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1、3G基础知识(1)京信通信技术有限公司2004.11.8 v2.01摘要n移动通信发展过程n3G目标、3G伙伴、3G名词n3G系统概述n宽带CDMAn三大标准之WCDMAn三大标准之CDMA2000n三大标准之TD-SCDMAn3G频谱划分n3G直放站命名办法n几个重要指标n3G直放站技术2移动通信的发展过程（一）第一代移动通信：(1980)n主要技术：FDMA（频分多址）和、模拟和半模拟(模拟的路径但是采用数字交换）技术。n系统：北欧移动电话系统（Nordic Mobile Telephone system，NMT）和北美移动电话系统(American Mobile Phone System

2、，AMPS)。n缺点：频谱效率低，同频干扰和互调干扰严重，保密性差，兼容性差。3移动通信的发展过程（二）第二代蜂窝移动通信：(1992)n主要技术：CDMA、TDMA、FDMA、数字传输n系统：CDMA(IS-95)、GSMn优点：频谱效率高，系统容量大，保密性好，标准化程度高。n缺点：仅限于语音和低速数据业务（GSM只提供100-200kb/s数据业务，高级阶段为384kb/s），移动速度慢（GSM低于100km/hour），服务率较低，容量不能满足更高的要求，仅限于国家和地区标准，全球化不能完全实现。4移动通信的发展过程（三）第三代移动通信3G：(1996)n高频谱效率，高服务质量，高保密

3、性，全球漫游，移动速度快(300-500km/hour)。n支持多媒体服务，支持 Internet服务，支持语音识别。n高速数据传输：144kb/s(户外告诉移动环境)384kb/s(从室外到室内步行环境)2Mb/s(室内)n便于过渡、演进，兼容固定网。5三代通信技术比较第一代 第二代 第三代 模拟、半模拟数字（双模式、双频）多模式，多频 仅限语音通信 语音和数据通信 语音，数据，新业务 仅为宏小区 宏/微小区 卫星/宏/微/微微小区 主要用于户外覆盖 户内/户外覆盖 无缝全球漫游与固定PSTN完全不同 固定PSTN的补充 与PSTN综合，作为信息技术业务的补充 主要接入技术：FDMA 主接入

4、技术：TDMA 主要接入技术：CDMA 主要标准：NMT，AMPS主要标准：GSM，CDMA-IS95 主要标准：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA63G系统目标多媒体能力多媒体能力个人化使用个人化使用智能化功能智能化功能更简单的蜂窝结构更简单的蜂窝结构容易进行信道规划和管理容易进行信道规划和管理大容量大容量:60路话路话/小区小区/MHz低的终端发射功率低的终端发射功率室外室外300mw,室内室内20mW高速率和高级业务高速率和高级业务(2Mb/s)固定网的质量固定网的质量73G伙伴项目n3GPP(Third Generation Partnership Project)由欧洲的

5、ETSI、日本ARIB、TTC、韩国TTA、美国的T1和中国CWTS六个标准化组织组成。宗旨是制定以GSM为核心网，WCDMA和CDMA TDD(TD-SCDMA和UTRA TDD融合技术)为无线接口的标准。n3GPP2(The Third Generation Partnership Project 2)由美国的ANSI（TIA）、日本ARIB、TTC、韩国TTA和中国CWTS五个标准化组织组成。宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，cdma2000为无线接口的标准。8常见名词解释nIMT2000International Mobile Telecommunication 2000 国际

6、移动电信2000：它是ITU制订的一个能提供移动综合电信业务的通信系统，简称3GnUMTSUniversal Mobile Telecommunication 通用移动电信系统：指欧洲的3G系统nUTRAUniversal Terrestrial Radio Access 通用陆地无线接入，通常指WCDMA，分为FDD和TDDnTD-SCDMATime Division Synchronous Core Division Multiple Access 时分同步的码分多址技术9第三代移动通信（IMT2000）=核心网络+无线接入网络核心网络归属位置寄存器(HLR)其它网络：PSTN，ISDN，

7、B-ISDN，IP-Net宽带(移动)综合业务交换中心和访问位置寄存器VLR无线接入网络移动台移动台移动台基站基站基站无线网络控制器无线网络控制器直放站直放站移动台10宽带CDMA（一）FDMA 频分多址 FDMA,每信道一路，适合大型固定带宽网络，不适于多分散用户，欠灵活；TDMA 时分多址 FDD/TDMA,每信道m路，容易进行频率规划、干扰计算和频率管理；CDMA 码分多址 FDD/CDMA,每信道n*s路，容量大，效率高，但要求网同步,需要计算和分配正交码。11宽带CDMA（二）nCDMA技术：直接序列扩频(DSSS)，即直接用具有高码率的自相关性非常强而互相关性较弱的扩频码序列作为地

8、址信息(称为地址码)在发端扩展信号的频谱，而在收端以本地产生的地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，通过匹配滤波器从中选出地址码与本地地址码完全正确一致的宽带信号还原为窄带信号。其他与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去。nCDMA特点：其频带宽度W比信息速率R大得多。12宽带CDMA（三）n为什么选择CDMA？增强保密性：由于不同的用户使用不同的扩频编码，不知道正确的扩频码就不能实现正确的解码。高效的频带利用率：不同小区的用户可共享同一频率，不管采用的是TDD方式还是FDD方式，不用切换频率便可实现软切换，即软切换。采用扩频码分多址技术，使通信容量有更大幅度的

9、增加。nCDMA系统的容量可达到TDMA的4倍，FDMA的20倍。由于每个用户被分配一个伪码，因而相邻小区可公用一个频带，不需要频率重用。扣除相邻小区的干扰，大约可增加容量 2倍多；数字化以后应用语音插空技术，可增加容量 3倍。在一个小区中采用3个120度的定向天线，可增加容量 3倍。13宽带CDMA（四）n香农公式：C=W*log2(1+s/n)C:系统容量W:信号带宽s/n：信号噪声比nCDMA系统的容量受到系统中噪声数量的限制。CDMA系统中，不同用户的接收机上采用匹配滤波器来选出自己预定码型的信号，而其他不能被接收的码型就形成了对特定用户的干扰，每增加一个用户，总的干扰就会随之增加，从

10、所有用户的码序列中分离某个特定用户的码序列的难度就会越来越大。实际中当噪声的能量达到某个等级时，用户的增加会大大减小系统的容量。14宽带CDMA（五）调制和扩频技术功率控制技术分集接收技术软切换技术信道均衡技术编译码技术多用户检测技术智能天线技术同步技术移动IP技术软件无线电技术高速下行链路数据传输技术OFDM(正交频分复用)技术n窄带CDMA（IS-95）已用技术：n宽带CDMA新用技术：153G主要标准n3G主要研究方向：3GPP WCDMA：未来GSM的主要演进技术3GPP2 cdma2000：窄带CDMA的主要演进技术3GPP TD-SCDMA：非对称TDD频段的利用，特别适合高速数据

11、业务 163G标准：WCDMA（一）n特点强调宽带技术，最小带宽5MHz；BTS间不需要同步和GPS(Global Position System)；正反向信道相干解调。n基本参数多址方式:TDMA CDMA双工方式:FDD/TDD(UTRA TDD)信道间隔:5MHz码片速率:3.84Mcps调制方式:QPSK(下行链路)/BPSK(上行链路)信道编码:卷积码Turbo码173G标准：WCDMA（二）nWCDMA技术以扩频通信技术为基础，其原理就是在无线信道传输的信号通过在原始基带数字信号上乘以另一个更高比特速率的信号。3GPP标准，在5MHz带宽内使用3.84Mcps的码片速率直接扩频。有

12、用信号干扰信号1干扰信号2扩频后带宽(3.84MHz)183G标准：WCDMA（三）n在WCDMA空中接口技术中，每个初始信息比特像一个“盒子”，这个“盒子”体积(信息量)和深度(频带)不变，维度随着环境而变化。如下图：扩频因子频带=扩频后带宽扩频因子越大，信号传输得越好，每比特所需能量（传输功率）越小。应用于初始比特传速率低的情形。扩频因子越小，每比特所需能量（功率）越大。应用于初始比特传速率高的情形。功率扩频因子频带信息193G标准：WCDMA（四）n为什么采用宽带CDMA技术?提高对多信号的分离度。3.84MHz7.68MHz(1)(2)(3)0.96MHz203G标准：WCDMA（五）

13、保护时间BSUE频段保护ftFDD模式FDD模式nWCDMA FDD&WCDMA TDD(UTRA TDD)213G标准：WCDMA（六）nWCDMA空中接口的有效带宽为3.84MHz，加上保护频带所需的带宽即总带宽是5MHz。如下图：01MHz2MHz3MHz4MHz5MHz有效带宽3.84MHz保护频带保护频带223G标准：CDMA-2000（一）n特点：以IS-95为基础，相同的码片速率、软切换技术、功率控制技术；前、后向兼容，即IS-95 CDMA的终端可以漫游到cdma2000-1x系统中，cdma2000的终端也可以在IS-95 CDMA的系统中通信；技术改进：反向信道连续导频和相

14、干解调，多载波方式提高传输速率。n基本参数：多址方式:CDMA and multicarrier双工方式:FDD信道间隔:1.23MHz(USA)/1.25Mhz(其它国家)码片速率:1.2288（1载波）/3.686Mcps（3载波）调制方式:QPSK(下行链路)/BPSK(上行链路)信道编码:卷积+Turbo码23n目前cdma2000的标准分为cdma2000-1x（单载波，仍为1.25MHz载频带宽，与IS-95A完全兼容）cdma2000-1xEV-DO（单载波增强型高速数据）cdma2000-1xEV-DV（单载波增强型数据和语音）cdma2000-3x（三载波）n几种cdma20

15、00技术数据传输速率比较：1X1XEV3X1XEV-DO1XEV-DV数据传输kbps144/307650/2400650/500020003G标准：CDMA-2000（二）243G标准：CDMA-2000（三）1.25MHzCDMA 2000-1X下行信道CDMA 2000-1X上行信道1.25MHzCDMA 2000-3X 下行信道CDMA 2000-3X上行信道保护带1.25MHz 1.25MHz 1.25MHz5MHz5MHznCDMA-2000多载波方案25n共同点：（是IMT-2000平台规范的一部分）都是宽带CDMA技术并且都需要总宽度为5MHz的频谱（在它们的最终版本中）。都能

16、和另一种系统实现互通，一个运营商可以同时部署WCDMA系统和CDMA2000网络。都各自具有从现有2G平台转化到3G平台 的一条“过渡路径”，但在两种系统下所采用的过渡路径是不相同的。最后目的都是为了向最终用户提供高速分组数据业务。都是被设计成在多个频带上运行的。只要频谱可用，两种系统都能在同一频带上运行。n不同点：WCDMA利用了一个宽带信道，而CDMA2000则是利用了一个宽带信道和几个窄带信道来获得要求的吞吐量级别。3G标准:WCDMA、CDMA-2000共同性263G标准：TD-SCDMA（一）n主要新技术：同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、软切换、低码片速率、多时隙TDM

17、An基本参数：多址方式:TDMA CDMA and multicarrier双工方式:TDD调制方式:QPSK(前期)/8PSK（后期）信道间隔:1.6MHz 码片速率:1.28Mcps信道编码:卷积Turbo码(O)273G标准：TD-SCDMA（二）n特点：无需成对的频率资源，可以充分利用零碎频段。特别适合于大城市等高业务密度区域，可以动态调整上下行数据传输速率，TDD方式特别适合处理上下行不对称的IP数据业务；在3GPP内部，它也被称为低码片速率TDD工作方式。采用了智能天线等技术，可以大大降低发射功率，减少干扰。通信协议和核心网络与WCDMA系统兼容。283G标准：TD-SCDMA（三

18、）集集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体，技术优势于一体，系统频谱利用率高、抗干扰能力强系统频谱利用率高、抗干扰能力强code1.6 MHz最多可最多可达达16个个码道码道每个用户通过临时分配每个用户通过临时分配到的到的CDMA码来被识别码来被识别时隙时隙下行下行下行下行下行下行上行上行timefrequency293G标准：TD-SCDMA（四）无线帧10ms帧#0#1#2#71子帧#0子帧#1TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6时隙0.675ms子帧5msDwPTS75usG75usUpPTS125usnTD-SCDMA帧结构：303G标准：TD-SCDMA（五）n一个超帧长

19、720ms，由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms。TD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms的子帧。每个子帧由长度675us的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙分别是下行导频时隙(DwPTS,75us)、上行导频时隙(UpPTS,125us)和保护时隙(G,75us)构成。在这7个主时隙中，Ts0总是分配给下行链路，而Ts1总是分配给上行链路，其他时隙既可作为上行链路的时隙，也可作为下行链路的时隙。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开，在TD-SCDMA系统的每个5ms的子帧中，有两个转换点(UL到DL和DL到UL)，转换点的位置取决于小区上、下行时隙的配置，这种灵活

20、的配置方案，特别适合不对称业务的传输。31三大标准的技术比较支持对称和不对称业务适合对称业务适合对称业务业务特性最高为2.048Mbps1X最高307kbps，1XEV支持2.4Mbps最高为2.048Mbps数据速率软切换，频间切换与GSM间的切换软切换，频间切换与IS-95B间的切换软切换，频间切换与GSM间的切换越区切换10ms20ms10ms帧长同步（主从同步，需GPS）同步（需GPS）异步（无GPS）可选同步基站同步1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps码片速率TDDFDDFDD双工方式单载波直接序列扩频FDMA多址同步CDMA多址单载波直接序列扩频CDMA多址单载波直

21、接序列扩频CDMA多址多址方式1.6 MHz1.25MHz5MHz信道间隔TD-SCDMAcdma2000-1xWCDMA技术标准32移动通信向IMT2000系统过渡北美IS-95AIS-95BIS-95Ccdma2000欧洲GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM+EDGEWCDMA普通分组数据业务高速电路交换数据GSM增强数据率 第二代第二代 第二代第二代+第二代第二代+第三代第三代IMT200033国际ITU对3G频段划分n核心频段：18852025MHz21102200MHz 共230MHz其中又分为：nFDD（WCDMA、CDMA2000）上行：19201980MHz下行：2

22、1102170MHz 共2 60MHznTDD：（TD-SCDMA）18851920MHz20102025MHz 共50MHznMSS：卫星移动地对空：19802010MHz空对地：21702200MHz 共60MHz34中国3G频谱分配（一）n核心频段FDD：19201980MHz 21102170MHz 共260MHzTDD：18801920MHz 20102025MHz 共55MHzn补充工作频段FDD：17551785MHz 18501880MHz 共230MHzTDD：23002400MHz 共100MHzn卫星移动工作频段19802010MHz21702300MHz35中国3G频谱

23、分配（二）60 MHz30 MHz FDDTDD100 MHz15MHz Satellite 178518501755188019201980 2010 202521102170 23002400 Satellite 40 MHz 2300-24002010-20251880-1920U:1755-1785D:1850-1880U:1920-1980D:2110-2170其中1900-1920目前为PHS所用36n产品型号格式：X1-X2X3X4X5n代号编制：X1产品类别代号，用1-3位大写字母表示。R-室外直放站；RS-室内直放站；RA-室外光纤直放站；RF-室内光纤直放站；M-干线放大器

24、；S-一点对多点分布系统（称频直放站）；BPA-基站功率放大器；TPA-基站塔顶功率放大器；TLA-塔顶放大器。X2产品系列代号，以“3”表示“3GPP”或“3GPP2”为系列特征的“3000系列”；3G直放站命名办法（一）37X3系统特征（制式标准）代号，用一位数字表示；0-全制式（或不分制式）；1-WCDMA；2-CDMA2000；3-TD-SCDMA；制式发展时系列性代号顺延。X4工作方式代号，用2位阿拉伯数字表示：00-全频段（宽带）；10-频段选频；20/22-载波选频。X5其他代号，用字母或字母数字组合表示，必要时（如必须区分同一型号不同规格、区分不同使用方式）附加包括功率等级代号

25、A、B；耦合方式代号D、W；近端机、远端机代号L、R；监控方式代号C1、C2等（原则上采用原有公认代号）。3G直放站命名办法（二）38n产品型号名称命名示例产品型号：RA-3110L；产品名称：WCDMA型室外光纤直放站中继端机，表示第三代移动通信WCDMA型室外光纤直放站中继端机；产品型号：R-3120；产品名称：WCDMA型无线选频直放站，表示第三代移动通信WCDMA型室外载波选频直放站；产品型号：BPA-3210；产品名称：CDMA2000型基站功率放大器，表示第三代移动通信CDMA2000型基站频段选频功率放大器；3G直放站命名办法（二）39nACPR、ACLR与ACRR重要指标（一）

26、nACP(邻道功率)的形成：40n邻道功率（ACP），即Adjacent Channel Power。定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小，单位：dBm。邻道功率主要来源：一是由于器件的非线作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。重要指标（二）n邻道功率抑制比（ACPR，Adjacent Channel Power Ratio）定义为当主信道加一信号时，ACP与主信道功率的比值。单位：dBc。在多数情况下，ACPR是衡量（宽带）CDMA系统的一个关键指标，与ACPR直接相关的是器件（混频器、放大器等）的线性指标以及信号的调制等多种因素。41重要指标（三）R&S FS

27、P-3仪器测量结果42nACPR/ALCR、IM3 都是器件非线性指标的一个重要参数，IM3强调的是未调多音信号的非线性产物，ACPR/ALCR强调的是已调扩频信号对邻信道的影响，它的要求提供了对其它运营商使用相邻信道的充分保护。重要指标（四）n邻道泄漏比(ACLR，Adjacent Channel Leakage Ratio)定义为分配(宽带)CDMA信道中的发送功率与给定频率偏移及带宽邻道发送的泄漏功率之比。ACLR的产生主要是因为调制中主信道信号本身频谱较信道宽，此外，已调信号经直放站频谱产生扩展也会使ACLR恶化。43重要指标（五）nACRR(Adjacent Channel Reje

28、ction Ratio)定义为分别给所分配的(宽带)CDMA主信道和给定频率偏移及带宽的邻道加同样大小信号(主信道输出刚好为最大值)时，这两个信道上的功率之比。nACRR示意图：INPUTff0f1OUTPUTff0f1ACRRPMaxAdjacent ChannelTX ChannelTX ChannelAdjacent Channel44重要指标（六）n3GPP TS 25.106标准中的ACRR指标要求：maximum output powerChannel offset from the centre frequencyACRR limitP 31 dBm 5 MHz 33dB10 M

29、Hz P 31 dBm 5 MHz 20dB10 MHz 45ADVANTEST R3131A 频谱仪nACPR测量方法：重要指标（七）信道带宽，直接输入，如：3.84MHz退出测试状态：ACPACPON/OFFPOWERMEASURE信道间距1(Adjacent Channel)，直接输入，如5MHzChannelSpacing 1ChannelBAND WDACPON/OFF信道间距2(Alternate Channel)，先选择ON，再输入，如10MHzChannelSpacing 2ON/OFF46ADVANTEST R3131A 频谱仪测量示例：重要指标（八）47MEASCHAN P

30、WR ACPCP/ACPSTANDARD选择所需标准ENTERMEASUREACPModesetupRadio StdRadio Stdsetup选择所需标准Modesetup选择相应设备Agilent E4402B 频谱仪R&S FSP 频谱仪重要指标（九）48宽带CDMA技术要求n在宽带CDMA中，即使是单载波，也要用高线度的功率放大器。CDMA是一个自扰系统，由香农公式C=Wlog2(1+S/N)可知，当带宽W很大时(宽带CDMA)，信噪比S/N的变化对容量C的影响很大，为提高系统容量，有必要将外界以及系统自身噪声干扰降到最低程度。CDMA技术是随机包络的宽带通道，如果采用一般的高功放（

31、通常工作于AB类）进行信号放大，将由于交调失真的影响产生频谱再生效应，对相邻的信道产生严重的干扰，为此3GPP规定了频谱辐射屏蔽（Spectrum emission mask）的要求，而通常所说的高功放是难以达到这个要求的，虽然采用A类功放可能会达到这个要求，但是它的效率太低，也难以把信号放大到几十瓦的量级，为此，在高功放的基础上必须对其进行线性化的处理。493G直放站技术要点n在宽带CDMA功放中实现线性要求通常有三种方法：一、预失真技术，二、前馈技术，三、功率回退。前两种运用了线性化技术，称为线性功放，它可以较好的解决信号的频谱再生问题，一般应用于较高功率的功放。目前的较低功率功放主要采用

32、功率回退方法，一般要求放大器工作在1dB压缩点处回退810dB或更多，效率较低。50TD-SCDMA放大器DPADPAUPAUPA电源分电源分配及控配及控制电路制电路PA PA 电源电源LNA LNA 电源电源T/R T/R 开关开关T/R T/R 开关开关 或者环形器或者环形器下行链路下行链路上行链路上行链路51WCDMA直放站涉及标准nWCDMA3GPP TS 25.106 (直放站标准)3GPP TS 25.143 (UTRA直放站一致性测试)3GPP TS 25.113 (基站、直放站EMC标准)3GPP TS 25.104 (基站标准)nCDMA20003GPP2C.S0010-B52