移动通信网络及技术(孙海英)1-4章 (4)
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第１章 概述 3GPP2的宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，以CMDA 2000为
无线接口的标准。ANSI(American National Standards Institute)是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字 蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。3GPP2已制定了 CDMA 2000标准，已发布了Release 0、Release A、Release B、 Release C、Release D标准，正在制定AIE有关标准。
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第１章 概述 3GPP和3GPP2的目标是实现由2G网络向3G网络的平滑过渡，
保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼 容性。
国际上，3G系统主流标准有WCDMA、CDMA 2000和TDSCDMA(Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access)三个，并都已经开始商用。
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第１章 概述
1) IMT-2000的频谱分配
1992年世界无线电管制大会规定IMT-2000频谱的分配如下：
上行频段：1885 MHz～2025 MHz；下行频段：2110 MHz～
2200 MHz；移动卫星业务频段：1980 MHz～2010 MHz；2170
MHz～2200 MHz。
从上面的分配可以看出，其上、下行频段是不对称的，因此有的
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第１章 概述 在发展第三代移动通信技术的过程中，中国在1998年提出了
自主知识产权的系统标准TD-SCDMA，并为国际电信联盟 ITU(International Telecommunications Union)接纳，成为国 际上三个主流的3G通信标准之一。TD-SCDMA是中国在通信领域第 一次系统性地提出国际标准，在移动通信技术上的这一重大进步， 标志着从第三代移动通信开始，中国的移动通信技术已经发展到 具备直接参与国际竞争的能力。2008年，TD-SCDMA系统产品在技 术上逐渐成熟，并在产业化方面取得了重大进展，开始在国内京 津沪等8个城市进行试商用。
10
第１章 概述 3. 第三代移动通信系统—IMT-2000 随着用户数的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话
系统逐渐显示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高 速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务；其次是 GSM虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其 是在移动电话用户较多的国家，如美国、日本等均未得到大规模 的应用。
增加了无线信道的复杂性，导致无线信道是一个时变的多径信道； 另一方面，系统对移动用户的管理也是一个比较复杂的过程，系 统在任何时候都需要确定用户的位置，并且能够跟踪用户，对用 户提供服务，而不能使用户对这个管理过程有任何觉察。
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第１章 概述
3. 频谱资源有限 无线电频谱是一种资源，这种资源具有以下主要特点：一是 有限性，频率资源在空间、时间和频率三维要素可以重复使用， 但是一定条件下对某一频段和频率的利用又是有限的；二是非耗 竭性，频率资源不同于土地、水、矿产等一类再生或非再生资源， 不利用是一种浪费，使用不当也是一种浪费，甚至造成危害；三 是固有性，频率的传播不受行政区域限制，既无省界也无国界； 四是易受污染性，电磁波在空中传播容易受到自然噪声和人为噪 声的干扰。
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第１章 概述 目前超3G(B3G)技术和4G技术也已经开始研究，3G数据速率
可以达到2 Mb/s，B3G数据速率则可以达到1 Gb/s以上。 伴随着世界移动通信的发展，中国移动通信技术的研究及应用均 获得了快速的发展。在第一代模拟移动通信的发展中，中国基本 上全部采用国外进口设备。从第二代数字移动通信系统技术开始， 中国逐步实现了自主开发与制造，并在此基础上自主地进行核心 技术的创新，技术水平得到了快速的提高。
第１章 概述
第１章 概
述
1.1 移动通信的发展历程 1.2 移动通信的特点 1.3 移动通信面临的挑战 1.4 移动通信技术的发展趋势
1
第１章 概述 1.1 移动通信的发展历程
1. 第一代—模拟蜂窝移动通信系统 第一代移动电话系统(1G)采用了蜂窝组网技术。蜂窝概念由 贝尔实验室提出，并于20世纪70年代在世界许多地方得以研究。 当第一个试运行网络在芝加哥开通后，第一个蜂窝系统AMPS(高 级移动电话业务)1979年在美国成为现实。
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第１章 概述 1.2 移动通信的特点
1. 终端用户的移动性 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户 的当前位置，以完成呼叫、接续等功能；用户在通话时的移动性 还涉及到频道的切换问题等。
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第１章 概述 2. 无线接入方式 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，需要考虑频率
资源的有限性、用户与基站系统之间信号的干扰(频率利用、建 筑物的影响、信号的衰减等)、信息(信令、数据、话路等)的安 全保护(鉴权、加密)等问题。
系统提出利用不对称的频段以TDD方式提供业务。但是在IMT-
2000频谱分配上，各国家和地区的考虑并不相同，不可能完全遵
照这样的频谱安排。
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第１章 概述 2) IMT-2000标准化组织 (1) 第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP)。第三代移动通信
合作伙伴项目(3G Partnership Project，3GPP)是3G技术规范机 构，由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA以及美国的T1 电信标准委员会在1998年年底发起，并于1998年12月正式成立。 3GPP组织机构分为项目合作和技术规范两大职能部门。项目合作 部(PCG)是3GPP的最高管理机构，负责全面协调工作；技术规范 部(TSG)负责技术规范制定工作，受PCG管理。
1. 传播环境的复杂性 移动通信面临的技术挑战主要源自复杂的无线信道传播环境。 有线通信使用特性稳定的传输媒介，传输环境是稳定的和可预测 的。无线通信使用无线信道作为传输媒介，传播环境复杂多变。 在发射机到达接收机的传播路径上，很少出现简单的视线传播 (Line of Sight，LoS)情况。
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属区域内、越区及越局范围内自动转接信道的功能，还应具有处 理漫游用户呼叫(包括主被叫)的功能。因此移动通信系统不仅希 望有一个与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发 接口。由于移动通信是基于固定电话网的，因此各个模拟通信移 动网的构成方式有很大差异。
4
第１章 概述 鉴于模拟移动通信的局限性，尽管模拟蜂窝移动通信系统有
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第１章 概述 2) N-CDMA系统 N-CDMA(码分多址)系统主要是以Qualcomm公司为首研制的基
于IS-95的N-CDMA(窄带CDMA)系统。北美数字蜂窝系统的规范是 由美国电信工业协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美 国电子工业协会接受。由于北美地区已经有了统一的AMPS模拟系 统，因此该系统按双模模式设计，随后频带扩展到1900 MHz，即 基于N-CDMA的PCS1900。
出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系 统，称之为第二代移动通信系统(2G)，其代表系统可分为两类。
6
第１章 概述 1) TDMA系统 TDMA系统中比较成熟和最有代表性的制式有泛欧GSM、美国
D-AMPS和日本PDC。 (1) 欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组在1988年制定
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第１章 概述 在建设公众服务无线网络时，从国家无线电管理部门得到的
无线频谱总是非常有限的。而运营者总是力求获得大的无线服务 区域和尽可能大的无线系统容量，这就需要使用许多的无线通信 设备协同工作。为了消除干扰，相邻位置的不同无线连接不得使 用同一频率，否则相邻的无线设备容易出现相互干扰。因此就出 现了有限的频率资源与大的网络覆盖及系统容量之间的矛盾。增 加频谱效率的各种方法就成为无线通信技术研究的核心问题之一。
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第１章 概述 3. 漫游功能 移动通信的漫游功能主要指移动通信网之间的自动漫游、相
同制式移动通信网之间的自助漫游、移动通信网与其他网络的互 通(公用电话网、综合业务数字网、数据网、专网、现有移动通 信网等)等，可实现包括电话业务、数据业务、短消息业务、智 能业务等多种功能。
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第１章 概述 1.3 移动通信面临的挑战
了GSM第一阶段标准——phase1，工作频带为900 MHz左右，于 1990年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800 MHz的 GSM规范产生，称为DCS1800。
7
第１章 概述 (2) D-AMPS于1989年由美国电子工业协会(EIA)完成技术标
准制定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础上改造而 成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。
了一定的发展，但也有它致命的弱点，具体如下： (1) 各系统间没有公共接口。 (2) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务
很难开展。 (3) 频率利用率低，无法适应大容量的要求。 (4) 安全利用率低，易于被窃听，易做“假机”。
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第１章 概述 2. 第二代—数字蜂窝移动通信系统 由于TACS等模拟制式存在各种缺点，因此20世纪90年代开发
25
第１章 概述 移动通信系统的设计依据是对无线传播环境的研究，因此无
线传播环境是无线通信技术研究的主要内容之一，通过研究无线 传播环境的复杂特性以及可以在技术上采取特殊的措施，从而有 效地提升移动通信系统的性能。
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第１章 概述 2. 用户的可移动性 用户的可移动性对系统设计有着重要的影响。一方面，移动
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第１章 概述 (2) 第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2)。第三代移动
通信合作伙伴项目二(3G Partnership Project，3GPP2)是由美 国的TIA、日本的ARIB和TTC以及韩国的TTA等发起的，于1999年1 月正式成立。中国无线通信标准组织(CWTS)于1999年6月在韩国 正式签字加入3GPP2，成为3GPP2的组织伙伴。
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第１章 概述 不同制式的模拟移动通信系统中容量较大的系统主要有
三种：① 北美的AMPS；② 北欧的NMT-450/900；③ 英国的TACS。 它们的工作频带都在450 MHz和900 MHz附近，载频间隔在30 kHz 以下。我国第一代模拟移动通信系统采用的是TACS系统。
3
第１章 概述 鉴于移动通信用户的特点，一个移动通信系统不仅要满足归
第１章 概述 多数情况下，电磁波在传播过程中会受到许多地物的反射、
绕射或散射的影响。反射和散射使得自发射机发出的信号可能经 过多条路径到达接收机，这就是多径传播现象。多径传播使电磁 波的传播衰减增大，产生严重影响通信效果的多径衰落现象。而 且，有时引起多径传播现象的物体还处于运动之中，这使得准确 地预测任意位置上的无线接收信号电平基本上是不可能的。
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第１章 概述 3GPP的宗旨是研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G
标准，即制定以GSM移动应用部分(GSM Mobile Application Part，GSM MAP)为核心网，通用陆地无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access，UTRA)为无线接口的标准。3GPP已 制定了WCDMA、CDMA-TDD(含TD-SCDMA和UTRA-TDD，其中TD-SCDMA 标准由中国提出)、EDGE等标准，2002年6月已发布了3个版本的 UMTS标准R99、R4、R5，正在制定R6和LTE的有关标准。
24
第１章 概述 绕射增大了地物阴影区的信号电平，使得接收机在许多地物
阴影区也能够工作，但绕射损耗一般都很大，当接收机处于大型 地物的阴影区时，接收信号电平一般达不到正常接收的水平。另 外，多径传播还会产生信号的时延扩展和频谱扩展，时延扩展使 得前一脉冲符号因时延与后一脉冲符号重叠，在接收端导致符号 间相互干扰。频谱扩展决定了信号的时域衰落波形。
(3) 日本的JDC(现已更名为PDC)技术标准于1990年制定， 1993年投入使用，仅限于在日本使用。
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第１章 概述 上述系统的共同点是数字化、时分多址、保密性好、语音质
量比第一代移动通信的好、可传送数据及可自动漫游等。 三种不同制式各有其优点：PDC系统频谱利用率很高；D-AMPS系 统容量最大；GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公 开，发展规模最大。
第１章 概述 3GPP2的宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，以CMDA 2000为
无线接口的标准。ANSI(American National Standards Institute)是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字 蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。3GPP2已制定了 CDMA 2000标准，已发布了Release 0、Release A、Release B、 Release C、Release D标准，正在制定AIE有关标准。
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第１章 概述 3GPP和3GPP2的目标是实现由2G网络向3G网络的平滑过渡，
保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼 容性。
国际上，3G系统主流标准有WCDMA、CDMA 2000和TDSCDMA(Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access)三个，并都已经开始商用。
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第１章 概述
1) IMT-2000的频谱分配
1992年世界无线电管制大会规定IMT-2000频谱的分配如下：
上行频段：1885 MHz～2025 MHz；下行频段：2110 MHz～
2200 MHz；移动卫星业务频段：1980 MHz～2010 MHz；2170
MHz～2200 MHz。
从上面的分配可以看出，其上、下行频段是不对称的，因此有的
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第１章 概述 在发展第三代移动通信技术的过程中，中国在1998年提出了
自主知识产权的系统标准TD-SCDMA，并为国际电信联盟 ITU(International Telecommunications Union)接纳，成为国 际上三个主流的3G通信标准之一。TD-SCDMA是中国在通信领域第 一次系统性地提出国际标准，在移动通信技术上的这一重大进步， 标志着从第三代移动通信开始，中国的移动通信技术已经发展到 具备直接参与国际竞争的能力。2008年，TD-SCDMA系统产品在技 术上逐渐成熟，并在产业化方面取得了重大进展，开始在国内京 津沪等8个城市进行试商用。
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第１章 概述 3. 第三代移动通信系统—IMT-2000 随着用户数的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话
系统逐渐显示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高 速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务；其次是 GSM虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其 是在移动电话用户较多的国家，如美国、日本等均未得到大规模 的应用。
增加了无线信道的复杂性，导致无线信道是一个时变的多径信道； 另一方面，系统对移动用户的管理也是一个比较复杂的过程，系 统在任何时候都需要确定用户的位置，并且能够跟踪用户，对用 户提供服务，而不能使用户对这个管理过程有任何觉察。
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第１章 概述
3. 频谱资源有限 无线电频谱是一种资源，这种资源具有以下主要特点：一是 有限性，频率资源在空间、时间和频率三维要素可以重复使用， 但是一定条件下对某一频段和频率的利用又是有限的；二是非耗 竭性，频率资源不同于土地、水、矿产等一类再生或非再生资源， 不利用是一种浪费，使用不当也是一种浪费，甚至造成危害；三 是固有性，频率的传播不受行政区域限制，既无省界也无国界； 四是易受污染性，电磁波在空中传播容易受到自然噪声和人为噪 声的干扰。
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第１章 概述 目前超3G(B3G)技术和4G技术也已经开始研究，3G数据速率
可以达到2 Mb/s，B3G数据速率则可以达到1 Gb/s以上。 伴随着世界移动通信的发展，中国移动通信技术的研究及应用均 获得了快速的发展。在第一代模拟移动通信的发展中，中国基本 上全部采用国外进口设备。从第二代数字移动通信系统技术开始， 中国逐步实现了自主开发与制造，并在此基础上自主地进行核心 技术的创新，技术水平得到了快速的提高。
第１章 概述
第１章 概
述
1.1 移动通信的发展历程 1.2 移动通信的特点 1.3 移动通信面临的挑战 1.4 移动通信技术的发展趋势
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第１章 概述 1.1 移动通信的发展历程
1. 第一代—模拟蜂窝移动通信系统 第一代移动电话系统(1G)采用了蜂窝组网技术。蜂窝概念由 贝尔实验室提出，并于20世纪70年代在世界许多地方得以研究。 当第一个试运行网络在芝加哥开通后，第一个蜂窝系统AMPS(高 级移动电话业务)1979年在美国成为现实。
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第１章 概述 1.2 移动通信的特点
1. 终端用户的移动性 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户 的当前位置，以完成呼叫、接续等功能；用户在通话时的移动性 还涉及到频道的切换问题等。
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第１章 概述 2. 无线接入方式 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，需要考虑频率
资源的有限性、用户与基站系统之间信号的干扰(频率利用、建 筑物的影响、信号的衰减等)、信息(信令、数据、话路等)的安 全保护(鉴权、加密)等问题。
系统提出利用不对称的频段以TDD方式提供业务。但是在IMT-
2000频谱分配上，各国家和地区的考虑并不相同，不可能完全遵
照这样的频谱安排。
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第１章 概述 2) IMT-2000标准化组织 (1) 第三代移动通信合作伙伴项目(3GPP)。第三代移动通信
合作伙伴项目(3G Partnership Project，3GPP)是3G技术规范机 构，由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA以及美国的T1 电信标准委员会在1998年年底发起，并于1998年12月正式成立。 3GPP组织机构分为项目合作和技术规范两大职能部门。项目合作 部(PCG)是3GPP的最高管理机构，负责全面协调工作；技术规范 部(TSG)负责技术规范制定工作，受PCG管理。
1. 传播环境的复杂性 移动通信面临的技术挑战主要源自复杂的无线信道传播环境。 有线通信使用特性稳定的传输媒介，传输环境是稳定的和可预测 的。无线通信使用无线信道作为传输媒介，传播环境复杂多变。 在发射机到达接收机的传播路径上，很少出现简单的视线传播 (Line of Sight，LoS)情况。
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属区域内、越区及越局范围内自动转接信道的功能，还应具有处 理漫游用户呼叫(包括主被叫)的功能。因此移动通信系统不仅希 望有一个与公众网之间开放的标准接口，还需要一个开放的开发 接口。由于移动通信是基于固定电话网的，因此各个模拟通信移 动网的构成方式有很大差异。
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第１章 概述 鉴于模拟移动通信的局限性，尽管模拟蜂窝移动通信系统有
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第１章 概述 2) N-CDMA系统 N-CDMA(码分多址)系统主要是以Qualcomm公司为首研制的基
于IS-95的N-CDMA(窄带CDMA)系统。北美数字蜂窝系统的规范是 由美国电信工业协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美 国电子工业协会接受。由于北美地区已经有了统一的AMPS模拟系 统，因此该系统按双模模式设计，随后频带扩展到1900 MHz，即 基于N-CDMA的PCS1900。
出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系 统，称之为第二代移动通信系统(2G)，其代表系统可分为两类。
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第１章 概述 1) TDMA系统 TDMA系统中比较成熟和最有代表性的制式有泛欧GSM、美国
D-AMPS和日本PDC。 (1) 欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组在1988年制定
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第１章 概述 在建设公众服务无线网络时，从国家无线电管理部门得到的
无线频谱总是非常有限的。而运营者总是力求获得大的无线服务 区域和尽可能大的无线系统容量，这就需要使用许多的无线通信 设备协同工作。为了消除干扰，相邻位置的不同无线连接不得使 用同一频率，否则相邻的无线设备容易出现相互干扰。因此就出 现了有限的频率资源与大的网络覆盖及系统容量之间的矛盾。增 加频谱效率的各种方法就成为无线通信技术研究的核心问题之一。
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第１章 概述 3. 漫游功能 移动通信的漫游功能主要指移动通信网之间的自动漫游、相
同制式移动通信网之间的自助漫游、移动通信网与其他网络的互 通(公用电话网、综合业务数字网、数据网、专网、现有移动通 信网等)等，可实现包括电话业务、数据业务、短消息业务、智 能业务等多种功能。
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第１章 概述 1.3 移动通信面临的挑战
了GSM第一阶段标准——phase1，工作频带为900 MHz左右，于 1990年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800 MHz的 GSM规范产生，称为DCS1800。
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第１章 概述 (2) D-AMPS于1989年由美国电子工业协会(EIA)完成技术标
准制定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础上改造而 成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。
了一定的发展，但也有它致命的弱点，具体如下： (1) 各系统间没有公共接口。 (2) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务
很难开展。 (3) 频率利用率低，无法适应大容量的要求。 (4) 安全利用率低，易于被窃听，易做“假机”。
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第１章 概述 2. 第二代—数字蜂窝移动通信系统 由于TACS等模拟制式存在各种缺点，因此20世纪90年代开发
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第１章 概述 移动通信系统的设计依据是对无线传播环境的研究，因此无
线传播环境是无线通信技术研究的主要内容之一，通过研究无线 传播环境的复杂特性以及可以在技术上采取特殊的措施，从而有 效地提升移动通信系统的性能。
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第１章 概述 2. 用户的可移动性 用户的可移动性对系统设计有着重要的影响。一方面，移动
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第１章 概述 (2) 第三代移动通信合作伙伴项目二(3GPP2)。第三代移动
通信合作伙伴项目二(3G Partnership Project，3GPP2)是由美 国的TIA、日本的ARIB和TTC以及韩国的TTA等发起的，于1999年1 月正式成立。中国无线通信标准组织(CWTS)于1999年6月在韩国 正式签字加入3GPP2，成为3GPP2的组织伙伴。
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第１章 概述 不同制式的模拟移动通信系统中容量较大的系统主要有
三种：① 北美的AMPS；② 北欧的NMT-450/900；③ 英国的TACS。 它们的工作频带都在450 MHz和900 MHz附近，载频间隔在30 kHz 以下。我国第一代模拟移动通信系统采用的是TACS系统。
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第１章 概述 鉴于移动通信用户的特点，一个移动通信系统不仅要满足归
第１章 概述 多数情况下，电磁波在传播过程中会受到许多地物的反射、
绕射或散射的影响。反射和散射使得自发射机发出的信号可能经 过多条路径到达接收机，这就是多径传播现象。多径传播使电磁 波的传播衰减增大，产生严重影响通信效果的多径衰落现象。而 且，有时引起多径传播现象的物体还处于运动之中，这使得准确 地预测任意位置上的无线接收信号电平基本上是不可能的。
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第１章 概述 3GPP的宗旨是研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G
标准，即制定以GSM移动应用部分(GSM Mobile Application Part，GSM MAP)为核心网，通用陆地无线接入网(Universal Terrestrial Radio Access，UTRA)为无线接口的标准。3GPP已 制定了WCDMA、CDMA-TDD(含TD-SCDMA和UTRA-TDD，其中TD-SCDMA 标准由中国提出)、EDGE等标准，2002年6月已发布了3个版本的 UMTS标准R99、R4、R5，正在制定R6和LTE的有关标准。
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第１章 概述 绕射增大了地物阴影区的信号电平，使得接收机在许多地物
阴影区也能够工作，但绕射损耗一般都很大，当接收机处于大型 地物的阴影区时，接收信号电平一般达不到正常接收的水平。另 外，多径传播还会产生信号的时延扩展和频谱扩展，时延扩展使 得前一脉冲符号因时延与后一脉冲符号重叠，在接收端导致符号 间相互干扰。频谱扩展决定了信号的时域衰落波形。
(3) 日本的JDC(现已更名为PDC)技术标准于1990年制定， 1993年投入使用，仅限于在日本使用。
8
第１章 概述 上述系统的共同点是数字化、时分多址、保密性好、语音质
量比第一代移动通信的好、可传送数据及可自动漫游等。 三种不同制式各有其优点：PDC系统频谱利用率很高；D-AMPS系 统容量最大；GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公 开，发展规模最大。