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第1章+WCDMA系统概述.doc

第1章+WCDMA系统概述

ccggaass
2010-11-17 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第1章+WCDMA系统概述doc》,可适用于高等教育领域

目录(目录名)第章WCDMA系统概述移动通信的发展现代的移动通信发展至今主要走过了两代而第三代现在正处于预商用阶段不少厂家已经在欧洲、亚洲进行实验网的商用试运行。第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期。这一阶段相对于以前的移动通信系统最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网即小区制由于实现了频率复用大大提高了系统容量。第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS以及NMT和NTT等。AMPS(先进的移动电话系统)使用模拟蜂窝传输的MHz频带在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用TACS(总接入通信系统)使用MHz频带分ETACS(欧洲)和NTACS(日本)两种版本英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用语音信号为模拟调制每隔KHzKHz一个模拟用户信道。其主要弊端有:()​ 频谱利用率低()​ 业务种类有限()​ 无高速数据业务()​ 保密性差易被窃听和盗号()​ 设备成本高()​ 体积大重量大为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷数字移动通信技术应运而生这就是以GSM和IS为代表的第二代移动通信系统时间是从八十年代中期开始。第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS和欧洲的GSM系统。GSM(全球移动通信系统)发源于欧洲它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的支持Kbps的数据速率可与ISDN互连。GSM使用MHz频带使用MHz频带的称为DCS。GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式每载频支持个信道信号带宽KHz。DAMPS(先进的数字移动电话系统)也称IS(北美数字蜂窝)使用MHz频带是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种指定使用TDMA多址方式。IS是北美的另一种数字蜂窝标准使用MHz或MHz频带指定使用CDMA多址方式已成为美国PCS(个人通信系统)网的首先技术。由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的从年开始为了解决中速数据传输问题又出现了代的移动通信系统如GPRS和ISB。CDMA系统容量大相当于模拟系统的到倍与模拟系统的兼容性好。美国、韩国、香港等地已经开通了窄带CDMA系统对用户提供服务。由于窄带CDMA技术比GSM成熟晚等原因使得其在世界范围内的应用远不及GSM只在北美、韩国和中国等地有较大规模商用。移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。由于网络的发展数据和多媒体通信的发展势头很快所以第三代移动通信的目标就是宽带多媒体通信。第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务能实现全球无缝覆盖具有全球漫游能力与固定网络相兼容并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟(ITU)于年提出当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTSFuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem)年更名为IMT(InternationalMobileTelecommunication国际移动通信)。主要体制有WCDMA、cdma和UWC。年月日国际电联ITURTG第次会议通过了“IMT无线接口技术规范”建议其中我国提出的TDSCDMA技术写在了第三代无线接口规范建议的IMTCDMATDD部分中。“IMT无线接口技术规范”建议的通过表明TG制定第三代移动通信系统无线接口技术规范方面的工作已经基本完成第三代移动通信系统开发和应用将进入实质阶段。标准组织G的标准化工作实际上是由GPP(thGenerationPartnerProject第三代伙伴关系计划)和GPP两个标准化组织来推动和实施的。GPP成立于年月由欧洲的ETSI、日本ARIB、韩国TTA和美国的T等组成。采用欧洲和日本的WCDMA技术构筑新的无线接入网络在核心交换侧则在现有的GSM移动交换网络基础上平滑演进提供更加多样化的业务。UTRA(UniversalTerrestrialRadioAccess)为无线接口的标准。年的月GPP也正式成立由美国的TIA、日本ARIB、韩国TTA等组成。无线接入技术采用cdma和UWC为标准cdma这一技术在很大程度上采用了高通公司的专利。核心网采用ANSIIS。我国的无线通信标准研究组(CWTS)是这两个标准化组织的正式组织成员华为公司、大唐集团也都是GPP的独立成员。G演进策略GPP和GPP制定的演进策略总体上都是渐进式的。​ 保证现有投资和运营商利益​ 有利于现有技术的平滑过渡从发展的角度说由现有的第二代移动通信系统向IMT演进的过程是一个至关重要的问题。它关系到现有网的再使用(另建新网络不应是最佳方案)和多种第二代数字网络体制向同一规范发展这两个主要问题。GSM向WCDMA的演进策略GSM向WCDMA的演进策略应是:目前的GSM→HSCSD(高速电路交换数据速率~kbps)→GPRS(通用分组无线业务速率kbpss)→最终以网络业务覆盖再度平滑无缝隙地演进至IMTWCDMA(DS)。()​ 高速电路交换数据HSCSD:HighSpeedCircuitSwitchedDataHSCSD是能将多个全速率话音信道共同分配给HSCSD结构的特性。HSCSD的目的是以单一的物理层结构提供不同空间接口用户速率的多种业务的混合。HSCSD的好处在于更高的数据速率(高达kbps最大数据速率取决于生产厂家)并仍使用现有GSM数据技术现有GSM系统稍加改动就可使用。()通用分组无线业务GPRS:GeneralPacketRadioServiceGPRS的主要优点是:​ 标准的无线分组交换InternetIntranet接入适用于所有GSM覆盖的地方。​ 可变的数据速率峰值从每秒几个比特到kbps(最大数据速率取决于生产厂家)。​ 由于按实际数据量记费使用户可能全天在线上而只付实际传输数据量的费用。​ 支持现有业务以及新的应用业务。​ 无线接口上打包优化无线资源共享。​ 网络构成的分组交换技术优化网络资源共享。​ 可延伸到未来无线协议的能力。在现有GSM部分的基础上以分组交换为基础的GPRS网络结构增加了新的网络功能部分:()宽带码分多址WCDMA:WidebandCodeDivisionMultiAccessWCDMA成为以UMTSIMT为目标的成熟的新技术。其能够满足ITU所列出的所有要求提供非常有效的高速数据具有高质量的语音和图象业务。在GSM向WCDMA的演进过程中仅核心网部分是平滑的。而由于空中接口的革命性变化无线接入网部分的演进也将是革命性的。IS向cdma的演进策略从ISA(速率Kbps)→ISB(速率kbps)→cdmaXcdmaX能提供更大容量和高速数据速率(kbps)支持突发模式并增加新的补充信道。采用增强技术后的cdmaXEV可以提供更高的性能。ISB与ISA的区别重要在于可以捆绑多个信道ISB与ISA本质上是基本相同的可以共存于同一载波中。cdmaX则有较大的改进cdmaX系统设备可以同时支持X终端和ISAB终端。因此ISABX可以同时存在于同一载波中。对cdma系统来说从G到G过渡可以采用逐步替换的方式。即压缩G系统的个载波转换为G载波开始向用户提供中高速速率的业务。随着G系统中用户量增加可以逐步减少G系统使用的载波增加G系统的载波。网络运营商通过这种平滑升级不仅可以向用户提供各种最新的业务而且很好地保护了已有设备的投资。在向第三代演进的过程中需要注意的问题是BTS和BSC等无线设备的演进问题。在制定cdma标准的时候已经充分考虑了保护运营商的投资很多无线指标在G和G中是相同的。对BTS来说天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分是可以再利用的而基带信号处理部分则必须更换。cdmaXEV的演进方向目前包括个分支:仅支持数据业务的分支cdmaXEVDO和同时支持数据和话音业务的分支cdmaXEVDV。在仅支持数据业务方面目前已经确定采用Qualcomm公司提出的HDR而在同时支持数据和话音业务分支方面目前的提案已有几家包括我国已经提交的一项技术LASCDMA这些改进技术目前还处于评审过程中。DAMPS向UWC的演进策略IS(DAMPS)向UWC的演进的第一步是实现GPRS。第二步是实现UWC(UniversalWirelessCommunications)。UWCC和TIATR决定选用以EDGE为基础的技术。这同时意味着以GPRS网络结构来支持的高速数据传输。GPRS是包交换数据业务的官方称呼由于考虑到实现的经济性问题高层协议(指第三层以上)与GPRS完全相同。它提供了与GSM的GPRS同样的容量用户可接入IP和X两种格式的数据网。其主要目的是减少TIAEIA与GSMGPRS之间的技术差别。以便用户在GPRS和GSMGPRS网络间的漫游。美国TIA发展第三代的策略之一是通过向第三代的演进实现与同样为TDMA接入方式的GSM的趋同(convergence)。这对于全球性漫游和产品的经济性极有好处也实现了UWCC和ETSI的合作协议。更重要的是这使TDMA在第三代系统中的角色更为重要。G的体制种类及区别多种体制的由来目前ITU对G的研究工作主要有GPP和GPP这两个组织来承担。而在G上ITU的目标是:建立ITM系统家族求同存异实现不同G系统上的全球漫游。家族概念(FamilyConcept)()网络部分在年月ITUTSG的一次中间会议上通过了欧洲提出的“ITM家族概念”。此概念是基于现有的网络已经有至少两种主要标准即GSMMAP和IS。()无线接口在年月ITURTG会议上开始讨论无线接口的家族概念。在年月TG特别会议上提出并开始采用“套”的概念不再使用“家族概念”。其含义是无线接口标准可能多于一个但并没有承认可以多于一个而是希望最终能统一成一个标准。造成技术不同的原因主要有下面两个:()与第二代关系网络部分一定要与第二代的兼容性即第三代的网络是基于第二代的网络逐步发展演进。第二代网络有两大核心网:GSMMAP和IS。无线接口:美国的ISCDMA和ISTDMA运营者强调后向兼容(演进性)欧洲的GSM、日本PDC运营者无线接口不后向兼容(革命型)。核心网与无线接口的对应关系如下图所示:图核心网与无线接入网接口的对应关系()频谱对技术的选用起着重要的作用在频谱方面其中关键的问题是ITU分配的ITM频率在美国已用于PCS业务由于美国要与第二代共用频谱所以特别强调无线接口的后向兼容技术上强调逐步演进。而其他大多数国家有新的IMT频段新频段有很大的灵活性。另外就是知识产权起着非常重要的作用Qualcomm公司有自己的专利声明还有就是竞争也是一个造成技术不同的主要因素。RTT技术提案ITUR第研究组的TG任务组负责推进IMT无线电传输技术(RTT)的评估、融合工作。至年月RTT提案包括对MSS(移动卫星业务)在内多达个它们基本来自IMT的个RTT评估组成员包括()UTRAWCDMA(欧洲)()DECT(欧洲)()cdma(美国)()UWC(美国)()WIMSWCDMA(美国)()WCDMANA(美国)()WCDMA(日本)()TDSCDMA(中国)()GlobalCDMA(同步)(韩国)()GlobalCDMA(异步)(韩国)()LEO卫星系统SATCDMA()ESA的宽带卫星系统SWCDMA()混合宽带CDMATDMA卫星系统SWCTDMA()ICO全球通信公司的ICORTT()INMARSAT的卫星系统Horizons()IridiumLLC公司的卫星系统INX。其中前种为IMT地面系统RTT提案后种RTT反映了将MSS(卫星移动通信业务)纳入IMT的努力。提案充分反映了很多国家对IMT未来制式确定的关心与力争施加有效影响的基本愿望。但从市场基础、后向兼容及总体特征看欧洲ETSI的UTRAWCDMA及美国cdma这两个提案最具竞争力RTT融合的关键即在于这两个提案的融合能否取得有效的进展。技术融合IMT既包括地面移动通信业务(TMS)又包括卫星移动通信业务(MSS)。建议一个全球统一、融合得更好的第三代移动通信标准对运营商、制造商、用户及政策规划管理部门均更有利也为世界各国所欢迎。就个RTT候选方案来看地面移动通信融合的最终结果对于FDD模式以欧洲ETSI的WCDMA(DS)与美国TIA的cdma最具竞争力而对于TDD模式欧洲的ETSIUTRA提出的TDCDMA与中国CATT提出的TDSCDMA是进一步融合的主要对象。年月底爱立信和高通公司就IPR达成的一系列协议为推广全球CDMA标准扫除了知识产权方面的严重障碍。年月底运营者协调集团OHG(全球个主要操作运营者与个重要制造商)提出的涉及IMT的融合提案对促进其主要参数(码片速率、导频结构及核心网协议以GSMMAP、ANSI为基础)统一起了积极作用参与者一致统一码片速率对FDDDSCDMA取Mcps对FDDMCCDMA即FDDcdma(MC)取Mcps。年月于北京召开的TG第次会议就IMT的无线接口技术规范建议Rec、IMT、RSPC达成了框架协议并鼓励GPP、GPP及各标准开发组织SDOS支持上述OHG提案由工作组对MSS提案进行更细节化的工作。年月在芬兰赫尔辛基召开的第次会议上通过了“IMT无线接口技术规范”建议该建议的通过表明TG在制定第三代移动通信系统无线接口技术规范方面的工作已基本完成。第三代移动通信系统的开发和应用进入实质阶段。TDSCDMA和WCDMA、cdma确定为最终的三种技术体制。三种主要技术体制比较WCDMA的技术特点WCDMA由欧洲标准化组织GPP所制定受全球标准化组织、设备制造商、器件供应商、运营商的广泛支持将成为未来G的主流体制。核心网基于GSMGPRS网络的演进保持与GSMGPRS网络的兼容性。核心网络可以基于TDM、ATM和IP技术并向全IP的网络结构演进。核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分分别完成电路型业务和分组型业务。UTRAN基于ATM技术统一处理语音和分组业务并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。空中接口采用WCDMA:信号带宽MHz码片速率McpsAMR语音编码支持同步异步基站运营模式上下行闭环加外环功率控制方式开环(STTD、TSTD)和闭环(FBTD)发射分集方式导频辅助的相干解调方式卷积码和Turbo码的编码方式上行和下行采用QPSK调制方式。cdma技术体制cdma体制是基于IS的标准基础上提出的G标准目前其标准化工作由GPP来完成。电路域--继承GISCDMA网络引入以WIN为基本架构的业务平台。分组域--基于MobileIP技术的分组网络。无线接入网--以ATM交换机为平台提供丰富的适配层接口。空中接口采用cdma兼容IS:信号带宽N×MHz(N=,,,,)码片速率N×McpsKKQCELP或KEVRC语音编码基站需要GPSGLONESS同步方式运行上下行闭环加外环功率控制方式前向可以采用OTD和STS发射分集方式提高信道的抗衰落能力改善了前向信道的信号质量反向采用导频辅助的相干解调方式提高了解调性能采用卷积码和Turbo码的编码方式上行BPSK和下行QPSK调制方式。TDSCDMA技术体制TDSCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出目前已经融合到了GPP关于WCDMATDD的相关规范中。核心网基于GSMGPRS网络的演进保持与GSMGPRS网络的兼容性。核心网络可以基于TDM、ATM和IP技术并向全IP的网络结构演进。核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分分别完成电路型业务和分组型业务。UTRAN基于ATM技术统一处理语音和分组业务并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。空中接口采用TDSCDMA。TDSCDMA具有“S”特点:即智能天线(SmartAntenna)、同步CDMA(SynchronousCDMA)和软件无线电(SoftwareRadio)。TDSCDMA采用的关键技术有:智能天线+联合检测、多时隙CDMA+DSCDMA、同步CDMA、信道编译码和交织(与GPP相同)、接力切换等。三种主要技术体制的对比情况如下表所示:表三种主要技术体制比较制式WCDMAcdmaTDSCDMA采用国家欧洲、日本美国、韩国中国继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步同步同步码片速率McpsN×McpsMcps信号带宽MHzN×MHzMHz空中接口WCDMAcdma兼容ISTDSCDMA核心网GSMMAPANSIGSMMAPG频谱情况国际电联对第三代移动通信系统IMT划分了MHz频率即上行~MHz、下行~MHz共MHz。其中~MHz(地对空)和~MHz(空对地)用于移动卫星业务。上下行频带不对称主要考虑可使用双频FDD方式和单频TDD方式。此规划在WRC上得到通过在年的WRC大会上在WRC基础上又批准了新的附加频段:MHz、MHz、MHz。如下图所示:图WRC的频谱分配欧盟对第三代移动通信的问题亦十分重视欧洲电信标准化协会早在十多年前就开始了第三代移动通信标准化的研究工作成立了一个由运营商、设备制造商和电信管制机构的代表组成的“通用移动通信系统(即UMTS)论坛”年正式向ITU提交了频谱划分的建议方案。欧洲情况为陆地通信为~MHz、~MHz和~MHz共计MHz。北美情况比较复杂如图所示。在G低频段的~MHz处实际已经划给PCS使用且已划成×MHz和×MHz的多个频段。PCS业务已经占用的IMT的频谱虽然经过调整但调整后IMT的上行与PCS的下行频段仍需共用。这种安排不大符合一般基站发高收低的配置。日本~MHz已用于PHS频段还可以提供×MHz+MHz=MHz的G频段(~MHz~MHz~MHz)。目前日本正在致力于清除与第三代移动通信频率有冲突的问题。韩国和ITU建议一样共计MHz。WCDMAFDD模式使用频谱为(GPP并不排斥使用其他频段):上行:~MHz下行:~MHz。每个载频的频率为M范围双工间隔:MHz。而美洲地区:上行:~MHz下行:~MHz。双工间隔:MHzWCDMATDD(包括Highbitrate和Lowbitrate)模式使用频谱为(GPP并不排斥使用其他频段):()上下行~MHz和~MHz()美洲地区:上下行~MHz和~MHz()美洲地区:上下行~MHz特殊情况下(如两国边界地区)可能会出现TDD和FDD在同一个频带内共存的情况GPPTSGRANWG正在进行这方面的研究。cdma中只有FDD模式目前共有个Bandclass其中BandClass为IMT规定的~MHz~MHz的频段。在我国根据目前的无线电频率划分~Mhz频段有移动业务、固定业务和空间业务该频段内有大量的微波通信系统和一定数量的无线电定位设备正在使用。年月国家无委为了发展蜂窝移动通信和无线接入的需要对GHz的部分地面无线电业务频率进行重新规划和调整。但还与第三代移动有冲突即公众蜂窝移动通信MHz的频段和无线接入的频段均占用了IMT~的频段中的一部分。因此第三代移动通信必须与现有的各种无线通信系统共享有限的频率资源。为了促使运营、科研、生产等部门积极发展第三代移动通信系统满足我国移动通信发展的近期频谱需求和长远频谱需求必须随着技术、业务的发展做好IMT频段的规划调整工作。我国的IMT频谱使用情况如下图所示。图我国IMT频谱占用情况IMT在我国的频段分配如下:(一)主要工作频段:频分双工(FDD)方式:-MHz/-MHz时分双工(TDD)方式:-MHz、-MHz。(二)补充工作频率:频分双工(FDD)方式:-MHz/-MHz时分双工(TDD)方式:-MHz与无线电定位业务共用均为主要业务共用标准另行制定。(三)卫星移动通信系统工作频段:-MHz/-MHz。

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