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3G 移动通信技术

3G 移动通信技术. 3GPP 和 3GPP2 WiMAX. 3GPP 和 3GPP2. 发展背景 标准化组织 基本概念 标准发展历程 技术方案比较 发展趋势 发展现状. 发展背景. 用户的需求 运营商的期望 有线电信网用 75 年拥有最初的 5000 万用户 无线电广播用 35 年拥有最初的 5000 万用户 电视用 13 年拥有最初的 5000 万用户 蜂窝移动通信用 12 年拥有最初的 5000 万用户 因特网用 5 年拥有最初的 5000 万用户 3G 用 ? 年拥有最初的 5000 万用户. 3G 移动通信标准化的进展.

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3G 移动通信技术

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  1. 3G移动通信技术 3GPP和3GPP2 WiMAX

  2. 3GPP和3GPP2 • 发展背景 • 标准化组织 • 基本概念 • 标准发展历程 • 技术方案比较 • 发展趋势 • 发展现状

  3. 发展背景 • 用户的需求 • 运营商的期望 • 有线电信网用75年拥有最初的5000万用户 • 无线电广播用35年拥有最初的5000万用户 • 电视用13年拥有最初的5000万用户 • 蜂窝移动通信用12年拥有最初的5000万用户 • 因特网用5年拥有最初的5000万用户 • 3G用 ? 年拥有最初的5000万用户

  4. 3G移动通信标准化的进展 • 1985年，ITU TG8/1提出了第三代移动通信系统的概念，最初命名为FPLMTS（ Future Public Land Mobile Telecommunications System）未来公共陆地移动通信系统 1996年更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunications 2000）国际移动通信系统2000。 (预计在2000年商用，载波频段2000MHz，提供2000kbps的数据业务）

  5. 3G移动通信标准化的进展 • 1999年10月25日到11月5日，在芬兰赫尔辛基召开的ITU TG8/1第18次会议最终通过了IMT-2000无线接口技术规范建议(IMT.RSPC)。最终确立了IMT-2000所包含的无线接口技术标准 • 2000年5月， IMT-2000正式成为ITU标准

  6. IMT – 2000 Terrestrial Radio Interfaces IMT-2000无线接口技术规范建议 WCDMA TD-SCDMA CDMA 2000 IS-136 DECT IMT-DS CDMA DS IMT-TD CDMA TDD IMT-MC CDMA MC IMT-SC TDMA SC IMT-FT FDMA/TDMA UMTS FDD UMTS TDD

  7. IMT-2000无线接口技术规范建议 • 2007年10月18日，国际电信联盟（ITU）批准WiMAX无线宽带接入技术成为移动设备的全球标准，成为3G标准IMT-2000家族的正式成员。 • ITU将WiMax列为TDD技术，而不允许它在 FDD频段中使用。WiMAX将与TD-SCDMA共同占有TDD频段 • 目前，除中国之外，绝大多数国家的3G TDD频谱都处于相对闲置状态 • WiMAX的推动者：英特尔、三星、摩托罗拉和诺基亚 • WiMAX是唯一先商用，后被ITU接受的3G标准

  8. 专业性标准化组织 • 3GPP（The Third Generation Partnership Project）第三代移动通信合作者计划（http://www.3gpp.org/） • 3GPP2（http://www.3gpp2.org/） • TD-SCDMA 技术论坛 TD-SCDMA Forum • UMTS forum：通用移动通信系统论坛Universal Mobile Telecommunications System（ http://www.umts-forum.org/ ）

  9. 3GPP • 成立于1998年12月。成员包括欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、中国的CCSA、韩国的TTA和北美的ATIS。 • 致力于制订以GSM核心网为基础，UTRA（FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术）为无线接口的第三代技术规范 • 有看法认为3GPP组织的存在很大程度上是为了避开高通公司在CDMA标准方面的专利。

  10. 3GPP2 • 建立于1998年12月，成员包括：TIA（北美）、CCSA（中国）、ARIB和TTC（日本）和 TTA（韩国）。 • 实际是CDMA2000标准体系的标准化机构，它受到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。 • 与3GPP存在一定竞争。

  11. 3G基本概念 • 3G的最低要求 • IMT-2000的系统结构 • ITU的3G频段划分 • 3G牌照

  12. 3G的最低要求ITU—RM.1225 • 四种工作环境下提供数据业务的要求 • 移动卫星 • 高速移动：FDD，500km/h；TDD，120km/h，64~144kbps • 室内外步行：30km/h，384kbps • 室内固定用户：3km/h，2Mbps • 全球无缝覆盖 • 主要业务要求 • 提供高质量话音 • 电路交换和分组交换数据的高质量传输 • 提供增值业务和智能网业务 • 和第二代移动通信系统兼容

  13. IMT-2000的系统结构 IMT-2000的功能子系统由三部分构成 • 终端(UIM+MT) • 无线接入网(RAN) • 核心网(CN) • 基于GSM MAP网络 • 基于ANSI-41

  14. IMT-2000的系统结构

  15. IMT-2000 CDMA技术无线接口技术与核心网的关系

  16. ITU的3G频段划分 • IMT-2000的核心频率为1.8G到2.2GHz之间的230M频带，为全球共同频率。 • 分为地面和卫星两部分 • 地面通信部分的带宽为170M （FDD：120MHz，TDD：50MHz） • 卫星通信部分（MSS）的带宽为60MHz。

  17. IMT-2000的核心频率

  18. 3G牌照 • 各国将IMT-2000的频率资源划分成不同的频段，然后再以不同的方式（拍卖、甄选等）分配各移动通信运营商，就形成了所谓的3G牌照（License）。

  19. 日本3G频率的分配情况 • 日本由于频率资源短缺，所以目前最多可以发放3张3G许可证。日本邮政电信省（MPT）于2000年6月将这3张3G许可证发放给了NTT DoCoMo、KDDI和J-phone三家符合申请条件的运营商。

  20. 日本3G频率的分配情况

  21. 欧洲主要国家的3G牌照情况 • 在欧洲，由于移动电话的普及率已经超过60%，部分国家已经达到100%，移动话音业务已经趋于饱和，各大运营商都将3G看成新的利润增长点，所以3G牌照在欧洲拍卖出了天价，如德国的移动运营商就为了获得3G牌照而付出了400多亿美元的代价，平均到每个德国人身上大约有1000美元。

  22. 欧洲主要国家的3G牌照情况

  23. 美国IMT-2000频率的使用情况 • 美国在移动通信方面由于其复杂的技术标准和覆盖范围，而使得其服务质量和水平都落后于欧洲地区。美国3G牌照的拍卖被推迟，这也使美国下一代无线服务时间大大延迟。

  24. 美国IMT-2000频率的使用情况 PCS：Personal Communication Services 个人通信业务

  25. 其它国家的3G牌照情况 • 1999年3月芬兰以甄选的方式发放第一个3G牌照 • 韩国以1.3万亿韩元的价格将3G许可证分别卖给了KTICOM、SK Telecom和LG Telecom。 • 大多数的国家已经以拍卖、直接指配、甄选等方式发放了3G牌照 。

  26. 中国的电信重组及3G牌照分配情况 移动 铁通 网通 联通 电信 卫通 GSM网 CDMA网 基础电信业务 新移动 TD-SCDMA GSM 134~139/150/ 157/158/159/ 187/188 新联通 WCDMA GSM 130~132/156 / 185/186 新电信 cdma2000 CDMA 133/153/180/ 189 中国 航天 科技 集团

  27. 中国的3G资源分配情况 • WCDMA标准和cdma2000标准共留了60M×2的频段 • TD-SCDMA标准留出了155M的频段 • 卫星通信用有2×30M的频率 。

  28. 中国的电信重组及3G牌照分配情况 • 2009年1月7日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通分别发放了三张3G牌照： • 中国电信：1920-1935MHz和2110-2125MHz • 中国联通：1940-1955MHz和2130-2145MHz • 中国移动：1880-1900MHz和2010-2025MHz • 三家运营商分别于2月、4月、10月开始3G网络的正式商用。

  29. 3G发展历程 • WCDMA和TD-SCDMA的相关标准由3GPP制定，成套演进 • cdma2000的相关标准由3GPP2制定， 分为无线网和核心网两大部分，两部分技术的演进分阶段各自独立进行 • WCDMA发展历程 • TD-SCDMA发展历程 • cdma2000发展历程

  30. WCDMA发展历程 通用陆地无线接入系统 UTRA FDD (WCDMA) UTRA TDD (TD-CDMA) UMTS 通用移动通信系统 GPRS 通用分组无线业务 GSM 全球移动通信系统

  31. WCDMA发展历程 • 主要由欧洲ETSI和日本ARIB提出 • 网络演进分成以下几个阶段 • R99 • R4 • R5 • R6 • R7制定中

  32. R99 • 1999年4月形成，2000年3月完成 • 核心网继承GSM及GPRS核心网 • 空中接口采用WCDMA技术 • RAN与CN间使用ATM承载方式 • 数据速率可支持144kbps、384kbps、2Mbps

  33. R4 • 2001年3月完成 • 最大变化是将MSC拆分成MSC Server和MGW两个网元，实现了呼叫控制与承载的分离，开始向全IP网络架构演进

  34. R5 • 2002年9月标准冻结 • 增加了HSDPA • 引进了IMS（IP Multimedia Subsystem IP多媒体子系统） • 增加了CSCF、MGCF、BGCF等网络实体 • IP承载成为核心承载方式，形成全IP网络架构

  35. R6 • 2004年12月标准冻结 • 网络架构无太大变化 • 主要增加一些新的功能特性及对已有功能特性的增强 • 增加了HSUPA

  36. TD-SCDMA的发展历程 TD率先成为中 国通信行业标准 TD写入3GPP R4规范 2006年1月 ITU正式通过 3G标准 2001年3月 2000年5月 TD在3GPP融合 1999年12月 TD提交到ITU 1998年6月

  37. TD-SCDMA的发展历程 • 3GPP 单频点LCR TDD （R4） 单频点LCR TDD （R5） LCR TDD (R6) LTE TDD • CCSA OFDMA TDD TD-SCDMA行标 （R4 2003/03） TD-SCDMA行标 第二版（R5） MC-CDMA TDD N频点小区 多载波HSDPA

  38. cdma2000发展历程 美国TIA TR45.5向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议（RTT方案）称为cdma2000，其核心是由Lucent、Motorola、Nortel和Qualcomm联合提出的Wideband cdmaOne技术。

  39. cdma2000无线技术发展历程 CDMA系统的无线接口经历了几个阶段 • IS-95（没有商用） • IS-95A • IS-95B • cdma2000 1x • cdma2000 1x EV-DO • cdma2000 1x EV-DV cdma2000的标准都是后向兼容的。兼容性有两方面的含义： • 下一代移动终端可以直接在上一代网络中漫游，无须更换终端； • 上一代移动终端也可以直接漫游到下一代网络中，也无须更换终端。 2G 3G

  40. IS-95 • IS-95A和IS-95B --- 第二代CDMA技术标准 • IS-95A --- 是1995年美国TIA正式颁布的窄带CDMA(N-CDMA)标准。 • IS-95B --- 是IS-95A的进一步发展，于1998年制定的标准。主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求，IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/s，实际只能实现64kbit/s。IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。 • cdma one --- 第二代CDMA技术标准 cdma one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于cdma one技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。

  41. cdma2000 1x • 原意指采用单载波形式的cdma2000系统，也可以理解为cdma2000的第一阶段。 • 它在核心网部分引入了分组交换，可支持移动IP业务。 • cdma2000 1x可以提供双倍于IS-95的语音容量以及153.6 kbit/s的数据传输速率

  42. cdma2000 1x EV-DO • 主要是对数据业务进行了增强，即在网络容量（固定带宽，每个小区容纳的用户数）和业务级别（提供给每个用户的平均数据吞吐量）方面进行了优化。 • 该技术有助于提升无线数据业务的利润空间，已经在韩国、美国和日本等国家有了规模商用。 • 数据速率 • EV-DO Rev.A：前向3.1 Mbit/s/反向1.8 Mbit/s • EV-DO Rev.B：前向73.5 Mbit/s/反向27 Mbit/s

  43. cdma2000 1x EV-DV • 对数据业务和语音业务同时进行了增强，集cdma2000 1x和cdma2000 1x EV-DO两者之优势，可在1.25MHz带宽内，同时提供语音业务和高达3.1Mbit/s的分组数据速率。

  44. 3G移动通信的技术方案比较 国际电联ITU接受的3G移动通信系统标准以几大CDMA方案为主，各CDMA方案，除了码片速率、同步方式、导频方式等有所不同外，其它如功率、软切换等基本技术并无大的区别 • 欧洲和日本提出的WCDMA • 美国提出的cdma2000 • 我国提出的TD-SCDMA （时分同步的码分多址技术）

  45. WCDMA • 系统的核心网基于GSM-MAP，可通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力 • 采用DS-CDMA多址方式 • 码片速率是3.84Mcps • 载波带宽为5MHz

  46. WCDMA • 支持宽带业务，可有效支持电路交换业务（如PSTN、ISDN网）、分组交换业务（如IP网） • 灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同时支持话音、数据和多媒体业务 • 通过透明或非透明传输块来支持实时、非实时业务

  47. WCDMA • 系统不采用GPS精确定时，不同基站可选择同步和不同步两种方式，可以不受GPS系统的限制 • 在反向信道上，采用导频符号相干RAKE接收的方式，解决了CDMA中反向信道容量受限的问题

  48. WCDMA • WCDMA采用精确的功率控制，包括基于SIR的快速闭环、开环和外环三种方式 • 功率控制速率为1500次/秒，控制步长0.25~4dB可变，可有效满足抵抗衰落的要求

  49. WCDMA • WCDMA还可采用一些先进的技术，来提高整个系统的性能。如： • 自适应天线（Adaptive antennas） • 多用户检测（Multi-user detection） • 分集接收（正交分集、时间分集） • 分层式小区结构等

  50. cdma2000 • cdma2000的主要特点：与现有的TIA/EIA-95-B 标准向后兼容，并可与IS-95B系统的频段共享或重叠，这样就使cdma2000系统可从IS-95B系统的基础上平滑地过渡、发展，保护已有的投资。

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