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移动通信

移动通信. 张 平 无线新技术研究室（ WTI ） 北京邮电大学. 梗 概. 回顾移动通信系统的发展； 第三代移动通信系统； 后三代移动通信的发展趋势； 无线 IP 的简介； 无线局域网 WLAN 的简介； HiStation 的简介；. 1, 回顾移动通信系统的发展. 移动通信系统演进的里程碑； 移动通信技术的发展历程； 前三代移动通信系统的比较。. 1G. 2G. 3G. 模拟系统. GSM. WCDMA. TD-SCDMA. GPRS. EDGE. IS-136. UWC-136. IS-95. cdma2000.

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  1. 移动通信 张 平 无线新技术研究室（WTI） 北京邮电大学

  2. 梗 概 • 回顾移动通信系统的发展； • 第三代移动通信系统； • 后三代移动通信的发展趋势； • 无线IP的简介； • 无线局域网WLAN的简介； • HiStation的简介；

  3. 1,回顾移动通信系统的发展 • 移动通信系统演进的里程碑； • 移动通信技术的发展历程； • 前三代移动通信系统的比较。

  4. 1G 2G 3G 模拟系统 GSM WCDMA TD-SCDMA GPRS EDGE IS-136 UWC-136 IS-95 cdma2000 移动通信系统演进的里程碑

  5. 9.6-14.4 kbps 384 kbps-20 Mbps 384 kbps-2 Mbps 100 Mbps? 64-144 kbps 移动通信技术的发展历程 Circuit switched CS voice / packet data IP core end to end IP 3GPP Rel 0xIMT-2000 CDMADirect Spread + TDD UMTS 3GPP Rel 99 MBS at 60 GHz? Includes VerticalHandover betweenTechnologies 2G HSCSD GPRS EDGE GSM GPRS/EDGEIMT-2000 TDMASingle-Carrier Optimally Connected Anywhere, Anytime D-AMPS GPRS EDGE UWC-136 Ad hoc Networks CDMA IS 95 IMT-2000 CDMAMulti-Carrier CDMA 2000 New RadioInterface? Bluetooth HiperLAN/802.11a WLAN evolved 2G 2G 3G and beyond

  6. 移动通信各代典型系统特点

  7. 各代移动通信系统的比较 • 第一代移动通信系统是模拟话音通信，制式多，互不兼容，安全性差，容量有限，不能提供数据业务； • 第二代移动通信系统是数字话音通信，频率利用率和安全性有了很大的提高，但带宽限制了高速数据业务的应用，不能实现移动多媒体业务，同时由于标准不统一，无法进行全球漫游； • 第三代移动通信则试图建立一个全球的移动综合业务数字网，提供与固定电信网的业务兼容、质量相当的多种语音和非话业务，但目前IMT-2000在无线传输技术和核心网都没有统一的制式，其建议和主流技术并不适应因特网的发展要求。

  8. 频率因素比较—频率利用率 • 从信息论的角度说，TDMA和CDMA的频率利用率一样 • CDMA多址接入方式具有更大的灵活性，在一定条件下有更高的频率利用率

  9. 频率因素比较—频率适用性

  10. 网络演进需考虑的问题 主要方案 • 平滑性和阶段性 • 保护用户权益 • 保护运营者投资 • 不能频繁改动网络 • 新技术之间有一定间隔 • 无线技术的选择 • 核心网络兼容性 • 经济性 • 标准化程度 • 频率问题 • 试验及执照 增强网络方案 保证业务的连续性 叠加网络方案 建立全新核心网和平台 全IP网络演进 向3G网络演进的策略

  11. 2,第三代移动通信系统 • 第三代移动通信系统的特点； • 主要的第三代移动通信标准； • W-CDMA • cdma2000 • TD-SCDMA • 目前中国3G的发展状况；

  12. IMT-DS （WCDMA） IMT-MC （Cdma2000） IMT-TC （TD-CDMA/TD-SCDMA） IMT-SC （UWC-136） IMT-FT （DECT） CDMA TDMA FDD TDD 今后发展比较—第三代标准情况

  13. 今后发展比较—第三代发展的动力 • 经济高速发展的结果 • 向信息社会迈进的要求 • 通信向移动性和个人性发展的要求 • 现有系统容量和用户需求矛盾的结果 • 技术的进步所提供的可能 • 世界范围内经济和技术竞争的结果

  14. 第三代移动通信系统的特点 • 全球范围无缝漫游系统 • 支持移动多媒体业务 • 系统平滑过渡、演进 • 高频谱效率 • 高服务质量 • 低成本 • 高保密性 真正实现：任何人在任何时间、任何地点与任何 人进行通信

  15. 主要的第三代移动通信标准 目前，经国际电信联盟(ITU)认可的3G无线传输技术共有三种标准，分别是： • W-CDMA • cdma2000 • TD-SCDMA（中国提出）

  16. 今后发展比较—第三代的业务能力 • 从实时话音和低速数据变化到高速数据和多媒体业务 • 灵活多样的无线业务种类 • 是IT技术、运营商与业务提供商的融合，以便向用户提供更多更好的业务

  17. 今后发展比较—技术成熟性 • WCDMA • 无线技术来源于IS-95 CDMA技术，核心网以GSM核心网为依托，成熟性是经过验证的 • 关键参数早在1998已定，R’99今年3月冻结，目前在进行改进和完善及R’00的制定 • 有运营商和厂商早在1997年开始试验，日本NTT DoCoMo 于今年将率先商用，欧洲西班牙、英国等于明年开始商用，并在全球有多个预商用试验网 • CDMA2000 • 来源于IS-95 CDMA技术，成熟性是经过验证的 • 1X标准今年完成，3X ？ • CDMA2000 1X从IS-95平滑升级而来，技术成熟性最高 • 在国外有已有预商用试验网

  18. 今后发展比较—频率利用率 • WCDMA、CDMA2000的技术来源是一致的，不会有频率利用率上的本质差别，且不同的技术间相互借鉴，差异将越来越小 CDMA2000的后续改进将使CDMA系统的性能提升至极限，后续的发展情景尚未明朗，而WCDMA有较高的扩频增益，发展空间仍然很大

  19. 今后发展比较—全球漫游能力 • 全球漫游能力 • WCDMA • 主要由欧洲、日本提出，二代GSM运营商的普遍选择 • GSM用户约占全球移动通信总用户的56.3% • CDMA2000 • 主要由北美提出，二代IS-95运营商的普遍选择 • IS-95用户约占全球移动通信总用户的11.4%

  20. 今后发展比较—世界范围内采用程度 • WCDMA 绝大多数GSM运营者倾向采用 • 目前获得三代执照的欧洲运营者、日本和韩国的部分运营者已宣布采用WCDMA技术，DAMPS许多运营者也将采用WCDMA • CDMA2000 绝大部分IS-95运营者将首先考虑采用

  21. Belgium 3 x WCDMA Portugal 4 x WCDMA 4 x WCDMA Sweden 73 WCDMA licences awarded plus more to come… (120 by end 2001) Vs 13 CDMA2000 networks planned (out of which 2 already opted for WCDMA) 2 x WCDMA1 x CDMA2000 [??] S. Korea Switzerland 5 x WCDMA Norway 4 x WCDMA 6 x WCDMA Austria 5 x WCDMA Italy Taiwan Hong Kong Germany 6 x WCDMA Czech 5 x WCDMA Netherlands Ireland 2 x WCDMA1 x CDMA2000 Japan Greece UK 5 x WCDMA Denmark France Spain 4 x WCDMA 4 x WCDMA Singapore Liechtenstein 1 x WCDMA 5 x WCDMA Australia Finland 4 x WCDMA 4 x WCDMA New Zealand 1999 1Q 2000 2Q 2000 3Q 2000 4Q 2000 1H2001 2H2001

  22. 运营商 宣布实验时间 实验系统类型 设备供应商 亚洲 NTT DoCoMo 1,997 WCDMA Lucent,NEC,Ericsson,Nokia,富士通等 DDI/IDO* 1,999 cdma2000-1X Lucent,Motorola,NEC,富士通等 Janpan Telecom 1,998 WCDMA NEC,Ericsson等 SK TELECOM* 1,999 WCDMA/CDMA200-1X Nokia Korea TELECOM* 1,999 WCDMA/CDMA200-1X SMART TONE 1,999/5 WCDMA Ericsson TOT THAILAND 1999/3 WCDMA NEC 澳洲 TELECOM N.Z(新西兰） 1,999 WCDMA Ericsson TELSTRA（澳大利亚）* 1999/5 WCDMA Lucent 欧洲 B.T 1999/1 WCDMA Nortel,Panasonic,NEC,Ericsson,Nokia VODAFONE 1998/10 WCDMA Lucent,Motorola,Ericsson Telia AB 1998/6 WCDMA Ericsson Telstra 1999/5 WCDMA/CDMA200-1X Lucent/Nortel Sonera 1997/11 WCDMA Co-operate with NTT DOCOMO ORANGE 1999/4 WCDMA Fujisu ONE TO ONE 1999/6 WCDMA Ericsson Omnitel Pronto Italia 1,999 WCDMA France Telecom(法国电信) 1999/6 WCDMA Nortel,Panasoic MANNESMAMN (德国） 1998/6 WCDMA Ericsson T-MOBIL（德国） 1998/6 WCDMA Ericsson TELECOM ITALIA MOBILE(TIM) 1998/4 WCDMA Ericsson 北美 Sprint PCS* 1,999 CDMA2000-1X Qualcomm, Sumsung. N.A.GSM ALLIANCE(美国） 1998/6 WCDMA Nortel AT&T Wireless Services 1,999 UWC-136 Ericsson Montreal(加拿大） 1999/2 IS-136 Ericsson

  23. 今后发展比较—多厂家供货环境 • WCDMA • 网络设备： Lucent、Nortel、 Motorola、NOKIA、Ericsson、Simens、Alctel、NEC、富士通、华为、中兴等众多厂家2001年或2002年提供 • 终端：众多厂家WCDMA/GSM双模手机2002年投入市场 • CDMA2000 • 网络设备：三星、LG今年年底，Lucent、Nortel明年上半年提供商用设备 • 终端设备：Qualcomm、三星、Motorola、富士通今年年底提供

  24. 今后发展比较— IPR • 不是单纯的技术问题，也是法律问题 • 包含专利、许可证和秘诀，任何进行CDMA产品开发的厂商，都需从Qualcomm购买专利，在产品生产和销售还需生产许可证费和相应的生产提成费 • WCDMA的IPR较分散，回旋余地较大（国产厂家如华为也申请了技术专利85项） • CDMA2000的IPR主要掌握在Qualcomm手中，要价较高

  25. 今后发展比较—网络演进 • GSM—WCDMA，无线网是革命的，核心网是演进的，GSM可作为WCDMA的依托网 • IS-95—CDMA2000，无线网是演进的，核心网是演进的，IS-95可作为CDMA2000的依托网， • 在GSM基础上，再发展IS-95，无线网和核心网都将发生革命性的变化

  26. Power Time Time Power FDMA Frequency Power Time CDMA Frequency FDMA/TDMA Frequency 无线多址技术的发展

  27. 390 kHz BW 5 MHz BW 5 MHz BW 390 kHz BW f f 0 0 c c CDMA Transmitter CDMA Receiver Long & Short Code Spreading Long & Short Code Correlator Baseband Data Baseband Data Decode & Deinterleaving Encoding & Interleaving 3.84 mcps 384 kbps 1152 kbps 1152 kbps 384 kbps 3.84 mcps -100 dB/Hz Spurious Signals 5 MHz BW 5 MHz BW Other User Noise Background Noise External Interference Other Cell Interference Interference Sources f f f f c c c c 什么是CDMA扩频技术？

  28. WCDMA 技术的主要特点 • 可适应多种传输速率，提供多种业务 • 采用多种编码技术 • 无需GPS同步 • 分组数据传输 • 支持与GSM及其它载频之间的小区切换 • 上下行链路采用相干解调技术 • 快速功率控制 • 采用复扰码标识不同的基站和用户 • 支持多种新技术

  29. 智能化 提供灵活的网络业务、终端的智能化 多媒体化 实现语音、图像、数据等多种媒体信息在无线、有线网之间的无缝传输 个性化 用户可以在终端、网络能力的范围内，设计自己的业务 人性化 满足人的基本需要 WCDMA的业务特点

  30. WCDMA技术的主要参数 • 最小带宽需求5MHz • 采用技术类型 单载波宽带直接序列扩频CDMA • 双工方式 FDD/TDD • 码片速率 3.84Mcps • 帧长 10ms • 基站间同步 异步(不需GPS) • 调制方式(前向/反向) QPSK/BPSK • 上/下行信道结构 I/Q复用 • 检测 与导频信号相干 • 下行信道导频 公共与专用导频 • 功率控制速度 1500 Hz • 信道编码 卷积码与Turbo码

  31. 3GPP Network Layer RRC Radio Resource Control Layer 3 Radio Link Control RLC Data Link Layer Logical Channels Layer 2 Medium Access Control MAC Transport Channels Physical Layer Physical Channels Layer 1 WCDMA协议结构

  32. 无线接入网过渡 GSM 基站子系统(BSS) GPRS 基站子系统(BSS) WCDMA 无线接入网（UTRAN) 核心网过渡 GSM 移动交换中心（电路域) GPRS、WCDMA SGSN/GGSN(分组域） 业务过渡 GSM/GPRS业务 GPRS/WCDMA新业务 GSM网络向WCDMA网络过渡

  33. Integrated Mobile Network:GSM/GPRS/UMTS GMSC AUC PSTN PSTN GGSN Gi PDN H C Gc HLR Other PLMN GSM Gn D Gr Gp EIR VLR MSC E VLR MSC F Gf SGSN GPRS Gs Gb Iu-PS Iu-CS A Iu-CS Iu-PS BSS RNS RNS BSS BSC RNC RNC BSC Iur Abis Iub UMTS Iub Abis BTS BTS NodeB NodeB NodeB NodeB BTS BTS PLMN: Public land mobile network UMTS:Universal Mobile Telecommunication System

  34. cdma2000技术的主要特点 • 继承了IS-95的软切换和功率控制技术 • GPS同步 • 反向信道相干接收 • 前向发送分集 • 全部速率CRC方式

  35. TD-SCDMA技术的主要特点 • 无需成对的频率资源 • 采用DS-CDMA技术 • 码片速率为1.2288Mchip/s • 时分双工方式 • 上下行链路使用相同的无线频率 • 适于不对称的上下行数据传输 • 适合智能天线、软件无线电等新技术的应用 • 设备成本较低

  36. 目前中国3G的发展状况 • 中国一直都非常重视3G的发展，中国已经成为世界上最重要和最具潜力的通信市场。 • 3G的网络技术(主要是移动交换机系统)仍没有认可的国际标准，中国今后采取何种第三代移动通讯技术，目前还未有定论。 • 新年开始，中国在进行第三代移动电话技术的测试，并根据第一轮测试结果来决定将采用哪种技术。

  37. 中国发展3G的必要性 • 移动用户数急剧增长 中国的移动通信网规模正快速扩大，2000年已超过日本，成为全球第二大网，预期不久就会超过美国，成为全球第一大网。到2005年，中国可能拥有的移动通信用户数将超过3亿。如此庞大的用户数必然对移动通信网容量产生巨大的挑战，因此，发展3G作为一种解决该问题的方案而被提上日程。

  38. 单位：万户 中国WCDMA移动用户增长趋势预测 估计:2005年全国WCDMA移动用户将新增3000万！ 注: 到2005年，中国移动通信用户总数预计将达到3亿，其中3G用户将占15%~25%（取20%） 2002-2003年为市场培养期，2004年以后为市场发展期

  39. 中国发展3G的必要性（cont.） • 移动数据业务需求迅猛增长 随着信息社会的到来，越来越多的用户对高速移动数据业务尤其是对移动IP业务的需求也越来越多，因此要求移动通信网络能够提供相应的不对称、高速数据传输能力。而第二代移动通信系统并不能满足用户对高速移动数据业务的需求。

  40. 中国发展3G的必要性（cont.） • 通过引进国外技术、进行技术合作以及近十年的研究开发，对移动通信技术有了相当多的认识和掌握，并有了一定的创新； • 在第二代GSM网络的运营和管理上已经积累了丰富的经验； • 发展3G也为发展民族IT产业提供了前所未有的机遇；

  41. 3,移动通信的发展趋势和后3G • 推动移动通信发展的各种因素； • 后3G移动通信的业务以及体系结构的演进； • 全IP的网络结构； • 无线传输技术的发展；

  42. 推动移动通信发展的因素 • 更多的用户 到2000年，全世界有大约4亿移动用户；预期到2010年，移动用户数可达到18亿。 全世界移动用户数

  43. 推动移动通信发展的因素 • IP的迅猛发展 预期到2004年年底，将有超过PC机数目的移动用户接入Internet，而且其中的大部分为移动数据用户。 移动数据市场

  44. 推动移动通信发展的因素 • 高速率信息业务 显然，为了能够支持多媒体业务，移动通信系统必须不断演进以满足传输高数据速率的要求。 移动通信的信息移动速率

  45. TV Conference Interactive TV 3G Web 高速数据 GPRS Video streaming Video Mail Music WAP Mobile Office Schedule Management Work flow Management Electronic Conference File Sharing Radio Multi-player Games m-banking m-cash 低速数据 m-stock trading Picture Mail Information Services Chat Room SMS E-Mail Route planning 01 Q4 99 Q1 99 Q4 00 Q4 移动数据业务发展方向

  46. (S. Ohmari, “The future generations of mobile communications based on broadband access technologies”, IEEE Communications Magazine, Dec 2000) 2010年及以后的通信量预测

  47. 后3G移动通信业务内容的演进

  48. 后3G移动通信体系结构的演进 • IP与移动网络的结合 • 向宽带化、智能化、个人化方向发展，形 成统一的综合宽带通信网 • 逐步演进为由核心骨干层和接入层组成、业务与网络分离的构架

  49. 未来移动网络的功能 • 采用基于IP的核心网 • 各种接入方案间的互连互通 • 系统内和系统间的无缝漫游 • 安全性管理 • 移动性管理

  50. 全IP结构

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