Transcript 行動與無線通訊 - Test Page for Apache Installation

行動與無線通訊
無線通訊的世代 (generations
in wireless networks)
無線通訊的世代
(generations in wireless networks)





1980年Bell公司開始經營HCMTS(high-capacity mobile
telephone system) ，後來發展成AMPS(Advanced
mobile phone service) ，亦即1980到1990年間的第一代
類比蜂巢式電話系統，也是所謂的1 G的代表。
第二代的數位行動電話系統以GSM(Group Special Mobile
或稱Global Mobile System)最普遍。
第2.5代 (2.5 G)
第三代 (3G , Third Generation)
什麼是4G ?
從2G到3G之路
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

早期行動通訊系統
 行動通訊為無線通訊之一，具有廣播
通訊之特性
 一對多廣播式行動通訊系統



通
路
y1(t)
x(t)
Tx
Rx1
1930s AM 廣播式行動通訊系統
1940s FM 廣播式行動通訊系統
所有使用者共用同一通道 (channel)


系統與使用者間半雙工(half-duplex)通訊
 系統發放，所有使用者接收;使用者發
放，系統接收
各使用者間半雙工(half-duplex)通訊
 某使用者發放，其他所有使用者接收
yn(t)
Rxn
？無法一對一通訊，如無線電計程車，派遣系統。
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

MTS 行動通訊系統






1946，Bell System 推出 Mobile Telephone Service (MTS)
in St. Louis。
Base to mobile 152 MHz ， mobile to base 158 MHz.
FM 調變車用 (mobile) 電話通訊系統
channel spacing 60 kHz
Headquarter (HQ)天線(A)發射， 功率 250 watts。
車上天線功率 較小20 watt ，系統需多個接收機 R。
？無線通訊之回波(echo)未解決，只能半雙工傳送，即
"walkie-talkie"

IMTS (Mobile Telephone Service)行動通訊系統
1964 , Bell System 推出 Improved Mobile Telephone
Service ( IMTS)。
 IMTS 解決回波(echo)問題，可全雙工傳送。

？大功率、大區域，射頻通道(RF Channel)受限
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

類比蜂巢式行動通訊系統 --- 1G






蜂巢式行動通訊系統達成射頻通道之再使用(frequency reuse)
1978 Bell System 首先推出蜂巢式行動通訊系統，射頻通道有54
channels 。
1983 Bell System 再推出改進之類比蜂巢式行動通訊系統AMPS
systems 時，其射頻通道有 666 channels 。
1G ：一般界定類比蜂巢式行動通訊系統為第一代行動通訊系統，1G
(the first generation of mobile system) 。
2G ：一般界定數位蜂巢式行動通訊系統為第二代行動通訊系統，2G
(the second generation of mobile system) 。
3G ：一般界定數位寬頻蜂巢式行動通訊系統為第三代行動通訊系統，
3G (the third generation of mobile system) 。
第一代 (1G , First Generation)

早期的類比通訊系統
 美國：AMPS(Advanced
Mobile Phone System)
 英國：Total Access Communication System(TACS)
 北歐：Nordic Mobile Telephone(NMT)



採用類比式FM調變方式
採用FDMA多重存取方式
以語音通訊為主，無法支援數據通訊服務
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

類比蜂巢式行動通訊系統 --- 1G
System Name or Standard
Start Date
Country of origin or region it operated in
AMPS
1979 trial, 1983
commerical
United States, then world wide
AURORA-400
1983
Alberta, Canada
C-Netz (external link, inGerman)
(C-Netz, C-450)
Begins '81,
Germany, Austria, Portugal, South
upgraded in 1988? Africa
Comvik
August, 1981
Sweden
NMT 450 (Nordic Mobile
Telephone), NMT 900 (Nordic
Mobile Telephone)
RadioCom , in French
1981
1986
Sweden, Norway, Denmark, Finland,
Oman; NMT now exists in 30 countries
November, 1985
France
RTMS (Radio Telephone Mobile
System)
September, 1985
Italy
TACS (Total Acess Communications
System)
1985
United Kingdom, Italy, Spain, Austria,
Ireland
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

1G – AMPS
1G – AMPS 及早期行動通訊系統

1G – AMPS(Advanced Mobile Phone System )基本特性
 Introduced by AT&T in 1983
 Frequency Band :
Reverse Channel 824-849 MHz , MS  BS
Forward Channel 869-894 MHz , BS  MS
45 MHz offset
 Channel Separation : 30KHz
 FDMA
 traffic channels 以Analog frequency modulation (FM) 傳送
 control channels 以Binary frequency shift keying (FSK) at 10
kbps傳送.
 具漫遊(roaming)功能
第二代 (2G , Second generation)





GSM(Global System for Mobile communications)
D-AMPS(Digital AMPS)
IS-95
PDC(Personal Digital Cellular)：日本
CT2、DECT(Digital Enhanced
Telecommunications)與PHS(Personal
Handyphone System)
2G – GSM

GSM 行動通訊系統簡史
(1) GSM : Groupe Spe’cial Mobile, 1982-1989
 1982 CEPT ( Conference of European Postal and Telecommunication
Administration ) 成立行動通訊研究小組 GSM ，研究製定汎歐行動通訊之統
一標準。
(2) GSM : Global System for Mobile Communication, 1989 1989 GSM 行動通訊研究小組改隸於 ETSI ( European Telecommunication
Standards Institute ) ，該小組英文簡稱為 SGM ( Special Group for Mobile )；
而所製定之汎歐行動通訊系統則稱為 GSM ( Global System for Mobile
Communication ) 。

GSM 行動通訊系統特點：
(1) 全數位式
(2) 細胞式 ( cellular )
(3) TDMA / FDMA
(4) 客戶識別 ( SIM )
(5) 保密通訊
(6) 國際漫遊 ( roaming )
2G – GSM

GSM 系統： GSM900 及 DCS1800

GSM 行動通訊系統之頻帶
(1) GSM900
(2) DCS1800
fd=fu+45MHz
fu
890MHz
MS

915MHz
935MHz
960MHz
fd=fu+95MHz
fu
f
1710MHz 1785MHz
1805MHz 1880MHz
25MHz
25MHz
75MHz
75MHz
Up link
Down link
Up link
Down link
BS
BS
MS
MS
BS
BS
f
MS
GSM 行動通訊系統之頻道
(1) GSM900
ARFCH (Absolute RF Channel)
n:1-------124
uplink:
fn=890+0.2*n MHz
downlink: fn=935+0.2*n MHz
(2) DCS1800
ARFCH (Absolute RF Channel)
n:512-------885
uplink:
fn=1710+0.2*(n-511) MHz
downlink: fn=1805+0.2*(n-511) MHz
＊頻道間隔(channel spacing): 200KHz
2G – GSM

GSM 行動通訊系統之功率
(1) GSM900
基地台功率：320W~2.5W
(BTS)
行動台功率：20W~0.8W
行動台之功率等級：
class 1 = 20W
class 2 = 8W
class 3 = 5W
class 4 = 2W
class 5 = 0.8W
服務區範圍：可達35Km
行動台輸出功率可由基地台控制
以每級距2dB, 調降至20mW
(2) DCS1800
基地台功率：20W~2.5W
行動台功率：1W~0.25W
行動台之功率等級：（皆為手機）
class 1 = 1W
class 2 = 0.25W
服務區範圍：約2Km
行動台輸出功率可由基地台控制
以每級距2dB, 調降至2.5mW
2G – GSM

GSM 行動通訊系統組成簡圖
BTS
BSC
MS
* MSC : Mobile-service Switching Center
* OMC : Operationa and Maintainance Center
* AUC : AUthentication Center
* HLR : Home Location Register
* VLR : Visitor Location Register
* EIR : Equipment Identity Register
OMC
AUC
MSC
HLR
VLR
EIR
PLMN
PTSN
* BSS : Base Station System
* BSC : Base Station Controller
* BTS : Base Transceiver Station
* MS : Mobile Station
* PLMN : Public Land Mobile Network
* PSTN: Public Switching Telephone Network
2G – GSM

GSM 行動通訊系統網路圖
AUC/HLR
MSC/VLR
MSC/VLR
BSC
BSC
MSC/VLR
GMSC
PSTN
BTS
BTS
BTS
BTS
LAI
BTS
BTS
LAI:Location Area Identity
GMSC:Gateway MSC
2G – IS-95 (窄頻CDMA)

IS-95行動通訊系統之頻帶
Fr
824MHZ
Ff = Fr + 45MHZ
849MHZ
869MHZ
25MHz
reverse link
Ms
894MHZ
25MHz
forward link
Bs
Bs
Ms
頻道間隔 (channel spacing ) ：1250 kHz
19 RF Channels
25/1.25=20,
1.25M
1.25M
25MHZ
20-1=19 RF Ch
2G – IS-95 (窄頻CDMA)
由美國Qualcomm公司所發展，其存取技術
是以編碼來區分不同的傳輸，可讓相同的
頻道能被多人共用
 目前有許多國家採用，尤其是南韓
 IS-95 CDMA系統語音編碼

QCELP ( Qualcomm CELP )：語音編碼速率8.5 kbps
Sampling Frequency：8 kHz
Frame Length：20ms ( 160 samples )  50 frames/sec
2G – IS-95 (窄頻CDMA)

Forward Channel (Traffic)
Forward Traffic
Channel Information Bits
for user m
(172. 80. 40. or
16 bits/frame)
(50 frames/sec)
增加錯誤偵測相關位元
Add Frame
Quality
Indicators for
9600 & 4800 bps
Rates
8.6 kbps
4.0 kbps
2.0 kbps
0.8 kbps
9.2 kbps
4.4 kbps
2.0 kbps
0.8 kbps
Add 8 bit
Encoder Tail
Scrambling
Power 800 bps
Control
Bits
Modulation
Symbol
Walsh
Function n
MUX
直接錯誤更正
9.6 kbps
4.8 kbps
2.4 kbps
1.2 kbps
Convolutional
Encoder
r=1/2 k=9
達到固定的
19.2Kbps速率
Code
Symbol
19.2 kbps
9.6 kbps
4.8 kbps
2.4 kbps
資料交錯打散，以降
低錯誤發生時之影響
Modulation
Symbol
Symbol
Repetition
Block
Interleaver
19.2 kbps
I-channel Pilot PN Sequence
1.2288 Mcps
QPSK
I
PN Chip
1.2288 Mcps
I(t)
Baseband
Filter
cos(2t)
S(t)
19.2 kbps
19.2 kbps
Long Code
Generator
Decimator
1.2288 Mcps
Long Code
Mask for
User m
Decimator
Spreading
Q-channel Pilot PN Sequence
1.2288 Mcps
Q
Baseband
Filter
Q(t)
sin(2t)
2G – IS-95 (窄頻CDMA)

Reverse Channel (Traffic)
Reverse Traffic
Channel
Information Bits
(172. 80. 40. or
16 bits/frame)
Code
Symbol
8.6 kbps
4.0 kbps
2.0 kbps
0.8 kbps
Add Frame
Quality
Indicators for
9600 & 4800 bps
Rates
Add 8 bit
9.2 kbps Encoder Tail 9.6 kbps
4.4 kbps
4.8 kbps
2.0 kbps
2.4 kbps
0.8 kbps
1.2 kbps
I
Data Burst
Randomizer
4.8 kbps
(307.2 kcps)
Symbol
Repetition
28.8 kbps
Code
Symbol
Block
Interleaver
I-channel Sequence
1.2288 Mcps
Frame Data Rate
Modulation
Symbol
(Walsh chip)
64 - ary
Orthogonal
Modulator
Convolutional
Encoder
28.8 kbps
r=1/3 k=9
14.4 kbps
7.2 kbps
3.6 kbps
Code
Symbol
cos(2t)
1/2 PN chip
Delay = 406.9 ns
PN chip
1.2288 Mcps
Long
Code
Generator
Long Code
Mask
D
Q-channel Sequence
1.2288 Mcps
Q
I(t)
Baseband
Filter
Baseband
Filter
S(t)
Q(t)
sin(2t)
2G – IS-95 (窄頻CDMA)

認證：與GSM相同，採用challenge-response認證方式
手機端
RANDSSD
基地台端
A-Key
A-Key
SSD_Generation
Procedure
RAND
32
ESN
32
MIN1
24
SSD-A
64
RANDSSD
SSD_Generation
Procedure
SSD_B_NEW
SSD_B_NEW
SSD_A_NEW
Auth-Signature
Procedure
RANDBS
AUTHR
18
RANDC
8
AUTHR
18
Base Station Challenge Order
Auth_Signature
Procedure
COUNT
6
SSD_A_NEW
Auth_Signature
Procedure
AUTHBS
AUTHBS
=
AUTHBS ?
Base Station Challenge Order Confirmation
(AUTHBS)
SSD Update Order Confirmation
(success/failure)
SSD Update Order Confirmation
2G – IS-95 (窄頻CDMA)

加密
Plaintext
CAVE/CMEA
CAVE : Cellular Authentication and Voice Encryption
CMEA : Cellular Message Encryption Algorithm
Ciphertext
第2.5代 (2.5 G)





HSCSD (High Speed Circuit-Switched Data)：採用電路
交換，加強GSM並將資料速率增加至115Kbps，使用
TDMA存取技術
GPRS (General Packet Radio Service) ：採用封包交換，
加強GSM並將資料速率增加至168Kbps，使用TDMA存取
技術
EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)：資
料速率為384Kbps
IS-95B、 IS-95C
cdma 2000  3G
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定


GPRS 全名為 General Packet Radio Services 。
GPRS 是建構在GSM 系統中之 high speed, IP based, data
packet switching network。
 目前手機數據是經由電路交換(Circuit Switching) 或 短訊
(Short Message Service)傳送。
 一般data transfer 分 circuit-switching and packetswitching 兩種


circuit-switching ：先連再傳，線路專用至通訊結束(connection
oriented )
packet-switching： 邊傳邊連，線路由各用戶封包共用
(connectionless )
 IP全名為
Internet Protocol。
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定


GPRS系統設計目標
 以經濟有效方式支援 bursty traffic
 提供數據傳輸與上網服務
 相容於GSM系統架構
GPRS系統設計方法
 以Packet-mode 傳送數據，較經濟。
 採multi-time slots allocation 有效使用通路。
 可分配1至8個 time slot
 使用IP based 易於與其他數據服務整合。
 嚴格隔離 radio 與 network subsystems，善用GSM系統
架構。
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

GPRS 系統架構
BSS
BTS
MSC
/VLR
GMSC
PSTN
AUC
/HLR
GSM
BSC
GPRS
SGSN
GGSN
Inter
Net
 SGSN：Serving GPRS Support Node
 GGSN：Gateway GPRS Support Node
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

GPRS 採分封交換(packet switching)，以多時槽(time slot)傳送封包，
較經濟有效。數據率可為 14.4 kbps (1 time slot) 到115.2 kbps (8
time slots) 。
因GPRS 與 GSM 共用實體通道，故實務上 8 個全分配給 GPRS 之機
率不高。以 3 個time slot分配給 GPRS 估算，數據率為 43.2 kbps。
 目前GSM 之數據率為9.6 kbps，而短訊 (Short Message Service)長160
characters。


GPRS 為手機提供新的數據加值服務(new nonvoice value added
service) 。如FTP (File Transfer Protocol )， email， telnet， web
browsing， chat 等。


手機可經由 GSM + GPRS 連上 Internet 或 Intranet。
GPRS 為手機提供未來遠端存取與控制智慧型家電(IA)。
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定
• GSM GPRS 與WAP 系統關係
BSS
BTS
MSC /
VLR
GPRS
GSM
PSTN
AUC /
HLR
GSM
BSC
GPRS
SGSN
WAP
GMSC
GPRS
GGSN
Inter
Net
WAP
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定





WAP全名為Wireless Application Protocol。
WAP 是於1997年由Ericsson 、 Motorola 、 Nokia 、 Phone.com等
廠商發起成立WAP Forum 所制定的一種開放式無線應用通訊協定
(Application Protocol) 與標記語言(Markup Language) 。
WAP 的網頁設計是採用WML (Wireless Markup Language)。 WML
類似於現行網際網路所用的HTML(HyperText Markup Language) 與
XML (Extensible Markup Language) 之精簡版。
WAP系統網路仍採用HyperText Transfer Protocol ( http:xxx.xxx.xxx)
協定。手機使用微瀏覽器(Micro Browser) ，以適合傳輸數據率不高、
螢幕小之手機上網。
WAP 可安裝在不同之無線通訊系統上，如GSM, HSCSD, GPRS,
CDMA(IS-95), TDMA(IS-136), PHS, UMTS(3G)…等。
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

WAP 系統結構
WAP系統為client server結構。手機為client ， WAP網站server。手機利
用安裝之 micro browser經由WAP Gateway到WAP網站瀏覽。
 WAP 可與現有之無線數據服務，如 Short Message Service, Circuit
Switched Data, Unstructured Supplementary Services Data (USSD) 與
General Packet Radio Service (GPRS)等，結合使用。

2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

WAP 系統網路
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

WAP通訊協定堆疊(Protocol Stack)
2.5G – GPRS 與 WAP 通訊協定

WML是設計WAP 網站與網頁之標記語言。
 WML範例，摘路自： http://www.gatekeeper.org.uk/tutorials.htm
各種3G的無線電介面技術之提案
名稱
發展的組織
UWC-136/ATDMA
USA ITA TR-45.3
WIMS W-CDMA/WCDMA
USA TIA TR.46.1
NA W-CDMA
USA T1P1-ATIS
Cdma2000/WCDMA
USA TIA TR-45.5
SAT-CDMA/49 LEO
South Korea TTA
DECT Terrestrial
ETSI Project EP DECT
TD-SCDMA
China ATT
SW-CDMA
European Space Agency
W-CDMA/WCDMA
Japan ARIB
UTRA UMTS
ETSI SMG2
第三代 (3G , Third Generation)





WCDMA (Wideband CDMA)：標準頻寬為5MHz。
UTRAN系統就是使用WCDMA，其以GSM MAP網路為基
礎，在3G建置的投資上可以節省不少成本，且一旦UMTS
網路開始運作，所有GSM服務都會繼續存在。
進階的TDMA (Advanced TDMA) ：即使未來UWC-136被
採用，則也僅限北美地區使用
混合式的CDMA/TDMA (Hybrid CDMA/TDMA)：目前已不
被支持，因為與UTRAN的TDD模式相同
OFDM：因為功率上的問題，而未成為IMT-2000選擇的規
格所採用之技術
IMT-2000 ：為所有3G系統的總括規格，原本ITU想發展
一套全球公認的3G規格，但在技術與政治性因素下才會
行成目前3G標準不一之局面。
IMT-2000 HCS細胞規劃

HCS階層式的細胞規劃
Global
Satellite
Suburban
Urban
In- Building
Micro-Cell
Macro-Cell
Pico-Cell
HCS細胞規劃

混合FDD與TDD模式的HCS細胞架構
FDD macrocell
TDD/FDD overlay cell
(Picocell)
F1 : Pico cell layer
F2 : micro cell layer
F3
F1
F2
F3
FDD microcell
F3 : Macro cell layer
F3
F3
F3
F2
F3
F3
F2
F3
3G行動電話用戶不同的傳輸速率

IMT2000定義在不同的環境下的行動電話用戶具有不同的
傳輸速率
384
Kbps
2 Mbps
144
Kbps
UMTS網路

UMTS網路商業化的初期只有佈設在都會某些地區
GGSN
IP backbone
Iu
Gb
Gb
GSM/GPRS coverage
SGSN
Iu
UMTS coverage
IMT2000標準內定義的無線頻譜

各國分配對3G通訊系統分配的頻譜
1850
1900
1950
1885 1900
ITU Allocations
2000
2050
1980 2010 2025
IMT 2000
2100
2150
2110
2200
2250 MHz
2170 2200
IMT 2000 MSS
MSS
1880
Europe
GSM
1800
DECT
UMTS
WLL
China
GSM
1800
UMTS
MSS
MSS
WLL
IMT 2000
MSS
IMT 2000 MSS
1893 1919
Japan
Korea (No
PHS)
North
America
PHS
IMT 2000MSS
IMT 2000 MSS
1990
PCS
A D B EF C
1850
1900
A D B EF C
1950
2160
M
ReserveD MSS
S
MSS
2000
2050
2100
2150
2200
2250 MHz
2G/2.5G網路如何升級到3G網路

從2G/2.5G通訊系統升級到未來3G通訊系統的方法
IMT-2000
TDMA
(IS-136)
TDMA/
GPRS
GSM
GPRS
Capable Systems
EDGE
W-CDMA
PDC
cdmaOne
1XRTT
Existing
spectrum
Today 2G
19.2 kbps
2000 envolved 2G
64–115 kbps
cdma2000
3XRTT
New
spectrum
3G
115–384 kbps 0.384–2 Mbps
2G/2.5G網路如何升級到3G網路





GPRS網路是從GSM網路內加入GGSN與SGSN
EDGE網路是沿用GPRS網路的無線頻譜，但改用
更高速的無線傳輸技術
UMTS網路在新的發射頻譜上運用3G網路的
WCDMA技術
PDC網路跨過GPRS階段，直接採取WCDMA的寬
頻技術
美國與韓國的CDMA系統採取cdma2000的方法
2G/2.5G網路如何升級到3G網路

GPRS網路升級到3G網路的方法是加入RAN設備
UTRAN --> 2 Mbps
Operator
Service
Area
RAN
Circuitswitch
Service LAN
IP backbone
BSS
SGSN
Intern
et
ISP
GGSN
ISUP SS7 backbone
MSC/VLR
GMSC
PSTN
Packetswitch
GPRS radio GPRS core network
Packet Data Network
2.5G網路內加入RAN設備
SS(Switching
AUC System)
VLR
HLR
Backbone
Network IP
EIR
ISP
Gn
MSC
Gn
SGSN
BSS(Base
Station System)
BSC
PCU
Iu-CS
Iu-PS
Abis
Iu-PS
UTRAN - UMTS
Terrestrial Radio
Iub Access Network
RNC
BTS
Um
GGSN
Iub
Node B
Node B
MS
UE
第三代行動通訊標準發展(3G)


美國與歐洲互組聯盟各擁自身發展的規格
所有規格標準分為兩大技術主流
 以易利信、諾基亞、日本NTT等歐日廠商為所主張的
WCDMA技術
 美方電信設備業者Qualcomm與Motolora、Lucnet等共
同推動的標準cdma2000

對IMT-2000而言，未來將可能出現多個標準並存
的局面
 WCDMA
 3GPP2  cdma2000
 3GPP
發展3G標準的組織

3GPP
 以UTRA無線電介面為發展基礎，並加強GSM
core
network(即GSM MAP)為主，也負責未來GSM規格的
發展
 UTRA系統包括FDD (frequency division duplex)及
TDD (time division duplex)。

3GPP2
 倡導cdma2000的系統，也是以WCDMA技術為基礎。
 3GPP發展全新的規格，不受限於已經存在的標準。
3GPP2則試著與IS-95系統相容(因為北美IS-95系統已
經使用了分配給3G的頻段)。
UMTS標準化的程序
歐洲 European Telecommunications
Standards Institute
日本 Association of Radio
Industries and Businesses
中國大陸 China Wireless
Telecommunication Standard group
美國 Standard
Telecommunications Committee 1
韓國 Telecommunications
Technology Association
日本 Telecommunications
Technology Committee
美國 Telecommunication
Industry Association

TIA
3GPP與3GPP2有些相似的特徵，訂出的規格也都屬於
IMT-2000，不過兩者是不相容的。
UMTS標準內TDD模式與FDD模式的通訊頻譜
Frequency Division Duplex; 2x60 MHz
UTRA Paired Band: WCDMA
Uplink:
1920-1980 MHz
Downlink:
2110-2170 MHz
TDD
1900
FDD
1950
Frequency
MHz
MSS TDD
2000
FDD
2050
2100
2150
MSS
2200
Time Division Duplex; 35MHz
Mobile Satellite Service; 2x30 MHz
UTRA Unpaired Band: TD-CDMA
1900-1920 MHz and 2010-2025 MHz
Uplink:
1980-2010 MHz
Downlink: 2170-2200 MHz
UMTS網路的架構

3G網路的傳輸協定架構於ATM網路之上
Broadband
Wireline
Access
ADSL,
Cable
Circuit
Switched
Network
Packet
Switched
Network
Internet Core
IP, ATM, WDM
PSTN
3G
2G
Iu-CS
Iub
RF
Interface
RNC
Node B
ATM
ATM
ATM
3G Radio Access
Network (RAN)
Broadband
Wireless
Access
Iu-CS
2.5G
UMTS網路的架構

3G網路各個介面間的協定
GTP-U GTP-U
GTP-U
RLC
UDP
UDP
UDP
IP
IP
IP
IP
MAC
AAL5
AAL5
L2
PPP
L1
ATM
ATM
L1
L1
RLC
MAC
L1
MS
Uu
GTP-U
RAN
Iu
SGSN
UDP
GGSN
3G –WCDMA

WCDMA 之 Frame 與 Time Slot
 WCDMA 之Frame 包含 15 個 Time Slots。
D ata
N data b its
DPDCH
k
T slot = 2 5 6 0 chip s, N data = 1 0 *2 b its (k= 0 ..6 )
P ilo t
N pilot b its
DPCCH
T FCI
N T F C I b its
FB I
N F B I b its
TPC
N T P C b its
T slot = 2 5 6 0 chip s, 1 0 b its
S lo t # 0
S lo t # 1
S lo t # i
1 rad io fram e: T f = 1 0 m s
S lo t # 1 4
3G –WCDMA

Logical Channels
C ontrol C hannel (C C H )
B roadcast C ontrol C hannel (B C C H )
P aging C ontrol C hannel (P C C H )
D edicated C ontrol C hannel (D C C H )
D edicated C ontrol C hannel (D C C H )
C om m on C ontrol C hannel (C C C H )
S hared C hannel C ontrol C hannel (S H C C H )
O D M A D edicated C ontrol C hannel (O D C C H )
O D M A C om m on C ontrol C hannel (O C C C H )
T raffic C hannel (T C H )
D edicated T raffic C hannel (D T C H )
O D M A D edicated T raffic C hannel (O D T C H )
C om m on T raffic C hannel (C T C H )
3G –WCDMA

Spreading 與 Scrambling
 Spreading ： WCDMA 將資料分成 data part 與 control part，各別乘
Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF), (即 channelization codes)，
cd , cc 來做 Spreading ，並組合成複數已 Spread 之 I+jQ 訊號。
 scrambling ：資料保密，並避免送出重複型態的位元，以降低使用者在同一
時間內使用很高功率送出資料的機率。I+jQ 訊號乘 complex-valued
scrambling code(SC), Sc-msg,n , 即得已 scrambled 待送至 QPSK 之訊號。
cd
d
S c-m sg,n
P C P C H m essage
data part
I
I+ jQ
P C P C H m essage
control part
Q
cc
c
S
j
3G –WCDMA

channelization codes (OVSF)
OVSF code tree (CDMA所使用的正交碼)
 SF (Spreading Factor) 表 OVSF 之 code length。
C c h ,4 ,0 = (1 ,1 ,1 ,1 )
C c h ,2 ,0 = (1 ,1 )
C c h ,4 ,1 = (1 ,1 ,-1 ,-1 )
C c h ,1 ,0 = (1 )
C c h ,4 ,2 = (1 ,-1 ,1 ,-1 )
C c h ,2 ,1 = (1 ,-1 )
C c h ,4 ,3 = (1 ,-1 ,-1 ,1 )
SF = 1
SF = 2
SF = 4

3G
–WCDMA
Scrambling sequence
Up link scrambling ：採用由 primitive polynomial X25+X3+1 ,
X25+X3+X2+X+1 組成之Gold sequence, 即 Long scrambling sequence,
Clong,1 , Clong,2 之Gold sequence。
c long,1,n
M SB
LSB
c long,2,n
3G –WCDMA

Modulation

modulating chip rate is 3.84 Mcps.
 Up link 與 down link 之 modulation 相同，皆為
c o s (t)
QPSK。
C o m p le x -va lu e d
c h ip s e q u e n c e
fro m s p re a d in g
o p e ra tio n s
S
S p lit
re a l &
im a g .
p a rts
R e {S }
P u ls e s h a p in g
Im {S }
P u ls e s h a p in g
-s in (t)
3G –WCDMA

COUNT
加密機制
D IR E C T IO N
BEARER
CK
LEN G T H
f8 , C ip h e rin g a lg o rith m
M ask
U n c ip h e re d
M AC SD U or
R L C P D U (d a ta p a rt)
XO R
C ip h e re d
M AC SD U or
R L C P D U (d a ta p a rt)
3G –cdma2000

cdma2000 Configuration for CDMA Channel
(a) Forward Channel
3G –cdma2000
(a) Forward Channel
3G –cdma2000
(b) Reverse Channel
3G –cdma2000

Forward Fundamental Channel -1
3G –cdma2000
 Forward
Traffic Channel Processing -1
Scrambling
Power control
3G –cdma2000
 Forward

Traffic Channel Processing –2
QPSK Modulation
Spreading
QPSK
3G –cdma2000
 Reverse
Traffic Channel Processing -1
3G –cdma2000
 Reverse

Traffic Channel Processing –2
OQPSK Modulation
結語 - 從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進

1G 到 3G 之演進
自美國 Bell System 1983 正式推出第一代行動通訊系統 (1G) AMPS 後，各種改
良型之第二代行動通訊系統 (2G) 陸續推出。如 歐洲 ETSI 之GSM、美國Bell
System之 DAMPS、日本NTT之 PDC、 美國 QualComm 之CDMA。
 ITU (International Telecommunication Union)約於1986起成立 TG8/1 工作小組研
議未來新的通訊系統，FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications
System )。 TG8/1約於1991將FPLMTS改名為IMT-2000 (International Mobile
Telecommunications for 2000 )。
 3GPP (Third Generation Partnership Project ) 於1998 由ETSI主導標準組織 ARIB,
CWTS, ETSI, T1, TTA and TTC 成立，參見http://www.3gpp.org/。







ARIB：日本 Association of Radio Industries and Businesses
CWTS：中國大陸 China Wireless Telecommunication Standard group
ETSI ：歐洲 European Telecommunications Standards Institute
T1 ：美國 Standard Telecommunications Committee 1
TTA ：韓國 Telecommunications Technology Association
TTC：日本 Telecommunications Technology Committee
結語 - 從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進

由IS-95 CDMA 至cdma2000之演進
 IS-95A cdmaOne
 Channel Bandwidth 1.25 MHz
 Data Rate : 9.6kbps, 14.4kbps
 64 bit Walsh codes (CDMA常用的正交碼)
 Forward Power Control

IS-95B Enhanced cdmaOne
 Channel Bandwidth 1.25 MHz
 Data Rate : 1x 9.6 kbps  8 x 9.6 kbps = 76.8 kbps,
1x 14.4 kbps  8 x 14.4 kbps = 115.2 kbps
 64 bit Walsh codes (CDMA常用的正交碼)
 Forward Power Control
結語 - 從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進

IS-95C cdma2000 1x
 Channel Bandwidth 1.25 MHz
 Data Rate : 1x 9.6 kbps  8 x 9.6 kbps = 76.8 kbps,
1x 14.4 kbps  8 x 14.4 kbps = 115.2 kbps
 128 bit Walsh codes (CDMA常用的正交碼)
 Forward and Reverse Power Control

cdma2000
 Channel Bandwidth 5 MHz
 Data Rate : 2 Mbps
 256 bit Walsh codes (CDMA常用的正交碼)
 Forward and Reverse Power Control
結語 - 從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進
由 GSM 到 WCDMA 之演進
(a) GSM


Channel Bandwidth 200 kHz (GMSK)
 TDMA
 Circuit switching
 Data Rate : 9.6kbps
(b) GPRS (General Packet Radio Service)

TDMA / multi-time-slot
 Packet switching
 Data Rate : 9.6kbps up to 115.2kbps (8 x 14.4kbps)
(c) EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)

Channel Bandwidth 200 kHz (8PSK)
 Data Rate : 9.6kbps up to 172.8kbps (8 x 14.4kbps x 3 / 2)
(d) WCDMA

CDMA
 Data Rate : 9.6kbps up to 144kbps, 2Mbps
結語 - 從 1G 到 3G 看行動通訊系統之演進

從 1G 到 3G 行動通訊系統演進關係
1G
2G
2.5 G
3G
HSCSD
GSM
GPRS
WCDMA
EDGE
AMPS
IS-95A
CDMA
IS-95B
CDMA
DAMPS
IS-95C
CDMA
cdma2000
TD-SCDMA
我國釋出五張3G執照

3G Licenses Auction Result in Taiwan G Licenses
Auction Result in Taiwan






License A：遠致電信Yuan-Ze（10,169）
License B：台灣大哥大Taiwan PCS（7,700）
License C：威寶電信VIBO （10,281）
 原先的聯邦電信TCC
License D：中華電信CHT（10,179）
License E：亞太行動寬頻APBW[東森寬頻電信]（10,570）
 Unit：Million NTD
國內釋出五張3G執照中，有4張執照將採用WCDMA技術，
1張執照(APBW)將採CDMA2000技術。
亞太行動寬頻 APBW


92,7,29 正式開臺
CDMA 2000 1x
 153Kbps

都會區：CDMA 2000 1x EV-DO
 2.4Mbps
 測試數據卡，以提供cdma2000

Nortel(北方電信) Networks
1XEVDO的服務
CHT

中華電信3G由於手機供應不足，因此從數據服務
著手。
 3G與GPRS上網卡
 第一年上網流量免費

Nokianetwork
「一按通」新服務，是在美國相當盛行的PoC服
務（Push-to-talk on Cellular )
 使用GPRS做為傳輸的platform。
蜂巢網路發展的世代
4G ?
4G概述



3G系統的資料傳輸數率受環境因素及移動性所影響，
雖然按照協議標準，3G系統必須提供2Mbps的資料傳
輸率，但實際上最多只能達到384kbps。
4G的目標是獲得高達20Mbps以上的資料傳輸率，即使
在以時速200公里行駛的車輛上也能達到此速率，並且
可結合豐富的數據、影音多媒體功能，還能將
macrocells、picocells、衛星連結以及都會區域網路連
結成一個聯合通訊網，並朝向全球化進行。
不過，實現4G性能所耗費的預期成本要求必須為3G的
十分之一，且當4G系統開始部屬，網路通訊協定
（Internet Protocol，IP）及IP的移動性也會是一個棘
手的問題。
4G概述



雖然B3G（Beyond 3G；3G過渡到4G間的技術，很有可能成為
4G的技術）、4G及次世代基於IP的寬頻系統同樣面臨來自於連接
性、相關嵌入式軟體、即時軟體、網路通訊協定以及所有重要的
物理層級處理等各個層面的挑戰，市場環境仍充滿變數。但依目
前所發佈的研究成果和專家預測，4G系統可望在2010年以後投入
商業運營，最高下載速率將達到100Mbps，看來業者仍樂觀相信
4G將為行動通訊帶來的值得期待的商機。
從全球區域角度來看，歐洲在2G發展中占有領導地位；進入3G時
代，亞太地區日本、韓國是領先者；對於4G則是各主要國家都想
抓住機會，成為全球的市場領導者， 4G的定義到目前為止依然有
待確認，它的技術參數、國際標準、網路結構、乃至業務內容均
未有明確說法。
國際電信組織 (ITU)已公布2007年開始邁入第四代行動通訊 (4G)
時代，開始接受各項標準的申請。
4G的網路遠景
4G相關功能目標





使用3G~6GHz的微波頻道，提供高速數據服務，最高達
100Mbps以上，在250Kmph高速移動時，也能提供2Mbps
的速率
各無線傳輸系統之互通整合，包括2G、3G、WLAN、
UWB、Bluetooth、數位無線廣播、平流層無線通訊、衛
星及Ad-hoc端對端通訊等，並提供最佳的無線傳輸效果、
方便全球漫遊與無縫隙服務
各傳輸之整合服務，包括通話、多媒體訊息傳輸、資訊瀏
覽與查詢、個人娛樂、個人隨身助理等，提供最佳的終端
設備服務功能，隨時滿足個人通訊的各種立即性需求
採All-IP之無線接取與網路交換機制，支援IPv6位址與相關
移動管哩，並提供更有效的QoS，滿足多樣化服務的品質
需求
有效提供系統容量至3G系統的10倍以上，有效降低系統建
置成本至3G系統的1/10以下
4G之核心技術



OFDM技術：是種多載波無線信號傳輸與調變方式，在一
定頻道中，以多各重疊於頻譜且相互正交之子載波進行並
行傳輸，可有效避免各信號間干擾，大幅提高頻譜使用效
率，並增加對抗信號傳輸衰減與干擾之能力。對4G服務
而言，可提供高容量、高速率傳輸功能。
Smart Antenna技術：運用天線陣列與多鏈路信號合併楚
理，能有效成形並增強收/送的無線信號波束，具抑制信
號干擾、信號波束調節與自動追蹤等功能，可有效改善信
號傳輸品質，提高系統服務容量。
Software Defined Radio技術：在通用的無線傳輸信號處
理硬體平台上，可下載不同的信號處理模組，據以控制硬
體平台進行不同的信號處理程序，提供不同無線傳輸接取
功能，始終端設備能在不同系統中進行無線信號接取與漫
遊，提供跨系統服務。
第一代到第四代的基本技術參數
技術參數／
行動系統
第一代
第二代
第三代
第四代
使用頻率
400~800MHz
800~900MHz
2000 MHz
3000~6000MHz
頻 寬
30kbit/s
(Point frequency)
0.3~1.25Mbit/s
(Narrow band)
5Mbit/s
(Wide band)
10~100Mbit/s
(Broad band)
調變方式
FM
GMSK M-ary
QPSK
QAM MPSK
多路存取技術
FDMA
TDMA、CDMA
CDMA
CDMA+TDMA
蜂巢覆蓋能力
大
區
服 務
語
音
中
區
小
區
微小區
語音簡訊（個別）
語音多媒體（個別）
多媒體
電信交換網路
（自身獨立網路）
電信交換網路
（自身獨立網路）、
IP網路（個別）
IP網路
地面通訊定位
通訊（包括衛星通訊）
定位控制、管理
核心網路
電信交換網路
（自身獨立網路）
功 能
地面通訊
終端資料速率
≤9.6kbit/s
≤5.6kbit/s
≤2Mbit/s
≤10Mbit/s
基本技術特徵
模擬訊號
處理技術
數位訊號
處理技術
智慧型訊號
處理技術
多功能
整合式技術
地
面
考一考自己
「行動」與「無線」有什麼差異 ?
 在我們生活環境中可以看到那些種類的無
線通訊網路 ?

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