第八章 3G和未来移动通信系统.

Presentation on theme: "第八章 3G和未来移动通信系统."— Presentation transcript:

1 第八章 3G和未来移动通信系统

2 本章结构 8.1 3G概述 8.2 第三代移动通信系统 8.3 第三代移动通信关键技术 8.4 第四代移动通信系统

3 8.1 3G概述 伴随着移动增值业务的不断发展，迈向3G（3rd Generation）是移动通信发展的必然趋势。与前两代系统相比，第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务，其传输速率在高速移动环境中支持144kbit/s，步行慢速移动环境中支持384kbit/s，静止状态下支持2Mbit/s。

4 8.1 3G概述 设计目标: 提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量
要能在全球范围内更好地实现无缝漫游以及为用户提供包括语音、数据及多媒体等在内的多种业务 与已有第二代系统的兼容。

5 IMT-2000系统结构 IMT-2000的概念: 意指工作在2000MHz频段并在2000年左右投入商用的国际移动通信系统 包括地面通信系统也包括卫星通信系统。 基于IMT-2000的宽带移动通信系统称为第三代移动通信系统，将支持速率高达2Mbit/s的业务，而且业务种类涉及语音、数据、图像以及多媒体等业务。

6 IMT-2000系统对无线传输技术（RTT）提出的基本要求。
全球性标准。全球范围内使用公共频带，能够提供具有全球性使用的小型终端，以提供全球漫游能力。 在多种环境下支持高速的分组数据传输速率：在快速移动环境下（车载用户），最高速率达到144kbit/s；步行环境下，最高速率达到384kbit/s；固定位置环境下，最高速率达到2Mbit/s。 便于系统的升级、演进，易于向下一代系统灵活发展。传输速率能够按需分配。 上、下行链路能适应不对称业务的需求。 具有简单的小区结构和易于管理的信道结构。 无线资源的管理、系统配置和服务设施要灵活方便。 业务与其他固定网络业务兼容。 频率利用率高。 高保密性。

7 IMT-2000功能子系统和接口 IMT-2000系统由终端（UIM+MT）、无线接入网（RAN）和核心网（CN）3部分构成。

8 各种业务类型及特点 用户终端业务 电话业务 紧急呼叫业务 短消息业务 语音邮箱业务 承载业务 补充业务

9 ITU对IMT-2000的相关规定 IMT-2000的频谱分配

10 ITU对IMT-2000的相关规定 中国第三代移动通信系统的频率规划

11 8.2第三代移动通信系统 WCDMA（UMTS）系统的无线传输技术 TD-SCDMA系统的无线传输技术 cdma2000系统的无线传输技术

12 8.2.1 WCDMA系统的无线传输技术 WCDMA（Wideband CDMA）
主要由欧洲ETSI和日本ARIB提出，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范。 该标准提出了 GSM（2G）→GPRS→EDGE→WCDMA（3G） 的演进策略。

13 WCDMA系统参数 系统带宽为5MHz、码片速率为3.84Mchip/s 支持频分双工（FDD）与时分双工（TDD）的工作模式
支持异步基站操作 支持基于导频信号的相干检测 支持不同的信道编码 功率控制技术 支持多用户检测和自适应智能天线

14 OVSF技术 WCDMA的扩频/信道化码是基于政教可变扩频因子技术（OVSF）

15 图8-7 用于产生正交可变扩频因子码OVSF 的码树

16 上行链路扩频 图8-8 上行链路扩频

17 下行物理信道的扩频 图8-9 下行物理信道的扩频

18 TD-SCDMA系统的无线传输技术 Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持 是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准，是UTRA－ FDD可替代的方案

19 TD-SCDMA系统技术特点 时分双工。TD-SCDMA系统采用时分双工的工作方式，上、下行链路共用一个频率，不像FDD系统那样需要使用成对的频率。在一个频率上，通过转换点的设置可以灵活地切换上、下行链路。 上行同步。上行同步指上行链路各终端信号在基站解调器完全同步，它通过软件及物理层设计实现，这样可使使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，大大提高了CDMA系统容量，提高了频谱利用率，还可简化硬件，降低成本。 采用智能天线。智能天线系统通常设置在基站，由一组天线及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。它将天线阵列和数字信号处理技术相结合以获取信号方向，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性，使得空间上能够根据信号环境的变化自适应地接收和发送信号。具体而言，智能天线可以自适应地对用户进行跟踪定位，使信号在有限的方向区域发送和接收，充分利用了信号的发射功率，降低了传统天线带来的相互干扰，极大地改善无线系统的性能，增加CDMA系统容量，并改善小区覆盖。

20 TD-SCDMA系统技术特点 采用联合检测技术。CDMA系统是干扰受限系统，干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间干扰。这些干扰破坏各个信道的正交性，降低CDMA系统的频谱利用率。过去传统的RAKE接收机技术是把小区内的多用户干扰（MAI）当作噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即多用户干扰抑制技术，是TD-SCDMA技术中革新的多用户检测方案，能消除和减轻多用户干扰。它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可充分利用各用户信号的用户码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰，使在CDMA传输模式下的频谱效率得到显著改进。结果使每载波的用户负载量得到了提高，从而提高了业务量，但存在多码道处理复杂和无法完全解决多址干扰问题。结合使用智能天线和多用户检测，可获得比较理想的效果。 采用动态信道分配（DCA）。在TD-SCDMA中，采用了动态信道分配的方法。基站知道下行链路使用的时隙、码字和相应发射功率，由于临近小区相同时隙的干扰叠加，移动台收到信号的干扰就不同于本小区的准确。如果检测到干扰情况已完全不同于已有的，移动台可以请求启动一个快速小区内切换程序跳到干扰低的时隙。这个程序的启动也不是下行链路的发射时隙又一初始化过程，时隙分配得到有效合理的校正。上行链路是基于基站接收上行的干扰，分配最低干扰的时隙给移动台作发射信号用。

21 TD-SCDMA系统技术特点 采用接力切换。移动通信系统采用蜂窝结构，在跨越空间划分的小区时，必须进行越区切换，即完成移动台到基站的空中接口转换，及基站到网入口和网入口到交换中心的相应转移。由于采用智能天线可大致定位用户的方位和距离，所以TD-SCDMA系统的基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位和距离信息，判断手机用户现在是否移动到应该切换给另一基站的临近区域。如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换成功率，降低切换时对临近基站信道资源的占用。基站控制器（BSC）实时获得移动终端的位置信息，并告知移动终端周围同频基站信息，移动终端同时与两个基站建立联系，切换由BSC判定发起，使移动终端由一个小区切换至另一小区。

22 传输信道 传输信道分为两类: 公共信道 专用信道

23 公共物理信道分类 PCCPCH：即主公共控制物理信道，是传输信道BCH在物理层的映射，用来广播系统和小区的特有信息，属于下行物理信道。需要覆盖整个区域，不采用智能天线进行波形赋形。 SCCPCH：即辅助公共控制物理信道，是传输信道PCH和FACH在物理层的映射，可以映射到一个或多个SCCPCH，这样使PCH和FACH数量满足不同需要。用来发布寻呼和特定控制信息，属于下行物理信道。 PRACH：物理随机接入信道，是传输信道RACH在物理层的映射，RACH映射到一个或多个PRACH，可以根据运营者的需要，确定RACH的容量。用来承载来自移动台的信息，也可以承载一些短的用户信息数据分组，属于上行物理信道。 FPACH：快速物理接入信道，是TD-SCDMA系统独有的信道，承载NodeB对UE发出的UpPTS信号的应答信息，用于支持建立上行同步，属于下行物理信道，其配置通过系统消息广播。 PUSCH：即物理上行共享信道，传输信道USCH在物理层的映射，是几个UE共享的，用来承载专用控制数据或业务数据，属于上行物理信道。 PDSCH：即物理下行共享信道，传输信道DSCH在物理层的映射，是几个UE共享的，用来承载专用控制数据或业务数据，属于下行传输信道 PICH：即寻呼指示信道，不承载传输信道的数据，但却与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道。

24 专用物理信道 DPCH，用来承载网络和特定UE之间的用户信息或控制信息，属于双向信道，可以进行波束赋形。

25 物理信道 TD-SCDMA系统帧结构。TD-SCDMA的物理信道采用4层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙，如图所示。

26 帧结构 TD-SCDMA帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。7个常规时隙中，TS0总是分配给下行链路，TS1总是分配给上行链路。3个特殊时隙分别为DwPTS、GP和UpPTS。 DwPTS为下行导频和同步。该时隙由长为64码片的SYNC-UL和长为32码片的保护间隔组成。SYNC-UL是一组PN码，用于区分相邻小区、小区搜索和下行同步。 UpPTS为建立上行同步。该时隙由长为128码片的SYNC-UL和长为32码片的保护间隔组成。SYNC-UL是一组PN码，用于在接入过程中区分不同的UE、上行同步和随机接入。 GP为收发转换的保护间隔，时长为94码片，可用于半径为11km的基本小区覆盖。

27 信道编码 传输信道的编码处理 传输信道的复用及处理

28 传输信道的编码处理 差错检测。其功能是通过循环冗余校验（CRC）方式实现的。CRC长度为24bit、16bit、12bit、8bit或0bit，每个传输信道使用的CRC长度由高层信令给出 传输块的级联和分段。在一个传输时间间隔内的所有传输块都顺序级联起来，如果在一个传输时间间隔中的比特数大于码块的最大尺寸Z，那么在传输块级联后将进行码块分段。码块的最大长度Z取决于传输信道采用的编码方式 信道编码。传输信道可以采用的编码方式有卷积编码、Turbo编码和无编码。采用哪种编码方式需要根据传输信道的类型判断 无线帧尺寸均衡。其作用是确保输入比特序列能平均分配到相应的无线帧上，具体是通过对输入比特序列进行填充实现的。只有在上行链路才有无线帧平衡模块，在下行链路速率匹配确保了一个传输块可以分成整数个无线帧。 交织。交织的作用是克服突发性的错误。第一次交织时对无线帧尺寸均衡后的数据流进行的。 无线帧分段。如果传输时间间隔大于10ms，那么传输比特序列将分段映射到连续的Fi个无线帧上。无线帧均衡可以保证使输入序列的长度是Fi的整数倍。 速率匹配。其作用是确保TrCH复用后总的比特速率与所分配的专用无力信道的总比特速率相同。速率匹配是通过对传输信道上的比特进行重复或凿空来实现的。

29 传输信道的复用及处理 传输信道复用。每个周期来自不同传输信道的无线帧被送到传输信道复用器。复用单元根据承载业务的类别和高层设置，分别进行复用或组合，构成一个或多个编码组合传输信道（CCTrCH）。 比特加扰。传输信道复用器的输出比特在比特扰频器中加扰。 物理信道分段。当使用一个以上的物理信道时，物理信道分段模块就根据各个物理信道的容量将比特流顺序分段并一次分配到不同物理信道上。 第二次交织。第二次交织采用块交织器进行，输入比特按行写入交织矩阵中，根据需要可填充虚比特，再按照规则进行矩阵的列间交换，最后按列从交织矩阵中读出比特。 子帧分割。当编码组合传输信道（CCTrCH）的传输时间间隔大于5ms时，需增添子帧分段单元，将二次交织后的数据平均分配到两个5ms的子帧上。速率匹配保证了比特流的数目视一个偶数，可以分成两个子帧。 物理信道映射。子帧分段单元的输出比特流被映射到该子时隙的码道上。

30 扩频和调制 数据调制 在TD-SCDMA系统中采用的数据调制技术是QPSK，对于2Mbit/s的业务，将使用8PSK调制方式。QPSK调制方式是两位连续二进制比特与复数符号键的映射，而8PSK是三位连续二进制比特与复数符号键的映射。 扩频调制 数据码流经过数据调制后成为复数符号序列，还要进行扩频调制，然后再送到脉冲成型单元。扩频调制主要分扩频和加扰两步，首先用扩频码对数据信号扩频，其扩频系数为1～16。第二步就是加扰码，将扰码加到扩频后的信号中。

31 8.2.3 cdma2000系统的无线传输技术 cdma2000是由窄带CDMA（CDMA IS-95）技术发展而来的宽带CDMA技术
提出了 CDMA IS-95（2G）→cdma2000 1X→cdma2000 3X（3G） 的演进策略。 cdma2000 1X被称为2.5代移动通信技术。cdma2000 3X与cdma2000 1X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。

32 图8-15 多载波与直扩方式举例（N=3）

33 cdma2000支持从2G系统的演进，具有以下一些特性。
宽松的性能范围：支持从语音到低速数据、到非常高速的分组和电路数据业务。 提供多种复合的业务：仅传语音、同时传语音和数据、仅传数据和定位业务。 具有先进的多媒体服务质量（QoS）控制能力，支持多路语音、高速分组数据同时传送。 与现存的IS-95系统具有无缝的互操作性和切换能力。 具有从IS-95系统平滑演进的能力。

34 8.3第三代移动通信关键技术 高效的信道编码技术 功率控制技术 RAKE接收技术 软切换及接力切换技术 OFDM技术 智能天线技术
多用户检测技术 动态信道分配 全IP的核心网

35 高效的信道编码技术 信道编码和交织依赖于信道特性和业务需求。不仅对于业务信道和控制信道采用不同的编码和交织技术，而且对于同一信道的不同业务也采用不同的编码和交织技术。Turbo码是1993年由C.Berrou等人提出的一种新型编码，它具有接近仙农极限的纠错性能，成为通信领域倍受瞩目的一项新技术。 在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用Turbo码以利于其优异的纠错性能；考虑到Turbo码译码的复杂度、时延的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道中也使用卷积码。

36 功率控制技术 在CDMA系统中，由于用户共用相同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统中的最为重要的核心技术之一。 常见的CDMA功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制3种类型。 开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。 闭环功率控制通过对接收功率的测量值及与信干比门限值的对比，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大小。 在WCDMA和cdma2000系统中，上行信道采用了开环、闭环和外环功率控制技术，下行信道则采用了闭环和外环功率技术。但两者的闭环功率控制速度有所不同，前者为每秒1600次，后者为每秒800次。

37 RAKE接收技术 RAKE接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信受到多径衰落的影响。 RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。 这种作用有点像把一堆零乱的草用“耙子”把它们集拢到一起那样，英文“RAKE”是“耙子”的意思，因此被称为RAKE技术。 RAKE接收技术可以使多径衰落信道中的信号得以增强，因此可以使CDMA系统中多径衰落的负面影响反而成为有益的增强。

38 RAKE接收技术 通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户数据符号的解扩和积分。 信道估计器使用导频符号估计信道状态；相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号中去除；延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。 而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗衰落的多径分集。

39 软切换 CDMA技术采用的是“软切换”，在越区切换时，手机并不断掉与原基站的联系而同时与新基站联系，当手机确认已经和新基站联系后，才将与原基站的联系断掉，也就是“先接后断”，掉话的可能几近于无。

40 接力切换技术 在切换之前，目标基站已经获得移动台比较精确的位置信息，因此在切换过程中UE 断开与原基站的连接之后，能迅速切换到目标基站。
移动台比较精确的位置信息主要是通过对移动台的精确定位技术来获得。

41

42 OFDM技术 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，实际上它是多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）的一种。 其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡更容易实现。

43 智能天线技术 智能天线（Smart Antenna）技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（C/I），以增加系统的容量和频谱效率。 智能天线技术对移动通信系统所带来的优势是目前任何技术所难以替代的。智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。 智能天线技术是利用自适应的波束赋形技术，提高用户波达方向的方向图增益，同时利用方向图的零点降低空间上大功率用户的干扰。

44 多用户检测技术 在传统的CDMA接收机中，各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境下，由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交，因而造成多个用户之间的相互干扰，并限制系统容量的提高。解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术，通过测量各个用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户之间的相互干扰。 从理论上讲，使用多用户检测技术能够在极大程度上改善系统容量。但一个较为困难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通话的移动用户数乘以基站端可观测到的多径数。这意味着在实际系统中等效干扰用户数将多达数百个，这样即使采用与干扰用户数成线性关系的多用户抵销算法仍使得其硬件实现显得过于复杂。如何把多用户干扰抵销算法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术能否实用的关键。

45 动态信道分配 最小化系统自身干扰的方法 通过移动无线系统有效地实现动态信道分配的一个先决条件是时域TDMA操作被应用在TD-SCDMA上。在基本的TDMA/TDD模式下，在上、下链路上，每个移动用户设备只活动在上、下链路每帧的一个时隙中，以操作一个双工无线链路。这样在非激活状态的时隙，可以通过使用用户设备以分析在其所在的时隙和其他信道里的干扰情况。

46 全IP的核心网 现有的第二代移动通信系统采用的是电路交换方式，并在逐渐向分组交换过渡。3G的应用和服务将在数据速率和带宽方面提出更多的要求，如果想满足高流量等级和不断变化的需求，唯一的办法是过渡到全IP网络。它将真正实现语音和数据的业务融合；移动IP的目标是将无线语音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平台就是IP。未来的移动网络将实现全包交换，包括语音和数据都由IP包来承载，语音和数据的隔阂将消失。 全IP网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等。支持IPv6，解决IP地址的不足和移动IP。由于IP在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务方式。基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。

47 8.4第四代移动通信系统 第四代移动通信技术的概念可称为广带（Broadband）接入和分布网络，具有非对称超过2Mbit/s的数据传输能力，对全速移动用户能提供150Mbit/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。

48 主要特点 通信速度提高，数据传输速率超过UMTS，上网速率从2Mbit/s提高到100Mbit/s。
以移动数据为主，面向因特网大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。 采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿戴无线电、可下载无线电等新技术。 发射功率比现有移动通信系统降低了很多，能够较好地解决电磁干扰问题。 支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务等，使用户在任何地方可以获得任何所需的信息服务，且服务质量得到保证。 多种业务的完整融合。

49 4G网络架构 （1）第四代移动通信的网络体系结构 （2）第四代移动通信的接入系统 （3）第四代移动通信的软件系统

50 4G网络体系结构 第四代移动通信系统针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中，形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台。
第四代移动通信系统由下而上分为物理层、网络业务执行技术层和应用层。 第四代移动网络的根本任务是能够接收、获取到终端的呼叫，在多个运行网络（平台）之间或者多个无线接口之间，建立其最有效的通信路径，并对其进行实时的定位和跟踪。在移动通信过程中，移动网络还要保持良好的无缝连接能力，保证数据传输的高质量、高速率。第四代移动网络将基于多层蜂窝结构，通过多个无线接口，由多个业务提供者和众多网络运营者提供多媒体业务。 加快并实现目前的计算机网、电信网、广播电视网、卫星通信网等网络融为一体，宽带IP技术和光网络将成为多网融合的支撑和结合点。数字化数据交易点是第四代移动网络的一个重要技术，它用于预处理各个不同网络平台之间的呼叫。在网络平台之间的特定协议条件下，帮助业务供应者提供高质量、低费用的业务应用。例如，两个网络平台之间传送电视数据信息，首先经由数字化数据交易所处理。在数字化数据交易所里，这个电视数据信息将被分离成视频信号和音频信号，经由不同信道传送。音频信号将由覆盖广泛的网络传送，视频信号将由只能处理、接收视频信号的网络传送，从而达到降低通信成本和有效利用传输信道的目的。未来的全球互联网系统和骨干网系统，将以结合宽带IP技术和光纤网技术为主。

51 4G接入系统 第四代移动通信的主要接入技术有： 随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。
无线蜂窝移动通信系统（例如2G、3G） 无绳系统（如DECT） 短距离连接系统（如蓝牙） WLAN系统 固定无线接入系统 卫星系统 平流层通信（STS） 广播电视接入系统（如DAB、DVB-T、CATV）。 随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。 网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。未来的接入系统将主要在以下3个方面进行技术革新和突破。 为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。 为提高网络性能，在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。 提高和扩展IP技术在移动网络中的应用；加强软件无线电技术；优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。

52 4G软件系统 第四代移动通信的软件系统趋于标准化、复杂化和智能化。软件系统的首要任务是，创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件，通过此平台“互连互通”；并且，通过此软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。因此，建立一个统一的软件标准和互连协议，是第四代移动通信软件系统的关键。 软件系统将逐步采用Web服务模式，以代替现行的客户/服务器模式。新的计算机语言如XML，将用于未来的这种基于Web的分布式服务。另一方面，软件系统还将在网络安全上做进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其他特殊需要。

53 第四代移动通信关键技术 调制技术与信号传输 软件无线电 网络结构与协议 定位技术 切换技术

54 调制技术与信号传输 在高频段高速移动传输会产生严重的频率选择性衰落，实现调制/解调的鲁棒性可以克服这种频率选择性衰落，并且新的调制技术如多载波正交频分复用调制技术以及单载波带自适应均衡技术都将提供很高的频谱效率。另外，电池功率的限制也必须突破。第四代移动通信系统将采用这些调制方式以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。此外，高性能正向纠错（FEC）编码，如Turbo编码技术、自动重发请求（ARQ）和分集接收技术也是建立高速大容量网络的重要因素。 若从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而第四代移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目。

55 软件无线电 在第四代移动通信系统中，移动终端将会变得非常繁杂。为此，专家们提议引入软件无线电技术，实现移动终端的多模化，可以在不同的系统中工作。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RE前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此，应用软件无线电技术，一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。目前比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。

56 网络结构与协议 第四代移动通信系统的网络体系结构包括了适用于IP分组传输的空中接口、位置寄存、基站网络配置、无线QoS控制、网络配置和集成式3G WLAN无缝业务控制等功能模块。为了解决城区密集业务，频率复用是关键，而且用微蜂窝实现无缝覆盖要比热点覆盖策略好，因为前者可以避免地理位置上的业务集中。 在处理多媒体业务时，智能无线资源管理是关键技术，无线系统资源（频率和发射功率）是有限的且易受阻塞的困扰，因此，有必要采用无线QoS资源控制，以保证业务质量和支持各种级别的应用。由第四代移动通信系统支持的应用业务将依据业务的特点进行分类（如分为实时和非实时），无线QoS资源控制方式要既能支持实时性应用，也能支持非实时性应用。无线资源管理者首先检查可用资源、前/后向链路质量、应用类别以及QoS业务用户级别，然后再指配适当的前/后向链路速率和发射功率。第四代移动通信系统中基于IP技术的网络结构可以处理IP包，方便地提供全向功能，关键是选路/切换和鉴权策略。

57 定位技术 定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。它主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位以及混合定位3种方式。在第四代移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪，是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。

58 切换技术 切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在第四代移动通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。

59 小结 本章具体介绍了IMT-2000的系统结构，并讨论了3G标准的3种协议，列出3G系统的几种关键技术，同时还介绍了第四代移动通信系统的概念和关键技术。