3G-4(3G无线传输技术)
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Rake多径分集技术的另外一种极为重要的体现形式 是宏分集及越区软切换技术。当移动台处于越区切换 状态时，移动台把来自不同基站的多径信号进行分集 合并。WCDMA系统也支持宏分集和越区软切换功能
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•
2013-6-28
高效信道编译码技术
• 在第三代移动通信系统主要提案中，除采用与IS-95 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 Turbo编码器采用两个并行相连的系统递归卷积编码 器，并辅之以一个交织器。两个卷积编码器的输出经 并串转换以及凿孔(Puncture)操作后输出。Turbo解码 器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离的两个 以迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成 目前从计算机仿真结果来看，在交织器长度大于 1000、软判输出卷积解码采用标准的最大后验概率 (MAP)算法的条件下，其性能比约束长度为9的卷 积码提高1至2.5dB
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3G5
13
TD-SCDMA第三代过渡方案
• • 采用TD-SCDMA技术向第三代过渡方案将分三步实现： 第1步：以GSM/MAP网络为基础，扩容时只建立TDSCDMA基站，以A接口接入GSM系统MSC，进行话 音通信；以G b接口接入SGSN，提供高达384Kbps速 率的数据。这时对GSM核心网不做任何修改。在TDSCDMA基站覆盖区域获得3G业务 第2步：GSM网络与3G网络并存时期。建设3代UMSC 核心网，并且将新建的TD-SCDMA基站子系统通过Iu 接口连接到UMSC，提供3G业务 第3步：建设基于全IP概念的第三代移动通信核心网， 从RNC或Node B直接接入IP网络，平滑过渡到完全 的第三代TD-SCDMA系统
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3G系统分层结构
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IMT-2000的高层协议及网络接口
• • 目前，ITU-T的两个工作组Q.1701和Q.1711正致力于 IMT-2000的高层协议及网络接口方面的制定工作 Q.1701工作组的目标是明确IMT-2000的家族概念， 确定关于IMT-2000的业务及网络能力、实现途径、 接口关系等方面的框架结构 Q.1711工作组的目标是确定IMT-2000网络及终端的 功能，给出IMT-2000的一般性功能模型，把一般性 功能模型映射成网络参考模型，确定全球漫游所需的 网络互联需求，给出开发UIM-MT接口，无线接口， RAN-CN接口及CN-CN接口的高层信令需求等 基于第二代核心网络GSM/MAP和IS－41的过渡方法 将在IMT－2000核心网络的发展过程中占主导地位
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接收机的初始同步
• • CDMA通信系统接收机的初始同步包括PN码同步，符 号同步、帧同步和扰码同步等 cdma2000系统采用与IS-95系统相类似的初始同步技术， 即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(Sync)信道的接收建立帧同步和扰码同步 WCDMA系统初始同步则需要通过“三步捕获法”进行： 1. 通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步 2. 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 3. 最后通过对可能的扰码进行穷举搜索，建立扰码同步
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3G5
2
4.1 3G系统的基本特征及演进策略
• 第三代移动通信系统最早是由国际电联(ITU)于1985 年提出，名称为未来公众陆地移动通信系统 (FPLMTS)，后改为IMT-2000
1992年世界无线电行政大会(WARC)根据ITU-R对于 IMT-2000的业务量和所需频谱估计，划分了230MHz 带宽给IMT-2000。其中，1885-2025MHz及21102200MHz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 但在美国，部分频段已用于PCS。目前的230MHz频段 只是IMT-2000计划频谱的一部分
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采用TD-SCDMA的演进步骤
2013-6-28
3G5
15
4.2 3G系统关键技术
4.2.1 初始同步与Rake多径分集接收技术 4.2.2 高效信道编译码技术 4.2.3 智能天线技术 4.2.4 多用户检测技术 4.2.5 功率控制技术 4.2.6 软件无线电技术
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Rake多径分集接收
• 在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而 可以分辨出在时间上比较细微的多径信号。对分辨出 的多径信号分别进行加权调整，合成后可以增强信号
•
为实现相干形式的Rake接收，需发送未经调制的导频 (Pilot)信号，以使接收端能在确知已发数据的条件下估 计出多径信号相位，以实现相干方式最大信噪比合并。 WCDMA系统采用用户专用的导频信号，下行链路仅 作为备选方案用于使用智能天线的系统
IS-95/cdma2000网络演进形态
• • 建立在已有IS-41核心网及完善中的IS-634A RAN-CN接口标准上 由于北美在制定与IS-41相关的核心网络标准IS-634A、IS-707时， 已考虑到分组数据的应用，因而可通过对现有核心网络的改造， 完善对第三代移动通信所需的并发多业务的支撑
•
N单元天线阵是收发射频信号的辐射单元；A/D转换器完 成模数转换以便进行数字域处理；波束形成器由自适应控 制处理器和波束形成网络组成， 把一定规律的激励信号转 换成与各波束相对应的幅度相位分别提供给各辐射单元， 以确定波束形成网络的各部分方向图（波束）的增益、计 算各支路之间的耦合以及耦合与各部分方向图的交叉电平 的关系，以消除各支路之间的耦合；波束方向估计及跟踪 器是估计并跟踪接收信号的到达方向（DOA）， 以控制 波束形成器改变波束方向来跟踪发送信号源
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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 技术可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量
• 智能天线阵(Intelligent Antenna Arrays)技术，是基 于自适应天线阵列(AAA-Adaptive Antenna Arrays) 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 • 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
别
基 站 子 系 统
对
移 动 台 (MS)
应
于
SIM 卡
(BSS)
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网络与网络接口 (NNI)
ITU 定义了 4个
无线接入网与核心网之 间的接口(RAN-CN)，对 应于GSM系统的A接口
无线接口(UNI)
标准接口
用户识别模块和移动 台之间的接口(UIM-MT)
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第三代移动通信的系统组成
IMT-2000系统主要有 四个功能子系统构成
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IMT-2000系统构成
核心网(CN)
无线接入网 (RAN)
移动台(MT)
用户识别模块(UIM)
分
GSM 系子 统系 的统 交 换 (SSS)
为了支持第三代移动通信所需的越区软切换，基站控 制器之间还需增加GSM系统所不具备的RAN-RAN接 口。对于HLR/AC功能则可借用第二代系统已有设备
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•
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GSM/WCDMA网络演进形态
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智能天线通过其方向性，从而减小了小区间 的干扰 (8元阵 列时约减少8 dB) ，并在因干扰而使高业务量受限的人口密 集的城市中允许更密集的频率复用
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TD-SCDMA的智能天线
• 其原理是使一组天线和对 应的收发信机按照一定的 方式排列和激励，利用波 的干涉原理可以产生强方 向性的辐射方向图，使用 DSP方法使主瓣自适应地 指向移动台方向，就可达 到提高信号的载干比，降 低发射功率等目的 采用智能天线后，可用多 只低功率的放大器（如8 只线性输出0.5W的放大器） 代替大功率放大器（等效 于20W的放大器）
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TD－SCDMA智能天线
• 集智能天线和联合检测相结合的TD－SCDMA的系统 设计正向由DSP控制的系统最优化迈进。这两个技术为 移动通信系统的软件最优化设计奠定了基础。并且TD －SCDMA的智能天线的应用对所有的3G业务都有效
由于TD-SCDMA采用了TDD模式，上/下行链路使用相同载 波，使智能天线能产生最大C/I增益，因此TDD模式是通过 智能天线得到最佳的载干比C／I增益的先决条件 在TD－SCDMA系统的基本结构中，智能天线是由8个天线 单元的同心阵列组成的。此阵列的直径为25cm。同全方向 天线相比，它可获得8dB的增益
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IMT-2000功能模型及接口
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3G 系统的分层结构
• •
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—它由媒体接入控制(MAC)子层和链路接入 控制(LAC)子层组成: MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理 层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层业务 实体所需的QoS级别 相对独立的链路管理与控制，并负责提供MAC子层 所不能提供的更高级别的QoS控制 高层—集OSI模型中的网络层，传输层，会话层，表 达层和应用层为一体。高层实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（包括IP业务， 电路和分组数据，短消息等）的控制与处理等
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•
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核心网的演进
• WCDMA、TD-SCDMA技术初期采用基于 GSM/MAP的核心网，最终过渡到第三代的核心网；
• •
•
而cdma2000核心网的演进则是基于IS-41及正在完善 的IS-634 RAN-CN接口标准 GSM/WCDMA网络演进形态建立在已有的GSM/MAP 和GSM通用分组无线业务(GPRS)网的基础上 对于IMT-2000所需的基本话音业务及速率较高的电路 型数据业务，由传统的GSM MSC/VLR支撑；对于分 组型数据业务则由GPRS网关支持节点(GGSN)所支撑
第三代移动通信系统
第四讲 3G的无线传输技术
江苏邮通建设监理有限公司 丁彪
dingbiao@
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.1 • 4.2 • 4.3 • 4.4 3G的基本特征及演进策略 3G的关键技术 3G的无线传输技术 3G的系统性能比较
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智能天线的实现
• 智能天线阵在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控 制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应以及其它 参数，使接收机输出端有最大的信噪比
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部分组成 •
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高效信道编译码技术
• 在第三代移动通信系统主要提案中，除采用与IS-95 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 Turbo编码器采用两个并行相连的系统递归卷积编码 器，并辅之以一个交织器。两个卷积编码器的输出经 并串转换以及凿孔(Puncture)操作后输出。Turbo解码 器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离的两个 以迭代方式工作的软判输出卷积解码器构成 目前从计算机仿真结果来看，在交织器长度大于 1000、软判输出卷积解码采用标准的最大后验概率 (MAP)算法的条件下，其性能比约束长度为9的卷 积码提高1至2.5dB
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TD-SCDMA第三代过渡方案
• • 采用TD-SCDMA技术向第三代过渡方案将分三步实现： 第1步：以GSM/MAP网络为基础，扩容时只建立TDSCDMA基站，以A接口接入GSM系统MSC，进行话 音通信；以G b接口接入SGSN，提供高达384Kbps速 率的数据。这时对GSM核心网不做任何修改。在TDSCDMA基站覆盖区域获得3G业务 第2步：GSM网络与3G网络并存时期。建设3代UMSC 核心网，并且将新建的TD-SCDMA基站子系统通过Iu 接口连接到UMSC，提供3G业务 第3步：建设基于全IP概念的第三代移动通信核心网， 从RNC或Node B直接接入IP网络，平滑过渡到完全 的第三代TD-SCDMA系统
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3G系统分层结构
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IMT-2000的高层协议及网络接口
• • 目前，ITU-T的两个工作组Q.1701和Q.1711正致力于 IMT-2000的高层协议及网络接口方面的制定工作 Q.1701工作组的目标是明确IMT-2000的家族概念， 确定关于IMT-2000的业务及网络能力、实现途径、 接口关系等方面的框架结构 Q.1711工作组的目标是确定IMT-2000网络及终端的 功能，给出IMT-2000的一般性功能模型，把一般性 功能模型映射成网络参考模型，确定全球漫游所需的 网络互联需求，给出开发UIM-MT接口，无线接口， RAN-CN接口及CN-CN接口的高层信令需求等 基于第二代核心网络GSM/MAP和IS－41的过渡方法 将在IMT－2000核心网络的发展过程中占主导地位
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接收机的初始同步
• • CDMA通信系统接收机的初始同步包括PN码同步，符 号同步、帧同步和扰码同步等 cdma2000系统采用与IS-95系统相类似的初始同步技术， 即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(Sync)信道的接收建立帧同步和扰码同步 WCDMA系统初始同步则需要通过“三步捕获法”进行： 1. 通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步 2. 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 3. 最后通过对可能的扰码进行穷举搜索，建立扰码同步
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4.1 3G系统的基本特征及演进策略
• 第三代移动通信系统最早是由国际电联(ITU)于1985 年提出，名称为未来公众陆地移动通信系统 (FPLMTS)，后改为IMT-2000
1992年世界无线电行政大会(WARC)根据ITU-R对于 IMT-2000的业务量和所需频谱估计，划分了230MHz 带宽给IMT-2000。其中，1885-2025MHz及21102200MHz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 但在美国，部分频段已用于PCS。目前的230MHz频段 只是IMT-2000计划频谱的一部分
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采用TD-SCDMA的演进步骤
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4.2 3G系统关键技术
4.2.1 初始同步与Rake多径分集接收技术 4.2.2 高效信道编译码技术 4.2.3 智能天线技术 4.2.4 多用户检测技术 4.2.5 功率控制技术 4.2.6 软件无线电技术
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Rake多径分集接收
• 在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而 可以分辨出在时间上比较细微的多径信号。对分辨出 的多径信号分别进行加权调整，合成后可以增强信号
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为实现相干形式的Rake接收，需发送未经调制的导频 (Pilot)信号，以使接收端能在确知已发数据的条件下估 计出多径信号相位，以实现相干方式最大信噪比合并。 WCDMA系统采用用户专用的导频信号，下行链路仅 作为备选方案用于使用智能天线的系统
IS-95/cdma2000网络演进形态
• • 建立在已有IS-41核心网及完善中的IS-634A RAN-CN接口标准上 由于北美在制定与IS-41相关的核心网络标准IS-634A、IS-707时， 已考虑到分组数据的应用，因而可通过对现有核心网络的改造， 完善对第三代移动通信所需的并发多业务的支撑
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N单元天线阵是收发射频信号的辐射单元；A/D转换器完 成模数转换以便进行数字域处理；波束形成器由自适应控 制处理器和波束形成网络组成， 把一定规律的激励信号转 换成与各波束相对应的幅度相位分别提供给各辐射单元， 以确定波束形成网络的各部分方向图（波束）的增益、计 算各支路之间的耦合以及耦合与各部分方向图的交叉电平 的关系，以消除各支路之间的耦合；波束方向估计及跟踪 器是估计并跟踪接收信号的到达方向（DOA）， 以控制 波束形成器改变波束方向来跟踪发送信号源
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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 技术可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量
• 智能天线阵(Intelligent Antenna Arrays)技术，是基 于自适应天线阵列(AAA-Adaptive Antenna Arrays) 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 • 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
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基 站 子 系 统
对
移 动 台 (MS)
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SIM 卡
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网络与网络接口 (NNI)
ITU 定义了 4个
无线接入网与核心网之 间的接口(RAN-CN)，对 应于GSM系统的A接口
无线接口(UNI)
标准接口
用户识别模块和移动 台之间的接口(UIM-MT)
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第三代移动通信的系统组成
IMT-2000系统主要有 四个功能子系统构成
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IMT-2000系统构成
核心网(CN)
无线接入网 (RAN)
移动台(MT)
用户识别模块(UIM)
分
GSM 系子 统系 的统 交 换 (SSS)
为了支持第三代移动通信所需的越区软切换，基站控 制器之间还需增加GSM系统所不具备的RAN-RAN接 口。对于HLR/AC功能则可借用第二代系统已有设备
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GSM/WCDMA网络演进形态
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智能天线通过其方向性，从而减小了小区间 的干扰 (8元阵 列时约减少8 dB) ，并在因干扰而使高业务量受限的人口密 集的城市中允许更密集的频率复用
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TD-SCDMA的智能天线
• 其原理是使一组天线和对 应的收发信机按照一定的 方式排列和激励，利用波 的干涉原理可以产生强方 向性的辐射方向图，使用 DSP方法使主瓣自适应地 指向移动台方向，就可达 到提高信号的载干比，降 低发射功率等目的 采用智能天线后，可用多 只低功率的放大器（如8 只线性输出0.5W的放大器） 代替大功率放大器（等效 于20W的放大器）
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TD－SCDMA智能天线
• 集智能天线和联合检测相结合的TD－SCDMA的系统 设计正向由DSP控制的系统最优化迈进。这两个技术为 移动通信系统的软件最优化设计奠定了基础。并且TD －SCDMA的智能天线的应用对所有的3G业务都有效
由于TD-SCDMA采用了TDD模式，上/下行链路使用相同载 波，使智能天线能产生最大C/I增益，因此TDD模式是通过 智能天线得到最佳的载干比C／I增益的先决条件 在TD－SCDMA系统的基本结构中，智能天线是由8个天线 单元的同心阵列组成的。此阵列的直径为25cm。同全方向 天线相比，它可获得8dB的增益
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IMT-2000功能模型及接口
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3G 系统的分层结构
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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—它由媒体接入控制(MAC)子层和链路接入 控制(LAC)子层组成: MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理 层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层业务 实体所需的QoS级别 相对独立的链路管理与控制，并负责提供MAC子层 所不能提供的更高级别的QoS控制 高层—集OSI模型中的网络层，传输层，会话层，表 达层和应用层为一体。高层实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（包括IP业务， 电路和分组数据，短消息等）的控制与处理等
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核心网的演进
• WCDMA、TD-SCDMA技术初期采用基于 GSM/MAP的核心网，最终过渡到第三代的核心网；
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而cdma2000核心网的演进则是基于IS-41及正在完善 的IS-634 RAN-CN接口标准 GSM/WCDMA网络演进形态建立在已有的GSM/MAP 和GSM通用分组无线业务(GPRS)网的基础上 对于IMT-2000所需的基本话音业务及速率较高的电路 型数据业务，由传统的GSM MSC/VLR支撑；对于分 组型数据业务则由GPRS网关支持节点(GGSN)所支撑
第三代移动通信系统
第四讲 3G的无线传输技术
江苏邮通建设监理有限公司 丁彪
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智能天线的实现
• 智能天线阵在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控 制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应以及其它 参数，使接收机输出端有最大的信噪比
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部分组成 •