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* 第 9 章 第三代移动通信系统（ 3G ）

* 第 9 章 第三代移动通信系统（ 3G ）. 本章提示.  第三代移动通信系统就是 IMT-2000 ，它是国际电信联盟（ ITU ）在 1985 年提出未来公众陆地移动通信系统（ FPLMTS ）的名称的更换，意思是在 2000 年左右可开始商用并工作在 2000MHz 频段上的国际移动通信系统（ IMT-2000 ）。. 本章提示.

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* 第 9 章 第三代移动通信系统（ 3G ）

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  1. *第9章 第三代移动通信系统（3G）

  2. 本章提示 • 第三代移动通信系统就是IMT-2000，它是国际电信联盟（ITU）在1985年提出未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）的名称的更换，意思是在2000年左右可开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统（IMT-2000）。

  3. 本章提示 •  1997年4月，ITU向各成员国征集IMT-2000的无线接口候选传输技术。这引发了长达近四年的3G技术标准之争和技术融合的进程。最终在2001年确定了cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA这三种主流3G技术标准。

  4. 本章提示 •  IMT-2000的主要目标是全球一网，全球漫游；多层小区结构，适应多种环境；提供多媒体业务，有足够大的系统容量；高的保密性和高的服务质量。 • IMT-2000对无线传输技术的要求是：支持高速传输多媒体业务，室内至少2Mbit/s，室外步行至少384kbit/s，车辆行驶环境至少144kbit/s；传输速率能根据业务按需分配。

  5. 本章提示 • 后3G（Beyond 3G）技术已显露端倪。由于人们希望能在移动环境中数据传输速率更高，即从2Mbit/s提高到100Mbit/s，因此还需要研究更高传输速率的调制技术、软件无线电技术、智能天线技术和广带（Broad band）IP网络技术，这就是4G移动通信技术研究。

  6. *第9章 第三代移动通信系统（3G） • 9.1 第三代移动通信系统概述 • 9.2 cdma2000的无线传输技术 • 9.3 WCDMA（UMTS）系统的无线传输技术 • 9.4 TD-SCDMA系统的无线传输技术

  7. 9.1 第三代移动通信系统概述 • 9.1.1 概述 • 9.1.2 第三代移动通信新技术 • 9.1.3 第三代移动通信系统的业务及其特征

  8. 9.1.1 概述 • 第三代移动通信系统最早是由国际电信联盟于1985年提出的，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），后改为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统。

  9. 1．IMT-2000的主要目标和要求 • IMT-2000的目标有以下4个方面。 • （1）全球漫游，以低成本的多模手机来实现。

  10. 1．IMT-2000的主要目标和要求 • （2）适应多种环境，采用多层小区结构，即微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，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，并与第二代移动通信系统共存和互通，开放结构，易于引入新技术。

  11. 1．IMT-2000的主要目标和要求 • （3）能提供高质量的多媒体业务，包括高质量的语音、可变速率的数据、高分辨率的图像等多种业务，实现多种信息一体化。 • （4）足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。

  12. 1．IMT-2000的主要目标和要求 • 为实现上述目标，对无线传输技术提出了以下要求。 • （1）高速传输以支持多媒体业务：室内环境至少2Mbit/s；室外步行环境至少384 kbit/s；室外车辆环境至少144kbit/s。 • （2）传输速率按需分配。 • （3）上下行链路能适应不对称业务的需求。

  13. 1．IMT-2000的主要目标和要求 • （4）简单的小区结构和易于管理的信道结构。 • （5）灵活的频率和无线资源的管理、系统配置和服务设施。

  14. 2．IMT-2000的频带划分 • 1992年世界无线电行政大会（WARC）根据ITU-R对IMT-2000的业务量和所需频谱的估计，划分了230MHz带宽给IMT-2000。1885～2025MHz及2110～2200MHz频带为全球基础上可用于IMT-2000的业务；1980～2010MHz和2170～2200MHz为卫星移动业务频段共60MHz；其余170MHz为陆地移动业务频段，其中对称频段是2 × 60MHz，不对称的频段是50MHz。

  15. 9.1.2 第三代移动通信新技术 • 1．高效信道编译码技术 • 在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。 • 在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用Turbo码以利于其优异的纠错性能；考虑到Turbo码译码的复杂度、时延的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道中也使用卷积码。

  16. 2．软件无线电技术 • 软件无线电技术的基本思想是高速模/数（A/D）和数/模（D/A）转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。 • 软件无线电系统的关键部分为宽带多频段天线、高速A/D和D/A转换器以及高速信号处理部分。

  17. 2．软件无线电技术 • 软件无线电技术最大的优点是基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。软件无线电能实现多模式通信系统的无缝连接。

  18. 3．智能天线技术 • 无线覆盖范围、系统容量、业务质量、阻塞和掉话等问题一直困扰着蜂窝移动通信系统。 • 采用智能天线阵（Adaptive Antenna Arrays）技术可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量。

  19. 3．智能天线技术 • 智能天线阵技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（C/I），以增加系统的容量和频谱效率。

  20. 3．智能天线技术 • 其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。 • 智能天线阵由N单元天线阵、A/D转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。

  21. 4．多用户检测和干扰消除技术 • 多用户检测的基本思想是把所有用户的信号都当做有用信号，而不是当做干扰信号。 • 经过近20年的发展，CDMA系统多址干扰抑制或多用户检测技术，已慢慢走向成熟及实用。 • 考虑到复杂度及成本等的原因，目前的多用户检测实用化研究，主要围绕基站进行。

  22. 5．向全IP网过渡 • 全IP网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等；支持IPv6，解决IP地址的不足和移动IP。 • 由于IP技术在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务方式。 • 基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。

  23. 6．IMT-2000无线协议分层模型 • 在IMT-2000中将Um接口分成4层：物理层、介质接入层、链路接入层和网络层（包括呼叫控制、移动性管理和无线电资源管理）。

  24. 9.1.3 第三代移动通信系统的业务及其特征 • 1．交互性业务 • 交互性业务分为会话业务、消息业务和检索与存储业务三种。 • （1）会话业务 • （2）消息业务 • （3）检索与存储业务

  25. 2．分配性业务 • 分配性业务是从一个中心源向网上数量不限的授权接收机分配一种连续的信息流。 • 它包括广播业务，用户可能或不能控制信息的呈现，信息可以给所有接收机或寻址一部或多部特定接收机。

  26. 3．移动性业务 • 移动性业务是直接与用户移动性相关的业务，包括终端移动性和个人移动性，如漫游业务。 • 一种特殊的移动性业务是定位业务。

  27. 9.2 cdma2000的无线传输技术 • cdma2000是美国推出的满足ITU IMT-2000要求的第三代移动通信系统标准。 • 它是基于IS-95CDMA的宽带CDMA传输体制。

  28. 9.2 cdma2000的无线传输技术 • 9.2.1 前向链路 • 9.2.2 反向链路

  29. 9.2.1 前向链路 • 1．概述 • 前向链路有两种模式可选择：多载波方式和直接扩频方式。

  30. 1．概述 图9-1 多载波与直接扩频方式

  31. 2．前向信道 • 前向信道分为前向公共信道和前向专用信道两大类。 • （1）前向公共信道 • 前向公共信道被覆盖区内的所有移动台公用，其采用的长码掩码和扩频码为所有移动台所知。 • 前向公共信道支持的功能为软切换、相干检测、寻呼、同步和短数据通信。

  32. 2．前向信道 • 前向导频信道（F-PICH） •  前向公共辅助导频信道（F-CAPICH） •  前向同步信道（F-SYNC） •  前向寻呼信道（F-PCH） •  前向公共控制信道（F-CCCH）

  33. 2．前向信道 图9-2 导频、同步和寻呼信道的框图

  34. 2．前向信道 • （2）前向专用信道 •  前向专用辅助导频信道（F-DAPICH） •  前向基本信道（F-FCH）

  35. 2．前向信道 图9-3 前向公共控制信道结构（N = 13）

  36. 2．前向信道 图9-4 前向基本信道框图

  37. 2．前向信道 • （3）交织、扰码与码元重复 • 同步信道、寻呼信息及补充信息进行块交织的跨度为20ms，基本信道和专用控制信道块交织跨度为5ms或20ms。 • 寻呼信道、专用控制信道、基本信道和补充信道的交织器输出序列要进行数据扰码，扰码速率与交织器输出的码元速率有关。

  38. 2．前向信道 • （4）调制与扩频 •  多载波方式 •  直接扩频（N > 1）

  39. 2．前向信道 图9-5 多载波CDMA前向链路结构

  40. 2．前向信道 图9-6 复PN扩展

  41. 2．前向信道 图9-7 直接扩频CDMA前向链路结构

  42. 9.2.2 反向链路 • 1．概述 • cdma2000的反向链路采用直接序列扩频。 • 基本扩频速率为1.2288Mc/s，记为1X。 • 还可采用基本速率的3，6，9和12倍的速率，记为3X，6X，9X和12X，对应的码片速率分别为3.6864Mc/s、7.37278Mc/s、11.0592Mc/s和14.7456Mc/s。

  43. 1．概述 • 反向CDMA信道分为反向公共信道和反向专用信道两大类。 • 反向公共信道用于移动台与基站之间的初始呼叫控制及响应前向链路寻呼信道的消息。 • 反向公共信道采用随机接入协议，可用长码唯一地被识别。 • 反向专用信道用于移动台向基站发送用户业务、控制及信令信息。

  44. 2．反向专用信道 • 反向专用信道由若干物理信道组成：一个反向导频信道，一个反向基本（业务）信道（R-FCH），一个或若干个反向补充（业务）信道（R-SCH）和一个反向专用控制信道（R-DCCH）。

  45. 2．反向专用信道 图9-8 反向专用信道结构

  46. 2．反向专用信道 • （1）反向导频信道（R-FICH） • （2）反向基本（业务）信道（R-FCH） • （3）反向（补充）业务信道（R-SCH）

  47. 2．反向专用信道 图9-9 R-FCH结构

  48. 3．反向公共信道 • 反向公共信道中的反向接入信道（R-ACH）和反向公共控制信道（R-CCCH）用于从移动到基站的L3层和MAC层消息的通信。 • R-CCCH与R-ACH的区别仅在于R-CCCH可提供更多的功能。

  49. 9.3 WCDMA（UMTS）系统的无线传输技术 • 9.3.1 概述 • 9.3.2 FDD模式的无线传输

  50. 9.3.1 概述 • 宽带码分多址（WCDMA）是第三代移动通信系统的主流体制，其典型代表是欧洲ETSI提出的UMTS。 • WCDMA系统采用直接序列扩频，基本带宽为5MHz。基本码片速率为3.84Mc/s，对应带宽近似为5 MHz。WCDMA也规定了高码片速率，这是为了使WCDMA将来可提供更高的数据速率。WCDMA无线传输可以采用两种双工方式：FDD模式和TDD模式。

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