第七章 第三代移动通信系统
第三代移动通信系统概述
主要网络设备： 主要网络设备：
UE： UE：移动设备 B:基站 Node B:基站 RNC:无线网络控制器 RNC:无线网络控制器 TRAU:码型变换 码型变换/ TRAU:码型变换/速率适配器 VLR:拜访位置寄存器 VLR:拜访位置寄存器 HLR:归属位置寄存器 HLR:归属位置寄存器 MSC:移动交换中心 MSC:移动交换中心 PSTN： PSTN：公共交换电话网络 SGSN:服务GPRS支持节点 服务GPRS SGSN:服务GPRS支持节点 Backbone:IP骨干网 IP Backbone:IP骨干网 GGSN：GSN网关 GGSN：GSN网关 GSN：SGSN与GGSN合称 GSN：SGSN与GGSN合称 GSN
2G和3G的业务速率对比 2G和3G的业务速率对比
3G业务所需带宽 3G业务所需带宽
3G提供的业务 3G提供的业务 视频会议 音乐/图像 音乐 图像 可视电话 Web浏览 Web浏览 电子商务 E-mail 语音 10kb/s 100kb/s 1Mb/s 比特速率 2Mb/s
IMT-2000的含义 IMT-2000的含义
3G关键技术 第三章 3G关键技术
1.多址技术 1.多址技术
1.多址技术－ 1.多址技术－Multiplex 多址技术
多址接入： 多址接入：不同用户共享通信网络资源的方式 FDMA：频分多址(Frequency Division Multiple Access) FDMA：频分多址(Frequency TDMA：时分多址(Time TDMA：时分多址(Time Division Multiple Access) CDMA：码分多址(Code CDMA：码分多址(Code Division Multiple Access) SDMA：空分多址(Space SDMA：空分多址(Space Division Multiple Access)
第七章 移动通信网
（8） F接口
MSC与EIR间的接口 用于交换相关的IMEI管理信息
（9） G接口
VLR间的接口 用于在采用 TMSI 的 MS 进入新的 MSC/VLR 服务区域 时向分配TMSI的VLR询问此移动用户的IMSI信息
28
7.2 系统结构
4 网络区域划分 PLMN 的网络覆盖区域划分如图 7-2 所示，按从 小到大的顺序，包括下列各组成区域。
为了对IMSI保密，IMSI仅在空中传送一次，便由VLR 给来访移动用户分配一个惟一的TMSI号码替代
仅在本地有效 ，当用户离开此VLR服务区后释放
由VLR临时分配
（4）移动用户漫游号码MSRN
用于在呼叫时为移动用户选路 VLR临时分配 ，接续完成后即释放
在被访VLR区域内是惟一有效的
40dB。
阴影衰落：当移动台通过不同障碍物的阴影时，
就造成接收场强中值的变化。这种由于阴影效应
导致接收场强中值随着地理位臵改变而出现的缓 慢变化。 自由空间传播损耗：与距离的平方成正比。
7
7.1 移动通信概述
4 移动通信的种类 (1) 集群移动通信 (2) 公用移动通信系统
(3) 卫星移动通信
7.2 系统结构
5 编号计划 （2）国际移动用户识别码IMSI
用于在国际上唯一识别移动用户，国际统一 开户时写入SIM卡 移动用户以此号码发起入网请求和位臵登记 结构（15位）：如图所示 我国MCC为460 MNC的值中国移动为00、中国联通为01
34
7.2 系统结构
5 编号计划 （3）临时移动用户识别码TMSI
12
7.2 系统结构
2 网络功能实体 （2）基站系统BSS
移动通信网络优化与升级解决方案
移动通信网络优化与升级解决方案第一章移动通信网络概述 (2)1.1 移动通信网络发展历程 (2)1.1.1 第一代移动通信网络（1G） (3)1.1.2 第二代移动通信网络（2G） (3)1.1.3 第三代移动通信网络（3G） (3)1.1.4 第四代移动通信网络（4G） (3)1.1.5 第五代移动通信网络（5G） (3)1.2 移动通信网络技术标准 (3)1.2.1 GSM（全球移动通信系统） (3)1.2.2 UMTS（通用移动通信系统） (3)1.2.3 LTE（长期演进技术） (4)1.2.4 5G NR（新无线） (4)第二章网络优化基础理论 (4)2.1 网络优化目标与原则 (4)2.2 网络优化关键指标 (4)2.3 网络优化方法与流程 (5)第三章覆盖优化解决方案 (5)3.1 覆盖优化策略 (5)3.1.1 确定优化目标 (5)3.1.2 覆盖评估与预测 (5)3.1.3 优化策略制定 (6)3.2 覆盖优化技术 (6)3.2.1 天线技术 (6)3.2.2 频率规划技术 (6)3.2.3 载波聚合技术 (6)3.2.4 网络切片技术 (6)3.3 覆盖优化案例 (6)第四章容量优化解决方案 (7)4.1 容量优化策略 (7)4.2 容量优化技术 (7)4.3 容量优化案例 (7)第五章接口优化解决方案 (8)5.1 接口优化策略 (8)5.2 接口优化技术 (8)5.3 接口优化案例 (9)第六章网络功能优化解决方案 (9)6.1 网络功能优化策略 (9)6.1.1 网络功能监测与评估 (9)6.1.2 优化策略制定 (9)6.2 网络功能优化技术 (9)6.2.1 无线资源优化 (10)6.2.2 网络设备优化 (10)6.2.3 网络参数优化 (10)6.3 网络功能优化案例 (10)6.3.1 某城市地铁网络优化 (10)6.3.2 某地区农村网络优化 (10)6.3.3 某大型活动网络保障 (10)第七章网络安全优化解决方案 (11)7.1 网络安全优化策略 (11)7.1.1 安全策略制定 (11)7.1.2 安全策略实施与监控 (11)7.1.3 安全策略调整与优化 (11)7.2 网络安全优化技术 (11)7.2.1 防火墙技术 (11)7.2.2 虚拟专用网络（VPN）技术 (11)7.2.3 入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS） (11)7.2.4 安全认证和授权技术 (11)7.3 网络安全优化案例 (12)第八章网络升级解决方案 (12)8.1 网络升级策略 (12)8.2 网络升级技术 (13)8.3 网络升级案例 (13)第九章网络优化与升级项目管理 (13)9.1 项目管理概述 (14)9.2 项目进度与质量控制 (14)9.2.1 项目进度管理 (14)9.2.2 项目质量管理 (14)9.3 项目风险与应对措施 (14)9.3.1 项目风险识别 (14)9.3.2 项目风险应对措施 (15)第十章移动通信网络发展趋势 (15)10.1 5G网络发展前景 (15)10.2 网络切片技术 (15)10.3 网络智能化与自优化网络 (15)第一章移动通信网络概述1.1 移动通信网络发展历程移动通信网络作为现代社会的重要信息基础设施，其发展历程见证了通信技术的飞速进步。
精品课件-现代通信系统导论(赵明忠)-第七章 移动通信系统
第七章 移动通信系统
3.
全国可划分为若干个移动业务本地网, 划分的原则是长途 区号为2位或3位的地区为一个移动业务本地网。
每个移动业务本地网中应设立一个HLR(必要时可增设HLR, HLR可以是有物理实体的, 也可是虚拟的, 即几个移动业务本 地网共用同一个物理实体HLR, HLR内部划分成若干个区域, 每 个移动业务本地网用一个区域, 由一个业务终端来管理)和一 个或若干个移动业务交换中心(MSC), 还可以几个移动业务本 地网共用一个MSC, 如图7-10所示。
(1) 信道的窄带化。 这样可以得到更多的载波信 道, 可选的一种信道的配置方法如图7 - 4所示。
第七章 移动通信系统
信 道间 隔
保 护带 宽
占 有带 宽
邻 道遗 漏
信 道1
信 道2
信 道3
图7-4 无线信道的配置
第七章 移动通信系统
(2) 复用技术。 (3) 多址技术。 应用宽带多址技术, 可使一个载波信 道上传输多个用户信息, 从而增加了系统容量。 7.2.2 任何移动通信网都有一定的服务区域, 无线电波辐射必 须覆盖整个区域。 由VHF和UHF的传播特性知道, 一个基站 能在其天线高度的视距范围内为移动用户提供服务， 这样 的覆盖区称为一个无线电区, 或简称小区。 通信网的服务 范围若很大, 或者地形很复杂, 则需用几个小区才能覆盖整 个服务区。 例如公路、 铁路、 海岸等就需用若干个小区 的带状网络才能进行覆盖, 如图7-5所示。
省内GSM移动通信网中一般设置两三个移动汇接局较为适 宜, 最多不超过四个, 每个移动端局至少应与省内两个二级汇 接中心相连, 如图7 - 11所示。
地面移动通信概述三
第三代移动通信系统
• 2. 3G的主流标准：
（3）TD—SCDMA ： TD—SCDMA（Time Division—synchro—nous Code Division Multiple Access)也称时分同步的码分多址技术。 TD—SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准，自 1998年正式向ITU提交以来，已经历经多年的时间，完成 了标准的专家组评估， ITU认可并发布、与3GPP(第三代 伙伴项目)体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国 际标准化工作，从而使TD—SCDMA标准成为第一个由中 国提出的，以我国知识产权为主的，被国际上广泛接受和 认可的无线通信国际标准。这是我国电信史上重要的里程 碑。
第三代移动通信系统
• 5. TD—SCDMA关键技术：
5.1 智能天线： 在复杂的移动通信环境条件下，大量用户信号间的相 互作用，会产生时延扩散、瑞利衰落、多径和共道干扰， 影响通行质量。 智能天线采用空分多址（SDMA）技术，利用信号在 传输方向上的区别，将同频或同时隙、同码道的信号区分 开来，最大限度地利用有限的信道资源，可以有效地解决 这些问题。 智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰 的目的，显著扩大了系统容量，提高了频谱利用率。
第三代移动通信系统
• 5. TD—SCDMA关键技术：
5.2 联合检测： TD—SCDMA系统是一个干扰受限系统。系统的干扰 包括多址干扰（MAI）和多径干扰，正是这些干扰破坏了 信道的正交性。 联合检测的基本思想就是把所有用户的信号当作有用 信号来处理，而不是像传统的RAKE接收机把多用户的干 扰当作噪声来处理。这样可以充分利用用户信号的扩频码、 幅度、定时等信息，从而大大降低多址干扰。 在TD—SCDMA系统中，将联合检测与智能天线技术 有机地结合在一起，充分发挥它们的技术优势，以尽可能 降低系统干扰、抵消多径干扰、克服“远近”效应，提高 网络容量和通信质量。
现代通信技术概论 教学课件 作者 崔健双 第7章移动通信系统
第7章移动通信系统7.1 移动通信概述7.2 GSM数字移动通信系统7.3 CDMA数字移动通信系统7.4 第三代移动通信系统7.5 新一代移动通信系统27.1 移动通信概述移动通信指移动用户之间或移动用户与固定用户之间所进行的通信。
小区制蜂窝网和码分多址技术是移动通信技术的核心概念。
本章将对公用移动通信系统的特点、组成、功能以及工作原理进行说明。
重点对基于小区蜂窝网概念的全球移动通信系统（GSM）和基于码分多址技术（CDMA）的数字移动通信系统进行介绍。
37.1.1 移动通信的特点✓频率资源有限✓易受外界干扰✓存在各种效应：多径、阴影、多普勒、远近效应✓技术较复杂✓对设备要求高✓保密性较差47.1.2 移动通信发展历程移动通信六个发展阶段阶段年代划分特点I1920-1940专用系统、小范围、少量用户、低频率。
主要在交通运输、军事等领域。
II1940-1965由专用移动网向公用移动网过渡。
采用人工接续、网的容量较小、成本较高。
III1965-1975大区制、中小容量、自动选频、自动接续，450MHz频段。
IV1975-1985第一代模拟移动通信系统：蜂窝网概念推进了系统容量大增；微电子技术使得设备趋于小型化；计算机技术的发展为网管提供了强有力的手段。
代表体制：美国AMPS，北欧NMTS，英国TACS等。
寻呼系统和无绳电话系统伴随着出现。
V1985-2005第二代数字移动通信系统：数字蜂窝技术成为当代主流在用移动通信系统。
频谱利用率高、系统容量较大，能提供语音、数据等多种通信业务。
代表体制：泛欧GSM、北美CDMA、日本PDC等。
缺点：无法完全实现全球漫游、仅支持语音、短消息和较低速的数据通信连接、系统容量也不足。
VI2005-今第三代移动通信系统：为用户提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖，支持全球漫游业务；支持多种话音和非话音业务, 特别是多媒体业务；具备足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。
第三代移动通信系统简介
WCDMA cdma2000 TD-SCDMA UWC-136 DECT
3GPP与3GPP2
• • 目前在ITU-R的WP8F和ITU-T的WP3/11分别进行 无线接口和核心网的研究工作 此外，成立了两个跨区域标准化组织联合体—第三 代伙伴项目3GPP(Third-Generation Partnership Project) : 3GPP —由欧洲ETSI、日本ARIB/TTC、美国 ANSI 下的T1P1、韩国TTA和中国CWTS构成 3GPP2 —由美国TIA、日本ARIB/TTC、韩国 TTA和中国CWTS构成
IMT-2000的特点
• 而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的 改进。它应能支持话音、分组数据及多媒体业务， 能根据需要提供带宽 • IMT-2000的特点是可提供多种业务，特别是含有 高比速分组数据(high-bit-rate packet data)的 多媒体业务。比如，无线Internet网页搜寻； Intranet数据/文件下载；可视电话会议；娱乐 （CD质量的语音图像，图片，游戏）；电子邮件； 电子商务；远程控制；远程监视等 • 对于第三代无线传输技术(RTT)提出了支持高速 多媒体业务 (高速移动环境：144Kbps，室外步 行环境：384Kbps，室内环境：2Mbps)
•ETSI -European Telecommunications Standard Institute •ARIB -Association of Radio Industries and Businesses (Japan) •TTC -Telecommunications Technology Committee (Japan) •TTA -Telecommunications Technology Association (Korea)
第三代移动通信技术和特点
第三代移动通信的新技术
4．软件无线电技术 软件无线电技术的基本思想是高速模/数（A/D）和数/模（D/A） 转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件 实施。 第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于 同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性， 这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简 单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段 、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要。
经过近20年的发展，CDMA系统多址干扰抑制或多用户检测技术 ，已慢慢走向成熟及实用。考虑到复杂度及成本等的原因，目前的多 用户检测实用化研究，主要围绕基站进行。 多用户检测方案，主要分为线性多用户检测和干扰消除多用户检 测两个方面。线性多用户检测对传统检测器的输出进行解相关或其他 的线性变换以利于接收判决（MMSE），而干扰消除利用可靠已知信息
定位业务 •导航
移动广告 •移动交易 •拍卖
社区 •调研 •比赛
一键通 •一键通语 音
其他 •生产 •远程理疗
•移动电视 •Email •音乐 •即时信息
•移动 portal •用户位置
•游戏
•视频信息
•博客
•移动 web 浏览
•位置搜索
•广告
•社交
•一键通视 频
•公共安全
第三代移动通信的业务及其特征
• 第三代移动通信系统业务及特点
第三代移动通信特点
技术
扩频/编码 功率控制
特点
容量高
软切换/ 更软切换
可变速编码器
为运营商 带来的好处
节省设备投资 提高频率利用 率 提高服务质量 争取用户 节省设备投资 减少工程设计 工作量，扩容 方便 提高网络的安 全性，为用户 提供安全保障 提高服务质量 争取用户 提高用户的方 便性和通话可 靠性 “绿色”手机
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目录
7.1
概述
7.2
CDMA20001x 与CDMA20001xEvDo
7.3
WDMA与HSDPA
7.4
TD-SCDMA
7.5
功率控制与切换
Mobile Communication Theory
2
7.1
概述
Mobile Communication Theory
Mobile Communication Theory
8
IMT-2000的发展历程(2)
2000 年 5 月，国际电信联盟 - 无线标准部（ ITU-R ）最终通过 IMT-2000 无 线 接 口 规 范 （ M.1457 ） ， 包 括 ： -- 美 国 电 信 工 业 协 会 （ TIA ） 提 交 的 cdma2000 -- 欧 洲 电 信 标 准 化 协 会 （ ETSI ） 提 交 的 WCDMA -- 中 国 电 信 科 学 技 术 研 究 院 （ CATT ） 提 交 的 TD-SCDMA
3
IMT-2000的主要目标和要求特点
IMT-2000– 意指工作在2000MHz频段并在 2000年左右投入商用的国际移动通信系统 （International Mobile Telecom System）， 它既包括地面通信系统也包括卫星通信系统。 基于IMT-2000的宽带移动通信系统称为第三代 移动通信系统，简称为3G，它将支持速率高达 2Mbps的业务，而且业务种类将涉及话音、数 据、图像以及多媒体等业务。
Mobile Communication Theory
19
CDMA2000 1x 下行（前向）链路信道组成
前向链路
公共指 配信道
公共功率 控制信道
导频 信道
公共控 制信道
同步 信道
业务 信道
广播控 制信道
寻呼 信道
快速寻 呼信道
前向导 频信道
发送分集 导频信道
辅助导 频信道
辅助发送分 集导频信道 功率控制 子信道 补充码分信道 （ RC1 ~ 2） 补充信道 （ RC1 ~ 2）
Mobile Communication Theory
10
IMT-2000地面无线接口标准
多址方式 标准名称 IMT-2000 CDMA DS WCDMA 对应提案
CDMA
IMT-2000 CDMA MC
cdma2000
IMT-2000 CDMA TDD
TD-SCDMA和UTRA-TDD
IMT-2000 TDMA SC TDMA IMT-2000 TDMA MC
UWC-136
DECT
Mobile Communication Theory
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3G系统承载的业务（1）
3G—灵活的支持多种业务：话音、数据、图像 及多媒体等；并能够灵活引进新业务 ITU-R的建议M.816将3G支持的主要业务划分 为交互性业务、分配性业务和移动性业务三大类。
Mobile Communication Theory
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下行（前向）链路物理信道名称及分类
Mobile Communication Theory
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前向导频信道的作用
使在其覆盖范围内的MS能够获得基本的同步信息，也就 是各BS的PN短码相位的信息，MS可根据它们进行信道估 计和相干解调。 MS还可以可通过对导频信号进行检测，以比较相邻基站 的信号强度和决定什么时候需要进行越区切换。 因此，导频信道需要用较大的功率来发射，以保证可靠 性。
0～ 1个 专用控制信道 表示与IS-95后向兼容
0～ 1个 基本信道
图10-11 CDMA2000 1x前向链路物理信道划 分
前向链路物理信道由适当的Walsh函数或准正交函数 （quasi-orthogonal function，简称QOF）进行扩频。
Mobile Communication Theory
Mobile Communication Theory
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前向导频信道的区分
CDMA系统中，不同的基站利用导频PN序列的不同时间偏置 来标识，时间偏置可以复用。 不同的导频信道由偏置指数（0～511）来区别，任一导频 PN序列的偏置指数乘上一个常数就是该序列相对于零偏置 导频PN序列的偏置时间。 对于CDMA2000 1x系统，该常数是64。
12
3G系统承载的业务（2）
（Ⅰ）交互性业务 会话业务、消息业务和检索与存储业务 （Ⅱ）分配性业务 例如广播业务 （Ⅲ）移动性业务 漫游业务和定位业务
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我国第三代移动通信系统的频率规划
频率范围（MHz） 工作模式 业务类型 备注
1920～1980 /2110～2170
Mobile Communication Theory
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IMT-2000地面无线传输技术提案
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 提案名称 J:W-CDMA ETSI-UTRA-UMTS WIMS W-CDMA WCDMA/NA Global CDMA II TD-SCDMA cdma2000 Global CDMA I UWC-136 EP-DECT 双工方式 FDD、TDD FDD、TDD FDD FDD FDD TDD FDD、TDD FDD FDD TDD 提交者 日本：ARIB 欧洲：ETSI 美国：TIA 美国：T1P1 韩国：TTA 中国：CATT 美国：TIA 韩国：TTA 美国：TIA 欧洲：ETSI DECT计划
Mobile Communication Theory
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F-PICH处理过程
Walsh函数0 1.2288Mcps 导频 信道 全0
A
I支路导频PN序列 1.2288Mcps I 基带 滤波器 cosωct Q 基带 滤波器 sinωct Q(t) I(t)
A
Σ
s(t)
Q支路导频PN序列 1.2288Mcps
快速移动环境 144kbps 步行环境 384kbps
固定位置环境2Mbps
便于系统的升级、演进，易于向下一代系统灵 活发展 传输速率能够按需分配
Mobile Communication Theory
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IMT-2000对传输技术提出的要求（2）
上下行链路能适应不对称业务的需求 具有简单的小区结构和易于管理的信道结构 无线资源的管理、系统配置和服务设施要灵活方便 业务与其它固定网络业务兼容 频率利用率高 高保密性来自FDD陆地移动业务
之前规划给中国移动和 中国联通的频段，上下 行频率不变
卫星移动业务
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3G系统中支持的新技术
高效的信道编码技术 智能天线技术 软件无线电技术 多用户检测与干扰消除 全IP核心网
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前向同步信道
F-SYNCH只经过了PN短码的调制 作用 传送同步信息，在基站覆盖的范围内，各移动台可利用这 种信息进行同步捕获 F-SYNCH的数据速率为固定的1200bps，在发送前要经过卷 积编码、码符号重复、交织、扩频、QPSK调制和滤波。
1755～1785 /1850～1880 1880～1920 /2010～2025
FDD （频分双工）
陆地移动业务
主要工作频段
FDD
陆地移动业务
补充工作频段
TDD （时分双工）
陆地移动业务
主要工作频段
2300～2400
TDD
陆地移动业务
补充工作频段，无线电 定位业务共用
825～835/870～880 885～915/930～960 1710～1755/1805～1850 1980～2010 /2170～2200
Mobile Communication Theory
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IMT-2000的发展历程（1）
IMT-2000的发展大致经历了以下的历程：
1991年，国际电联正式成立TG8/1工作组，负责FPLMTS标准的制 定 1996年，FPLMTS正式更名为IMT-2000 1997年初，国际电联发出通函，向各国征集IMT-2000无线传输技 术方案 1998年6月，ITU共收到10种地面无线传输方案， 经过协调与融合，1999年11月，确定了IMT-2000的无线传输技术 规范，将无线接口标准明确为五种方案，
增加了反向导频信道 反向链路信道码分复用 反向链路连续的波形 引入前向快速寻呼信道 增加了反向增强接入信道 采用新的扩频调制方式 支持可变的帧长
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无线配置
无线配置（Radio Configuration，简称“RC”）指一系列前向 或反向业务信道的工作模式。 分类 根据前向和反向业务信道不同的物理层传输特性进行分类， 每种RC支持一套数据速率。 特性 cdam2000的前向业务信道支持RC1到RC9； 反向业务信道支持RC1到RC6。 其中RC1和RC2用于后向兼容IS-95系统。
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F-SYNCH处理过程
Walsh函数32 1.2288Mcps 同步信 道比特 卷积编码器 r=1/2，K=9 编码 符号 2.4ksps 符号 重复 调制 符号 4.8ksps 块交 织器 调制 符号 4.8ksps
1.2kbps
A
I支路导频PN序列 1.2288Mcps I 基带 滤波器 cosωct Q 基带 滤波器 sinωct Q(t) I(t)