1 / 78

第二代移动通信系统向第三代移动通信系统 演进

第二代移动通信系统向第三代移动通信系统 演进. 徐国鑫. Xuguoxin@bupt.edu.cn. 北京邮电大学无线通信新技术研究室. 1 。 3G 网络基本概念 2 。无线网络的演进 3 。核心网的演进 4 。业务的演进. 1 。 3G 网络基本概念. Why 3G?. 更高的带宽带来更多的应用。 对消费者 视频流 , 电视广播 视频电话 , 视频剪辑 – 新闻，音乐，体育 … 增强型游戏，聊天，位置服务等 … 对于商业 高速接入 视频会议 实时财经信息. 移动通信各代典型系统特点. TV Conference.

onofre
Download Presentation

第二代移动通信系统向第三代移动通信系统 演进

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第二代移动通信系统向第三代移动通信系统 演进 徐国鑫 Xuguoxin@bupt.edu.cn 北京邮电大学无线通信新技术研究室

  2. 1。 3G网络基本概念 2。无线网络的演进 3。核心网的演进 4。业务的演进

  3. 1。 3G网络基本概念

  4. Why 3G? • 更高的带宽带来更多的应用。 • 对消费者 • 视频流, 电视广播 • 视频电话, 视频剪辑 –新闻，音乐，体育… • 增强型游戏，聊天，位置服务等… • 对于商业 • 高速接入 • 视频会议 • 实时财经信息

  5. 移动通信各代典型系统特点

  6. 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

  7. 频率因素比较—频率适用性

  8. 空 TDD FDD (上行) 卫星 TDD 空 FDD (下行) 15 MHz 15 MHz 30MHz 20 MHz 85 MHz 60 MHz 60 MHz 1885 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 双工间隔 190 MHz 中国频率资源分配: 空中接口 模式 频段 射频带宽 可用性 1.6 MHz TD-SCDMA TDD 20 + 15 MHz 现在 5 MHz W-CDMA FDD 从 2003 开始 (目前: WLL) 60 + 60 MHz 1.6 MHz ? TD-SCDMA TDD 15 + 85 MHz 现在

  9. Power Time Time Power FDMA Frequency Power Time CDMA Frequency FDMA/TDMA Frequency 多址方式

  10. 第二代 系统空中接口-GSM • 微蜂窝小区结构 • 工作频段 ：800/1900或900M/1800M • 数字化技术---语音信号数字化 • 新的调制方式---GMSK、QPSK等 • FDMA/TDMA • 频谱利用率高，系统容量大 • 便于实现通信安全保密 • 信道宽度：200khz • 每个载波的用户数 8个

  11. 第二代系统空中接口-CDMA • 用户的接入方式采用码分多址（CDMA） • 软容量、软切换，系统容量大 • 抗多径衰落 • 可运用话音激活、分集接收等先进技术 • 频率800/1900 • 信号带宽 1.25MHz • 每个信道的用户数 约为20个 • 频道划分方式：FDMA+CDMA

  12. 第三代数字蜂窝移动通信系统 • 3G的主要特点： • 支持移动多媒体业务 • 宽带CDMA技术 • 高频谱效率 • FDMA/TDMA/CDMA • 从电路交换到分组交换 • 从媒体(media) 到 多媒体(Multi-media) • 高保密性 • 全球范围无缝漫游系统 • 微蜂窝结构 3G 主流技术： • WCDMA • cdma2000 • TD-SCDMA

  13. Voice Infotainment Communication Transaction services WCDMA Advertising Corporate solutions GPRS EDGE 分组交换的服务质量 Mobile Data Evolution Voice Conversational Video telephony FAX Collaborative working Video streaming Streaming Conversational Audio streaming Gaming Corporate Data Access E-mail Interactive Conversational WEB Browsing WAP Applications Multimedia Messaging Audio clip downl. Background Conversational Short Messaging Video clip downl. Data rate 0 8 16 48 128 473 2048

  14. IS-95B 利用多码道 数据速率可以达到 64kbps 大部分运营商直接过渡到1xRTT CDMA2000 1xEV-DO: 专门对数据业务进行优化 CDMA2000 演进的第三阶段 标准化的版本是 Qualcomm 的High Data Rate (HDR) 在码的基础上增加TDMA划分。 适用于高度非对称的高速数据应用 传输速率达到 2Mbps +, 认为是 “3G”系统 可以采用新的或是现存频谱 IS-95B CDMAIS-95A CDMA2000 3xRTT 1xEV-DO 1xEV-DV IS-95A 14.4 kbps 核心网与2000可以共用 1xRTT CDMA2000 1x增强 DV CDMA2000 演进的第四阶段 正在开发阶段 速度可以达到5Mbps+ (高于3xRTT!) CDMA2000 1xRTT: 单载波 RTT CDMA2000演进的第一阶段 很容易与 IS-95A 空中接口共存 Release 0 - max 144 kbps Release A – max 384 kbps 核心网与 IS-95相同 CDMA2000 演进到 3G

  15. High Speed Circuit Switched Data 组合四个时隙作为一个数据连接 ~ 50 kbps 与GPRS比较更适用于实时应用 低效率 ->即使在没有数据传输时也占用资源 没有 GPRS应用的广泛 (很多运营商跳过HSCSD) Enhanced Data Rates for Global Evolution 采用8PSK调制 在短距离内3倍改善传输速率 对于长距离，能切回到 GMSK 与GPRS结合使用(EGPRS) ，可以达到 ~ 384 kbps 也可以与HSCSD结合使用 GSM 9.6kbps (一个时隙) GSM 数据 也被称为CSD HSCSD GSM GPRS WCDMA General Packet Radio Services （GPRS） 数据速率高达 ~ 115 kbps 最大: 一次最多使用8 个时隙 分组交换; 资源不会被始终占用 基于碰撞。效率较高但是延迟可变 GSM / GPRS 的核心网可以被 WCDMA (3G)采用 EDGE GSM 演进到 3G

  16. 2G 与3G网络结构 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

  17. 无缝网络运营 优化无线 网络资源 流量管理 传输共享 GSM/GPRS/EDGE GSM/GPRS/EDGE WCDMA WCDMA GSM/GPRS/EDGE GSM/GPRS/EDGE WCDMA WCDMA 站点共享 业务连续性 节点重用 Core Network Core Network Core Network 增强终端 用户体验 Application Servers Application Servers Application Servers 公共网络管理

  18. 2。无线网络的演进

  19. 无线接口不同 调制和信令 如 GSM 900 上行: 890-915 MHz 下行: 935-960 MHz 25MHz -> 124 载波频率/200kHz 一个基站可以有一个或者更多的频率 每个载波~270 kbps, 分成8个信道 每个信道约为~33kbps per channel AMPSTACSNMT IS-54BIS-136 GSM IS-95 IS-95B WCDMA 2G-无线接口

  20. 935-960 MHz 124 channels (200 kHz) downlink frequency 890-915 MHz 124 channels (200 kHz) uplink higher GSM frame structures time GSM TDMA frame 5 7 8 1 2 4 6 3 4.615 ms GSM time-slot (normal burst) S user data tail tail user data S Training guard space guard space 1 3 1 57 bits 3 bits 57 bits 26 bits 546.5 µs 577 µs 2G-GSM 无线接口

  21. 20 16 12 8 4 0 27dB 23dB 19dB 15dB 11dB 7dB 3dB 2G-编码方式决定传输速率 当信道条件比较好的时候，采用高编码率、高载荷方式 CS 4 CS 3 Max throughput per GPRS channel (netto bitrate, kbit/sec) CS 2 CS 1 C/I • CS1 在所有情况下保证连接 (信令和数据开始) • CS2 增强容量，可以在传输阶段采用 • CS3/CS4 可以得到更高的传输速率但是只能在信道比较好的情况

  22. GPRS传输速率实例 MS 1 MS 2 MS 3 MS 4 MS 5 MS 6 MS 7 MS 8 1 2 3 4 5 6 7 8 7 x ~ 13,4 kb/s = ~ 94 kbps 1 2 3 4 5 6 7 8 MS 1 MS 2 MS 3 MS 4 MS 5 MS 6 MS 7 MS 8 2 x ~ 13,4 kb/s = ~ 27 kbps 2 x ~ 13,4 kb/s = ~ 27 kbps 2 x ~ 13,4 kb/s = ~ 27 kbps

  23. 3G-UMTS下行无线接口

  24. 20 ms Frames 10 ms Frames 244 bits 268 bits 804 bits 688 bits 688 bits 344 bits 34.4 kbps Frame Segment 1st Interleaver DTCH Data Bits Add CRC & Tail Bits 1/3 Rate Conv. Coder Rate Matching CCTrCH TrCH Mux 2nd Interleaver 304 bits 96 bits 120 bits 360 bits 304 bits 76 bits Segment & Match Frame Segment DCCH Data Bits Rate Matching 1st Interleaver Add CRC & Tail Bits 1/3 Rate Conv. Coder 42 kbps 7.6 kbps 40 ms Frames DPDCH Spreading Iscramble 42 kbps I 30 ksps 3840 kcps + Pilot, Power Control and TFCI I 10 ms segment SF=128 - OVSF Code Gen 218 Complex Scramble Code Generator 18 kbps Complex Scrambling S -P DPCCH 60 kbps + Qscramble Time Multiplexer Q 3840 kcps + Q 30 ksps 3840 kcps Iscramble 3G-UMTS 下行DPCH编码

  25. 3G-UMTS 上行DPCH调制

  26. 3G-UMTS 上行DPCH编码/调制 20 ms Frames 10 ms Frames 49 kbps 244 bits 268 bits 804 bits 804 bits 402 bits 490 bits DTCH Data Bits Add CRC & Tail Bits 1/3 Rate Conv. Coder Frame Segment 1st Interleaver Rate Matching CCTrCH TrCH Mux 2nd Interleaver 60 kbps 96 bits 120 bits 360 bits 360 bits 90 bits 110 bits DCCH Data Bits Segment & Match Add CRC & Tail Bits 1/3 Rate Conv. Coder 1st Interleaver Rate Matching 60 kbps 11 kbps 40 ms Frames 60 kbps I Scramble Code + I 3840 kcps DPDCH Data Bits I - 1,-1 SF=64 OVSF 2 Generator Q 3840 kcps Data OVSF Generator Gain Cch,64,16 225 Scramble Code Generator Complex Scrambling Control OVSF Generator Cch,256,0 DPCCH Data Bits Q 3840 kcps + SF=256 Q 3840 kcps 15 kbps Q Pilot, Power Control, &TFCI + I Scramble Code Gain = - 6 dB

  27. 3G-UMTS 下行物理层传输速率

  28. 3G-UMTS 上行物理层传输速率

  29. 3G-UMTS Code Domain Power W-cdma

  30. 3G-UMTS WCDMA的切换 1、硬切换 移动台在不同频率或不同系统（GSM）之间的切换 2、软切换 移动台在同一频率下的不同基站之间的切换 3、更软切换 移动台在同一基站的不同扇区之间的切换

  31. 3G-UMTS 软切换与更软切换 • 更软切换： • 在BTS内部完成 • 基站和移动台都按照RAKE • 接收机方式接收 • 软切换： • 网络需要一条独立的传输链路 • UL/DL分集方式不同 • MS:MRC RAKE合并 • RNC:帧选择合并

  32. 3G-UMTS WCDMA 压缩模式与切换 测量间隙 压缩模式 正常帧 正常帧 • 在压缩模式下需要更多发射功率=>影响WCDMA系统的覆盖 • 在压缩模式帧中不能进行功率控制=> 需要更高的Eb/N0 => 影响 WCDMA 容量

  33. 3。核心网的演进

  34. GSM/GPRS 网络结构

  35. GPRS 接口 VLR HLR Gc Gs Gr BSS SGSN GGSN PDN Gb Gi Gn Gp Gd SMS- GMSC GGSN Ext. PLMN

  36. 移动台 Base Station Subsystem (BSS) 2G 网络:移动台 & 基站子系统 SCP A TDM Um Abis SIM ME BTS BSC PSTN Mobile Equipment - International Mobile Equipment Identity (IMEI) AUC HLR Subscriber Identity Module (SIM) 存储 (IMSI),识别用户,秘钥授权,以及其他用户信息 可以通过密码保护 允许个人移动型 Base Transceiver Station(BTS) aka “Base Station” 无线收发信机, 定义小区 频率在800, 900, 1800 和 1900 MHz无线链路规程 最常用 多个频率. 载波 / BTS Base Station Controller (BSC) 无线信道建立切换跳频 编解码器Transcoders (TCU) GSM 的编解码器，13kbps 标准与 G.703/64 kbps之间转换

  37. Base Station Controller Including TRAU/TCU 2G GSM –基站子系统 Um Abis A TDM TDME1/T1 BTS BSC PSTN AUC HLR BTS 取决于供应商，设计和地形（城市和郊区） 每个BSC约 10- 40 BTSs Base Transceiver Stations

  38. 2G GSM – MSC MSC 连接固定网 (SS7) 像一个标准的 PSTN/ISDN 交换机附加下列功能: • 登记 • 授权 • 位置更新 • 切换 • 集成 VLR • 漫游用户的呼叫路由… BSC BSC BSC

  39. Home Location Register (HLR) 每个用户的信息,类型和服务 用户的当前位置 Mobile Switching Center  (MSC) 电话交换和:移动登记 呼叫路由MSC之间切换位置更新CDR 创建 SS7 到 PSTN Visitor Location Register (VLR) 在MSC覆盖内的移动台的信息，它是从HLR选择出来的 经常 MSC捆绑 2G GSM –核心网 (语音) SCP BSC Um Abis A TDM ISUP/SS7 BTS PSTN HLR AUC SIM VLR EIR Signaling System No. 7 (SS7) 分组信令网 AuC – Auth. center EIR – Equip ID register SCP – Service control point

  40. GPRS 漫游 Visited HLR Internet IR.33 RoamingIR.34 GRX Gp IPSec/InternetLL GRX GPRS Roaming Exchange (similar to an Internet peering exchange) Home Gp Home services HLR Home Subscriber Services HSS

  41. 3GPP R4网络结构 SCP HLR SCP HLR CAP Over TDM MAP Over TDM CAP Over TDM/IP MAP Over TDM/IP TUP/ISUP MSC MSC MSC Server MSC Server TUP/ISUP/BICC TDM H.248 H.248 TDM/ATM/IP MGW MGW RAN RAN RAN RAN RAN RAN R99 R4 注：R99与R4的分组域无变化，图中未画出。 承载独立呼叫控制 bearer independent call control BICC

  42. 3GPP R5网络结构图

  43. Call State Control Function (CSCF) • Home Subscriber Server (HSS) • Transport Signalling Gateway Function (T-SWG) • Roaming Signalling Gateway Function (R-SGW) • Composite Gateway • Media Gateway Control Function (MGCF) • Media Gateway Function (MGW) • Multimedia Resource Function (MRF) • MSC Server • Gateway MSC Server

  44. 4。业务的演进

  45. 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

  46. 业务连续性策略 相同业务提供 相同业务 无缝切换 不中断 语音 GSM WCDMA Web 浏览/SMS/MMS GSM/GPRS WCDMA QoS 流 GSM/ GPRS WCDMA 视频电话 GSM/ GPRS WCDMA

  47. 8 of the world’s 10 biggest operators have already selected UMTS/WCDMA June 2003 (EMC) There are 600+ Mobile Operators in the world today Concentration:20 largest operators ~65% of subscriptions 10 largest operators ~51% “ “ 10 largest OperatorsSubscriptions (million), *50% or more - majority owned China Mobile 150.1 GSM UMTS/WCDMA Vodafone 90.2 GSM UMTS/ WCDMA China Unicom 79.8 GSM/CDMA to be confirmed T-Mobile 63.8 GSM UMTS/ WCDMA Orange 42.0GSM UMTS/ WCDMA NTT DoCoMo 50.1 PDC UMTS/ WCDMA TIM 21.0 GSM UMTS/ WCDMA Verizon Wireless 34.1 CDMA CDMA2000 Telefonica 23.0 GSM UMTS/ WCDMA Cingular Wireless 22.1 GSM/TDMA UMTS/ WCDMA

  48. 3G license awards per country More than 95% of 3G licensees have selected UMTS 6 5 4 3 2 1 Guernsey Australia Canada Denmark Belgium Czech Rep Latvia Isle of Man Austria Italy Finland Estonia Germany Netherlands Hong Kong Liechtenstein Monaco France Malaysia New Zealand Luxembourg Greece Slovenia Norway Malta Taiwan Ireland Portugal Aland UK Israel Spain Japan Sweden Poland Switzerland Singapore Slovak Rep South Korea

  49. Selected UMTS trials & launches

  50. Selected UMTS trials & launches

More Related