2G-3G-4G移动通信系统物理层演进毕业论文.doc

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重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

2G-3G-4G移动通信系统物理层演进

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

摘要

中国当前的TD-SCDMA商业在实现TD-SCDMA技术中出现了很多的问题，包括其市场和其在各方面的应用。

为了使TD-SCDMA技术成熟，从当前的TD-SCDMA标准升级到IMT-Advanced（高级国际移动通信）标准是大家热切期盼的。

针对得到一个到下一代移动通信系统的平滑过渡，TD-SCDMA标准和技术将要走上一条国产的、自主的革新之路。

本文为TD-SCDMA标准和关键技术的革新策略提供一个简短的描述。

调查TD-SCDMA发展到至今水平的革新史，发现它在不同的革新阶段的技术及标准都各有特点。

单/多载波、高速数据包存取以保证数据包服务的高传送率是第一革新阶段的特点，同时，广播服务也被支持，HSPA（HighSpeedPacketAccess高速分组接入）也被并入到这次革新。

“长期革新”在为了接近全球微波互操作性性能的第二阶段被定义。

在第二阶段中基于相互作用通道的多重天线被采用。

最后一个阶段是基于TD-LTE的从传统3G系统到超越传统系统的IMT-Advanced（高级国际移动通信）系统的革新。

3GPP（3rdGenerationPartnershipProject第三代合作伙伴计划）的标准与本地标准的不同将被放出并介绍一些各个革新阶段的挑战性的工作和开发性的问题同样也会被拿出来讨论。

【关键词】全球移动通信系统平滑迁移高速分组接入移动WiMAXTD-LTE

ABSTRACT

ThecurrentTD-SCDMAcommercializationinChinabringsaboutmanyissuesconcerningtheimplementationofTD-SCDMAtechnology,themarket,anditsapplications.InordertomakeTD-SCDMAsuccessful,evolutionfromthecurrentTD-SCDMAstandardstoInternationalMobileTelecommunications-Advancedareanticipated.TD-SCDMAstandardsandtechnologieswilltakeahome-madeevolutionpathinChina,aimingatasmoothmigrationtothenext-generationmobilecommunicationsystem.Thisarticleprovidesabriefdescriptionoftheevolutionstrategiesofboththestandardsandkeytechnologies,inwhichtheevolutionisdividedintothreephases.ThestateoftheartofTD-SCDMAevolutionissurveyed,anditstechnologiesandstandardsindifferentevolutionphasesarecharacterized.Single-andmulti-carrierhigh-speedpacketaccessisspecifiedinthefirstevolutionphaseforguaranteeingthehightransmissionbitrateofpacketservices.Mean-while,broadcastservicesaresupported,andtheHSPAevolutionisalsoincorporatedinthisphase.LongTermEvolutionisdefinedinthesecondevolutionphaseforapproachingsimilarperformanceasmobileWiMAX,wherechannel-reciprocity-basedmultipleantennatechniquesareutilized.ThelastphaseistherevolutiontotheIMT-Advancedsystemandbecomingonealternativestandardinbeyond3Gsystems,whichisbasedontheevolutionofTD-LTE.Thedifferenceofstandardizationsbetween3GPPandlocalstandardreleasesareintroduced.Somechallengingworkandopenissuesindifferentevolutionphasesarediscussedaswell.

【Keywords】TheMobileCommunicationSystemSmoothMigrationHighSpeedPacketAccessMobileWiMAXTD-LTE

目录

前言 1

第一章移动通信系统概述 2

第一节移动通信的发展历史 2

第二节移动通信技术发展的趋势和特点 3

一、总体趋势 3

二、多种技术共存和融合是大势所趋 4

第三节本章小结 4

第二章2G到4G各自典型制式简介 5

第一节GSM移动系统简介 5

一、GSM系统的发展历史 5

二、GSM系统的基本特点 6

三、GSM系统的组成 6

（3）网络交换子系统NSS 8

（4）操作维护子系统 8

第二节TD-SCDMA移动通信系统简介 9

一、TD趋势 9

第三节TD-LTE移动通信系统简介 10

一、LTE的初步需求 10

二、现有系统做出的相应改变 11

三、LTE作为准4G主流通信技术 12

第四节本章小结 16

第三章三种典型制式的物理层结构 16

第一节GSM系统物理层结构 17

一、GSM系统技术规范 17

二、GSM系统结构 18

第二节TD-SCDMA物理层结构 24

一、物理层功能 24

二、物理层向上层提供的服务 25

三、物理信道 26

四、传输信道与物理信道的映射关系 30

五、物理层的信道编码、复用、扩频、调制 31

六、编码组合传输信道（CCTrCH） 35

七、物理过程 36

第三节TD-LTE物理层结构 41

一、时域的总体结构 41

二、下行链路传输方案 42

三、上行传输方案 51

第四章各物理层对系统性能的影响 51

结论 52

致谢 52

参考文献 53

附录 54

-IV-

前言

移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。

随着电子技术的发展，特别是半导体、集   成电路和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。

随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。

20世纪80年代以来，移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。

回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了几个发展阶段：

第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范围受限的问题。

第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点。

第三代移动通信的主要特征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点，克服了其缺点外，还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务，并能实现全球漫游。

现在用的大多是第二代技术，第三代技术还不太成功，但已有了第四代技术的设想。

第四代移动通信系统（4G）标准比第三代具有更多的功能。

第一章移动通信系统概述

第一节移动通信的发展历史

人类进行通信的历史已很悠久。

早在远古时期，人们就通过简单的语言、壁画等方式交换信息。

千百年来，人们一直在用语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书等传递信息，古代人的烽火狼烟、飞鸽传信、驿马邮递就是这方面的例子。

现在还有一些国家的个别原始部落，仍然保留着诸如击鼓鸣号这样古老的通信方式。

在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中的旗语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。

这些信息传递的基本方都是依靠人的视觉与听觉。

19世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，实现了利用金属导线来传递信息，甚至通过电磁波来进行无线通信，使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。

从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列技术革新，开始了人类通信的新时代。

移动通信的五个阶段第一阶段从20世纪20年代至40年代,为早期发展阶段.在这期间,首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统.该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30～40MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段,特点是专用系统开发,工作频率较低.

第二阶段从40年代中期至60年代初期.在此期间内,公用移动通信业务开始问世.1946年,根据美国联邦通信委员会（FCC）的计划,贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网,称为"城市系统".当时使用三个频道,间隔为120kHz,通信方式为单工,随后,西德（1950年）,法国（1956年）,英国（1959年）等国相继研制了公用移动电话系统.美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题.这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡,接续方式为人工,网的容量较小.

第三阶段从60年代中期至70年代中期.在此期间,美国推出了改进型移动电话系统（IMTS）,使用150MHz和450MHz频段,采用大区制,中小容量,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网.德国也推出了具有相同技术水平的B网.可以说,这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段,其特点是采用大区制,中小容量,使用450MHz频段,实现了自动选频与自动接续.

第四阶段从70年代中期至80年代中期.这是移动通信蓬勃发展时期.1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统（AMPS）,建成了蜂窝状移动通信网,大大提高了系统容量.这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统,并在世界各地迅速发展.移动通信大发展的原因,除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外,还有几方面技术进展所提供的条件.

第五阶段从80年代中期开始.这是数字移动通信系统发展和成熟时期.以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统.模拟蜂窝网虽然取得了很大成功,但也暴露了一些问题.例如,频谱利用率低,移动设备复杂,费用较贵,业务种类受限制以及通话易被窃听等,最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求.解