第4章第三代移动通信系统(3G)解析

1、第4幸第三代命动遏传驾诜(3G )第4秦第三代綾动逼檜畫俊(3G)淸华大学出版社第4辛第三代移动逼传盔诜(3G )4.1第三代移动通信系统标准介绍 4.1.1 3G的历史及特征 K 3G的发展历程1991年，ITU正式成立TG8/1工作组，负责FPLMTS标 准的制订。1992年，世界无线电行政大会(WARC)在2000MHz 频段上分配了 230MHz给FPLMTS使用这次会议成为3G 标准制订进程中的重要里程碑。 (3) 1997年4月，ITU在全球范围内征集IMT-2000无线传输 方案。1998年6月，ITU共收到10种地面无线传输方案。 (5) 1999年3月，完成IMT-2000关

2、键参数部分的标准化。1999年门月，确定了 IMT2000的无线传输技术规范，将 无线接口的标准明确为5个标准，如表41所示。2000年5月，完成IMT-2000的全部网络规范，其中包括 美国TlA提交的CDMA 2000、欧洲ETSI提交的WCDMA以及 中国电信科学技术研究院(CATT)提交的T0SCDMA。淸华大学出版社第二代90年代第三代第一代80年代第4幸第三代命动遏传驾诜(3G )淸华大学出版社第4辛第三代後动逼传盏诜（3G ）淸华大学出版社第4辛第三代後动逢传盏诜（3G）表4IMT-2000无线接口标准规范CDMA 技 术IMT-2000 CDMA DS对应WCDMAIMT-20

3、00 CDMA MC对应 CDMA 2000IMT-2000 CDMA TDD对应 TDSCDMA (UTR/XTDD LCR )和UTRATDD (HCR )TDMA 技 术IMT-2000 TDMA SC对应北UNC-136IMT-2000 FDMA/TDMA对应欧洲EP-DECT2、3G的特征全球化：3G的目标是在全球采用统一标准、统一频段、统一 大市场。IMT-2000是一个全球性的系统，各个地区多种系统 组成了一个IMT-2000家族，各系统设计上具有很好的通用性, 与此同时，3G业务与固定网的业务也具有很好的兼容性； ITU划分了3G的公共频段，全球各地区和国家在实际运用时 基本上

4、能遵从ITU的规定；全球3G运行商之间签署了广泛的 协议，基本形成了大一统的市场。基于以上条件，3G用户能 在全球实现无缝漫游。多媒体化：提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率数 据、移动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息一体 化。淸华大学出版社第4秦第三代後为逼穆畫诜（3G ）综合化：多环境、灵活性。能把现存的无绳、蜂窝（宏蜂 窝、微蜂窝、微微蜂窝）、卫星移动等通信系统综合在统 一的系统中（具有从小于50米的微微小区到大于500公里 的卫星小区），与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一 致性；网络终端具有多样性；采用平滑过渡和渐进式演进 方式，即能与第二代移动通信系统共存和互通，采用开

5、放 式结构，易于引入新技术；3G的无线传输技术满足三种 传输速率，即室外车载环境下为144kbit/s,室外步行环境 下为384 kbit/s,室内环境下为2Mbit/so智能化：主要表现在优化网络结构方面（引入智能网概念） 和收发信机的软件无线电化。个人化：用户可用唯一个人电信号码（PTN）在任何终端 上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性， 也需要足够的系统容量来支撑。淸华大学出版社第4#第三代紗劲逼仗畫诜(3G)第4辛第三代後为逼传盏诜（3G）4.1.2 3G的主要标准及对比分析 1.空中接口技术三大标准中，WCDMA和CDMA 2000采用FDD方式，需 要成对的频率规划。

6、WCDMA的扩频码速率为3.84Mchip/s, 载波带宽为5MH乙 而CDMA 2000采用单载波时扩频码速率 为 1.2288Mchip/s,载波带宽为 1.25MHz;另外，WCDMA 的基站间同步是可选的，而CDMA 2000的基站间同步是必 需的，因此需要全球定位系统（GPS）,以上两点是 WCDMA和CDMA 2000最主要的区别。除此外，在其他关 键技术方面，例如功率控制、软切换、扩频码以及及所采用 分集技术等都是基本相同的，只是很小的差别。淸华大学出版社第4辛第三代後为逼传盏诜（3G）TD-SCDMA6勺双工方式为TDD,不需要为其分配成 对的频带。扩频码速率为1.28Mchi

7、p/s,载波带宽为 1.6MH乙 其基站间必须同步。与其他两种标准相比，TD- SCDMA采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信 道分配、接力切换等技术，具有频谱使用灵活、频谱利用 率高等特点，适合非对称数据业务。表42 WCDMA. CDMA 2000和TDSCDMA空中接口参数对照表三杵林准 片恳皿WCDMACDMA 200TD-SCDM.K成对烦带.戍对疑单的1.25MHz (CDMA 2000 lx )/X7SMII/ ( 3)上下行共扌一个硕带.l.6MHi多址方氏DS-CDMA (5MHz)IXS-CDMA ( 1.25MHz) MOCDMA (3.75fHz)TDM.VDS-

8、C DMA ( l.6Milz)FDM.VTOM.VDS-CDMA (5MHz 3个MA)FDDrnnTnn耳片堆华(Mchip/s)3.84I. 224J.68641.28扩硕砒OVSFHlikhOVSF4-5124*5121. 2 4.亀 16龙銭愤优lOnis20ms, 5nI0n (分沖2个Stm的子愤)15个时赚“*2个时总(其中7个为业务时) /-fM專枳码.Turbo码4积码，Turbo码卷积网 Turbot杆号调制上行：B1T/SK 下行：QPSK上行：BH/SKT4t: QI0K上TF行：QPSK PSK开豚.闭环(iSOOIIz)开玄闭X (80tllz)开豚.闭廉(200

9、IU)获比札uxRAKERAKE駅金检测曾能天役同多要歩豪站円步或并步豪站何GPS FJ步，则户同步淸华大学出版社 2、标准稳定性 3.系统性能 4.业务提供能力 5.设备成熟度 6、漫游能力 7.知识产权持有情况淸华大学出版社第4辛第三代福动逵传窃诜（3G）*4.1.3 3G频谱的划分TDD FDD （上行MSS TDD空FDD （下行）MSS（地对空）（空对地）35603015856050MHzMHzMHzMHzMHzMHzMHz18851920198020102025211021702200图41 ITU的3G频谱划分建议FDDFDD TDD FDD MSS TDD FDD MSS（上行

10、）（下行）（上行）（地对空）（下行（空对地TDD17551785 185018801920I9S0 2010 202520102170220023002400淸华大学出版社图42中国的3G频谱划分方案第4辛第三代好动遏命盏诜（3G）卜4.2第三代移动通信系统的关键技术 4.2.1初始同步与Rake多径分集接收技术淸华大学出版社图43 M支路Rake接收机的实现（每一个相关器监测一路延迟信号, 其各检测支路间的相对时延超过一个码片）淸华大学出版社第4卡第三代彩动逼穆盏诜（3G）4.2.2高效信道编译码技术输入数据编码器1打孔结构复接器输出数据交织器编码器2图44 Turbo码编码器结构第4辛第三

11、代後动逼传盏诜(3G )淸华大学出版社外信息外信息解交织交织器校验序列I软判 决输 出卷 积解 码器I判决器似然值I校验序列U似然值U译码输出交织器数据序列图45 Turbo码译码器结构淸华大学出版社第4秦第三代彩邸逼仪至诜（3G） 423智能天线技术匸智能天线即自适应阵列天线。它通过各阵元信号的加权幅度 和相位来改变阵列的方向图形状，具有测向和询零功能，能 够把主波束对准入射信号并自适应实时跟踪信号，同时将零 点对准干扰信号，从而抑制干扰信号，提高信号的信噪比， 改善整个通信系统的性能及能够识别不同的入射方向的直射 波和反射波。基站智能天线包括两个重要组成部分，一是对来自移动台发 射的多径电

12、波方向进行到达角估计，并进行空间滤波，抑制 其他移动台的干扰；二是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，减少对其他移动台的干扰。智能天线技 术用于TDD方式的CDMA系统是比较合适的，能够起到在较 大程度上抑制多用户干扰，从而提高系统容量的作用。其困 难在于由于存在多径效应，每个天线均需一个Rake接收机， 从而使基带处理单元复杂度明显提高。4.2.4多用户检测技术从理论上讲，使用多用户检测技术能够消除或减弱CDMA系 统中的多径干扰，并能消除或减弱CDMA系统中的远近效应, 简化CDMA系统中的功率控制，降低功率控制的精度要

13、求， 在极大程度上改善系统容量、扩大小区覆盖范围。但一个较 为困难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通 话的移动用户乘以基站端可观测到的多径数。这意味着在实 际系统中等效干扰用户将多达数百个，这样即使采用与干扰 用户数成线性关系的多用户抵消算法仍使得硬件实现显得过 于复杂。如何巴多用户干扰扌氐消算法的复杂度降低到可接受 的程度是多用户检测技术能否实用的关键。目前多用户检测 技术的理论已日趋成熟，3G系统也看好这一技术，将它列 为最有前途的增强型技术之一，并希望在3G系统第二期中 得以实际利用。淸华大学出版社第4#第三代斛劲逼传畫诜(3G)4.2.5功率控制技术在CDMA系统中，由于用

14、户使用相同的频带，且各用户的 扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大 小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术成为 CDMA系统中的最为重要的核心技术之一。在WCDMA和 CDMA 2000系统中，上行信道采用了开环、闭环功率控 制技术；下行信道则采用了闭环功率控制技术。TD- SCDMA系统中由于采用智能天线、多用户检测等抗干扰 技术，功率控制速度有所降低。B当然，功率控制技术也存在一些缺点，首先是不能从根本 上消除多址干扰，其极限是各个用户的接收功率都相同时 的接收性能；其次是占用信道传递功率控制信息，存在算 法收敛速度、性能与用户移动速度有关和系统复杂等问题。第4秦第三

15、代禎邸逢传驾诜(3G )4.2.6软件无线电技术软件无线电技术是随着计算机技术的发展、大规模集成电路 技术的进步和芯片处理速度的不断提高特别是数字信号处理 器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）等可编程数字器 件的快速发展而产生的一种新的无线通信技术。传统的基于 专用集成电路（ASIC）的无线通信系统的全部功能由硬件灾 现，只能工作于单一频段、单一调制方式，不同体系结构的 通信系统难以相互沟通。而软件无线电是在一个通用、开放 的硬件平台上采用软件技术通过可编程的DSP、FPGA实现 无线通信系统的各种功能。在移动通信系统采用软件无线电 技术，有益于实现与不同频带、带宽和调制方式的通信系统

16、的互联、互通；系统的升级和嵌入新技术更方便；便于开发 新的增值业务；能更充分地利用有限的频谱资源。因此，软 件无线电技术必将成为未来移动通信中的主流技术，它在第 三代移动通信系统中也得到了 一定的应用。淸华大学出版社第4秦第三代禎动逼盘畫诜（3G ）4.3 WCDMA系统 4.3.1概述1. WCDMA的发展和现状ETSI把3G技术统称为UMTS （通用移动通信系统）。 1998年，日本和欧洲在宽带CDMA建议的关键参数上取 得一致，使之正式成为UMTS体系中FDD频段的空中接 口的入选方案，并由此通称为WCDMA,后来它成为了 ITU的IMT-2000体系的三大主流标准之一。在欧洲， WCD

17、MA也称为UMTS,或者叫UTRA-FDD。2、WCDMA的主要特点K (1).信道复杂，可适应多种业务需求WCDMA可通过公共信道/共享信道、接入信道和专用信 道等不同类型的信道实现不同业务，适应不同时延和分布特 点的要求，使资源的调配更加灵活。正是这种复杂的信道和 灵活的资源调配方式，可使WCDMA能满足不同业务的QoS。S、大容量和高业务速率WCDMA系统的码片速率达3.84Mchip/s,载波带宽为 5MHz,相对于窄带CDMA系统，WCDMA系统的带宽能够 支持更高的速率，同时带来了无线电传播的频率分集；相对 于速率大致相同的话音业务，具有更高的扩频增益，接收灵 敏度更高。淸华大学出

18、版社第4秦第三代後劲逼仗畫诜(3G ) (3)、功率控制完善WCDMA采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路没 有建立时，开环功率控制用来调节接入信道的发送功率；链 路建立之后使用闭环功率控制。WCDMA的上、下行均采用 快速功率控制，频率为1500H乙 在三类标准中是最快的。其 快速功率控制速度比任何较明显的路径损耗的变化都要快， 甚至比低速和中速移动的用户设备产生的瑞利快衰落的速度 还快，可以有效抵抗链路的功率不平衡现象和瑞利衰落，能 够更好地控制系统内的干扰，提升网络覆盖、容量方面的性 能。韻、支持基站异步操作同步只是可选项，也就是说网络侧对同步没有要求，从 而易于实现室内和密集小区的覆

19、盖，但需要快速小区搜索技 术。淸华大学出版社第4辛第三代裕动遏传盏诜(3G )、切换机制健全，有更灵活的分层组网结构WCDMA系统既支持软切换，又支持不同载频间的硬切 换，也可以采用压缩模式实现不同系统之间的硬切换；提供 分层小区结构(HCS)组网，即分别选择宏小区、微小区、 微微小区进行组网，以满足不同容量和覆盖需求S (6)、优化的分组数据传输方式支持帧间数据速率转换，允许不同QoS要求的业务复用, 具有良好的资源调度机制。Hi (7)、上、下行链路均利用导频进行相干检测和窄带CDMA系统相较，增加了反向导频辅助的相干检 测，扩大了覆盖范围。淸华大学出版社第4#第三代禎劲逼传養诜(3G)3

20、、WCDMA系统的基本结构图46 WCDMA系统的基本结构图47 UTRAN的结构淸华大学出版社第4辛第三代褐动遏传密诜(3G)图48 UTRAN接口通用协议模型淸华大学出版社第4卡第三代後劭遏传盏诜（3G）4.3.2 WCDMA的空中接口用户平面信令控制平面信令L2/PIKPL2/BMC1.2/RIA：L2AIACL1淸华大学出版社图49 WCDMA空中接口协议结构淸华大学出版社第4辛第三代好动逼传盏诜（3G）K无线信道及功能I I控制信道 业务信道I I公共信道（无FPC）-J专用佶道（FPC 公共借道（fpc）CTCHlBCHBCCHiPCCHjFACHlCCCHHPCHIRACHTDC

21、CHTDTCHifr上行cud l下行DL） 门双向I）L&UL） 对应 .辅助dchmI.哄页茨、P-SCHjS-SCHjP-CPICHjS-CPICHiP-CCPCHiPICH!S-CCPCHiPRACHfAICHjDPDCH1TDPCCHUPDSCHJPCPCHf辆理倍道图410 WCDMA空中接口信道对应关系第4辛第三代福动逼传盏诜(3G )2、物理层数据、物理信道的帧结构DPDC淸华大学出版社,I/Q码分复 I用导频TFCIFBITPCNp4lcbltVraibltArTHbltDPCCHTS(H图418 MAC层结构图第4秦第三代好动遏作务诜（3G）淸华大学出版社1YSAPAM-SAPUM-SAPRICSAPBCCHH*CCIVCCCHH)CCH/DTCH SAPDTCHmCCH SAPCCCH/CTCJ/