3g三大技术比较之完全版.ppt

Wireless Technology Innovation LabsWTI评估方法 按按ITU的要求，参照通函和的要求，参照通函和M.1225建议，对建议，对7个评估内容分以个评估内容分以下三个类型开展工作下三个类型开展工作`A3.1和A3.7，即频谱效率和覆盖效率进行详细的链路级和系统级仿真`对信道编码/纠错编码、天线系统、基站同步要求、切换、最高用户比特速率、可变比特率、功率控制特性等进行重点评估`对其他内容通过讨论确定是否评估，并主要通过经验判断、分析确定评估结果Wireless Technology Innovation LabsWTI•频谱利用率•解决广泛使用(高密度、低频率使用费)的关键•通信距离/发射功率•降低成本(设备成本与网络建设费用)的关键•设备价格 •系统设备、终端设备与网络建设费用应当不高于有线•组网能力•与现有PSTN的兼容性及与未来网络的适应能力•可能提供的业务•话音、、数据、增值业务、移动性•技术先进性 只有高技术才能解决上述问题移动通信的技术要求Wireless Technology Innovation LabsWTI频谱利用率•提高频谱利用率的意义–降低频率使用费–在有限频谱资源下增加系统容量，满足高密度用户需要–降低网络建设工程费用(小区间距可以大一些)•定义： 每小区内单位频带能提供的信道数(ch/MHz/cell)•典型无线通信系统的频谱利用率比较– 接入方式 FDMA TDMA CDMA SCDMA – (TACS) (GSM) (IS-95)– 理论 1 15 20 >100– 试验 1 3-7 10 50•SCDMA 技术是目前具有最高频谱利用率的技术Wireless Technology Innovation LabsWTI发射功率的考虑•降低无线设备发射功率的意义•对基站： 降低成本( 高功放及其电源是基站成本主要部分); 提高可靠性并便于维护•对终端设备 降低功耗： 提高电池使用时间；减轻电磁辐射对人体影响 •降低发射功率的限制：要达到一定通信距离•电波传播衰落•接收机灵敏度•信号的抗多径及干扰的能力•典型无线通信系统的每信道基站发射功率比较•系统 TACS GSM IS-95 SCDMA•最大发射功率 30-50W 2-3W 1W 0.1WWireless Technology Innovation LabsWTI核心网(CN)无线接入网(RAN) 2G 3G第三代移动通信示意图 GSM PDCIS-41核心网核心网(CDMA网络)GSM核心网核心网IS-95 CDMAcdma2000-1x、3x W-CDMA 无线接口后向兼容核心网络后向兼容新的无线接口NNITD-SCDMA/TD-CDMAIP核心网核心网全IP网络Wireless Technology Innovation LabsWTI3G的三大主流技术标准比较Wireless Technology Innovation LabsWTI3G的三大主流技术标准比较（续）Wireless Technology Innovation LabsWTI3G的三大主流技术标准比较（续）Wireless Technology Innovation LabsWTI3G的三大主流技术标准比较（续）Wireless Technology Innovation LabsWTI内容•Generations of Wireless System•移动通信基本概念•IMT-2000 要求•主要标准IMT-2000 频率分配•从GSM向UMTS的演进•IS－95向第三代的过渡与cdma-2000技术•TD-SCDMA•LAS-CDMAWireless Technology Innovation LabsWTIWCDMA标准发展3GPP Rel993GPP Rel4 3GPP Rel5 功能冻结功能冻结时间点时间点2000/032001/032002/03•GSM/GPRS核心网•WCDMA FDD•电路域IP话音承载•电路域Call Server/ MGW•IP实时多媒体•HSPDAWCDMA标准规划清晰，制定严谨标准规划清晰，制定严谨•支持高速分组数据接入（HSDPA）技术，顺应未来高速无线数据业务的需求•顺应IP技术发展潮流，分阶段引入IP，目标是实现全网的IP化，标准完善•2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容Wireless Technology Innovation LabsWTI IS-95A规范完成规范完成时间点时间点199519982000•QCELP话音编码•9.6kbps•115.2kbps• 8码道捆绑•307.2kbps•话音容量加倍cdma20001xEV-DO/DV 2002•DO:高速数据业务•DV:高速数据业务＋话音业务IS-95Bcdma20001x cdma2000-3x ?cdma2000标准发展存在不确定因素标准发展存在不确定因素•支持1x EV技术，顺应未来高速无线数据业务的需求•业界对cdma2000 1x EV-DO/DV的发展存在争议•在核心网标准和技术方面相对滞后Wireless Technology Innovation LabsWTI未来高速数据业务发展分析WCDMA和和cdma2000高速数据业务比较高速数据业务比较Wireless Technology Innovation LabsWTI接口开放性分析WCDMA规范制定严谨，组织严密规范制定严谨，组织严密•3GPP规范规定，WCDMA所有接口都是开放的所有接口都是开放的•日本的DoCoMo的试验网证明了Iub接口开放的可行性cdma2000标准的严谨性有待加强标准的严谨性有待加强•IS95厂家设备难以互通，给运营商设备选型带来了较大问题•Abis接口不开放，不同厂商的BTS和BSC不能互通Wireless Technology Innovation LabsWTI信令组网与漫游分析MCCMSIN/MINMNCIMSI（国际移动用户识别）国内移动用户识别WCDMA和和cdma2000信令组网与漫游比较信令组网与漫游比较Wireless Technology Innovation LabsWTI在我国应用时，处理在我国应用时，处理CDMA信令组网及漫游时应考虑的问题信令组网及漫游时应考虑的问题•国内CDMA信令网采用ITU 7号信令，需要由网络设备完成MIN到IMSI的转换和构造•分配给我国的MIN号段不连续，应重视网络设备的号码分析和路由配置•可考虑应用IMSI来解决CDMA漫游问题•需要升级现有CDMA网络设备•需要考虑向下兼容的问题•网络需要同时支持MIN和IMSI，对设备提出特殊的要求信令组网与漫游分析（续）Wireless Technology Innovation LabsWTI关键技术分析Wireless Technology Innovation LabsWTI关键技术分析 Wireless Technology Innovation LabsWTI关键技术分析Wireless Technology Innovation LabsWTI语音能力分析WCDMA与与cdma20001x的语音能力相当的语音能力相当语音业务容量语音业务容量(单位：单位：Erlang/MHz/cell)• WCDMA仿真及测试数据来自华为2001年10月外场试验，cdma2000测试数据来自华为2001年8月外场试验• WCDMA与cdma2000语音编码速率有所差别Wireless Technology Innovation LabsWTI数据能力分析数据业务容量数据业务容量(单位：单位：Kbps/MHz/cell)WCDMA数据业务容量比数据业务容量比cdma2000要大要大预置条件• WCDMA仿真及测试数据来自华为2001年10月外场试验，cdma2000测试数据来自华为2001年8月外场试验Wireless Technology Innovation LabsWTI无线覆盖分析华为华为WCDMA、、cdma2000在核心频段灵敏度测试在核心频段灵敏度测试结果结果地点：上海外场，一般城区 时间：2001/12 车速：60km/s； 测试条件：双极化天线、增益17.15dbi、挂高25米华为华为WCDMA覆盖性能测试结果覆盖性能测试结果WCDMA、、cdma2000在核心频段的无线覆盖能力相当在核心频段的无线覆盖能力相当Wireless Technology Innovation LabsWTI对智能天线支持的分析智能天线是智能天线是3G中最重要的增强技术之一中最重要的增强技术之一• 4天线多波束切换天线多波束切换相对双天线接收分集，系统容量约提高提高一倍一倍、覆盖面积提高50%•采用智能天线技术建设移动网，每用户成本可减少约27%WCDMA标准能够更好的支持智能天线技术标准能够更好的支持智能天线技术Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA技术的评估结果•中国的TD-SCDMA提案完全符合并超出ITU的最低要求•验证了TD-SCDMA技术的优势，如:–由于采用智能天线和同步CDMA技术，所以容量大–成本低–适合非对称数据的传输–频段使用灵活Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA的标准化情况（续）•1998年11月TG8/1伦敦会议明确TD-SCDMA符合IMT-2000要求，适应于所有环境应用。

•1999年3月完成TD-SCDMA关键参数•1999年4月成立中国无线通信标准研究组(CWTS)，组织国内几十个单位共同制定移动通信标准；•1999年10月完成提交到ITU的TD-SCDMA无线接口技术规范；•1999年11月TG8/1会议通过TD-CDMA作为RSPC建议CDMA TDD一个标准(5.3节)•2000年5月ITU-R RA-2000正式批准RKEY(M.1455)和RSPC建议(M.1457)Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA在3GPP的标准化•中国在ITU一直倡导TDD的融合•1999年初主办多次TDD融合专题研讨会，并开始向3GPP提交文稿；•1999年5月CWTS加入3GPP；•1999年9月运营者融合组织(OHG)包括TD-SCDMA的两种码片速率的CDMA TDD方式；•1999年10月TSG RAN接受接受一个TDD模式，两个选项的概念，接受1.28Mcps码片速率TD-SCDMA正式开始在3GPP的标准化；Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA在3GPP的标准化(续)•1999年底基本接受保留两个TDD优势，明确标准化计划，即2000年6月完成技术报告计划；R00完成标准化；•3GPP在Release 4，即2001年3月完成低码片速率(TD-SCDMA)的标准化工作；•核心网分为基于GSM/GPRS(R99、R4)和全IP(R5)两个阶段。

Wireless Technology Innovation LabsWTITDD双工方式的优点§频谱灵活性：不需要成对的频谱§在2GHz以下已很难找到成对的频谱§上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天线等新技术§支持不对称数据业务：根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙宽度§FDD系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务在不对称业务中，一半频率是浪费§FDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但：§频段相对固定，不可能灵活使用(例如下行频段比上行频段宽一倍)§到底需要什么样的不对称性？§成本低：无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现RF收发信机Wireless Technology Innovation LabsWTITDD双工方式的缺点§ 峰值/平均发射功率之比随时隙数增加而增加§ CDMA系统已要求较大的峰值/平均发射功率之比§ 此比值随时隙数增加而增加，例如TD-SCDMA可能再增加7dB；而UTRA-TDD则可能增加12dB§ 因CDMA要求线性工作，此最大发射功率不可能很大，故TDD系统的通信距离较小§ 通信距离(小区半径)还受电波传播的时延所限制，通常小区半径为FDD系统的30%左右§ 不连续发射，抗拒快衰落和多普勒效应的能力低于FDD系统。

在高速移动环境的性能较差，故目前TDD系统仅支持终端移动速度为120km/hWireless Technology Innovation LabsWTITDD 和 FDD§ 在第三代移动通信中必要的两种双工方式§ FDD§ 适合于大区制的全国系统§ 适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等§ TDD§ 适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖§ 适合于对称及不对称的数据业务，如话音、实时数据业务、特别是互联网方式的业务§ 能提供成本低廉的设备§ 预计在预计在3G3G中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用FDDFDD提供大区制对称提供大区制对称业务，在城市及近郊区使用业务，在城市及近郊区使用TDDTDD系统，用多模终端实现漫游系统，用多模终端实现漫游Wireless Technology Innovation LabsWTIIMT2000的CDMA TDD标准概况§ 两种CDMA TDD RTT：§ TD-SCDMA和UTRA TDD§ 两种TDD方案的异同：§ 项目TD-SCDMAUTRA TDD§ 带宽和码片速率1.6MHz/1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps§ 帧结构7时隙/5ms15时隙/10ms§ 智能天线使用难使用§ 同步CDMA1/8chip2chips§ 多用户检测使用使用§ 软件无线电全面使用部分使§ 切换接力切换硬切换§ 相同技术：信道编码和交织、调制(QPSK)、DCA、TDX、ODMA等等§ 设计思想：全面满足IMT2000要求室内系统，作为FDD的补充Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA 的关键技术Œ时分双工... 适应于无线资源的自适应分配适应于无线资源的自适应分配码分多址... 允许同时多个用户接入允许同时多个用户接入Ž联合检测... 使同小区内干扰减至最小使同小区内干扰减至最小动态信道分配... 从而减少小区间的干扰从而减少小区间的干扰智能天线... 进一步降低小区间的干扰进一步降低小区间的干扰Wireless Technology Innovation LabsWTI时分双工时分双工 (TD-SCDMA):上行频段和下行频段一样上行频段和下行频段一样 D U D D D DDD频分双工频分双工(FDD):上行频段和下行频段分开上行频段和下行频段分开DD D D DDDUU 上行D 下行未用 资源:•时分双工的时分双工的优势：优势：ü可用于不成对频段 ü无需成对的有双工间隙的频段ü通过适配于用户话务需要，频谱效率得到了提高ü上行和下行使用同样的载频，因此无线传播是对称的ü最适用于智能天线技术的实现 TDD(时分双工技术)Wireless Technology Innovation LabsWTI5ms• 1上行时隙和6下行时隙• 用于文件下载,internet浏览等(适用于下行数据流量大)• 可达2Mbit/s传输速率5ms5ms• 对称结构 (适用于语音呼叫等)• 6上行时隙/1下行时隙(文件上传等)灵活分配上下行话务信道• Example:Wireless Technology Innovation LabsWTIü CDMA 特性特性ü多用户同时接入同一无线信道多用户同时接入同一无线信道ü基于用户需要分配容量基于用户需要分配容量ü每一个每一个 CDMA 用户，同其他使用同样的无线信道用户，同其他使用同样的无线信道和时隙的用户产生干扰和时隙的用户产生干扰(MAI= 多接入干扰多接入干扰)码分多址技术(cdma)最多16个码型1.6 MHz下行下行下行下行上行ü每一个用户通过临时分配的CDMA码来识别Timeslot下行下行Wireless Technology Innovation LabsWTI联合检测Joint Detection•联合检测Joint Detection:–所有信道的信号被同时解码–从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号–联合检测可获得小区内干扰为零Wireless Technology Innovation LabsWTIÄ一个特定的空中接口脉冲结构一个特定的空中接口脉冲结构,允许通过接收器来估计允许通过接收器来估计无线信道无线信道 Ä考虑到被估计的无线信道，所有信号同时被检测考虑到被估计的无线信道，所有信号同时被检测ü避免多接入干扰避免多接入干扰ü相对扩大检测动态范围，因此不需要软切换相对扩大检测动态范围，因此不需要软切换ü小区内干扰最小化小区内干扰最小化JD是怎样工作的是怎样工作的 ? 为什么为什么 JD 这么重要这么重要 ?联合检测Joint DetectionWireless Technology Innovation LabsWTI   如果每时隙只有如果每时隙只有 1 个个用户信号用户信号, 联合检测联合检测 (JD) 不是有效的不是有效的.   在同步在同步CDMA模式下模式下,多个用户共享每个时隙多个用户共享每个时隙,联合检测是有效的联合检测是有效的.   通过联合检测的通过联合检测的MAI计算矩阵计算矩阵, 去除多用户干扰去除多用户干扰(MAI，，由由CDMA多个用户信号引起的多个用户信号引起的)   结论结论：：通过去除通过去除MAI增加了增加了CDMA的的负载系数，负载系数，JD增加了的增加了的CDMA 系统容量系统容量 (  乘乘 3). 通过去除通过去除 MAI, 对多用户信号检测动态范围达对多用户信号检测动态范围达20 dB，，无需快速功率控制无需快速功率控制.联合检测导致最优 TD-SCDMA 容量Wireless Technology Innovation LabsWTI联合检测图示8码道/时隙为例信道评估参数: 直达信号和延迟信号的电平和时间等Wireless Technology Innovation LabsWTI动态信道分配动态信道分配 (DCA)Ä每个小区的多个无线信道允许频域信道动态分配每个小区的多个无线信道允许频域信道动态分配Ä1.6 MHz 的的 TD-SCDMA 带宽，同带宽，同5 MHz 的带宽相比，在的带宽相比，在同样的频谱范围内可以有三倍以上的无线信道同样的频谱范围内可以有三倍以上的无线信道以下以下 3 种动态信道分配方法面减少小区间干扰，频谱效种动态信道分配方法面减少小区间干扰，频谱效率得到了优化率得到了优化 频域动态信道分配频域动态信道分配(FDMA)动态信道分配 (DCA)Wireless Technology Innovation LabsWTI动态信道分配动态信道分配 (DCA)Ä7 个时隙减少了在一个个时隙减少了在一个 TD-SCDMA 载频中每个时隙同时激载频中每个时隙同时激活的用户的数量活的用户的数量Ä每个载频的多个时隙允许动态地将最小干扰的时隙分配给激每个载频的多个时隙允许动态地将最小干扰的时隙分配给激活的用户活的用户时域动态信道分配时域动态信道分配 (TDMA)Ä通过使用适应性智能天线，可以基于每一个用户实现方向通过使用适应性智能天线，可以基于每一个用户实现方向性解耦性解耦 空域动态信道分配空域动态信道分配 (SDMA)动态信道分配 (DCA)Wireless Technology Innovation LabsWTI•慢速 DCA: 根据测量结果对每个小区的信道分配质量指示值Pi• •许可控制: 允许使用信道的需要的SIR( 其质量基于slow DCA)•快速 DCA: 对UDD 数据即时分配无线资源•Code pooling: 当业务需要超过一个无线资源时, 在同一个时隙上使用多码动态信道分配 (DCA)Wireless Technology Innovation LabsWTI信道分配或拒绝DCA 算法算法信道分配成本函数信道分配优先级表更新函数优先级表业务类型业务类型呼叫建立呼叫建立路径损耗路径损耗无线资源数量无线资源数量 (Bit rate)成功的呼叫成功的呼叫小区内切换小区内切换 小区间切换小区间切换掉话掉话 drop out测量测量 (I, CIR, BER ...)加权动态信道分配 (DCA)算法Wireless Technology Innovation LabsWTI上行同步•通过精确调整移动台 发射的时间提前量•不同移动台信号 同时到达基站•保证扩频码间正交性•提高联合检测性能UplinkDownlinkTimeDistance from BasestationNearFarTiming AdvancePropagation DelayWireless Technology Innovation LabsWTI智能天线(Smart Antenna)有智能天线有智能天线 ... ...ü能量只是指向有移动用户活动的小区区域ü在整个小区被跟踪没有智能天线没有智能天线 ... ...ü能量分布于整个小区ü在没有移动用户活动的区域，干扰不会下降•智能天线的优势智能天线的优势ü减少小区间干扰减少小区间干扰ü降低多径干扰降低多径干扰ü对每一个用户，增强信噪比对每一个用户，增强信噪比ü优化链路预算优化链路预算ü增加容量和小区半径增加容量和小区半径Wireless Technology Innovation LabsWTI波束成型-智能天线在不同时间天线单元的脉冲形状功率• 天线的每个单元是全向的• 波束成型是通过单天线单元的不同功率和脉冲形状而形成的Wireless Technology Innovation LabsWTI智能天线有效性蜂窝TDD 复用情况下，减少小区间干扰: 智能天线的平均方向性  8 dB = 增长的 C/I 率. 增长的 C/I 关系等同于减少减少小区间干扰 (ICI)  8 dB. 没有智能天线: 小区复用簇 c = 3 导致相对 C/I  8 dB. 有智能天线: 小区复用簇 c = 3 导致相对 C/I  16 dB. 智能天线增益: 通过减少小区间和小区内的干扰，每个小区的容量增长了  2倍.Wireless Technology Innovation LabsWTI中国频率资源分配:TD-SCDMAW-CDMA空中接口空中接口TDDFDD模式模式20 + 15 MHz60 MHz频段频段1.6 MHz 5 MHz射频带宽射频带宽可用性可用性从 2003 开始 (目前: WLL) 1900 192019802010 202560 MHz60 MHz20 MHz 15 MHzFDD (上行上行)FDD (下行下行)TDDTDD 卫星卫星空空30MHz 21102170空空188585 MHz15 MHz 现在任何频谱都可用于任何频谱都可用于 TD-SCDMA双工间隔双工间隔 190 MHz现在 1.6 MHz15 + 85 MHzTDD? TD-SCDMA ?无需使用成对的频段无需使用成对的频段Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA满足各种场合无线覆盖宏蜂窝覆盖宏蜂窝覆盖小区半径: 350m至20Km n室外覆盖n郊外，乡村等地域n支持终端高速移动n传输速率可达384 kbps微微蜂窝覆盖微微蜂窝覆盖小区半径: 室内n室内覆盖n低速移动 (<10km/h)n传输最高可达2 Mbps或更高小区半径: 50-300mn城市、热点地区覆盖n中等速率移动 (> 10km/h)n传输速率可达384 kbps微蜂窝覆盖微蜂窝覆盖Dense urbanDense urbanUrbanUrbanRural/SuburbanRural/SuburbanWireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA:适用于TDD频段的3G技术TD-SCDMA IMT－2000和3GPP Release 4 的重要组成部分高效高效的的空中接口空中接口…3G技术中最新的空中接口技术…适用与非对称数据传输的理想方案完全完全的的3G解决解决方案方案…完全适用于大范围覆盖…也适用于用户密集地区简便简便的网络的网络规划规划…没有小区呼吸…没有软切换余永聪余永聪:接力切换（硬切换）Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA的关键技术• 智能天线+多用户检测• 多时隙的TDMA＋DS_CDMA(帧结构)• 同步CDMA• 用软件无线电技术实现• 信道编码和交织(和3GPP相同)• 接力切换+ 预期达到的目标预期达到的目标+ 高频谱利用率+ 低设备成本+ 满足IMT2000基本要求Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA技术基础：智能天线智能天线空分多址大大增加系统容量•降低发射功率•波束赋形时可以克服 多径传播问题基带数字信号处理为每条信道提供一条赋形天线发射波束Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA技术基础：同同 步步 CDMA§定义定义§上行链路各终端信号在基站解调器完全同步§优点优点§CDMA码道正交，§降低码道间干扰，§提高CDMA容量§简化硬件，降低成本t基站解调器码道1码道2码道NWireless Technology Innovation LabsWTI§用软件处理基带信号用软件处理基带信号§硬件平台硬件平台 高速（高速（A/DA/D）变换数字信号处理（）变换数字信号处理（DSPDSP））TD-SCDMA技术基础：软件无软件无线电线电RF收发信机A/DD/A基带处理器MCU人机界面DSPWireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA技术：接力切换•MS和BS0通信•BS0通知邻近基站信息•基站类型、工作载频、定时偏差、忙闲等等•MS搜索基站•BS或MS发起切换请求•系统决定切换执行•MS同时接收来自两个基站的相同信号•完成切换BS0BS1BS2Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA在3GPP的进展Wireless Technology Innovation LabsWTITD-SCDMA的技术特点和优势•特点：–TDD技术–基于智能天线；–采用软件无线电技术；–采用1.6MHz载频间隔；•优点–频段使用灵活；采用1.6MHz带宽，在5MHz内可有三个载频，系统应用灵活–适应于非对称数据传输，适合无线Internet业务–频谱效率高，容量大；–成本低；。