第7章 第三代(3G)移动通信系统
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为此国际电联（ITU）提出了公共陆地移动通信系统 FPLMT 的概念。将其命名为IMT-2000，即第三代移动通信 系统（3G）。IMT-2000系统包括地面系统和卫星系统，其 终端既可连接到基于地面的网络，也可连接到卫星通信的 网络。目前，3G包含三种主流标准：WCDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA。
3. IMT-2000系统结构
（1）系统组成 IMT-2000 系统功能模型如图7.1所示。该系统主要由四个 功能子系统构成，即核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动 终端（MT）和用户识别模块（UIM）组成。分别对应于GSM 系统 的交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）和 SIM 卡。
7.1 3G概述
1. IMT-2000系统的总体要求
① 在服务质量方面：对语音质量有所改进，实现无 缝覆盖，降低费用，业务质量（传输、延迟）方面要求根 据业务特点改进服务质量，增加效率和能力。
② 在新业务和能力方面：在每一方面都必须有很强 的灵活接入能力、业务能力，实现在第一代和第二代系统 中不能实现的新语音和数据业务；以较低的费用提供宽带 业务，提高网络的竞争能力；按需自适应分配带宽。
2.WCDMA的主要特点
①信道复杂，可适应多种业务需求。 ②大容量和高业务速率 ③功率控制完善 ④支持基站异步操作 ⑤切换机制健全，有更灵活的分层组网结构 ⑥优化的分组数据传输方式 ⑦上、下行链路均利用导频进行相干检测
3. WCDMA系统网络结构
图7.2 WCDMA网络单元构成示意图
（1）用户终端设备（ UE，User Equipment）
包含一个或几个无线网络子系统（RNS） 。一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和 一个或多个基站（Node B）组成。
（3）核心网络（CN，Core Network）
WCDMA核心网（CN）基本结构：电路域（CS域 ）指为用户提供“电路性业务”，或提供相关信令连接的 实体。CS域特有的实体包括：MSC、GMSC、VLR、 IWF（互通单元）。分组域（PS）：为用户提供“分组 型数据业务”，PS域特有的实体包括：服务GPRS支持 节点（SGSN）和网关GPRS支持节点（GGSN）。其 他设备如HLR、AUC、EIR等为CS域和PS域公用。
③ 在发展和演进能力方面：与第二代系统能共存、 互通，实现第二代到第三代的平滑过渡。
④ 在灵活性方面：提供更高级别的互通，包括多功 能、多环境能力、多模式操作和多频带接入。
2. IMT-2000系统的特点
① IMT-2000具有全球性漫游的特点。 ② IMT-2000系统的终端类型多种多样。 ③ IMT-2000系统除提供质量更佳的语音和数据业务外， 还能提供一个很宽范围的数据速率，不对称数据传输能力；有 更高级的鉴权和加密算法，提供更强的保密性。 ④ IMT-2000能与第二代系统的共存和互通。系统的结构 是开放式和模块化的，可很容易地引入更先进的技术和不同的 应用程序。 ⑤ IMT-2000系统包括卫星和地面两个网络，适用于多环 境。同时具有更高的频谱利用率，可降低同样速率的业务的价 格。 ⑥ IMT-2000系统可同时提供语音、分组数据和图像，并 支持多媒体业务。
（2）系统标准接口 ITU 定义了4 个标准接口。 ① 网络与网络接口（NNI）：由于ITU 在网络部分采用
了“家族概念”，因而，此接口是指不同家庭成员之间的 标准接口，是保证互通和漫游的关键接口。
② 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。
③ 无线接口（UNI）。 ④ 用户识别模块和移动台之间的接口（UIM-MT）。
（3）结构分层 与第二代移动通信系统相类似，第三代移动通信系统的分
层方法也可用三层结构描述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 但第三代系统需要同时支持电路型业务和分组业务，并支
持不同质量、不同速率业务，因而其具体协议组成要复杂得 多。对于第三代系统，各层的主要功能描述如下。
① 物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道 组成。
② 链路层：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子层的不同业务实体的要 求对物理层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层的业 务实体所需的QoS 级别。LAC子层采用与物理层相对独立 的链路管理与控制，并负责提供MAC子层所不能提供的更高 级别的QoS 控制，这种控制可以通过ARQ等方式来实现， 以满足来自更高层业务实体的传输可靠性。
用户终端设备它主要包括射频处理单元、基带处 理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等；UE通过 Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域 和分组域内的各种业务功能，包括普通语音、数据通信、 移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、 FTP等） 。
（2）无线接入网（UTRAN，UMTS Terrestrial Radio Access Network）
③ 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。高层实体主要负责各种业务的呼 叫信令处理，语音业务（包括电路类型和分组类型）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。
7.2 WCDMA移动通信系统
7.2.1 WCDMA概述
1. 技术指标
①基站同步方式：支持异步和同步的基站运行； ②信号带宽：5MHz； ③码片速率：3.84Mc/s； ④发射分集方式：TSTD，STTD，FBTD； ⑤信道编码：卷积码、Turbo码； ⑥调制方式：四相相移键控（QPSK）； ⑦功率控制：上下行闭环、开环功率控制； ⑧解调方式：导频辅助的相干解调方式； ⑨语音编码：自适应多速率编码（AMR）
第7章 第三代（3G） 移动通信系统
7.1
3G概述
7.2 WCDMA移动通信系统
7.3 CDMA2000移动通信系统
7.4 TD-SCDMA移动通信系统
7.5
3G的业务应用
20 世纪80 年代末到90 年代初，第二代数字移动通信 系统刚刚出现，第一代模拟移动通信还在大规模发展，此 时存在着一个较明显的问题:第一代移动通信制式繁多，第 二代移动通信也只实现了区域内制式的统一，而且覆盖也 只限于城市地区。这时，用户希望通信界能在短期内实现 一种能够提供真正意义的全球覆盖，提供带宽更宽、更灵 活的业务，并且使终端能够在不同的网络间无缝漫游的系 统，以取代第一代和第二代移动通信系统。
3. IMT-2000系统结构
（1）系统组成 IMT-2000 系统功能模型如图7.1所示。该系统主要由四个 功能子系统构成，即核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动 终端（MT）和用户识别模块（UIM）组成。分别对应于GSM 系统 的交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）和 SIM 卡。
7.1 3G概述
1. IMT-2000系统的总体要求
① 在服务质量方面：对语音质量有所改进，实现无 缝覆盖，降低费用，业务质量（传输、延迟）方面要求根 据业务特点改进服务质量，增加效率和能力。
② 在新业务和能力方面：在每一方面都必须有很强 的灵活接入能力、业务能力，实现在第一代和第二代系统 中不能实现的新语音和数据业务；以较低的费用提供宽带 业务，提高网络的竞争能力；按需自适应分配带宽。
2.WCDMA的主要特点
①信道复杂，可适应多种业务需求。 ②大容量和高业务速率 ③功率控制完善 ④支持基站异步操作 ⑤切换机制健全，有更灵活的分层组网结构 ⑥优化的分组数据传输方式 ⑦上、下行链路均利用导频进行相干检测
3. WCDMA系统网络结构
图7.2 WCDMA网络单元构成示意图
（1）用户终端设备（ UE，User Equipment）
包含一个或几个无线网络子系统（RNS） 。一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和 一个或多个基站（Node B）组成。
（3）核心网络（CN，Core Network）
WCDMA核心网（CN）基本结构：电路域（CS域 ）指为用户提供“电路性业务”，或提供相关信令连接的 实体。CS域特有的实体包括：MSC、GMSC、VLR、 IWF（互通单元）。分组域（PS）：为用户提供“分组 型数据业务”，PS域特有的实体包括：服务GPRS支持 节点（SGSN）和网关GPRS支持节点（GGSN）。其 他设备如HLR、AUC、EIR等为CS域和PS域公用。
③ 在发展和演进能力方面：与第二代系统能共存、 互通，实现第二代到第三代的平滑过渡。
④ 在灵活性方面：提供更高级别的互通，包括多功 能、多环境能力、多模式操作和多频带接入。
2. IMT-2000系统的特点
① IMT-2000具有全球性漫游的特点。 ② IMT-2000系统的终端类型多种多样。 ③ IMT-2000系统除提供质量更佳的语音和数据业务外， 还能提供一个很宽范围的数据速率，不对称数据传输能力；有 更高级的鉴权和加密算法，提供更强的保密性。 ④ IMT-2000能与第二代系统的共存和互通。系统的结构 是开放式和模块化的，可很容易地引入更先进的技术和不同的 应用程序。 ⑤ IMT-2000系统包括卫星和地面两个网络，适用于多环 境。同时具有更高的频谱利用率，可降低同样速率的业务的价 格。 ⑥ IMT-2000系统可同时提供语音、分组数据和图像，并 支持多媒体业务。
（2）系统标准接口 ITU 定义了4 个标准接口。 ① 网络与网络接口（NNI）：由于ITU 在网络部分采用
了“家族概念”，因而，此接口是指不同家庭成员之间的 标准接口，是保证互通和漫游的关键接口。
② 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。
③ 无线接口（UNI）。 ④ 用户识别模块和移动台之间的接口（UIM-MT）。
（3）结构分层 与第二代移动通信系统相类似，第三代移动通信系统的分
层方法也可用三层结构描述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 但第三代系统需要同时支持电路型业务和分组业务，并支
持不同质量、不同速率业务，因而其具体协议组成要复杂得 多。对于第三代系统，各层的主要功能描述如下。
① 物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道 组成。
② 链路层：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子层的不同业务实体的要 求对物理层资源进行管理与控制，并负责提供LAC子层的业 务实体所需的QoS 级别。LAC子层采用与物理层相对独立 的链路管理与控制，并负责提供MAC子层所不能提供的更高 级别的QoS 控制，这种控制可以通过ARQ等方式来实现， 以满足来自更高层业务实体的传输可靠性。
用户终端设备它主要包括射频处理单元、基带处 理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等；UE通过 Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域 和分组域内的各种业务功能，包括普通语音、数据通信、 移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、 FTP等） 。
（2）无线接入网（UTRAN，UMTS Terrestrial Radio Access Network）
③ 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。高层实体主要负责各种业务的呼 叫信令处理，语音业务（包括电路类型和分组类型）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。
7.2 WCDMA移动通信系统
7.2.1 WCDMA概述
1. 技术指标
①基站同步方式：支持异步和同步的基站运行； ②信号带宽：5MHz； ③码片速率：3.84Mc/s； ④发射分集方式：TSTD，STTD，FBTD； ⑤信道编码：卷积码、Turbo码； ⑥调制方式：四相相移键控（QPSK）； ⑦功率控制：上下行闭环、开环功率控制； ⑧解调方式：导频辅助的相干解调方式； ⑨语音编码：自适应多速率编码（AMR）
第7章 第三代（3G） 移动通信系统
7.1
3G概述
7.2 WCDMA移动通信系统
7.3 CDMA2000移动通信系统
7.4 TD-SCDMA移动通信系统
7.5
3G的业务应用
20 世纪80 年代末到90 年代初，第二代数字移动通信 系统刚刚出现，第一代模拟移动通信还在大规模发展，此 时存在着一个较明显的问题:第一代移动通信制式繁多，第 二代移动通信也只实现了区域内制式的统一，而且覆盖也 只限于城市地区。这时，用户希望通信界能在短期内实现 一种能够提供真正意义的全球覆盖，提供带宽更宽、更灵 活的业务，并且使终端能够在不同的网络间无缝漫游的系 统，以取代第一代和第二代移动通信系统。