移動(dòng)通信課件：17次課 第09章 3G-2

1、9-1數(shù)字移動(dòng)通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告Digital Mobile Communication數(shù)字移動(dòng)通信內(nèi)容回顧1、三大主流3G標(biāo)準(zhǔn)？2、 三大主流3G標(biāo)準(zhǔn)的空中接口參數(shù)：載頻間隔？碼片速率？9-23G概述IMT-2000 CDMA DS（即WCDMA） 第三代移動(dòng)通信伙伴計(jì)劃（3GPP）IMT-2000 CDMA MC（即cdma2000） 第三代移動(dòng)通信伙伴計(jì)劃2（3GPP2）IMT-2000 CDMA TC（即TD-SCDMA） 原中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)組（CWTS，現(xiàn)在更名為中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，CCSA）9-3內(nèi)容回顧1、三大主流3

2、G標(biāo)準(zhǔn)？2、 三大主流3G標(biāo)準(zhǔn)的空中接口參數(shù)：載頻間隔？碼片速率？9-4采用技術(shù)類型直擴(kuò)載頻間隔5 MHz碼片速率3.84 Mc/s雙工方式FDD/TDD幀長(zhǎng)10 ms基站同步方式異步擴(kuò)展調(diào)制平衡QPSK（下行鏈路）雙信道QPSK（上行鏈路）復(fù)雜的擴(kuò)展電路擴(kuò)展因子4256（FDD模式上行）4512（FDD模式下行）116（TDD下行）功率控制開(kāi)環(huán)和快速閉環(huán)（1500bps）切換軟切換頻率間切換WCDMA空口參數(shù)3G概述9-5采用技術(shù)類型直擴(kuò)或多載波載頻間隔1.25 MHz碼片速率n1.2288 Mc/s（n=1,3,6,9,12）雙工方式FDD幀長(zhǎng)20 ms基站同步方式同步（需GPS）擴(kuò)展調(diào)制

3、平衡QPSK（下行鏈路）雙信道QPSK（上行鏈路）復(fù)雜的擴(kuò)展電路擴(kuò)展因子4256功率控制開(kāi)環(huán)和快速閉環(huán)（800bps）切換軟切換頻率間切換cdma2000空口參數(shù)3G概述9-6TD-SCDMA空口參數(shù)采用技術(shù)類型直擴(kuò)載頻間隔1.6 MHz碼片速率1.28 Mc/s雙工方式TDD幀長(zhǎng)10 ms（5ms+5ms）基站同步方式同步擴(kuò)展調(diào)制DQPSK擴(kuò)展因子116功率控制開(kāi)環(huán)和慢速閉環(huán)（0-200bps）切換接力切換頻率間切換3G概述9-79-8數(shù)字移動(dòng)通信第九章3G移動(dòng)通信系統(tǒng)本節(jié)講述的主要內(nèi)容9.1 3G概述9.2 3G技術(shù)9.3 3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)9.4 3G信道結(jié)構(gòu)9.5 3G終端9.6 3G業(yè)務(wù)9

4、-99.2 3G技術(shù)目標(biāo)（3G在技術(shù)上給我們提出了更高要求）可承載2Mbps峰值數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率？改善用戶服務(wù)質(zhì)量如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾？3G三大主流標(biāo)準(zhǔn)體制都是同步系統(tǒng)如何解決同步的問(wèn)題？3G三大主流標(biāo)準(zhǔn)各有特點(diǎn)不同標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)體制上的差異？9-109.2 3G技術(shù)涉及的名詞直擴(kuò)DS（Direct Sequence Spread Spectrum）多載波MC（Multiple Carrier）高速分組接入HSPA（High Speed Packet Access）時(shí)分雙工TDD（Time Division Duplex）正交頻分復(fù)用OFDM（Orthogonal Freq

5、uency Division Multiplexing）多天線技術(shù)：智能天線（Smart Antenna），多輸入多輸出MIMO（Multiple Input Multiple Output）9-11一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率多載波和直擴(kuò)？9-1203 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz多載波直擴(kuò)03 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz1.25 MHz1.2288 Mcps擴(kuò)頻3.6864 Mcps擴(kuò)頻3.75 MHz直擴(kuò) (DS): 調(diào)制符號(hào)按 N 1.2288 Mcps 速率擴(kuò)頻，形成帶寬 N1.25 MHz 單一載波。多載波 (MC): 調(diào)制符號(hào)分 N個(gè)1.25 M

6、Hz 載波，1.2288 Mcps/載波。cdma2000 前向鏈路支持2種選項(xiàng): DS和MC。 使用多載波和直擴(kuò)的區(qū)別？一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)相同帶寬而言，多載波便于工程實(shí)現(xiàn)帶寬超過(guò)5MHz以后，計(jì)算復(fù)雜度高多載波的設(shè)計(jì)便于靈活的資源分配單載波的情況下可以向下兼容IS-95系統(tǒng)9-1303 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz多載波直擴(kuò)03 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz1.25 MHz1.2288 Mcps擴(kuò)頻3.6864 Mcps擴(kuò)頻3.75 MHz進(jìn)一步提升用戶速率的方法？一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率不改變帶寬進(jìn)一步提高直擴(kuò)傳輸速率的方法 多碼道傳輸技術(shù)（HS

7、PA）9-14碼域頻域下行最多可使用N個(gè)碼道F 下行一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率不改變帶寬進(jìn)一步提高多載波傳輸速率的方法 OFDM（如WiMAX）9-1503 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz多載波1.25 MHz03 MHz5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz正交頻分多址1.25 MHz一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-16最多可達(dá)16個(gè)碼道1.6 MHz下行下行下行下行上行時(shí)隙TD-SCDMA雙工、多址方式融入了時(shí)分多址方式碼片速率:1.28Mcps雙工方式：TDD1、使用TDD的好處？2、在FDMA與CDMA的基礎(chǔ)上融入TDMA的好處？一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-17FDD和TD

8、D（1）FDD采用兩個(gè)對(duì)稱的頻率信道，發(fā)送和接收信道之間存在著一定的頻段保護(hù)間隔。如GSM、CDMA 1X的收發(fā)信道間隔為45MHz，WCDMA的間隔為190MHz。一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-18FDD和TDD（2）TDD的發(fā)送和接收信號(hào)在同一頻率信道的不同時(shí)隙中進(jìn)行，彼此之間采用一定的保護(hù)時(shí)隙予以分離。它不需要分配對(duì)稱頻段的頻率，在進(jìn)行不對(duì)稱的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可充分利用有限的頻譜資源。一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-19FDD和TDD3G中的應(yīng)用：WCDMA、cdma2000屬于FDD標(biāo)準(zhǔn)；而TD-SCDMA屬于TDD標(biāo)準(zhǔn)。一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-20最多可達(dá)16個(gè)碼道1.6 MHz下行下行下

9、行下行上行時(shí)隙使用TDD好處不需要成對(duì)的頻率資源適合非對(duì)稱業(yè)務(wù)傳輸 （如下載業(yè)務(wù)）對(duì)稱的電波傳輸特性，便于實(shí)施功率控制，使用智能天線技術(shù)問(wèn)題：使用TDD的代價(jià)？一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-21采用FDD與TDD的優(yōu)缺點(diǎn)比較：（1）FDD必須使用成對(duì)的收發(fā)頻率，頻譜利用率較低。而TDD則不需要成對(duì)的頻率，提高了頻譜利用率。（2）根據(jù)ITU對(duì)3G的要求，采用FDD模式的終端最高移動(dòng)速度可達(dá)500公里/小時(shí)，而采用TDD模式的系統(tǒng)的最高移動(dòng)速度只有120公里/小時(shí)。這是因?yàn)椋壳癟DD系統(tǒng)在芯片處理速度和算法上還達(dá)不到更高的標(biāo)準(zhǔn)。一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-22采用FDD與TDD的優(yōu)缺點(diǎn)比較：（3）

10、采用TDD模式工作的系統(tǒng)，上、下行工作于同一頻率，其電波傳輸?shù)囊恢滦允怪m用智能天線技術(shù)，可有效減少多徑干擾，提高設(shè)備的可靠性。據(jù)測(cè)算，TDD系統(tǒng)的基站設(shè)備成本比FDD系統(tǒng)的基站成本低約20%50%。（4）在抗干擾方面，使用FDD可消除鄰近蜂窩區(qū)基站和本區(qū)基站之間的干擾，F(xiàn)DD系統(tǒng)的抗干擾性能在一定程度上好于TDD系統(tǒng)。一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率9-23最多可達(dá)16個(gè)碼道1.6 MHz下行下行下行下行上行時(shí)隙在FDMA與CDMA的基礎(chǔ)上融入TDMA的好處？高頻譜利用率使用聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)復(fù)雜度低更高的資源分配靈活性一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MI

11、MO智能天線的出發(fā)點(diǎn)：利用信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，自適應(yīng)調(diào)整其方向圖，來(lái)達(dá)到抑制干擾、提取信號(hào)的目的。特征：寬頻帶、多波束的動(dòng)態(tài)跟蹤，增強(qiáng)有用信號(hào)、抑制干擾。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)空間濾波器?？臻g維度可以用于多址接入技術(shù)中。9-24對(duì)應(yīng)的多址方式？空分多址一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MIMO優(yōu)勢(shì)：定向波束，增強(qiáng)目標(biāo)用戶接收性能，避免干擾其他用戶。9-25避免干擾其他用戶 智能天線提高數(shù)據(jù)傳輸速率的思路?一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MIMO9-261jNTx1iMRx圖1 典型的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖接收信

12、號(hào)的矢量表達(dá)式一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MIMO9-271jNTx1iMRx圖1 典型的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 多天線技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸速率的思路?一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MIMO 對(duì)于多天線系統(tǒng)，增加速率的方法之一是通過(guò)使單個(gè)發(fā)射信號(hào)的SNR最大（例如分集、智能天線），這樣實(shí)際收到的SNR總體增加為：一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的方法： 多天線技術(shù)：智能天線、MIMO 對(duì)于多天線系統(tǒng)，增加速率的方法之二是通過(guò)MIMO技術(shù)，即把信道分離為n個(gè)并行子信道，每個(gè)子信道上

13、發(fā)送不同的信號(hào)：一、如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率直擴(kuò)：提升容量/速率的有效方式，但受到諸多限制多載波：靈活、向下兼容、利用率有限，一般與自適應(yīng)調(diào)制編碼一起使用HSPA：多碼道傳輸技術(shù)，速率受多碼道干擾限制，提升速率有限，受峰平比限制TDD：對(duì)稱的傳播特性，適合非對(duì)稱業(yè)務(wù)，受傳播時(shí)延的限制OFDM：高頻譜效率，可用頻域均衡，一般與自適應(yīng)調(diào)制編碼一起使用，受峰平比限制多天線技術(shù)：兩種類型，不同應(yīng)用場(chǎng)合9-30二、如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾功率控制的流程以用戶1使用3G手機(jī)與妻子通話接入階段通話階段9-31用戶1 基站妻子 二、如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾功率控制的流程接入階段手機(jī)先以某個(gè)固定功率嘗試與基

14、站聯(lián)系，如果基站沒(méi)有回應(yīng)則不斷增大發(fā)射功率，直至與基站建立連接。9-32用戶1 時(shí)間接入試探PTx (dBm)二、如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾功率控制的流程通話階段基站測(cè)量用戶1的信號(hào)質(zhì)量SIR。如果測(cè)量到的SIR小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，則基站向手機(jī)發(fā)送增大發(fā)射功率的指令；反之，則降低發(fā)射功率。9-33二、如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾功率控制的流程目標(biāo)值由誰(shuí)來(lái)調(diào)整呢？無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）根據(jù)什么來(lái)調(diào)整目標(biāo)值呢？誤幀率9-34誤幀率（FER）100%錯(cuò)誤幀數(shù)統(tǒng)計(jì)幀總數(shù)二、如何克服CDMA系統(tǒng)的自干擾功率控制的流程外環(huán)：通過(guò)檢測(cè)誤幀率，調(diào)整SIR目標(biāo)值內(nèi)環(huán)：通過(guò)檢測(cè)SIR，調(diào)整手機(jī)功率9-35內(nèi)環(huán)功率

15、控制外環(huán)功率控制三、如何解決同步的問(wèn)題同步問(wèn)題在3G標(biāo)準(zhǔn)中，TD-SCDMA、cdma2000和WiMAX（TDD）均是同步系統(tǒng)問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)同步方案？9-36三、如何解決同步的問(wèn)題使用GPS存在一定風(fēng)險(xiǎn)自主性差GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)歸美國(guó)所有，對(duì)世界各地的用戶未有任何政府承諾，而且用戶只支付了GPS接收機(jī)的費(fèi)用，沒(méi)有支付GPS系統(tǒng)的使用費(fèi)用。9-37二、如何解決同步的問(wèn)題使用GPS存在一定風(fēng)險(xiǎn)在某些特殊情況下GPS信號(hào)會(huì)暫時(shí)消失，或者不能正常工作工程安裝上有一定問(wèn)題對(duì)安裝環(huán)境要求嚴(yán)格，垂直方向無(wú)遮擋、不能和全向天線在同一平面9-38三、如何解決同步的問(wèn)題解決方案北斗（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）代替G

16、PS利用GPS/北斗雙模終端進(jìn)行時(shí)鐘同步通過(guò)有線方式進(jìn)行時(shí)間同步基于統(tǒng)一的時(shí)間源，將時(shí)間信息通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給各基站。常用的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議有IEEE 1588（網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)）9-39三、如何解決同步的問(wèn)題移動(dòng)定位技術(shù)（常見(jiàn)的有3種） 1、 基于小區(qū)識(shí)別（Cell-ID）的定位技術(shù)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)所處的蜂窩小區(qū)的ID號(hào)來(lái)確定用戶的位置 問(wèn)題？ 成本低，精度低，不適合精度較高的緊急定位服務(wù)。9-40三、如何解決同步的問(wèn)題移動(dòng)定位技術(shù)（常見(jiàn)的有3種） 2、OTA/TDOA定位技術(shù)采用信號(hào)到達(dá)時(shí)間測(cè)量或信號(hào)到達(dá)時(shí)間差測(cè)量的定位方式。即通過(guò)測(cè)量從發(fā)射機(jī)傳到多個(gè)接收機(jī)的信號(hào)傳播時(shí)間或者

17、時(shí)間差來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的位置，是一種基于電波傳播時(shí)間的定位技術(shù)。在AMPS、GSM、WCDMA、窄帶CDMA和cdma2000網(wǎng)絡(luò)中均采用該技術(shù)。9-41問(wèn)題？三、如何解決同步的問(wèn)題移動(dòng)定位技術(shù)（常見(jiàn)的有3種） 2、OTA/TDOA定位技術(shù) 精度較高，對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)的依賴性也很高，受多徑干擾影響較大，特別是對(duì)G網(wǎng)，但是該技術(shù)無(wú)需對(duì)手機(jī)進(jìn)行修改，可以直接向現(xiàn)有移動(dòng)用戶提供服務(wù)。 一般響應(yīng)時(shí)間為10s，C網(wǎng)精度55m，有望提高到1020m。9-42三、如何解決同步的問(wèn)題移動(dòng)定位技術(shù)（常見(jiàn)的有3種） 3、A-GPS定位技術(shù)需要在手機(jī)內(nèi)增加GPS接收模塊，并改造手機(jī)天線，同時(shí)要在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上加建位置服務(wù)器、差分

18、GPS基站等設(shè)備，如果要提高該方案在室內(nèi)等GPS信號(hào)屏蔽地區(qū)定位的有效性，還需添加一些位測(cè)量單元。精度10m左右，首次捕捉GPS信號(hào)時(shí)間短。9-43問(wèn)題？四、不同標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)體制上的差異WCDMA VS cdma2000TD-SCDMA的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)9-44WCDMA VS cdma2000 WCDMA使用的帶寬和碼片速率(3.84Mcps)是cdma2000 1x演進(jìn)家族的三倍以上，因而能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號(hào)開(kāi)銷。WCDMA在小區(qū)站點(diǎn)同步方面的設(shè)計(jì)是使用異步基站，而cdma2000基站則通常通過(guò)GPS實(shí)現(xiàn)同步，這將造成室內(nèi)和城市小區(qū)(采用室內(nèi)天線)部署的困難。WCDM

19、A進(jìn)行功率控制的頻率幾乎是cdma2000的兩倍，達(dá)到每秒1500次(1.5kHz)，因而能保證更好的信號(hào)質(zhì)量，并支持更多的用戶。9-45WCDMA VS cdma2000cdma2000的導(dǎo)頻信道大約需要下行鏈路總傳輸功率的20%，相比之下WCDMA只需要約10%，因而可以節(jié)省更多的公用信道的開(kāi)銷。 為支持基于GSM的GPRS業(yè)務(wù)而部署的所有業(yè)務(wù)（如計(jì)費(fèi)、安全、漫游等）也支持WCDMA業(yè)務(wù)，而為了完善新的數(shù)據(jù)/話音網(wǎng)絡(luò)，cdma2000 1x必須添加額外的網(wǎng)絡(luò)單元或進(jìn)行功能的升級(jí)。 在混合話音和數(shù)據(jù)流量方面，WCDMA的系統(tǒng)性能比cdma2000也表現(xiàn)得更加出色。9-46TD-SCDMA的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)頻譜利用率高：TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技術(shù)，在傳輸中很容易針對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)設(shè)置上、下行鏈路轉(zhuǎn)換點(diǎn)，因而可以使總的頻譜效率更高。頻譜靈活性強(qiáng)：TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜靈活性強(qiáng)，僅需單一1.6MHz的頻帶就可提供速率達(dá)2Mbps的3G業(yè)務(wù)需求，而且非常適合非對(duì)稱業(yè)