过网络-网络接口(NNI)来完成，ITU已制订该接口的技术要求,除了无线接口外，无线接入网和核心网两部分的标准化工作主要由“家族成员”内部进行标准化,家族成员主要有两个：一个是基于GSMMAP网络，另一个基于ANSI-41的核心网，分别由3GPP和3GPP2进行标准化,ITU在1997年定义了“IMT2000家族概念”。它为移动通信运营公司向三代系统演进提供了多种选择，有利于充分利用现有网络设施，也为新运营公司进入移动市场创造了条件,2020/5/25,3G-3,17,IMT-2000CDMADS,支持该方案的组织有ATIS,T1P1,WINS,ETSI,ARIBATIS-AllianceforTelecommunicationIndustrySolutionsWINSWirelessISDNMultimediaServices无线综合业务数字网络多媒体业务,宽带CDMA(WCDMA)是最有希望的换代方案，其空中接口和GSM固定网相结合。这是因为GSM网络已建立在全球110多个国家，并支持相互之间的漫游,IMT-2000CDMADS(IMT-DS)是3GPP的WCDMA技术与3GPP2的cdma2000技术的直接扩频部分(DS)融合后的技术，仍称为WCDMA。此标准将同时支持GSMMAP和ANSI-41两个核心网络。,2020/5/25,3G-3,18,IMT-2000CDMAMC,为了进一步加强cdma2000-1X的竞争力，3GPP2从03年初开始又在cdma2000-1X基础上制定1X的演进技术，即1XEV的标准,cdma2000-1X由于容量比cdmaOne高一倍，可支持144kbps数据速率，且与IS-95A/B完全兼容等因素，受到所有窄带CDMA运营商的青睐,IS-95CDMA技术(cdmaOne)向第三代演进将是另一个主流方向，从IS-95A直接演进到cdma2000-1X将是大多数窄带CDMA运营商采取的技术路线,IMT-2000CDMAMC(IMT-MC)，即cdma2000。在融合后，只含多载波方式:即1X、3X、6X、9X等。此标准也同时支持ANSI-41和GSMMAP两大核心网,2020/5/25,3G-3,19,IMT-2000CDMATDD,IMT-2000CDMATDD(IMT-TD):目前实际上包括了低码片速率TD-SCDMA和高码片速率UTRATDD(TD-CDMA)两个技术。两个技术的物理层完全分开，分别采用我国CWTS和3GPP的两套技术规范,目前的两个CDMATDD技术既没有融合为一个标准，也不是两个完全不同的标准。已经具备了进一步融合的基础，融合后才可称为融合的CDMATDD标准,目前这两个技术已进行了部分关键内容的融合，包括：(1)码片速率3.84Mcps和1.28Mcps(3.84Mcps的1/3)；(2)层2、层3基本一致，采用3GPP的技术规范，定义了部分兼容，以便制定兼容TD-SCDMA的相应扩展协议,2020/5/25,3G-3,20,3.3无线接口与核心网的关系,ANSI-41+cdma2000由3GPP2制定标准。无线接口99年底完成，网络部分2000年完成。cdmaOne与cdma2000业务的运营者对此路线比较感兴趣。IMT-2000CDMA无线接口技术与核心网的关系,GSMMAP+WCDMA/CDMATDD3GPP制定标准。无线接口99年完成，网络部分2000年完成。GSM运营者和日本DoCoMo会沿着此路线发展,从核心网的角度看，主要采用了在第二代两大核心网GSMMAP和ANSI-41的基础上演进的路线。一般来讲，有两大发展和演进路线：,（续）,2020/5/25,3G-3,21,发展路线的演进,GSMMAP+cdma2000主要在cdma2000无线接入网部分增加兼容GSMMAP核心网的相关内容。由3GPP配合3GPP2来制定,ANSI-41+WCDMA/CDMATDD主要在WCDMA无线接入网部分增加兼容ANSI-41核心网的相关内容。目前这部分由3GPP2配合3GPP来制定。,3G标准要求无线3G接口和核心网络能够相互独立，即不同的核心网络以标准的接口可灵活接入不同的无线接口。即增加了另外两条发展路线：,3G演进的策略的主要方案有：保证业务的连续性的增强网络方案；建立全新核心网和平台叠加网络方案；及全IP网络演进,2020/5/25,3G-3,22,3.43G网络标准化,图为ITU定义的IMT-2000的功能子系统和接口。由图可见，IMT-2000系统由终端(UIM+MT)、无线接入网(RAN)和核心网(CoreNetwork)三部分构成。除了无线接口外，无线接入网和核心网两部分的标准化工作对IMT-2000整个系统和网络来说是非常重要的,2020/5/25,3G-3,23,网络功能模型特征,区别IMT2000的基本功能与NI(互联)功能,区别收发信控制、网络业务接入呼叫/连接控制和移动端到CN的无线接入链控制,区别移动端功能(UIM/MT)与网络端功能(RAN/CN),网络功能模型具有如下特征：,而两个“家族成员”网络之间的互连互通将通过网络-网络接口(NNI)来完成，ITU正在制订该接口技术要求,根据ITU定义的“家族概念”，这两部分的标准化主要由“家族成员”内部进行标准化。目前的家族成员主要有两个，一个基于GSMMAP网络，另一个基于ANSI-41的核心网，分别由3GPP和3GPP2进行标准化,2020/5/25,3G-3,24,第一阶段RAN与CN标准化,IMT-2000的无线接入网络RAN与核心网CN的标准化主要由基于GSMMAP网络和基于ANSI-41两类,此两大网络与IMT-2000的三个主流CDMA无线接口技术的对应关系见图,2020/5/25,3G-3,25,3GPP/3GPP2标准化工作,除了ITU之外，两个跨区域标准化组织联合体，即两个第三代伙伴项目3GPP和3GPP2进行了详细的标准化工作,目前在ITU-R的WP8F和ITU-T的WP3/11分别进行无线和核心网的研究工作,在第三代移动通信标准化活动中，ITU一直起着领导和引导作用，且为标准的融合起了重要的作用,目前标准可以允许任意无线接口同时兼容两个核心网络，也就是通过在无线接口定义相应的兼容协议，通过各系统标准的RAN-CN接口，接入不同的核心网,2020/5/25,3G-3,26,3GPP的版本更新,R4在核心网部分的主要是在电路域将承载与控制分开，这也是迈向全IP的第一步,R4的主要特征是完成了由我国提交的TD-SCDMA技术(也称低码片速率LCRTDD，)在3GPP的标准化，这对于TD-SCDMA来讲，无疑又是一个里程碑,2001年9月修订的R99版本，但是强调不应对R99版本的实质内容再进行修改，以免影响产品的商用化时间,2000年3月通过的R99是最成熟的版本。其特点是采用基于GSM/GPRS的核心网络，引入新的WCDMA和CDMATDD的无线接入网络(RAN)。,3GPP目前已经存在四个版本，R99(有时也称作R3版本)、R4、R5、R6版本，且都在不断地进行更新,2020/5/25,3G-3,27,实现真正的全IP,3GPP对于第三代增强技术的研究也获得了成果，提出了高速下行分组接入(HSDPA)技术。该技术可提供更高的下行数据速率，最高可达到10Mbit/sR6中希望能够实现真正的全IP，即采用IP结构完全替代传统电路交换方式，并解决互通、漫游等问题。此外，还就无线接入网络结构的IP化，WLAN与移动通信结合等问题进行讨论。,核心网络定义了多媒体子系统（IMS），以分组域作为承载传输，更好地控制实时和非实时多媒体业务；,无线接入网络部分定义了采用IP传输的可选方式，并可实现与ATM之间的互通；,R5是在2002年3月发布的，主要的特点包括三个方面：,2020/5/25,3G-3,28,3GPP的标准化进展,通过无线接入网络新定义的Iu接口，与核心网连接。Iu接口包括支持电路交换业务的Iu-CS和支持分组交换的Iu-PS两部分，分别实现电路和分组型业务,由图可见，核心网基于GSM的电路交换网络(MSC)和分组交换网络(GPRS)平台，实现第三代网络的演进,3GPP标准的核心网将完全在第二代MSC+GPRS的网络基础上演进，而无线接入网(RAN)则是全新的,3GPP主要制定基于GSMMAP核心网，WCDMA和CDMATDD为无线接口的标准，称为UTRA。其路线为：GGSMMAP+WCDMA/CDMATDD。同时，也在无线接口定义与ANSI-41核心网兼容的协议，实现路线：GANSI-41+WCDMA/CDMATDD,2020/5/25,3G-3,29,基于GSM核心网的第三代系统,VMSC-VisitMobileSwitchingCenterGMSC-GatewayMobileSwitchingCenterSGSN-ServiceGPRSSupportNode，GGSN-GatewayGPRSSupportNode,2020/5/25,3G-3,30,UTRA无线接入网络的构成,目前定义的Iu,Iub和Iur接口协议的传输网络层规定了ATM和IP两种方式，提供开放的Iub接口，供运营者和厂家选择,无线接入网由RNC和节点B两个物理实体构成，分别对应第二代网络的BSC和BTS。,新定义的A10、A11接口采用IP协议,A接口在原来的基础新增加了支持移动IP的A10、A11协议，核心网部分则引入新的分组交换节点接入IP网络，以支持IP业务，同时电路型业务仍然由原来的MSC支持,2020/5/25,3G-3,31,核心网与无线网络接口,2020/5/25,3G-3,32,3GPP2的版本更新,3GPP2主要制定基于ANSI-41核心网，对应的无线接口标准为cdma2000，即ANSI-41+cdma2000。同时也在无线接口定义与GSMMAP核心网兼容的协议，实现相应路线GSMMAP+cdma2000IETF-TheInternetEngineeringTaskForce（互联网工程任务组）国际互联网标准的制定者和维护者，1986年正式成立,前正在进行商用化准备的标准主要基于Release0和ReleaseA两个版本。由于基于cdmaOne的现有标准和IETF的技术规范，标准成熟性较3GPP好,对于3GPP2来讲，版本也比较多，目前有Release0、A和B三个版本，且这些版本也一直在不断更新。基于全IP的ReleaseC也在研究中,2020/5/25,3G-3,33,3GPP2的标准化,从2000年3GPP2开始研究cdma2000-1X的增强型技术1XEV(1XEvolution)。1XEV演进分为两个阶段,99年3GPP2完成了cdma2000-1X(单载波)和cdma2000-3X(多载波)无线接口的标准,第一阶段叫1XEV-DO(DataOnly)，于2000年9月完成标准化。可支持2.4Mbps速率。已具备商用化条件,第二阶段叫1XEV-DV(DataandVoice)，该标准可支持5Mbps以上速率。原计划2001年9月确定，但两次投票，均没有结果，所以3GPP2将不得不继续研究如何确定1XEV/DV的技术标准。顾名思义它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据，目前已有多种候选方案,2020/5/25,3G-3,34,基于ANSI-41网的cdma2000系统,2020/5/25,3G-3,35,IMT-2000核心网络发展,未来无线基站(BTS)也将可以通过IP协议直接接入“全IP核心网络”，原BSC、MSC、HLR、VLR、AC等功能都将由这一网络上的一个服务器或数据库来实现,现在无论是3GPP还是3GPP2，都接受了“全IP网络”的概念，并明确作为标准化的指导思想,从无线接入网来看，3GPP的UTRA采用了全新的接口协议，在传输层采用了ATM方式，同时提出了ATM和IP两种协议作为可选,从IMT-2000第一阶段标准化方式，是完全在第二代核心网基础上，引入第三代移动通信无线接入网络，通过电路交换和分组交换并存的网络实现电路型话音业务和分组数据业务。充分体现了网络平滑演进的思想,2020/5/25,3G-3,36,3.53G的TD-SCDMA标准,我国提出的TD-SCDMARTT建议，通过一年多的完善和融合，已经成为ITUIMT-RSPC(TG-8/1输出文件)的一个组成部分。TDD系统有如下特点：,TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；,TDD适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；,TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；,TDD系统设备成本较低，可能比FDD系统低20%-30%TD-SCDMA-Time-divisionSynchronousCDMA,2020/5/25,3G-3,37,FDD与TDD,终端移动速度目前ITU要求TDD系统达到120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h；小区半径FDD的小区半径完全由发射功率和传播条件确定，没有限制；而TDD系统则要考虑上下行时隙的保护时间，也就规定了最大小区半径。TD-SCDMA系统最大小区半径为10km左右,预测3G是一个共同的网络，FDD技术的无线基站用来完成全球无缝覆盖，TDD技术基站用来在城市人口集中地区提供高密度和容量的话音、数据及多媒体业务,ITU为FDD模式及TDD模式分别划分了不同的频段，在将来的组网上，两种模式将共存于3G网络不会冲突,TDD系统的主要问题是在如下两个方面：,2020/5/25,3G-3,38,两种TDD标准物理层参数和特性比较,2020/5/25,3G-3,39,两个CDMATDD性能比较,比较两个CDMATDD物理层标准：UTRATDD和TD-SCDMA，可见TD-SCDMA技术所提供的高性能主要表现在高的频谱利用率方面,TD-SCDMA还是一种低成本的系统。达到高性能和低成本的主要原因是TD-SCDMA使用了如下主要技术：,1.智能天线可以极大的降低多址干扰、提高系统容量、提高接受灵敏度、降低发射功率和降低无线基站成本,2.上行同步它可以简化基站硬件，降低无线基站成本。,3.软件无线电实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理，是此系统可以灵活地使用新技术的关键,2020/5/25,3G-3,40,TD-SCDMA特点,支持与传统系统间的切换功能TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备，小区规划，操作系统，账单系统等,系统设备成本低上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术,支持高速移动通信TD-SCDMA系统在移动速度为250km/h和UMTS移动环境下，可以正常工作,频谱灵活性强仅需单一的1.6MHz频带就可提供速率达2Mbps的业务需求,频谱利用率高针对不同的业务在传输中设置一个上行和下行链路的转换点。对于互联网传输业务，采用“不对称”转换，对于语音业务，可用“对称”转换,2020/5/25,3G-3,41,TD-SCDMA已成为唯一TDD标准,目前，中国的大唐电信集团和德国西门子正在紧密合作开发TD-SCDMA系统并进行通信试验,但是，另一个TDD模式的TD-CDMA的主要提出者德国西门子公司已宣布放弃其TD-CDMA计划，使得TD-SCDMA成为事实上唯一的TDD标准，TDD的频段也将为其独享,目前这两个技术在物理层完全分开，分别采用两套技术规范。,ITU建议IMT2000CDMATDD中基于高码片速率的ETSIUTRA建议的第二种操作模式TDCDMA，与低码片速率的TDSCDMA进行协调,2020/5/25,3G-3,42,3.63G传输网的特征与技术方案选择,1、带宽需求：,我们知道传输网是电信网的基础，因此3G传输网在3G网络发展中扮演着重要角色，移动通信系统由接入网和核心网组成，从移动终端（MS，如手机）到基站（NodeB）的通信是通过无线连接的，从基站（NodeB）到基站控制器（GSM系统叫BSC，WCDMA中叫RNC）的通信是有线连接的，第二代移动通信中的信号为TDM方式，有1到2个E1带宽足够，而WCDMA系统通过ATM口连接，带宽需求大得多,2020/5/25,3G-3,43,3.63G传输网的特征与技术方案选择,2、接口类型：,对3G传输接口类型要求都是基于ATM接口，NodeB与RNC及RNC与MSC之间的接口E1/T1IMA(InverseMultiplexingforATM)ATM反向复用口、STM-1(4)接口，因此3G的边缘传输网接口需求在基于ATM的E1/T1IMA口、STM-1(4)接口,2020/5/25,3G-3,44,3.63G传输网的特征与技术方案选择,3、3G业务承载分析：,SDH、IP、ATM三种传输方式针对不同业务有各自最佳代适用场合，但是3G除承载话音外，更多是数据业务，用SDH和ATM传输成本较高；用IP虽便宜但类型较少（主要有两种，低速10M/100M和高速率GE/10GE业务），所以同时传输多种业务的多业务传输设备（MSTP）将肩负起3G信号传输重任。,2020/5/25,3G-3,45,3.63G传输网的特征与技术方案选择,4、应对3G的边缘网络解决方案：,3G传输网建设重点是负责基站业务传输的边缘传输网络，3G承载主要是宽带业务，其流量具有统计特性，因此3G边缘传输网络必须具备统计复用特性，以往的STM-1(4)已无法满足3G的传输需求，这样STM-16速率的MSTP设备将成为3G传输接入层的首选。,2020/5/25,3G-3,46,3.63G传输网的特征与技术方案选择,未来3G传输网建设的最佳方案是采用MSTP多业务传送平台组网，这样在3G网络演进初期，多业务网络呈现严格QoS特性时，可采用SDH平面作为承载的主要方式，并辅以ATM特性完成NodeB的接入。初期业务量小可采用E1/T1IMA口接口，并利用其统计复用功能提高传输效率；在网络演进后期，可大量采用内嵌RPR方式或ATM方式通过FE或AMT1