毕业设计论文3G通信系统技术及应用 精品.docx
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毕业设计论文3G通信系统技术及应用精品
毕业设计(论文)
题目
3G通信系统技术及应用
系(院)
物理与电子科学系
专业
电子信息科学与技术
班级
2012级x班
学生姓名
Xx
学号
2009030062
指导教师
Xxx
职称
助教
二〇一一年二月二十一日
独创声明
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文),是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。
尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一一年月日
毕业设计(论文)使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版,同意学校保存学位论文的印刷本和电子版,或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计(论文);同意学校在不以营利为目的的前提下,建立目录检索与阅览服务系统,公布设计(论文)的部分或全部内容,允许他人依法合理使用。
(保密论文在解密后遵守此规定)
作者签名:
二〇一一年月日
3G通信系统技术及应用
摘要
信息技术的发展伴随着计算机网络技术的发展正在大跨步的前进。
信息技术的获取,传输,处理,存储,以及应用,都在不断的拓展到新的领域,其各技术环节也在不断地进行技术革新。
从第一代的模拟制式手机也就是“大哥大”的问世以来,人们实现了异地的语音通话,而在第一代的通信模式是模拟式传输方式,对于模拟传输方式的第一代通讯设备通话质量极容易受到噪音信号等的干扰,到第二代通信网络,被泛欧数字是移动电话所替代,也就是由于GSM数字制式的手机的诞生,在语音信号做出极大改善的同时,随着用户的需求不再仅仅只是语音通话的需求下,GSM做出了相应的改进与GPRS无线传输功能所融合,电子邮件,互联网等信息数据拉开了移动通讯的新领域,但是其数据的传输速度也只有大约114kbs,而在实际的数据传输中,其速度受各种因素的影响会更慢。
对于信息量的要求越来越大的需求驱动着着整个通信技术网络的发展,3G技术的提出到实现,从对新一代通信技术的期望到触手可及,3G技术的发展是一个时代进步的体现,是人类对知识求知的成果。
本文介绍了第三代移动通信系统的结构与技术,分析研究了W-CDMA,Cdma2000,TD-SCDMA三种系统方案及相关技术,论述了3G系统组成、应用过程中遇到的问题及挑战,探讨了第三代移动通信系统的技术与发展方向。
关键词:
3g;IMT-2000;TD-SCDMA;GPRS;
3Gmobilecommunicationsystemtechnologyandapplication
Theabstract
Thedevelopmentofinformationtechnologyalongwiththedevelopmentofthecomputernetworktechnologyarebigstrideforward.Informationtechnologyacquisition,processing,storage,transport,andapplication,inunceasingexpansionintonewareas,itseachtechnologylinkisinconstanttechnicalinnovations.Fromthefirstgenerationofmobilephoneisalsosimulatedshape.whethersincetheadventofgiant,peoplerealizedthedistantvoicecalls,whileinthefirstgenerationofthecommunicationmodeisanalogtransmission,foranalogtransmissionmodeofthefirstgenerationcommunicationequipmentconversationqualityextremelyvulnerabletonoiseinterferencesignals,etc,tothesecondgenerationcommunicationnetwork,digitalmobilephonepan-europeanisreplaced,namelybecauseGSMdigitalsystems,mobilephoneinthebirthofspeechsignalmakegreatimprovementatthesametime,alongwiththeneedsoftheusersnolongermerelyvoicecallsthedemand,GSMmadecorrespondingimprovementandGPRSwirelesstransmissionfunctionintegration,email,theInternetinformationdatapulledopenmobilecommunicationnewareas,butitsdatatransmissionspeedalsoonlyabout114kbs,whileintheactualdatatransmission,itsvelocityaffectedbyvariousfactorsaffectmoreslowly.Forinformationrequestismoreandmorebigdemanddrivethewholecommunicationsnetworkdevelopment,putforwardtorealizethe3Gtechnology,fromthenewgenerationcommunicationstechnologyisexpectedtoreach,3Gtechnologydevelopmentisaneraofprogressforknowledge,reflect,itishumanknowledgeachievements.Thispaperintroducesthethirdgenerationmobilecommunicationsystem'sstructureandtechnology,analyzedtheW-CDMA,CDMA2000,td-scdmathreekindsofsystemplanandrelatedtechnology,expoundsthe3Gsystemcomposition,theapplicationprocessproblemsandchallenges,probesintothethirdgenerationmobilecommunicationsystemoftechnologyanditsdevelopmentdirection.keywords:
3G;IMT-2000;TD-SCDMA;GPRS;
目 录
引 言1
第一章 3G概述2
1.1 3G起源2
1.2 3G发展的必然性2
第二章 3G移动通信系统组成及技术3
2.13G移动通信系统组成概述3
2.1.1. 3G移动通信系统的提出3
2.1.2. 3G移动通信系统的目标4
2.1.3. 3G移动通信系统的特征4
2.1.4.3G移动通信系统的体系结构4
2.2.3G移动通信的主要技术5
2.2.1.W-CDMA技术的组成及特点5
2.2.2.CDMA2000技术的组成及特点8
2.2.3.TD-SCDMA技术的组成及特点10
第三章 3G移动通信系统的应用和未来发展13
3.1 3G移动通信系统的应用13
3.2 3G系统面临的主要问题14
3.3 3G移动通信系统的发展15
结 论17
参考文献17
谢 辞18
附 录19
附录第三代移动通信系统标准发展历史19
引 言
第一代移动通信系统是以模拟调频(FM)和频分多址(FDMA)为主要特征的移动通信系统,它仅限于语音传输;第二代移动通信系统是以时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)和数字调制为特征的移动通信系统,它不仅能够传递话音还具有传输数据和接入Internet网的功能;第三代移动通信系统是国际电讯联盟(ITU)为2000年国际移动通信而提出的具有全球移动、综合业务、数据传输、蜂窝、无绳、寻呼、集群、等多种功能的,并能满足频谱利用率、运行环境、业务能力和质量、网络灵活及无缝覆盖、兼容等多项要求的全球移动通信系统,简称IMT-2000系统(InternationalMobileTelecommunicationforTheyear2000)。
该系统预计在2000年后实现商业化、系统工作于2000MHz频段,占用频谱为230MHz,可同时提供电路交换和分组交换业务,根据世界无线电委员会(WRC)的规定全球移动通信的上下行频段为1980~2010MHz,2170~2200MHz收发频率间隔为190MHz。
IMT-2000系统主要包括5种系统方案,其中,IMT-DS,IMT-MC,IMT-TDD采用了CDMA技术,它们是第三代移动通信发展的主流,而IMT-SC和IMT-FT采用的是TDMA技术,它们有利于在第二代移动通信网络上提供部分第三代移动通信的业务,具有较好的系统兼容性。
第一章 3G概述
1.1 3G起源
3G是“3rdGeneration”(第三代)的缩写,即第三代移动通信系统(IMT-2000),是由国际电信联盟(ITU)率先提出并负责组织研究的,采用宽带码分多址(CDMA)数字技术的新一代通信系统,它是高速移动数据网络通信领域的行业术语,是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。
3G在1985年最早提出时被命名为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS,FuturisticPublicLandMobileTelecommunicationSystem),1996年更名为IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications2000)。
狭义地讲,3G就是指国际电信联盟(ITU)确定的三大主流无线接口标准:
W-CDMA(宽频分码多重存取)、CDMA2000(多载波分复用扩频调制)和TDS-CDMA(时分同步码分多址接入)。
纵观移动通讯系统的发展历史,模拟移动手机被称作“第一代”;数字移动手机被列入“第二代”;而其后的发展技术被称作“第三代”。
当前全球还存在多种第一代和第二代通讯系统,它们成为全球范围内普及单一通讯终端设备的一个阻力。
另外,3G技术面临的最大挑战是系统的标准化,如何能够支持单一通讯终端设备可以在全球范围内得到通用。
3G技术的设计基础是支持全系列的移动多媒体系统,其对多种数据速率提供灵活的支持,不仅可以传送语音数据,还可以根据需要传送视频数据。
使用3G网络,我们可以传输需要高带宽的应用数据,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。
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(兆字节/每秒)、384kbps(千字节/每秒)以及144kbps的传输速度。
1.2 3G发展的必然性
由于第二代(2G)系统频谱资源的有限性、频谱利用率的较低性、支持移动多媒体业务的局限性,以及2G系统之间的不兼容性,因而导致了系统的容量较小、难以满足高速宽带业务的需求和不能实现用户全球漫游等不足,发展3G移动通信将是第二代移动通信前进的必然结果。
发展3G的原动力有市场驱动和技术驱动两方面原因。
从市场驱动方面看,发展3G可以满足未来移动用户容量的需求,并且可以提供移动数据和多媒体通信业务。
从技术驱动上看,发展3G是更高频谱效率的要求,是各大网络兼容性的要求,是全球统一频段、统一标准,全球无缝覆盖,全球漫游的要求所决定的。
3G可使人们享受到更多的通信乐趣,除了获得更清晰的话音业务外,还可以随时随地通过个人移动终端进行多媒体通信,比如上网浏览、多媒体数据库访问、实时股市行情查询、可视电话、移动电子商务、交互游戏,无线个人随身听和视频传送等。
3G移动电话将成为人们生活和工作的好帮手。
第二章 3G移动通信系统组成及技术
2.13G移动通信系统组成概述
第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成,它们是核心网(CN)、无线接入网(RAN)、移动台(MT)和用户识别模块(UIM),且基本对应于GSM系统的交换子系统(SSS)、基站子系统(BBS)、移动台(MS)和SIM卡四部分。
2.1.1. 3G移动通信系统的提出
(1)用户对更高性能的移动通信系统提出了要求,希望享受更为丰富和高速的通信业务。
(2)2G运营商业务发展速度趋于缓和而竞争越加激烈,为寻找新的增长点,通过发展数据业务来提高自身的服务质量和业务类型,需要3G的支持。
(3)2G无线频率资源日趋紧张,已不能满足长期的通信发展需求。
IMT-2000系统提出
第三代移动通信系统简称3G,是由国际电信联盟(ITU)率先提出并负责组织研究的,采用宽带码分多址(CDMA)数字技术的新一代通信系统,是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。
3G在1985年最早提出时被命名为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS,FuturisticPublicLandMobileTelecommunicationSystem),1996年更名为IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications2000)。
2.1.2. 3G移动通信系统的目标
(1)全球统一频谱、统一标准、全球无缝覆盖;
(2)更高的频谱效率,更低的建设成本;
(3)能提供高的服务质量和保密性能;
(4)能提供足够的系统容量,易于2G系统的过渡和演进;
(5)能提供多种业务,能适应多种环境,速率最高2Mbit/s,其中车速环境144Kbit/s,步行环境384Kbit/s,室内环境2Mbit/s。
2.1.3. 3G移动通信系统的特征
(1)3G系统具有大容量话音、高速数据和图象传输等灵活业务;
(2)3G系统是以2GCDMA和GSM网络为基础,平滑演进的网络;
(3)3G系统采用无线宽带传送技术,复杂的编译码及调制解调算法,快速功率控制,多址干扰对消,智能天线等先进的新技术
2.1.4.3G移动通信系统的体系结构
3G在1985年最早提出时被命名为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS,FuturisticPublicLandMobileTelecommunicationSystem),1996年更名为IMT-2000(InternationalMobileTelecommunications2000)。
IMT-2000系统结构主要包含了核心网(CN)及其他网络,如无线接入网(RAN),移动台(MT)以及用户识别模块(UTM);它们可以和GSM系统的交换子系统(SSS),基站子系统,移动台和SIM卡相对应。
IMT-2000的标准接口有4个,它们是网络与网络间的接口(NNI),它是IMT-2000不同成员之间的标准接口,是保证互通和漫游的关键接口;无线接入网与核心网之间的接口称之为UNI接口;用户识别模块和移动台之间的接口称之为(UTM-MT)接口。
其结构如图所示。
IMT-2000系统的无线接口具有开放系统互联(OSI)标准的分层结构,系统由上到下分成网络层、数据链路层和物理层,它可同时支持电路型业务和分组型业务,并允许支持不同质量、不同速率的业务,其协议组成比第二代移动通信系统要复杂得多。
在IMT-2000系统中各层主要包括:
(1)物理层它规定了无线接口的物理及电气特性,负责对上层链路的服务,具有符合第三代移动通信系统的无线信道结构,它由一系列下行物理信道和上行逻辑信道所组成。
(2)数据链路层它由媒体接入控制(MAC)子层和链路接入控制(LAC)子层组成,MAC子层根据LAC子层不同业务实体的要求对物理层资源进行管理与控制,并负责提供LAC子层业务实体所需的QOS(Qualityofservice,服务质量)级别。
LAC子层代表物理层与物理层对应独立的链路管理与控制,并负责提供MAC子层所不能提供的更高级别QOS控制,这种控制可通过ARQ等方式实现,以满足来自更高层业务实体的传输可靠性。
(3)高层它是集OSI模型中的网络层、传输层、会话层、表达层和应用层为一体的高层实体,它主要负责各种业务的呼叫信令处理、话音业务和数据业务的控制与处理。
2.2.3G移动通信的主要技术
IMT-2000的关键技术包括了CDMA多址技术、多载波调制技术、多用户检测技术、智能天线技术、软件无线电技术、功率控制技术、高效信道编码等多种技术。
具体可分为两大类5种,系统传输主要采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)方式工作,系统双工的模式分别采用时分双工(TDD)和频分双工(FDD)的方式。
第三代移动通信的主流技术采用的就是码分多址技术。
第三代移动通信的主流技术包括以下3种即W-CDMA,Cdma2000和TD-SCDMA。
2.2.1.W-CDMA技术的组成及特点
W-CDMA
全称为WidebandCDMA,也称为CDMADirectSpread,意为宽频分码多重存取,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。
W-CDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商,日本公司也或多或少参与其中,包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。
该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。
这套系统能够架设在现有的GSM网络上,对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。
预计在GSM系统相当普及的亚洲,对这套新技术的接受度会相当高。
因此W-CDMA具有先天的市场优势。
1.系统的组成:
WCDMA的核心网采取的是由GSM的核心网逐步演进的,即由WCDMA是基于GSM的第三代技术。
它的系统组成模块如下图所示,可分为三部分:
用户设备、基站和核心网。
2.关键技术:
1)CDMA技术
CDMA技术的WCDMA系统采用宽带CDMA方式,包含了软切换、更软切换、功率控制等技术。
从话音业务角度来说,WCDMA系统仍可算是上行受限。
从无线网络规划角度而言,WCDMA与GSM有本质的区别。
同时,WCDMA具备软容量概念。
2)电路交换
以WCDMA系统目前产品化较为成熟的、市场上正在大量部署的R99版本标准来看,CS域采用的仍是基于64K电路交换的MSC架构,所有从UTRAN当中传出的分组话音,必须经适当的编解码转换,变为电路方式通过核心网传送;反之则进行相反的转换。
3)ATM技术及协议
在WCDMA系统标准,尤其是R99和R4的UTRAN中,大量采用了ATM及其相关协议作为二层传送机制和服务质量保证机制,如AAL2话音封装、AAL5信令封装、CAC连接接纳控制机制及PNNI网络信令等。
4)IP承载及应用
IP作为目前数据业务事实上的底层承载标准,在WCDMA系统标准中获得了广泛应用。
从UTRAN中传出的数据包,通过PS域,可承载于IP,通过SGSN传至GGSN公共数据网。
R4及以后的版本,分组话音也可承载于IP。
5)分组话音技术
R4以后,电路域的话音采用了分组而非TDM方式承载,采用了标准的分组话音网关加服务器的分布式网络体系结构,采用H.248作为网关控制协议,同时,相对于64K电路静态交换方式而言,网络规划的复杂程度加大,服务质量保证能力要求提高。
6)传统信令
WCDMA系统标准中由于考虑到对GSM核心网设备的向下兼容性,大量保留了传统的信令和协议,如MAP、ISUP等,这些信令对WCDMA系统网络与GSM网络的漫游切换及与PSTN系统的互联至关重要。
3.WCDMA的技术优势主要有以下几点:
(1)业务灵活。
WCDMA允许每个5MHz载波处理从8kbWs到2Mbit/s的混合业务。
另外在同一信道上既可进行电路交换业务也可以进行分组交换业务,利用在单一终端上进行多个电路和分组交换连接,实现真正的多媒体业务。
可以支持不同质量要求的业务(例如话音和分组数据)并保证高质量和完美的覆盖。
(2)频谱效率高。
WCDMA能够高效利用无线电频谱。
由于它采用单小区复用,因此不需要频率规划。
利用分层小区结构、自适应天线阵列和相干解调(双向)等技术,网络容量可以得到大幅提高。
(3)容量和覆盖范围大。
WCDMA射频收发信机能够处理的话音用户是典型窄带收发信机的8倍。
每个射频载波可处理80个同时话音呼叫或者50个同时的Internet数据用户。
WCDMA的容量差不多是窄带CDMA的两倍。
更大的带宽能在上/下行链路中使用相干解调和快速功率控制允许更低的接收机门限。
(4)每个连接可提供多种业务。
WCDMA符合真正的UMTS/IMT-2000要求。
分组和电路交换业务可在不同的带宽内自由地混合,并可同时向同一用户提供。
每个WCDMA终端能够同时接入多达6个不同业务,这些业务可以是话音或传真、电子邮件和视频等数据业务的组合。
(5)无缝的GSM/UMTS接入。
双模终端将在GSM网络和UMTS/IMT-2000网络之间提供无缝的切换和漫游,在两个接入系统之间有尽可能大的业务映像。
(6)终端的经济性和简单性。
WCDMA手机所要求的信号处理大约是复合TD/CDMA技术的1/10。
更简单、更经济的终端易于进行大量生产,从而也就带来了更高的规模经济、更多的竞争,网络运营公司和用户也将获得更大的选择余地。
2.2.2.CDMA2000技术的组成及特点
CDMA2000
CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,也称为CDMAMulti-Carrier,它是由美国高通北美公司为主导提出,摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。
这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的,可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G,建设成本低廉。
但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美,所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。
不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的,许多3G手机已经率先面世。
该标准提出
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