第6章 3G移动通信系统及其演进

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6.1.3 3G商用概况
TD-SCDMA网络目前主要在中国部署。主要设 备商包括:大唐移动、中兴、上海贝尔、鼎桥等。 2009年1月7日,工业和信息化部为中国移动、中国 电信和中国联通发放了3张3G牌照。其中,中国移 动获得TD-SCDMA牌照,中国联通和中国电信分别 获得WCDMA和CDMA2000牌照,我国通信行业正 式进入3G时代。截至2009年底,三家电信运营商共 完成3G基站建设32.5万个, 3G用户超过1500万户。
地面中、低速移动
地面步行、室内固定用户
终端步行的移动速度或固定不移 动 提供2Mb/s的数据传送速率
终端步行的移动速度或固定 不移动 提供2Mb/s的数据传送速率
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3GPP成立于1998年12月,由洲的ETSI、 日本的ARIB和TTC、韩国的TTA和北美的ATIS五 个标准化组织发起,目前已发展成为有200多家 无线厂商和运营商参加的联盟。中国无线通信标 准研究组(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加 入了3GPP。3GPP主要是制订以GSM-MAP核心 网为基础,全球陆地无线接入(UTRA)为无线接口 的第三代技术规范。3GPP的技术规范组分为 T(终端组),RAN(无线接入网组),CN(核心网组) 和SA(业务和系统组)四个组。
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6.2.1 WCDMA系统网络结构
下面以R99版本为例来说明WCDMA系统的网络结构。R99版本与第二代移动通 信系统在逻辑结构上基本相同。由下列3个主要部分组成。
图6-3 WCDMA网络结构
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6.2.1 WCDMA系统网络结构
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表6.1 ITU对第三代移动通信的基本速率要求
双工方式 应用情景 FDD系统 TDD系统
地面高速移动
终端500km/h的移动速度下 提供144kb/s的数据传输速率 终端中、低速的移动速度下 提供384kb/s的数据传输速率
终端120km/h的移动速度下 提供144kb/s的数据速率 终端中、低速的移动速度下 提供384kb/s的数据速率
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3G融合了更多新技术以更高的数 据传输能力和更大的系统容量力图满 足人们多方面的移动通信需求,同时 进一步促进了移动通信网络和互联网 的融合。3G的演进向着移动宽带通信, 全IP网络的方向发展,开拓更多全新 的网络应用。
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6.1 3G系统概述 6.2 WCDMA移动通信系统 6.3 TD-SCDMA移动通信系统 6.4 cdma2000移动通信系统 6.5 3G的演进
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3GPP2成立于1999年1月,由美国TIA、日本的ARIB、 日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起。中国无线 通信标准研究组(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加 入了3GPP2。3GPP2主要是制订以ANSI-41核心网为基 础,CDMA2000为无线接口的第三代技术规范。它的技 术规范组分为TSG-X(系统间操作组),TSG-A(接入网组), TSG-C(cdma2000组)和TSG-S(业务和系统组)四个组。 截至目前, ITU通过的3G无线传输技术标准共有四种, 分别是2000年5月,ITU通过的WCDMA,cdma2000、 TD-SCDMA和2007年10月,ITU通过的WiMAX。
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6.1.1 3G移动通信标准
1. 3G的目标 (1)全球统一频谱、标准,实现全球无缝漫游。 (2)更高的频谱效率,更低的建设成本。 (3)能提供较高的服务质量和保密性能。 (4)能提供足够的系统容量,方便2G系统的过渡和演 进。 (5)能提供多种业务,适应多种环境,具体数据速率 要求表6-1中已经列出。
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6.1.1 3G移动通信标准
②cdma2000核心网发展历程:基于cdma2000的核 心网架构是基于3GPP2制定的全IP 网络架构。全IP网络 的演进共分为4个阶段。阶段0:基于传统的电路模式,核 心网标准为ANSI41。阶段1:是向全IP网络演进过程中的 增强型网络,分组网络能力扩大,接入网和分组网络信令 和承载开始分离,信令用IP进行传输。阶段2:引入软交换 思想,信令和承载开始独立演变并采用IP进行传输,核心 网和接入网也开始分离。引入了传统MS域 (Legacy MS Domain,LMSD)概念,在IP核心网中支持传统的终端, 以及多媒体域IMS的一些实体。阶段3也称为多媒体域, 包括分组数据子系统(PDS)和IP多媒体子系统(IMS),目前 正在研究。移动网络的最终目标是实现全IP网络及空中接 口IP化。
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6.1.1 3G移动通信标准
3GPP2主要制定了cdma2000相关标准。cdma2000 标准体系主要分为无线网和核心网两大部分,无线网与核 心网技术的演进是分阶段、各自独立进行的,而 WCDMA/TD-SCDMA的演进则是无线网和核心网同时进 行的。 (2)cdma2000发展历程。 ①cdma2000无线技术的发展历程:CDMA系统的无线 接口经历了IS-95、IS-95A、 IS-95B、cdma2000 1x/EVDO和1x/EV-DV几个发展阶段。
图6-1 中国3G的频谱安排
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6.1.2 3G移动通信业务
3G移动通信业务比2G业务有了较大的扩展,数据传输 和应用能力有了很大的提高。UMTS论坛将3G业务分为6类, 即移动Internet接入、定制信息和娱乐业务、多媒体短消息 业务、基于位置的业务、移动Intranet/Extranet接入业务和 增强语音(含可视电话服务);按照应用层QoS的业务分类, 3GPP定义了4种基本业务类型,即会话类业务、流媒体类业 务、交互类业务和背景类业务;按照媒体的表现形式,3G业 务可以分为文本业务、视频业务和多媒体业务。从用户使用 的角度,3G业务可有如下分类: 1.通信类业务。 2.娱乐类业务。 3.资讯类业务。 4.互联网业务。 5.金融业务。 6.位置服务。 7.监控服务。
(1)用户设备(User Equipment,UE),它一般是一个多 媒体的用户终端,包括移动台和一些定制的专用设备。 (2)无线接入网(UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN),它包含一个或几个无线网络子系统 RNS,而一个RNS则是由一个无线网络控制器RNC和一个或 几个节点B(Node B)组成的,它与第二代移动通信系统对应 关系是:Node B对应于BTS,RNC对应于BSC,RNS对应 于BSS。 (3)移动核心网(Core Network,CN),包括电路交换CS、 分组交换PS和广播BS 3个主要部分。
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6.1 3G系统概述
6.1.1 3G移动通信标准 6.1.2 3G移动通信业务 6.1.3 3G商用概况
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3G是第三代移动通信系统的简称,又被ITU(国际电 信联盟)称为IMT-2000,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。IMT-2000的 标准化工作开始于1985年,在欧洲被称为 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System, 通用移动通信系统)。ITU对第三代移动通信的基本速率要 求见表6.1。第三代移动通信标准规范实际上由3GPP (3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信 伙伴项目)和3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2,第三代移动通信伙伴项目二)制定。
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6.1.1 3G移动通信标准
2. 3G网络的发展进程 3GPP建立的第三代移动通信技术标准称为通用陆地无线接入 (UTRA),其中包括UTRA FDD/WCDMA和UTRA TDD/TD-SCDMA, UTRA是基于GSM-MAP核心网的第三代通信标准, TD-SCDMA核心 网与WCDMA核心网基本相同,所不同的地方在于无线接入网络部分。 (1)WCDMA、TD-SCDMA发展历程。R99版本中WCDMA依然采 用GSM/GPRS核心网的结构,但是采用新的空中接口协议。R4版本 完成了中国提出的TD-SCDMA标准化工作,同时引入了软交换的概 念,将电路域的控制与业务分离,便于向全IP核心网结构过渡。R5 版本将IP从核心网扩展到无线接入网,形成全IP的网络结构,将分组 域控制与业务分离,在R4基础上增加了IP多媒体子系统(IMS),同时 在无线传输中引入HSDPA。R6版本引入 HSUPA(高速上行链路分组 接入)技术,目前R7等版本正在完善中。
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6.1.1 3G移动通信标准
cdma2000系统的一个载波带宽为1.25MHz。如果系 统分别独立使用每个载波,则被称为1x系统;如果系统将 3个载波捆绑使用,则称为3x系统。1x系统的下一个发展 阶段被叫做lx/EV-DO,其中EV是演进的缩写,而DO是指 仅支持数据(Data Only)。但是由于引入了TDMA的技术, 使lx/EV-DO不能前向兼容。在实际使用中,1x/EV-DO系 统需要使用独立的载波,移动台也需要使用双模方式来支 持语音和数据。3GPP2制定了1x/EV-DV的标准,即可以 与1x系统共存于同一个载波中。
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6.1.3 3G商用概况
3G网络的首次商用成功是2001年10月,日本运营商NTT DoCoMo的WCDMA正式投产运营。截至2009年5月初,全 球共有284个WCDMA/HSPA商用网络,分布在120个国家地 区。代表运营商包括:英国沃达丰、日本NTT DoCoMo、和 记黄埔3、西班牙电信、德国电信、法国电信、意大利电信、 美国AT&T、中国联通等全球绝大多数运营商。主要设备商 包括:爱立信、华为、诺基亚西门子、中兴、阿尔卡特朗讯、 摩托罗拉(OEM华为设备)等。 全球共有106个CDMA2000 1xEV-DO商用网络,还有40 个EV-DO网络正在部署之中。代表运营商包括:美国 Verizon+Alltel、Sprint、日本KDDI、中国电信、印度 Reliance、Tata等。主要设备商包括:阿尔卡特朗讯、中兴、 华为、摩托罗拉等。
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6.2 WCDMA移动通信系统
6.2.1 WCDMA系统网络结构 6.2.2 WCDMA系统技术特点 6.2.3 WCDMA系统信道结构
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6.2.1 WCDMA系统网络结构
在这里应该首先说明一下,一般来讲一个通用移动 通信网络在功能上由核心网(CN)、无线接入网 (UTRAN)、用户设备(UE)等组成。实际中我们为了表 示不同的网络常以无线接入网(空中接口)的不同来加 以区分。我们所熟知的WCDMA、TD-SCDMA及 cdma2000都是指的空中接口。至于核心网则有可能相 同也有可能是不同的,而且还分别演进有不同的版本。 比如WCDMA、TD-SCDMA的核心网基本是相同的, 而cdma2000的核心网与前两者是不同的。 3GPP的第一个标准是WCDMA系统的R99版本, 其中依然采用GSM/GPRS核心网的结构,当然空中接 口协议是全新的 。
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6.1.1 3G移动通信标准
3. IMT-2000的频谱划分 ITU对第三代移动通信系统划分了230MHz频带,即上行1 885~2 025MHz、下行2110~2200MHz。其中1 980~2010MHz和2170~2 200MHz用于移动卫星业务(MSS),其它频段上下行不对称,考虑可采 用FDD和TDD双工方式,此种频谱安排在WRC1992会议上通过。在 2000年的WRC 2000大会上,在WRC 1992基础上又批准了519MHz附 加频段,即806~960MHz、1710~1 885MHz、2500~2690MHz。具 体在中国3G的频谱安排如图6-1所示,其中TDD方式分配了155MHz。
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