移动通信(第四版)第三代移动通信

移动通信第10章第三代移动通信1移动通信基本定义移动通信就是通信双方至少有一方在运动状态中进行信息交换，它包括移动用户之间的通信、固定用户与移动用户的通信，概括来说就是

“动中通”。

2移动通信系统发展史历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出第一代模拟蜂窝移动通信系统3移动通信系统发展史第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密4移动通信系统发展史第二代数字蜂窝移动通信系统-CDMA历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址（CDMA）软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术5移动通信系统发展简史第三代移动通信系统第三代移动和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率数据的传输，除了语音和数据传输外，还能传送高达2Mbit／s的高质量的活动图像。最具代表性的IMT-2000技术标准，其中所涉及的CDMA技术司以分为三类：WCDMA技术，cdma2000技术，TD-SCDMA技术。6移动通信系统发展史第三代数字蜂窝移动通信系统3G的主要特点：支持移动多媒体业务宽带CDMA技术

高频谱效率

FDMA/TDMA/CDMA

从电路交换到分组交换

从媒体(media)到多媒体(Multi-media)

高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构3G主流技术：

WCDMAcdma2000TD-SCDMA

7蜂窝移动通信的发展1G2G3G模拟系统GSMWCDMAIS-95cdma2000TD-SCDMAGPRS8第10章第三代移动通信内容第三代移动通信标准、系统结构、演进、关键技术

WCDMA无线接口分层结构、信道结构和关键技术

cdma2000的信道结构、无线配置及cdma20001X的用户起呼过程

TD-SCDMA采用的多址方式、时隙帧结构、脉冲结构及通信连接中的处理程序9第10章第三代移动通信重点第三代移动通信的标准、系统结构、关键技术GSM到WCDMA的演进，IS-95CDMA到cdma2000的演进难点WCDMA的接口分层、信道结构cdma2000的信道结构、无线配置目的和要求掌握3G的标准及相关基本概念了解三种标准的基本技术、特点及演进

10IMT-2000无线接口标准

CDMA

TDMA

IMT-DSWCDMAIMT-MCcdma2000

IMT-TCTD-CDMATD-SCDMAIMT-SCUWC-136IMT-FTDECT11第三代移动通信标准化格局ITU-TWP3/11、SG2、SG13、SG16

IMT-2000ITU亚太3GPP3GPP2ETSISMGARIBTTCTTA欧洲北美ITU-RWP8FCWTST1P1TIA12第三代移动通信的标准化概况主要标准及提案

序号提交技术双工方式应用环境提交者1J：W-CDMAFDD、TDD所有环境日本：ARIB2ETSI-UTRA-UMTSFDD、TDD所有环境欧洲：ETSI3WIMSW-CDMAFDD所有环境美国：TIA4WCDMA/NAFDD所有环境美国：T1P15GlobalCDMAⅡFDD所有环境韩国：TTA6TD-SCDMATDD所有环境中国：CATT7cdma2000FDD、TDD所有环境美国：TIA8GlobalCDMAⅠFDD所有环境韩国：TTA9UWC-136FDD所有环境美国：TIA10EP-DECTTDD室内、室外到室内欧：ETSIDECT计划13IMT一2000主流提案WCDMA提案

宽带直接序列扩频CDMA方案，由欧洲电信标准协会(ETsI)提交，该系统可由GSM系统平滑演进。目前WCDMA提案由3GPP组织进行全面规范。14IMT一2000主流提案cdma2000提案多载波cdma方案。由美国通信工业协会(TIA)提交，该系统可由窄带cdma(Is一95)兼容过渡。其间分为两个阶段，即cdma20001XRTT和cdma20003xRTT。目前CDMA2000提案由3GPP2组织进行全面规范15IMT一2000主流提案TD—SCDMA提案

时分同步CDMA方案，由大唐公司代表中国、以信息产业部电信科学技术研究院(cATT)的名义提交，可以在GsM系统上演进，在非对称频段上具有显著优势。该提案已被3GPP的R4版本接纳，标志着TD—SCDMA技术已经真正得到世界各大通信运营商和设备制造商的认可，成为全球第三代移动通信网络建设的重要选择方案之一。16185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz1865186518701885189018951910193019451965197019753G频谱分配17第三代伙伴项目－3GPP和3GPP23GPP由欧洲的ETSI、日本ARIB、TTC、韩国TTA、美国的T1和中国CWTS六个标准化组织组成。宗旨是制定以GSM为核心网，WCDMA和CDMATDD(TD-SCDMA和UTRATDD)融合技术为无线接口的标准。183GPP的演进过程

WCDMAFDD引入Iu接口GSM/GPRS核心网R99核心网CS域控制与承载分离R4核心网分组域引入IP多媒体域（IMS）引入HSDPAR5无线接口及业务增强R619第三代伙伴项目3GPP2由美国的ANSI（TIA）、日本ARIB、TTC、韩国TTA和中国CWTS五个标准化组织组成。宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，cdma2000为无线接口的标准。（IS-41标准：用在AMPS系统、IS-136系统和IS-95系统中实现漫游）202122用户速率与移动性的关系10KbpsWideArea/HighMobilityShortDistance/LowMobilityUserBitRate144Kbps384Kbps2MbpsEvolved2ndGenerationSystems(GSM-HSCSD,GPRS,IS-95B)2ndGenerationSystems(GSM,IS-95,IS-136,PDC)GSM-EDGEIMT-2000233G统一规范的必要性全球统一频谱，减少频谱冲突跨体制、跨区域的全球漫游大规模生产，降低运营和终端成本减少投资和开发风险，解决知识产权冲突，避免多种系统的选择问题用户、运营者和生产商三者均可获益各国在ITU进行了真诚合作，达成一致：采用IMT-2000家族的概念2410.1第三代移动通信概述宽带CDMA为主流WCDMA基于GSMcdma2000基于IS-95CDMATD-SCDMA253G的三大主流技术标准比较2610.1第三代移动通信概述概述对IMT-2000系统的总体要求在服务质量方面对话音质量的改进；无缝覆盖；降低费用；改进服务质量；增加效率和能力在新业务和能力方面灵活接入能力、业务能力，实现在1G和2G中不能实现的新话音和数据业务；低费用提供宽带业务；按需自适应分配带宽在发展和演进能力方面与2G共存、互通，实现2G到3G的平滑过渡在灵活性方面提供高级别的互通，包括多功能、多环境能力、多模式操作和多频带接入2710.1第三代移动通信概述IMT-2000系统的特点具有全球性漫游的特点系统终端类型多种多样提供高质量的话音和数据业务，宽范围的数据速率，不对称数据传输能力，更高级的鉴权和加密算法，提供更强的保密性能与第二代系统的共存和互通包括卫星和地面两个网络，适用于多环境，更高的频谱利用率，降低同速率业务的价格可同时提供话音、分组数据和图像，并支持多媒体业务2810.1第三代移动通信概述IMT-2000系统结构系统组成四个功能子系统：核心网CN、无线接入网RAN、移动终端MT和用户识别模块UIM2910.1第三代移动通信概述系统标准接口

网络与网络接口NNI无线接入网与核心网之间的接口RAN-CN无线接口UNI用户识别模块和移动台之间的接口UIM-MT3010.1第三代移动通信概述结构分层

物理层由一系列下行物理信道和上行物理信道组成链路层由MAC子层和链路接入控制LAC子层组成MAC子层根据LAC子层的要求对物理层资源管理与控制，并提供LAC子层所需的QoS级别LAC子层采用与物理层相对独立的链路管理与控制，并通过ARQ等方式提供MAC子层所不能提供的更高级别的QoS控制，以满足高层业务实体的传输可靠性3110.1第三代移动通信概述高层集OSI模型中的网络层、传输层、会话层、表示层和应用层为一体主要负责各种业务的呼叫信令处理，话音业务和数据业务的控制与处理等

32WCDMA与cdma2000的区别参数WCDMAcdma2000最小带宽(MHz)51.25/5采用技术类型直接序列扩频(DS)多载波(MC)码片速率(Mchip/s)3.841.2288/3.6864基站间同步异步/同步同步下行信道导频专用信道采用导频符号与业务数据流时分复用(TM)，并采用公共连续导频采用独立的连续导频业务码道共用(CM)帧长(ms)1020话音编码固定速率可变速率功率控制速度(Hz)160080033WCDMA与cdma2000的区别三个区别码片速率cdma2000：1.2288Mc/s或3.6864Mc/sWCDMA：3.84Mc/s基站同步方式cdma2000：用GPS使基站间严格同步

WCDMA：同步/异步相结合的方式导频信道方式cdma2000:公共导频方式WCDMA：专用时分导频上引入公共连续导频343G网络的演进GSM网络向WCDMA的演进353G网络的演进IS-95CDMA网络向cdma2000的演进3610.1第三代移动通信概述实现3G的关键技术初始同步初始同步：PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步cdma2000：通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步

WCDMA：“三步捕获法”，通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收，确定扰码组号等，通过对扰码穷举搜索，建立扰码同步

3710.1第三代移动通信概述Rake多径分集接收技术相干Rake接收：发送未调导频信号，收端在确知已发数据条件下估计出多径信号的相位，并实现相干方式的最大信噪比合并WCDMA系统采用用户专用的导频信号；在cdma2000下行链路采用公用导频信号，上行信道采用用户专用的导频信道Rake多径分集技术的另一种体现形式是宏分集及越区切换技术3810.1第三代移动通信概述高效信道编译码技术采用卷积编码、交织技术Turbo编码技术采用两个并行相连的系统递归卷积编码器，并辅以一个交织器卷积编码器的输出经并串变换及打孔操作后输出相应的解码器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离的两个迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成3910.1第三代移动通信概述智能天线技术目前仅适应在基站系统中应用用于扩大基站覆盖范围、减少所需的基站数两个重要的组成部分一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角DOA估计，并进行空间滤波，抑制其他移动台的干扰，改善信号的传输质量，提高所需信号方向的接收灵敏度二是对基站发送信号波束形成，使基站发送信号能沿MS电波的到达方向送回MS，从而降低发射功率，减少对其他MS的干扰4010.1第三代移动通信概述实现关键多波束形成技术自适应干扰抑制技术空时二维的RAKE接收技术多通道的信道估计均衡技术困难存在多径效应，每个天线均需一个Rake接收机，使基站处理单元复杂度提高。4110.1第三代移动通信概述WCDMA和cdma2000中支持智能天线的关键技术WCDMA可在整个覆盖区域内实现多波束切换技术；标准中定义了专用导频，易实现自适应天线阵列技术cdma2000一般在局部热点区域内实现，由于未定义下行专用导频，实现相对困难4210.1第三代移动通信概述多用户检测(MUD)技术扩频码准正交造成多个用户间的相互干扰，限制了系统容量的提高多用户检测称为联合检测和干扰对消，降低多址干扰，消除远近效应，提高系统的容量通过测量各用户扩频码间的非正交性，用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户间的相互干扰实现关键是把多用户干扰抵销算法的复杂度降低到可接受的程度4310.1第三代移动通信概述功率控制技术WCDMA和cdma2000中，上行信道采用开环、闭环和外环功率控制技术，下行信道采用了闭环和外环功率控制技术WCDMA和cdma2000中闭环功率控制速度不同，前者为每秒1600次，后者为每秒800次外环功控：通过对接收误帧率的计算，确定闭环功控所需的信干比门限通常需采用变步长方法，以加快对信干比门限的调节速度4410.2WCDMA(FDD)技术WCDMA技术概述技术指标WCDMAGSM载波间隔5MHz200KHz频率重用系数11～18功率控制频率1500Hz2Hz或更低服务质量控制QoS无线资源管理算法网络规划（频率规划）频率分集可采用Rake接收机进行多径分集跳频分组数据基于负载的分组调度GPRS中基于时隙的调度下行发分集支持，以提高下行链路的容量不支持，但可应用4510.2WCDMA(FDD)技术基站同步方式：支持异步和同步的基站运行

信号带宽：5MHz码片速率：3.84Mc/s发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD信道编码：卷积码、Turbo码

调制方式：QPSK功率控制：上下行闭环、开环功率控制

解调方式：导频辅助的相干解调方式

语音编码：AMR4610.2WCDMA(FDD)技术WCDMA的语音演进

WCDMA采用AMR语音编码速率：4.75～12.2Kbit/s采用软切换和发射分集，提高容量提供高保真的语音模式，并进行快速功率控制WCDMA的数据演进

WCDMA支持最高2Mbit/s的数据业务，支持包交换

目前采用ATM平台4710.2WCDMA(FDD)技术信道结构从不同协议层次讲，承载用户各种业务的信道分为三类：逻辑信道，传输信道，物理信道

逻辑信道直接承载用户业务，分为控制信道和业务信道传输信道是无线接口二层和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务，分为专用信道和公共信道物理信道是各种信息在无线接口传输时的最终体现形式4810.2WCDMA(FDD)技术传输信道定义数据是怎样在空中接口中传输的两类：专用传输信道和公共传输信道信道结构

4910.2WCDMA(FDD)技术物理信道由某一载波频率、码(信道码和扰码)、相位确定在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码任何一种不同，都可确定为不同的信道物理信道包括3层结构：超帧、无线帧和时隙超帧长720ms，包括72个无线帧无线帧包括15个时隙的信息处理单元，时长10ms时隙包括一组信息符号的单元，每时隙符号数取决于物理信道每个符号的码片数量与物理信道的扩频因子相同

5010.2WCDMA(FDD)技术物理信道的分类5110.2WCDMA(FDD)技术传输信道到物理信道的映射

5210.2WCDMA(FDD)技术信道编码和复用包括非压缩和压缩两种方式非压缩模式到编码/复用功能模块的数据以传送块集合形式传输每个传送时间间隔TTI传输一次步骤5310.2WCDMA(FDD)技术同步过程小区搜索

UE搜索小区并判断下行链路的扰码及所在小区帧同步典型情况下小区搜索步骤时隙同步帧同步和码组指示扰码识别公共信道同步5410.2WCDMA(FDD)技术发射分集方法：在基站方通过两根天线发射信号，每根天线被赋予不同的加权系数（包括幅度，相位等），使接收方增强接收效果，改进下行链路的性能包括开环发射分集和闭环发射分集闭环模式发射分集用于DPCH和PDSCH，关键是加权因子的计算开环发射分集不需要MS的反馈，基站的发射先经空间时间块编码，再在MS中分集接收解码5510.2WCDMA(FDD)技术功率控制上行功率控制下行功率控制5610.2WCDMA(FDD)技术切换

步骤：无线测量、网络判决和系统执行WCDMA中具有与IS-95CDMA中所具有的软切换、更软切换、硬切换，还有CDMA到其它系统的切换和空闲切换

CDMA到其它系统的切换：MS从CDMA业务信道转到其它系统业务信道空闲切换：MS处于空闲状态时所进行的切换硬切换通常发生在不同频率的CDMA信道间5710.3cdma2000技术

演进采用码片速率为1.2288Mc/s的单载波直接序列扩频方式方便地与IS-95后向兼容，实现平滑过渡注意BTS和BSC等无线设备的演进BTS：天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分可相同，而基带信号处理部分必须更换BSC：必须具有分组交换功能58

CDMA发展进程

CDMA20001X是后续网络发展的基础，语音容量是IS95的两倍，可提供153.6Kbps的数据业务（Release0）

CDMA20001XEV-DO（EvolutionData-Optimized）在专用载频上实现高速分组数据业务

CDMA20001XEV-DV(EvolutionData&Voice)兼容1X,实现综合的语音和高速分组数据业务

CDMA20001X后续演进有两种选择：1X->1xEV-DO;1X->1xEV-DV2001200019981995IS-95AIS-95BCDMA20001XRelease0/AEVDVRel.C2004EVDORel.0及增强EVDORel.AEVDVRel.D5910.3cdma2000技术cdma20001X比IS-95CDMA系统性能提高采用传输分集发射技术和前向快速功控后，前向信道的容量约为IS-95CDMA系统的2倍业务信道采用Tubro码而具有2dB的增益，容量提高到未采用Tubro码时的1.6倍从网络系统的仿真结果来看传送语音：cdma20001X系统容量是IS-95CDMA的2倍传送数据：cdma20001X系统容量是IS-95CDMA的3.2倍6010.3cdma2000技术cdma20001X中引入快速寻呼信道，减少了MS电源消耗，延长了MS待机时间，支持cdma20001X的MS待机时间是IS-95CDMA的15倍或更多cdma2000新的接入方式，减少呼叫建立时间，减少MS在接入过程中对其他用户的干扰6110.3cdma2000技术无线接口：功能上有了很大的增强在软切换方面将原来的固定门限变为相对门限，增加了灵活性前向快速寻呼信道可实现寻呼或睡眠状态的选择前向链路发射分集技术可减少发射功率，抗瑞利衰落，增大系统容量反向相干解调提高了反向链路的性能，降低了移动台发射功率，提高了系统容量连续的反向空中接口波形可降低对发射功率的要求、增加系统容量仅在前向辅助信道和反向辅助信道中使用Turbo码6210.3cdma2000技术信道结构信道类型反向信道前向信道6310.3cdma2000技术反向信道结构6410.3cdma2000技术前向信道结构6510.3cdma2000技术cdma20001X基本工作过程用户起呼过程用户通过MS发起一个呼叫，生成初始化消息基站收到初始化消息后，准备建立业务信道，并开始试探发送空业务信道数据基站组成信道指配消息通过寻呼信道发送给MSMS根据所指示的信道信息尝试接收基站发送的前向空业务信道数据6610.3cdma2000技术MS接收到N个连续正确帧后，建立相对应的反向业务信道发送业务的前导基站探测到反向业务信道前导数据后，生成基站证实指令消息通过前向业务信道发送给MSMS收到后开始发送反向空业务信道数据基站生成业务选择响应指令通过前向业务信道发送给MSMS处理基本业务信道和其他相应的信道，并发相应的业务连接完成消息在MS和基站间交流振铃和去振铃等消息后，进入对话状态

6710.3cdma2000技术分组业务建立前向和反向基本业务信道建立相应的辅助码分信道如前向需要传输很多的分组数据，基站通过发送辅助信道指配消息建立相应的前向辅助码分信道如反向需要传输很多的分组数据，MS通过发送辅助信道请求消息与基站建立相应的反向辅助码分信道辅助性信道增强系统的功能、性能和灵活性，不一定涉及到每一个呼叫过程6810.4TD-SCDMA技术

SDMA方式通过空间的分割来区分不同的用户基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同用户方向上形成不同的波束扇形天线可被看作是SDMA的一个基本方式SDMA原理：SDMA基站由多个天线和收发信机组成用与多个收发信机相连的DSP来处理接收到的多路信号，精确算出每个MS相应无线链路的空间传播特性，可得上下行波束赋形矩阵，利用该矩阵通过多个天线对发往MS的下行链路信号空间合成，使MS所处位置接收信号最强69TD-SCDMA中国的TD-SCDMA提案完全符合并超出ITU的最低要求验证了TD-SCDMA技术的优势，如:由于采用智能天线和同步CDMA技术，所以容量大成本低适合非对称数据的传输频段使用灵活TD-SCDMA技术的评估结果70TD-SCDMA的标准化情况1998年11月TG8/1伦敦会议明确TD-SCDMA符合IMT-2000要求，适应于所有环境应用。1999年3月完成TD-SCDMA关键参数1999年4月成立中国无线通信标准研究组(CWTS)，组织国内几十个单位共同制定移动通信标准；1999年10月完成提交到ITU的TD-SCDMA无线接口技术规范；1999年11月TG8/1会议通过TD-CDMA作为RSPC建议CDMATDD一个标准(5.3节)2000年5月ITU-RRA-2000正式批准RKEY(M.1455)和RSPC建议(M.1457)71TD-SCDMA在3GPP的标准化中国在ITU一直倡导TDD的融合1999年初主办多次TDD融合专题研讨会，并开始向3GPP提交文稿；1999年5月CWTS加入3GPP；1999年9月运营者融合组织(OHG)包括TD-SCDMA的两种码片速率的CDMATDD方式；1999年10月TD-SCDMA正式开始在3GPP的标准化；72TD-SCDMA在3GPP的标准化1999年底基本接受保留两个TDD优势，明确标准化计划，即2000年6月完成技术报告计划；R00完成标准化；3GPP在Release4，即2001年3月完成低码片速率(TD-SCDMA)的标准化工作；核心网分为基于GSM/GPRS(R99、R4)和全IP(R5)两个阶段。73TDD和FDDFDD

适合于大区制的全国系统适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等

TDD

适合于高密度用户地区：适合于对称及不对称的数据业务，如话音、实时数据业务、特别是互联网方式的业务能提供成本低廉的设备74TD-SCDMA的关键技术智能天线+多用户检测多时隙的TDMA＋DS_CDMA(帧结构)

同步CDMA

用软件无线电技术实现信道编码和交织(和3GPP相同)接力切换7510.4TD-SCDMA技术SDMA技术可以大致估算出每个用户的距离和方位SDMA方式与CDMA的性能互补当几个用户靠得很近，SDMA技术无法精确分辨用户位置，每个用户都受到了邻近其他用户的强干扰而无法正常工作，采用CDMA的扩频技术可轻松降低其它用户的干扰SDMA只需起到部分降低干扰的作用SCDMA可采用最简化的波束赋形算法，加快运算速度，确保在TDD的上下行保护时间内完成所有信道估计和波束赋形计算TD-SCDMA中“S”

表示空分多址(SMQRTANTENNA智能天线)、SOFTRADIO(软件无线电)和SYSCHRONUS(同步)7610.4TD-SCDMA技术TD-SCDMA的主要技术与参数

参数内容多址接入技术和双工方式多址方式：TDMA/CDMA双工方式：TDD码片速率1.28Mchip/s帧长和结构子帧长：5ms每帧7个主时隙，每时隙长675μs占用带宽小于1.6MHz相邻信道泄漏功率比ACLR（发射端）UE：(功率等级：+21dBm)ACLR（1.6MHz）=33dBACLR（3.2MHz）=43dBBS：ACLR（1.6MHz）=40dBACLR（3.2MHz）=50dB7710.4TD-SCDMA技术TD-SCDMA的主要技术与参数参数内容相邻信道选择性ACS(接收端)

UE：(功率等级：+21dBm)ACS=33dBBS：ACS=45dB随机接入机制在专用上行时隙的RACH突发信道估计训练序列基站间的同步和非同步运行

同步7810.4TD-SCDMA技术时间提前量基站用时间提前量调整UE发射定时，初始值由基站测量PRACH的定时决定TD-SCDMA每子帧5ms测试一次；根据测量结果，调整1/8chip的整数倍，得到最接近的定时

切换时，需加入源小区和目标小区的相对时间差

79TD-SCDMA系统的优势有利于频谱的有效利用，不需要成对的频段，分配频段也比较简单，而WCDMA系统的FDD技术却需要成对的频段；更适用于不对称的业务，因为上下行资源可以灵活分配，因此更适用于Internet，多媒体应用和文件传输业务；而WCDMA系统此时只能是浪费一个上行频段；上下行链路的相关性，上下行工作于同一频率，因此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，降低成本的作用；而WCDMA上下行不使用同一个频段，因此不具备相关性；TDD设备成本较低，主要是由于信道是对应的，因此就可能简化接收机；无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现射频收发信机。80TD-SCDMA系统的劣势TDD中的干扰是一个重要的问题。在通信系统中的同步非常重要，而TDD系统本身是一个同步系统，因此对同步的要求就很高。同时上下行同处于一个频段，又造成了干扰类型的增加。TD-SCDMA系统的覆盖较WCDMA系统小；移动速度问题，ITU-R要求的TDD支持的最高速率为120km/h，而FDD系统的最高速率为500km/h；发射功率：TD-SCDMA有着TDMA的因素，导致脉冲功率干扰，需较大的瞬时发射功率，FDD则是在所有时隙上发射的，不存在该问题。81本章小结第三代移动通信系统标准中最受关注的是基于GSM系统的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000和TD-SCDMAWCDMA的传输信道包括专用传输信道和公用传输信道，公用传输信道包括BCH、FACH、PCH、RACH、CPCH、DSCH。传输信道必须映射到物理信道才能实行正常的通信联系

WCDMA的信道编码/复用可采用压缩方式和非压缩方式。采用压缩方式时，传输间隔可用来进行其它频点的测量

82本章小结WCDMA在实现同步时，需先进行小区搜索，小区搜索执行三个步骤：时隙同步、帧同步及码组指示、扰码识别

cdma2000标准的反向信道和前向信道有不同的信道结构和无线配置，但信息的处理过程基本相同。cdma2000在反向信道结构中增设一些辅助信道以增强系统的功能和灵活性

TD-SCDMA中的“S”有多重含义，包括空分多址（智能天线技术）、软件无线电和同步

TD-SCDMA标准由于采用智能天线技术，在很多方面进行了优化，尤其是时隙帧结构，但其信息只有一种脉冲结构

83第10章

第三代移动通信的主要技术2023/1/16主要内容高效率的编译码技术功率控制多用户检测技术智能天线85

高效率的编译码技术

从源数据角度来看,3G包括各类话音、图像的数字压缩技术。诸如各类单路、低时延、低比特率的话音压缩、编码技术和基于MPEG-1、MPEG-2、H.261-H.263、H.324、MPEG-4至MPEG-7算法,实施覆盖HDTV至甚低比特率(≤64kb/s)的高质量数字图像压缩技术。

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此外,信道编译码技术是第三代移动通信的一项核心技术。这是因为，虽然第三代移动通信采用的扩频技术有利于克服多径衰落以提供高质量的传输信道,但扩频技术存在潜在的频谱效率低的问题,而一般的编码技术也是通过牺牲频谱利用率来换取功率利用率的,因此,3G系统中必须采用高效的信道编译码技术来进一步改善通信质量。87现代无线通信系统对信道编码技术的要求:

选择效率高编码增益高时延性能好译码算法较简单存储量较小溢出概率小

对同步要求不是很高

适合于衰落信道传送、易于实现。88

在第三代移动通信系统的主要提案中(包括WCDMA和CDMA2000等),除了采用与IS-95CDMA系统相类似的卷积编码技术和交织技术之外,还建议采用Turbo编码技术及RS卷积级联码技术。(1)卷积码具有记忆能力,可用维特比译码,具有很高的编码增益。(2)交织技术的特点是能将码字中的长连错误转化成每个纠错码字里只有一个或两个错误,这样有利于对付信道传输中由于突发性干扰而引起的长连串错误,交织不会引入冗余码,所以也就不会降低频谱利用率。89功率控制

功率控制(PowerControl)技术是CDMA系统的一项核心技术。可以说,CDMA技术的成功在很大程度上要依赖于功率控制技术的成功应用。所谓功率控制就是要根据具体情况,动态调整发射机的功率。这里的发射机可以指基站的发射机,也可以指移动台的发射机,但主要还是指后者。也就是说,CDMA中上、下行链路的功率控制是彼此独立的,但更侧重于上行链路。具体来讲,功率控制主要是限制和优化来自每个用户发射机的发射功率,一方面使其到达基站接收机的平均功率都相等;另一方面,在保证通信质量的前提下,将发射机功率尽可能地调至最小。90

1)上行开环功率控制

上行指的是由BS到MS的方向。上行开环功率控制仅由移动台进行,基站并不参与。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率,或用户接收功率发生突变时的发射功率的调节。其基本原理(如图5-18所示)是移动台先测量接收到的基站功率的大小,然后根据接收的功率值,估计前向传输路径的损耗,遵循一定的准则,以调整自身的发射功率。91

开环功率控制922)上行闭环功率控制

闭环功率控制93

闭环功率控制对于补偿由于快瑞利衰落而造成的功率波动很有作用,因而能够使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。可以说,反向信道闭环功率控制是对开环功率控制的有效补充。94

3)下行开环功率控制在CDMA系统中,移动台必须向基站反馈报告下行链路的质量。移动台连续地监视下行链路的FER,并且在一条被称作功率测量报告信息(PMRM)中向基站报告这个FER的反馈。它可以用两种方式发送这个报告:一种方式是移动台周期性地报告PMRM,而另一种是仅仅当FER超过一个特定的门限时移动台才报告PMRM。基站知道了下行链路的质量后,则会调整对那个相应移动台的发射功率。为了实现快速和自适应的功率控制算法,在下行链路中也可以插入专门的子信道以实现下行链路的闭环功率控制。95

多用户检测技术

CDMA移动通信系统的干扰问题:一、由于不同的用户同时共享同一频段的带宽(各个用户之间由于其对应的地址码之间存在相关性,不能完全正交)而产生的多址干扰(MAI,MultipleAccessInterference);二、由于信道特性的不理想而引起的符号间干扰(ISI,InterSymbolInterference)。传统的CDMA接收机,如匹配滤波器和RAKE接收机,大都采用的是单用户检测(SingleUserDetection)技术,对各个用户信息的接收都是相互独立进行的。也就是说,都是把除有用信号外的信号作为干扰来处理,而没有充分利用接收信号中的有用信息,如确知的用户信道码,各用户的信道估计等,因而导致接收信噪比严重恶化,系统容量也随之下降。96

1.基本概念

多用户检测(MUD,MultiUserDetection)又称联合检测(JD,JointDetection)或干扰消除。其基本思想是把所有用户的信号都当作有用信号,而不是当作干扰信号来对待。要充分利用多址干扰信号的结构特征和其中包含的用户间的互相关信息,通过各种算法来估计干扰,最终达到降低或消除干扰的目的。多用户检测技术是抑制多址干扰技术中最有潜力的一种方法,并已经成为第三代移动通信标准中倡导的关键技术之一。

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2.分类

多用户信号检测技术中的最佳方法是最大似然序列(MLSE)检测,这已经在理论上被证实。但是,由于它算法过于复杂,实现起来非常困难,因而实际应用的可能性不大。近年来,人们研究出了各种的次优化方法,力求在保证一定性能的条件下将实现的复杂度降低到工程上可以接受的程度。多用户检测方法分类图如图所示。98

多用户检测方法分类图99

由图可见,这些次优化方法大体可以分为两类:线性和非线性。线性的方法又包括去相关(简称DEC)多用户检测、最小均方误差多用户检测(MMSE)和多项式展开(PE)多用户检测等;非线性方法又包括判决反馈多用户检测、多级检测、连续干扰抵消(包括串行SIC和并行PIC)的多用户检测和基于神经网络的多用户检测等。线性多用户检测方法的基本思想是使接收信号先通过传统的检测器,然后进行线性的映射(变换)以消除不同用户间的相关性,最终降低或消除多址干扰。100

3.多用户检测技术的优点

(1)提高了带宽利用率,抑制了多径干扰。

(2)消除或减轻了远近效应,降低了对功控高度精度的要求,可简化功控。

(3)弥补了扩频码互相关性不理想造成的影响。

(4)减小了发射功率,延长了移动台电池的使用时间,同时也减小了移动台的电磁辐射。

(5)改善了系统性能,提高了系统容量,增大了小区覆盖范围。101

4.局限性

(1)它只是消除了小区内的干扰,而对小区间的干扰还是无法消除。

(2)算法非常复杂,尤其是在下行链路上,大大增加了移动台的接收设备的复杂度。尽管如此,相信多用户检测技术的局限性会是暂时的,随着数字信号处理技术和微电子技术的发展,降低复杂性的多用户检测技术必将在第三代移动通信系统中得到广泛的应用。102

智能天线

1.产生及发展智能天线技术在20世纪60年代就已经出现,最初应用于雷达、声纳及军事通信领域。由于价格等因素,智能天线一直未能普及到其他通信领域。20世纪90年代初,微计算器和数字信号处理(DSP)技术开始飞速发展,DSP芯片的处理能力日益提高,且价格也逐渐能够为现代通信系统所接受。同时,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能,以此代替模拟电路形成天线波束方法,提高了天线系统的可靠性与灵活程度,这就为智能