【教学课件】第五讲CDMA通信网的网络规划.ppt

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1、2023/8/7,1,第五讲 CDMA通信网的网络规划,第三代移动通信系统,江苏邮通建设监理有限公司丁彪,2023/8/7,2,5.导论,2023/8/7,3,5.1 第三代移动通信业务的频谱,第三代移动通信的频谱利用率更高、通信容量大、通信质量更好。第一代和第二代蜂窝移动电话以提供话音业务为主，只满足各国及部分区域性漫游；第三代移动通信应能提供更广泛的业务，尤其是图、文、声、像的多媒体业务和接入高速因特网业务等，并能提供全球漫游。第三代移动通信应是智能移动通信系统，电磁辐射小，能提供2Mbit/s甚至更高的信息传输速率，具有兼容和扩展能力。划分频率通常应遵循下述原则：合理、有效，节约使用频率

2、资源，按业务分类规划频率；适应发展，灵活规划，分步实施，便于调整；有利于开发利用先进技术和成熟、可靠的技术标准体制,2023/8/7,4,无线电频谱资源的特性,无线电频谱资源是有限的。国际电联定义3000GHz以下的电磁频谱称为无线电磁波的频谱，超过3000GHz就进入可见光范围了。ITU当前只划分了9 kHz 400 GHz范围，实际上目前使用的较高频段仅在几十GHz由于电波传播特性所限，蜂窝移动通信业务一般只能工作在3 GHz以下。如果通过频率、时间、空间这三维相互关联的要素进行频率复用指配，就可以提高频率利用率1992年以前ITU在1000 MHz以下曾划分的几个频段中，450MHz、8

3、00MHz和900MHz传播特性很好，大气噪声和银河噪声很小，空间传播损耗和对建筑物的穿透力比较适中，很适合蜂窝移动业务组网使用,2023/8/7,5,ITU关于3G频谱的划分计划,但在1000 MHz以下频谱资源很有限，目前开放的其它几十种无线电业务已经挤得满满的，可提供蜂窝业务使用的频带也不过几十兆赫兹，远不能适应当前移动用户的发展需要ITU于1992年召开的世界无线电行政大会(WARC-92)上决定将3000 MHz以下主要用于移动业务，现在此频段内的固定业务将逐步搬移到更高的频段上去会上还同时决定在2000 MHz频段上划分出230 MHz的带宽用于未来全球陆地移动通信业务，即国际移动

4、通信IMT-2000系统,2023/8/7,6,IMT2000的频率计划,1992年ITU在WARC92大会上为第三代移动通信业务划分出230MHz带宽，18852025 MHz作为IMT-2000的上行频段，21102200 MHz作为下行频段。其中19802110 MHz和21702200 MHz分别作为移动卫星业务上下行频段由于 IMT-2000应适用于陆地、水上、空中任何地点用户的通信，因此必须有卫星部分。卫星通信的特点是覆盖面大、通信容量大，卫星移动业务（MSS）是实现全球覆盖的有效办法。卫星通信可以利用对地静止卫星系统来实现，也可以利用中、低轨道和高轨道卫星系统来实现 IMT-20

5、00将是综合陆地系统与卫星系统的一个整体，但其中利用同步卫星固定业务（FSS）经固定地球站（FES）提供的链路不能看成是IMT-2000的卫星部分，只能看成是支持IMT-2000的FSS连接,2023/8/7,7,IMT-2000的核心频段(MHz),2023/8/7,8,各国的频段划分情况,欧洲电信标准化协会ETSI成立了一个“通用移动通信系统(UMTS)论坛”，1995年正式向国际电联提交了频谱划分的建议方案地面段为1920-1980 MHz；卫星业务占用1980-2010/2170-2200 MHz频段；1900-1920 MHz和2010-2030 MHz为主要业务，二代的DECT系统

6、为次要业务，即在允许的情况下可以使用1900-1920 MHz频段美国在WARC92大会后对频段进行了重新调整。由于原来个人通信PCS业务占用了IMT-2000频谱，调整后的频谱将是IMT-2000的上行与PCS的下行频段需要共用。这种安排不大符合一般基站发高收低的配置美国几年前已把2000 MHz段频谱拍卖给运营公司使用,2023/8/7,9,WRC-00确认的IMT-2000频谱,2023/8/7,10,中国的频段划分,中国有关第三代移动业务的研究起步较晚。由于我国无线电移动通信用户超常规的发展，频谱需求量很大在1000 MHz以下我国已经先后划分了三个频段用于蜂窝移动业务，即825-83

7、5 MHz/870-880 MHz，带宽102 MHz；835-840/880-885 MHz，带宽52 MHz；890-915/935-960 MHz，带宽252 MHz。总带宽共为80 MHz为适应发展，同时考虑到国内外技术现状以及当前或近期可提供设备的情况，前几年对2000 MHz频段做了部分调整与规划，调整出共260 MHz以上的带宽（不包括有线电视传输的MMDS系统）供当前发展移动通信业务使用,2023/8/7,11,1GHz以上频段划分,(1)1710-1755/1805-1850 MHz和1865-1880/1945-1960 MHz，带宽共120 MHz，用于蜂窝移动通信业务，

8、与微波接力通信业务和射电天文等业务共用(2)1880-1900/1960-1980 MHz,带宽共40 MHz，原计划用于无线接入（FDD方式），现只批准我国自行研制的TD-SCDMA系统使用1880-1885 MHz的频段(3)1900-1920 MHz，带宽共20 MHz，用于无线接入（可用于DECT和PHS等时分或码分方式），主要用来解决集中在密集办公室区域的专业网无绳电话等需求(4)2400-2483.5 MHz，带宽共83.5 MH主要用于短距离、短信息的数据通信系统以及计算机数据通信系统等(5)2535-2599 MHz，带宽共64 MHz，临时性用于多路微波有线电视传输系统(MM

9、DS),2023/8/7,12,信息产业部清理3G核心频段,为保证我国相关频率规划的顺利实施和第三代移动通信系统运营商按时开通业务，信息产业部开始清理第三代移动通信系统核心频段。原国家无线电管理机构在18801900MHZ、19202025MHZ及21102200MHZ频段内分配的频率，其频率使用有效期截至2002年底，期满后无条件收回，由信息产业部另行分配：包括原邮电部电信总局仅在北京、天津、上海等7城市使用18951900MHZ/19751980MHZ建设无线接入系统；批准中国联通公司仅在天津、重庆和成都三城市使用18901895MHZ/19701975MHZ建设无线接入系统2002年自7

10、月5日起不再办理上述频段设备型号核准证,2023/8/7,13,信产部颁布3G频率规划,2003年4月，信产部依据国际电联有关第三代公众移动通信系统(IMT2000)频率划分和技术标准，按照我国无线电频率划分规定，结合我国无线电频谱使用的实际情况，发出了有关我国第三代公众移动通信系统频率规划事宜的通知：一、第三代公众移动通信系统的工作频段为：1.主要工作频段：频分双工(FDD)方式:19201980MHz/21102170MHz；时分双工(TDD)方式:18801920MHz、20102025MHz2.补充工作频率：频分双工(FDD)方式：17551785MHz/18501880MHz；时分双

11、工(TDD)方式：23002400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定3.卫星移动通信系统工作频段:19802010MHz/21702200MHz,2023/8/7,14,3G频率规划（续）,二、目前已规划给公众移动通信系统的825835MHz870880MHz、885915MHz930960MHz和17101755MHz18051850MHz频段，同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段，上、下行频率使用方式不变。已分配给中国移动通信集团公司、中国联合通信有限公司的频段可按照批准文件继续用于GSM或CDMA公众移动通信系统，若要改变为第三代公众移动通信系统

12、体制，须另行报批三、上述各规划频段作为第三代公众移动通信频段，由国家无线电管理机构管理。具体技术指标、频率分配以及台站管理规定另行制定（四、五 略）,2023/8/7,15,我国3G频谱规划方案,2023/8/7,16,5.2 3G的网络结构,第三代移动通信系统的网络结构必须具有较好的灵活性，以使现有的第二代移动通信系统能够顺利地向第三代移动通信系统过渡，保护已有投资ITU-T SG11对IMT-2000网络的功能结构、信令要求、协议等进行了研究，提出了一些原则性的建议。而欧洲则通过ACTS RAINBOW计划对第三代移动通信系统的网络结构进行了研究，其研究成果已被ETSI采纳总的来说，对第三

13、代移动通信系统网络结构的考虑应遵循如下几个原则：（1）在逻辑上将传送网和信令网分开；（2）宏分集完全由接入网控制；（3）在功能上分为接入网和核心网,2023/8/7,17,IMT2000的无线接入网,IMT2000的无线接入网还可细分为无线载体通用功能(RBCF)和无线传输特殊功能(RTSF)两部分。前者包括所有与采用的无线接入技术无关的控制与传输功能；后者包括与无线技术有关的各项功能，它还可进一步分为无线传输技术(RTT)和相关的无线传输适配功能(RTAF)，以便将不同的RTT与通用的RBCF连接起来在核心网络方面，IMT2000的结构还允许通过使用网际互连功能(IWF)来支持第二代核心网络

14、的接入，实现第三代核心网络与第二代核心网络之间的互通互连。类似地，通过一定的适配模块(AF)，第二代核心网络也可以支持第三代的无线接入技术,2023/8/7,18,WCDMA无线接入网络结构,2023/8/7,19,UMTS陆地无线接入网络,WCDMA系统的UMTS陆地无线接入网络UTRAN由无线网络子系统集(RNS)组成，RNS通过Iu接口与核心网相连。图中椭圆表示小区 无线网络子系统RNS包括无线网络控制器和一或多个Node Bs。Node B支持FDD模式、TDD模式或双模式，可处理1或多个小区，并通过Iub接口与无线网络控制器RNC相连RNC负责切换控制，提供支持不同Node B间宏分

15、集的组合/分裂的功能。支持FDD模式的Node B包含可选的宏分集功能。无线网络控制器RNC通过Iur接口相互连接，Iur可通过RNC间的物理连接直接相连或通过合适的传输网相连,2023/8/7,20,IMT2000的一组接口,ITUT负责IMT2000信令和协议研究的SG11/WP3工作组，于1998年5月确定了IMT2000的网络框架标准(Q.1701)。Q.1701阐述了“IMT2000家族”的概念，并明确了由ITU标准化的一组接口，如图所示,与网络有关的接口为A接口和NNI，即IMT2000的网络可分成无线接入网络(RAN)和核心网络(CN)两部分,2023/8/7,21,IMT200

16、0系统的网络结构,按照3G可提供全球无缝覆盖的要求，应允许用户在多种无线运营环境(微微小区，微小区，宏小区和全球范围)下进行通信，所以，CN网就相应有着不同的无线接入技术，比如GSM、CDMA、DECT、PCS、MSS和IMT2000 RTT等另一方面，按照3G可提供多媒体业务的能力，应支持用户到固定网络接入，如ISDN、BISDN、Internet和LAN等，享受与固定网络用户一样的服务业务第三代移动通信系统的核心网络必需具备电路交换和分组交换的混合交换功能。下图给出了一种可能的IMT2000系统的结构,2023/8/7,22,IMT2000系统的结构,2023/8/7,23,5.3 第三代

17、移动通信演进,2023/8/7,24,核心网从第二代向第三代过渡,向第三代平滑过渡应能支持第二代系统所提供业务，并可分阶段逐步实现。首先，通过增强第二代核心网的能力，使其能提供部分第三代的移动业务；然后，允许第三代无线接入网通过适配功能单元接入到增强的第二代核心网；最后再引入第三代核心网，并与第二代核心网进行互通，从而逐步淘汰第二代核心网第二代核心网主要包括GSM/MAP和IS41两大类。根据IMT2000的家族概念，只要它们经过网络功能提升后，在公共接口上和业务能力上均满足第三代移动通信系统的要求，都可以逐步向IMT2000过渡第三代系统的移动终端应具备在两代基站间进行切换或运用于IMT20

18、00不同核心网家族成员的双模性能,2023/8/7,25,GSM分组无线业务GPRS,现网上运行的GSM系统受制式限制，除话音业务外，只能提供低速电路交换型数据业务为使第二代向第三代平滑过渡，在现有的GSM网络中，有计划地引入通用分组无线业务(GPRS)是一个上佳的选择。GPRS技术通过在GSM基础上加入多时隙联合应用技术，在网络侧引入分组交换和帧中继技术，GSM网络就可同时支持话音和分组数据业务在GPRS系统中，由于使用分组业务的多个用户可共享无线资源，极大提高了无线网络的利用率，降低了资源的占用费用，使用户能以较低成本，通过无线接入分组网(特别是互联网)成为可能。目前GPRS技术已基本成熟

19、，商用系统在2000年已投入市场,2023/8/7,26,增强数据速率改进的技术EDGE,GPRS的数据速率分为CSl一4四种等级。在无线信道上，CS3和CS4的保护冗余度很小，无法保证数据的传输质量。CSl和CS2的信道保护比基本可满足商用要求。尽管CS2最高仅能提供l15.2kb/s数据速率，但是与ITU提出的第三代系统必须提供384kb/s无线传输能力的最低要求比较，GPRS相差甚远用于全球演进的EDGE在GSM技术基础上将4相调制解调改进为8相。使GSM网络有更高数据传输能力，达到ITU规定的3G传输能力的最低限度:384kb/s现有GSM网络同时支持GSM业务、GPRS和EDGE高速

20、数据业务。在GSM网络扩容工程中自然引入，在采用EDGE技术时，无须对现有网络作大规模改造,2023/8/7,27,基于现有2G向3G演进的网络,2023/8/7,28,增强型GSM到IMT2000演进,第二阶段，3G核心网不仅可独立提供满足IMT2000要求的业务，而且还支持2G的BTS接入。因为ATM具有适合多种业务速率、动态分配带宽和易于同有线宽带综合业务数字网接口的优点,第一阶段，GSM核心网为3G终端提供语音、数据和图象业务，并对其移动性进行管理；3G只完成呼叫控制和无线资源的分配功能；,2023/8/7,29,TD-SCDMA的过渡,TD-SCDMA系统于2000年底完成样机开发，

21、并在2002年1月进行了现场试验。该系统的使用不需立即重新建设一个第三代移动通信网络，而是在已有的第二代（如GSM）网络上，增加TD-SCDMA设备即可向第三代移动通信网络的过渡可分阶段完成:首先，TD-SCDMA基站在用户密度大的地区首先应用，以解决GSM容量不足问题。系统设备价格（平均每用户价格）将比用GSM扩容降低至少20。与GSM系统同基站安装，不需基建投资；其次，使用双频双模终端，在TD-SCDMA网络覆盖不到的地方使用GSM基站，使用户没有局部覆盖的感觉。双频双模手持机的价格和现在GSM双频手持机相当,2023/8/7,30,CDMA演进,从CDMA到演进到3G，遵循的路线为:cd

22、maOne-cdma2000 1x-cdma2000 1xEV-cdma2000 3xcdma2000 1x、cdma2000 1xEV以及cdma2000 3x都是cdma2000体系结构中的子标准cdmaOne IS-95B，通过组合8个话音信道，提供64 kb/s数据业务。在多数国家，IS-95B被跨过，直接演进从cdmaone演进为cdma2000 1x；cdma2000 1x，在IS-95的基础上升级空中接口，可在1.25M带宽内提供307.2 kpbs高速分组数据速率；cdma2000 2X，在5MHz带宽内实现2Mb/s数据速率，后向兼容cdma 2000 1x及IS-95；,2

23、023/8/7,31,cdma2000-1X系统演进,cdma2000-1X容量达到原有IS-95A系统的两倍，可支持153.6kbit/s的数据传输。核心网络部分引入了包交换技术，支持移动IP业务。是在cdmaOne(IS-95)的基础上升级了无线接口，使其性能上得到了很大增强99年3GPP2完成了cdma2000-1X(单载波)和cdma2000-3X(多载波)无线接口的标准cdma2000-1X的增强型技术1XEV(1X Evolution)演进分为两个阶段：1.第一阶段叫1XEV-DO(Data Only)，在1.25MHz带宽内提供平均速率为650kbit/s,可支持峰值2.4Mbp

24、s速率2.第二阶段叫1XEV-DV(Data and Voice)，可支持5Mbps以上速率,2023/8/7,32,1XEV-DO/DV 可提供的业务,1XEV-DV可支持高速补充业务信道，单个信道的峰值速率可达307.2kbps；采用了前向快速功控，提高了前向信道的容量；可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力；新的接入方式减少了移动台接入过程中的干扰的影响，提高了接入成功率1XEV-DV提供的服务将比cdma2000 1X 更加丰富，如更快的因特网接入、在线VOD、网络游戏、影视预览、MTV、可视电话、多媒体短消息、移动E-mail、移动传真、移动打印、移动购物、移动贸易

25、、移动银行、电子导航、实时交通状况、网络教学、电子图书馆等在话音服务方面亦可增大用户容量，并确保话音质量,2023/8/7,33,在Open Mobile Architecture Initiative 和WAP论坛的基础上成立；LIF、SyncML Initiative 和MMS-IOP、Wireless Village等组织也已经基本并入OMA;MGIF和MWIF近期宣布将加入OMA。OMA的宗旨：产品和业务应基于开放的、全球标准，协议和接口不应为专用技术；应用层应独立于承载网络(GSM、GPRS、cdma2000和WCDMA等)；应用的结构框架和业务引擎应独立于操作系统(OS);应用和平

26、台是可以互操作的，能支持跨地域和跨技术的无缝漫游。,移动开放联盟(OMA),2023/8/7,34,移动开放联盟成员,2001年底开始酝酿，2002年6月10日成立，目前有成员250多个；几乎囊括了业界所有的参与者：运营商(GSM、CDMA)、终端和设备制造商、IT公司(IBM、微软等)、SPs等；已经完成组织结构，确定了工作程序；初步发布下述技术规范：MMS V1.1、DRM V1.0、DNS V1.0、Content Download V1.0、Email Push Notification V1.1我国中国移动、华为和电信传输所已经加入了OMA,2023/8/7,35,5.4 实现核心网

27、过渡的关键技术,移动性管理及寻址技术智能网技术的研究与应用地面网与卫星系统的综合移动网和固定网的融合技术,2023/8/7,36,移动性管理及寻址技术,为了提供全球的无缝覆盖，3G通信系统必需能适合工作于多种通信环境，比如公众电话网、蜂窝移动网、无绳电话网、分组数据网和卫星移动通信网等为保证移动终端跨网络通信和在不同的地区进行漫游，3G系统除了依靠软切换与用户位置跟踪等技术外，还需要解决移动用户的管理问题，这就必须涉及到号码编号和寻址技术由于大量的用户信息及业务信息存储于业务控制点的数据库内，而且对它们的访问存取和查询修改都十分频繁。开发大规模的移动性管理系统软件，建立大容量的数据库和全球性的

28、分布式数据库网络，以及研究快速有效的寻址方式，均是必需要解决的技术关键,2023/8/7,37,智能网技术的研究与应用,智能网技术与移动网相结合，可为终端及个人的移动性管理和多样化业务服务提供主体框架结构，将网络划分为传输功能和业务控制功能，使呼叫处理过程同呼叫业务种类无关，而且同呼叫处理的具体实施细节也无关随着核心网功能增强，智能网可灵活地添加和修改所提供的业务种类，达到网络升级的目的。比如，先利用智能网技术对现有网络做些修改，然后过渡到智能网中的数据库和3G通信网中的多种数据库实现有机的结合，构成统一的分布式数据库网络，以提供多种智能业务,2023/8/7,38,地面网与卫星系统的综合,3

29、G通信网最终将是一个提供全球的无缝覆盖并能实现全球漫游通信的系统，必需集卫星移动通信、地面蜂窝移动网和地面固定网于一体卫星移动通信系统虽然只是地面蜂窝移动网和地面固定网的补充和延伸，而且用户数量也比后两者为少，但它却是实现无通信盲区与达到全球无缝覆盖的关键需要研究的内容有：移动终端在各种环境下接入卫星系统的技术；卫星移动波束覆盖域内的越区切换技术；对在地面网和卫星系统间漫游用户的寻呼连接控制技术等具有星上处理和星际链路交换功能的卫星移动通信系统更是值得重点研究的,2023/8/7,39,移动网和固定网的融合技术,3G系统应该是由多个相关系统组成的综合网络。比如，3G接入网就包括无线接入、有线接

30、入和卫星接入，其中无线接入与有线接入又可细分为不同的网络形式核心网既要能连接现有无线接入设备和新的无线接入设备，还要能支持访问PSTN、Internet、PSDN以及LAN的业务，所以需要有融合移动网和固定网的能力为了达到移动网和固定网有效融合的目的，核心网中将有一个多功能交换平台。该交换平台可在不同的接入网与核心网间提供接口，用以支持移动用户和固定用户的接入，实现宽带无线接入网同电话网、数据网和IP网的互通,2023/8/7,40,移动交换网和业务服务网,由于ATM交换机可以进行电路和分组混合交换，并且具有通用的网络接口功能，所以，它是固定移动混合网中最佳的多媒体交换平台事实上，ITUTSG11/WP3工作组在IMT2000有关RANCN接口的Q.FSA建议中，就要求第三代移动通信系统的A接口信令结构建立在ATM协议基础之上3G核心网包括移动交换网和业务服务网；前者完成无线网同固定网的互通互连和终端移动性管理的功能，后者则向移动用户提供与固定用户所能获得的相同业务和服务质量。由于固定网可看作业务服务网，如Internet、IP数据网、ISDN和PSTN，故而核心网的演进主要是移动交换网功能的提升,2023/8/7,41,请看第 6 讲，谢谢,