G关键技术探讨毕业论文.doc
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青海民族大学毕业论文
毕业论文(设计)
论文题目:
3G关键技术探讨
学生姓名:
*******学号:
*************
指导教师:
********职称:
院系:
物理与电子信息工程学院
专业班级:
********
二○一二年五月十日
摘要
摘要:
第三代移动通信(3G)被认为是世界上最具发展潜力的产业,关于3G的发展策略、标准化工作进展、最新技术与产品、市场运营等情况备受瞩目。
本文简要介绍了第三代移动通信及其系统原理并概括了IMT-2000系统的无线传输技术方案,其中主要介绍了CDMA2000系统的相关原理。
本文分为四大部分,第一部分对移动通信做了简介并回顾了移动通信的三代发展历程;第二部分开始正式介绍第三代移动通信系统,包括基本系统模型,3G的特点;第三部分介绍的是3G技术中的关键技术,即无线传输技术的标准方案;第四部分涉及到了此次毕业设计中要研究的CDMA2000系统,对其进行了简要概括并以CDMA20001x为例介绍了CDMA2000系统的关键技术,之后介绍了3G技术的应用以及3G在我国的发展情况,最后讲述了3G向4G演进趋势。
关键词:
第三代移动通信,无线传输技术,智能天线,功率控制技术
Abstract
Abstract:
Thethirdgeneration(3G)mobilephoneisbelievedtobetheworld'slargestpotentialindustry,about3Gdevelopmentstrategy,standardizationworkprogress,thelatesttechnologyandproducts,marketoperationandsoonhigh-profilecase.ThispaperbrieflyintroducesthethirdgenerationmobilecommunicationanditssystemprincipleandgeneralizestheIMT-2000systemofwirelesstransmissiontechnologyplan,whichmainlyintroducedtheCDMA2000systemofrelatedprinciples.
Thispaperwillbedividedintofourmost,thefirstpartofmobilecommunicationsmadeabriefintroductionandreviewedthemobilecommunicationdevelopmentcourseofthreegenerations;Thesecondpartoftheformalintroductiontostartthethirdgenerationmobilecommunicationsystem,includingbasicsystemmodelandthecharacteristicsofthe3G;Thethirdpartofthe3Gtechnologyisintroducedthekeytechnology,includingwirelesstransmissiontechnologystandardsolution;ThefourthpartinvolvedinthegraduationdesigntotheCDMA2000system,thepaperhasbrieflysummarizedandCDMA20001xasanexampletointroducetheCDMA2000systemkeytechnology,thenintroducestheapplicationofthe3Gand3Ginthedevelopmentofourcountry,andabout3Gto4Gevolutiontrend.
Keywords:
thethirdgenerationmobilecommunication,wirelesstransmissiontechnology,smartantenna,powercontroltechnology
目录
1、绪论 4
1.1课题背景与意义 4
1.2移动通信的发展 5
1.32G和3G协同规划及优化 6
1.3.1协同规划2G和3G网络 6
1.3.2协同优化2G和3G网络 7
2、第三代移动通信系统 8
2.13G的含义 8
2.2IMT-2000系统模型 8
2.33G主要特点及目标 9
3、IMT-2000无线传输技术方案 10
3.1各种技术方案的提出简介 10
3.2三种主流3G标准概述与比较 11
3.2.1三种主流3G标准概述 11
3.2.2三种主流3G标准主要技术性能比较 12
4、3G关键技术分析 13
4.1CDMA技术 13
4.2CDMA20001x的关键技术 13
4.3智能天线 14
4.3.1智能天线的自适应算法 14
4.3.2智能天线的优点 15
4.4功率控制技术 15
4.53G技术的应用 16
4.63G技术发展方向 17
4.6.1总体发展 17
4.6.2业务发展 17
4.73G技术在我国的发展情况 17
4.84G的介绍 19
4.93G全球概况及向4G演进趋势 20
结论 22
参考文献 23
致谢 24
1、绪论
随着移动通信的迅猛发展,现有的包括GSM和IS-95通信系统已很难满足发展要求,因此第三代移动通信倍受注目,而在第三代移动通信中,宽带DS/CDMA是迄今最为看好的多址接入方式。
宽带CDMA系统与窄带CDMA系统相比,不仅是带宽的提高,更是单位带宽利用率的增加,互操作性和移动性的增强,以及更广泛的业务范围和支持更高的移动速率。
在CDMA通信系统中,由于多个用户的随机接入,所使用的扩频码集一般并非严格正交,码片之间的非零互相关系数将引起各用户间的干扰,这样不仅会严重限制系统的容量,而且强多址信号会淹没弱用户信号,使“远—近”效应的影响加剧。
由于用户的扩频码已知,所以用户间的互相关系数是已知的,接收机可以知道多址干扰中的某些重要信息,如多址干扰的扩频码字、组成结构及与目标信号的关系。
利用这些信息,接收机可以对各用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间的干扰,从而有效地消除多址干扰的负面影响,这种在检测时利用了多个用户信息的策略称为多用户检测。
对于CDMA这样一个干扰限制的系统,研究干扰抑制技术将非常有意义,对多址干扰进行抑制将意味着系统容量的直接提高。
1.1课题背景与意义
移动通信技术是当今世界上发展最快、应用最广和最前沿的科学技术之一,特别是第三代移动通信技术(3G)的发展十分迅速,这种快速的变化给我国的电子信息产业的长期发展带来了越来越多的机遇和挑战。
由于我们的需要不断增长,第三代移动通信系统应运而生,进而正一步一步走进千家万户。
3G移动通信系统的出现给人们的生活带来了诸多方便,也给生活带来全新享受。
由于移动通信发展的最终目标是实现任何人可以在任何地点、任何时间与任何人进行任何方式的通信,所以随着社会的发展,知识的积累,4G也在孕育着,但在每一代通信系统升级换代的时候,如何利用原有的系统和设备,在原来的系统设备上进行升级换代,达到平滑过渡的目的,一直都是人们考虑和关心的问题。
所以学好3G技术是非常有必要的。
而我也坚信只有站在前人的肩膀上,我们才能学得更好更快,社会也才能更快速的前进。
1.2移动通信的发展
移动通信系统的发展大致可分为四个阶段,即第一代、第二代、第三代、已及后三代(第四代)移动通信系统。
从工程角度来看,当前移动通信系统的建设和运营正逐步从第二代向第三代过渡。
从标准化角度来看,面向第三代移动通信系统的长期演进(longtermevolution,LTE)及空中接口演进(airinterfaceevolution,AIE)的标准化工作已经取得一点进展。
从研究角度来看,面向后三代移动通信系统的各层关键技术及网络体系架构的研究也在各国如火如荼地展开。
第一代蜂窝移动通信技术是模拟蜂窝移动通信技术,以美国贝尔实验室开发的先进移动电话系统AMPS为典型代表。
第一代蜂窝移动通信技术由于采用模拟技术和频分多址(frequencydivisionmultipleaccess,FDMA)接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如频谱利用率比较低、保密性差、只能提供低速语音业务、设备体积大成本高等,在实际中已经基本不再使用。
第二代蜂窝移动通信技术是数字蜂窝移动通信技术,采用数字调制技术,具有频谱利用率高,保密性好的特点,不仅可以支持话音业务,也可以支持低速数据业务,因而又称为窄带数字通信系统。
第二代数字移动通信系统典型代表有美国的DAMPS系统、IS-95系统和欧洲GSM系统,其中DAMPS和GSM都采用时分多址(timedivisionmultipleaccess,TDMA)接入方式,而IS-95采用则采用码分多址(codedivisionmultipleaccess,CDMA)接入方式,系统容量比GSM和DAMPS要大的多。
第二代数字移动通信技术是目前广泛应用的蜂窝移动通信技术,但由于只能提供窄带业务,已经不能满足人们越来越多的对于移动宽带多媒体业务的需求。
第三代移动通信系统是宽带数字通信系统,它的目标是提供移动宽带多媒体通信,多址方式基本都采用CDMA多址接入,属于宽带CDMA移动通信技术。
第三代移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务,能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力并与固定网络相兼容。
它可以实现小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。
第三代移动通信技术的标准化工作由3GPP(3rdGenerationPartenershipProject)和3GPP2两个标准化组织来推动和实施。
下面将就3G做进一步介绍。
对于移动运营商来说,3G网络建设是一个长期的过程,期间必将是“混合”的时代,既有2G网络,又有3G网络,二者相互依存,互为补充。
移动运营商要成功实现由2G向3G的转型,2G网络的支撑至关重要。
从传统2G的网络规模角度来看,经过多年的建设,2G网络的覆盖优势是3G网络在一定时间内无法比拟的。
因此,在3G网络建设初期,2G网络应作为一个覆盖范围广阔的底层网络为移动用户提供基本话音业务和数据业务,而3G应凭借自身的先进技术在部分地区为所有需求的用户提供高速的移动多媒体业务。
通过在2G网络基础上平滑演进,提供3G业务,用2G与3G组成“一个网络,两种接入,无缝覆盖,无缝业务”的模式,实现3G与2G网络的长期协调发展,做到以最低投资提供最大容量和最大的覆盖面,最终实现网络的平滑演进。
1.32G和3G协同规划及优化
目前移动运营商已拥有成熟的2G网络,在满足用户语音需求上已不成问题,因此在3G发展初期应首先在数据业务需求大的发达城市或区域建设3G网络,然后逐渐扩大覆盖范围。
由于3G网络采用cdma接入方式,是干扰受限系统,建网时应该按照“一步规划,分步实施”的原则。
首先做好长期的网络规划,然后按照移动通信普及率和业务发展需求在不同地区逐步推进。
在建设过程中,对现有网络进行优化,以降低成本,提高服务质量。
1.3.1协同规划2G和3G网络
在2G和3G无线接入网络的协同规划中,需要考虑在满足不同的话务和业务管理需求下,为不同层次、不同地域的用户提供相应的业务服务。
在这个原则下,考虑如何共用2G网络的相关设施,如网络的站址、室内分布系统、机房、传输、电源等基础设施以及其他公共关键网络节点和资源。
(1)业务连续性进行3G网络规划时首先考虑满足长期业务发展(特别是数据业务)的需要,对业务及网络部署等方面进行统一设计规划,然后根据实际业务发展状况、市场策略等在不同区域分步推进。
在开始部署3G网络时,2G网络也会不断发展,所以很多业务在3G和2G网络都会同时提供。
要继续发挥2G和2.5G网络业务成熟的优势,并在3G发展初期主要覆盖高密度用户区和数据业务集中区的前提下,实现3G与2G和2.5G网络的平滑切换。
这样,当用户在两个网络中移动时,才能够保证业务的连续性。
(2)共站的可能性对于移动运营商来说,由于已经拥有了庞大的GSM网络,因而同时拥有数目众多的GSM站址。
在进行3G网络系统建设时,应该结合2G网络合理安排网络布局,充分利用已有的2G网络站址来实施3G网络。
这样不仅可以节约大量的基础设施投资,而且可以降低寻找新站址的难度,节约大量的时间,从而加快网络的建设速度。
2G和3G网络的站间距的差异直接关系到两个系统是否可以共用站址。
如果两个系统的站间距差异过大,则不能共用站址或可共用的比例极低;如果两个系统的站间距差异较小,则完全可以共用站址。
以WCDMA系统为例,理论上WCDMA的覆盖范围小于GSMArray00,但大于GSM1800。
由于GSM网络容量的增加,导致GSM的小区半径进一步缩小,特别是在城市和城市密集地区,GSM的小区半径更小,使得WCDMA与GSM的小区半径非常接近,因此,WCDMA和GSM在较大范围内可以实现共站。
除了站间距,还有许多因素决定是否可以共用站址,如机房面积、塔顶面积和承重等。
(3)2G和3G网络关键节点2G与3G网络协同规划,除了无线接入网络,还包括共同的核心网络、共同的网络管理系统、共享的传输网络等公共资源。
理论上,基站资源中除了基站主体设备外,其他公共资源都可以考虑共用,包括天线、馈线、传输、电源等。
如GSM和WCDMA系统可以共用同一个塔架,分别安装独立的天线系统,但需要注意的是两个不同系统的天线之间至少要有30dB的隔离度,以防止产生干扰。
当安装GSM天、馈线系统的塔架的承重或固定位置不允许加装WCDMA的馈线系统时,可以考虑两个系统共享同一馈线系统。
电源方面,应综合考虑电源设备的负荷能力和安全性,以决定是否需要新建电源系统。
传输方面,除了电路数量外也可以利用原有资源。
核心网络及网络管理系统等方面,在进行建设及投资规划时,尽可能整合利用现有网络资源,满足不同的接入技术,为以后网络用户和业务的增长提供发展空间。
1.3.2协同优化2G和3G网络
类似2G网络系统,3G网络规划的主要目的是提供良好的信号覆盖,以及如何利用现有的2G网络对3G网络进行支撑。
(1)增大网络覆盖为了进一步扩大3G的网络覆盖,我们可以采用新建基站的方式,从而使得网络结构更加合理,并且在增加信号覆盖的同时提升网络质量。
但是,由于3G网络采用CDMA接入方式,属于自干扰系统,新增基站会造成同频干扰增加,因此要按照预先规划的网络结构,适当增加,而不能像GSM那样大量使用。
除此之外,还可以采用升高天线,调整天线角度等措施,达到增大网络覆盖的目的。
(2)扩大网络容量话务量均衡、容量参数控制以及增加功率放大器是扩大网络容量的主要方法,当然增加基站也可以进一步扩大网络容量,但是由于3G网络的自身特点,对于新建基站的方式一定要慎重。
2、第三代移动通信系统
2.13G的含义
第三代移动通信系统,简称3G,也即国际电信联盟(internationaltelecommunicationunion,ITU)定义的IMT-2000,意指在2000年左右开始商用并工作在2GHz频段上的国际移动通信系统,且其最高业务速率可达2000Kbit/s。
该标准化工作开始于1985年,时称未来公众路地移动通信系统(futurepubliclandmobiletelecommunicationssystem,FPLMTS),1996年ITU正式将其更名为IMT-2000,在欧洲被称为通用移动通信系统(universalmobiletelecomsystem,UMTS)。
3G(3rd-generation)是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。
3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的大幅提升,它能够在全球范围内更好地实现无线漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务、视频交互等多种信息服务,同时兼容已有的第二代系统。
为了提供这种服务,无线网络必须能够支持不同的数据传输速度,也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度。
目前,国际上最具代表性的3G技术标准有W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA3种。
2.2IMT-2000系统模型
IMT-2000系统采用模块化概念,在交换网络和无线接入网之间定义了一个明确的无线网络接口,如图1所示
用户
终端
无线接入网
现存核心网
移动终端其他功能
其他IMT-2000的核心网
无线接口
无线接入网络接口
NNI接口
图1
其中用户终端即MS(移动台),是为用户提供服务的设备,它与网络之间的通信链路为无线链路,通过空中无线接口给用户提供接入移动网络,实现具体的服务。
无线接入网用于完成从无线信息传输到有线信息传输的形式转化,完成空中无线资源管理和控制,把信息交换到网络交换系统。
主要包括BTS(基站收发信机),RNC(无线网控制器)或BSC(基站控制器)等。
核心网又叫网络交换系统(NSS)。
主要包括移动交换中心(MSC),一些寄存器等,通过核心网还可以连接到外部的PSTN(公用交换电话网),PDN(公用数据网)等。
2.33G主要特点及目标
第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升,它主要特点和目标如下:
1.全球统一标准。
全球各个地区多种系统组成了一个IMT-2000家族,各个系统间设计上具有高度的互通性。
2.要能在全球范围内更好地实现无缝漫游。
3.全球使用公共频段。
4.综合化。
能够提供多种业务特别能够支持多媒体业务和Internet业务,并有能力容纳新类型业务。
5.适应多种环境。
ITU要求第三代移动通信系统的无线网络必须能够支持不同的数据传输速度,也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps的传输速度。
(此数值根据网络环境会发生变化)
6.高频谱利用率。
7.个人化。
全球唯一的个人号码,因此需要足够的系统容量。
8.高服务质量,高保密性。
9.便于过渡,演进,易于向下一代发展。
可见,3G是一个全球覆盖的移动综合业务数字网,它将高速移动接入和基于Internet协议的服务结合起来,在提高无线频谱利用率同时,为用户提供了更经济、内容更丰富的无线通信服务,真正实现任何人(Whoever)、在任何时间(Whenever)、任何地点(Whereever)、向任何人(Whomever)、传递任何信息(Whatever)的“5W”要求。
3、IMT-2000无线传输技术方案
3.1各种技术方案的提出简介
为使第三代移动通信标准化,国际电联ITU自1997年7月开始征集IMT-2000无线传输技术方案。
截止到1998年6月,ITU共收到10地面无线传输方案,其中包括中国电信科学技术研究院(Chinaacademyoftelecommunicationstechnology,CATT)提交的TD-SCDMA。
2000年,ITU完成IMT-2000的全部网络规范,将无线接口的标准明确为五个标准(见表1)
多址
方式
标准名称
对应提案
双工
方式双工方式有两种:
频分双工(frequencydivisionduplex,FDD),时分双工(timedivisionduplex,TDD)
提交者
CDMA
IMT-2000CDMADS(直接序列扩频)
WCDMA
FDD
欧洲ETSI
IMT-2000CDMAMC(多载波)
CDMA2000
FDD
美国TIA
IMT-2000CDMATDD(时分双工)
TD-CDMA
UTRATDD
TDD
中国CATT
TDMA
IMT-2000CDMADS(单载波)
UWC-136
FDD
美国TIA
IMT-2000CDMADS(双载波)
DECT
TDD
欧洲ETSI
表1
由表1可见,宽带CDMA技术是第三代移动通信的主要技术。
因此基于CDMA制式的三种标准被普遍看好,分别对应WCDMA,CDMA2000,和TD-SCDMA三种技术,它们被认为是3G的三大主流应用技术标准,目前中国的3G即将进入商用化应用阶段,对技术标准的取舍选择是移动运营商面临的重要问题。
因此下一节将对这三种主流技术标准进行比较分析。
3.2三种主流3G标准概述与比较
3.2.1三种主流3G标准概述
1、WCDMA
全称为Wideband CDMA,这是基于GSM网发展出来的3G技术规范,是欧洲提出的宽带CDMA技术,它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步融合。
该标准提出了GSM(2G)—GPRS—EDGE—WCDMA(3G)的演进策略。
GPRS是General Packet Radio Service(通用分组无线业务)的简称,EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM演进)的简称,这两种技术被称为2.5代移动通信技术。
目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡,并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。
2、CDMA2000
CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,由美国主推,该标准提出了从CDMA IS95(2G)—CDMA20001x—CDMA20003x(3G)的演进策略。
CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。
CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术,通过采用三载波使带宽提高。
目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡,并已建成了CDMA IS95网络。
3、TD-SCDMA
全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA),是由我国大唐电信公司提出的3G标准,该标准提出不经过2.5代的中间环节,直接向3G过渡,非常适用于GSM系统向3G升级。
3.2.2三种主流3G标准主要技术性能比较
WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。
宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念,在一个相对更宽的频带上扩展信号,从而减少由多径和衰减带来的传播问题,具有
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