（测试计量技术及仪器专业论文）wcdma系统空中接口物理层测量及故障诊断研究.pdf

摘要 w c d m a 是第三代移动通信技术空中接口的主要技术之一，必然在到来的3 g 市场中占有重要的位置。然而，中国的各大运营商都没有任何3 g 的运营经验，3 g 网络的建设将是一项庞大而复杂的工程，网络运行初期一定会存在由于规划不合 理等引起的各种网络服务质量的问题，因此，网络优化也是网络建设个必不可 少的重要环节。对于w c b m a 移动通信系统，网络优化更为重要，因为w c d 蚣移动 通信系统是干扰受限的通信系统。系统的容量是软容量，网络优化不仅能改善网 络的性能和服务质量，还能增加系统的容量。加强网络优化，提高网络的运行效 率，实现服务水平、服务质量、经营效率以及竞争能力的提高，已成为发展的必 然，也贯穿网络设计、施工、运营、维护的全过程。 w c d m a 系统空中接口的物理层参量在一定程度上反应了网络当前的运行 状态及网络中存在的各种问题。对空中接口物理层各项物理参量的正确测量是诊 断网络故障的重要环节。本文结合日本芝测公司的m w 7 7 7 a 无线网络分析仪，提 出了w c d m a 物理层测量的测量方案并完成了测量软件的设计，在此基础上通过对 测量软件采集的数据的分析，诊断了w c d m a 实际运行中可能存在的各种问题，并 给出了问题的具体解决方法。 关键词：w c d m a 物理层物理信道物理层过程空中接口测量故障诊断 a b s t r a c t w c d m ai st h em a i nt e c h n o l o g yo ft h ea i ri n t e r f a c et e c h n o l o g i e so ft h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，w h i c hm u s to c c u p yt h ei m p o r t a n tp o s i t i o ni n u p c o m i n g3 gm a r k e t s h o w e v e r , t h et e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t i o nb u s i n e s s e so f c h i n ad o n th a v ea n yo p e r a t i o ne x p e r i e n c eo f 3 ga n dt h ec o n s t r u c t i o no f 3 gn e t w o r k s i sah u g ea n dc o m p l i c a t e dp r o j e c t n e t w o r ko p t i m i z a t i o ni sa na b s o l u t en e c e s s a r ys t e p o ft h en e t w o r kc o n s t r u c t i o nb e c a u s et h e r ew i l lb em a n ys e r v i c e q u a l i t yp r o b l e m s w h e nt h en e t w o r ki si ni n i t i a lo p e r a t i o ns t a g e f o rw c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o n s t 7 s t e m ，t h en e t w o r ko p t i m i z a t i o ne v e nm o r ei m p o r t a n tb e c a u s ei ti n t e r f e r e n c el i m i t e d a n ds o f tc a p a b i l i t y n e t w o r ko p t i m i z a t i o ne a r ln o to n l yi m p r o v et h ep e r f o r m a n c ea n d s e r v i c eq u a l i t yb u ta l s oi n c r e a s et h es y s t e m a t i cc a p a c i t yo fn e t w o r k i ti sn e c e s s a r yt o s t r e n g t h e nt h en e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，i m p r o v et h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c yo ft h e n e t w o r k ，i m p r o v es e r v i c el e v e l ，s e r v i c eq u a l i t y , b u s i n e s se f f i c i e n c ya n dc o m p e t i t i v e p o w e re t c ，a l lo ft h e s em u s tr u nt h r o u g ht h ew h o l ec o u r s eo fn e t w o r kd e s i g n ， c o n s t r u c t ，o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e t h ep h y s i c a ll a y e rp a r a m e t e r so fa i ri n t e r f a c eo fw c d m a s y s t e mr e f l e c tt h e c u l t e n ts t a t ea n dp r o b l e m so fn e t w o r ki ns o m ed e g r e e t h em e a s u r e m e n to ft h e p a r a m e t e r so fa i ri n t e r f a c ep h y s i c a ll a y e ri st h ei m p o r t a n ts t e po f n e t w o r km a l f u n c t i o n d i a g n o s i s t h i sp a p e rf i r s tp u tf o r w a r dp h y s i c a ll a y e rm e a s u r e m e n tp r o j e c ta n d c o m p l e t et h ed e s i g no fm e a s u r e m e n ts o f t w a r eo fw c d m as y s t e mc o m b i n e dw i t h m w 7 7 7 aw i r e l e s sn e t w o r ka n a l y z e ro fs h i b a s o k ut h e nd i a g n o s e dt h ep r o b l e m s m a y b ee x i s ti nt h ef a c tn e t w o r kb ya n a l y z i n gt h ed a t ec o l l e c t e db ym e a s u r e m e n t s o f t w a r ea n dg a v et h es o l u t i o no f t h i sp r o b l e m s k e y w o r d s ：w c d m a ，p h y s i c a ll a y e r ， p r o c e d u r e s ，a i ri n t e r f a c e ， p h y s i c a lc h a n n e l ，p h y s i c a ll a y e r m e a s u r e m e n t - m a l f u n c t i o nd i a g n o s i s 缩略词 a i c h ( a c q u i s i t i o ni n d i c a t i o nc h a r m l e ) 捕获指示信道 a p a i c h ( a c c e s sp r e a m b l ea c q u i s i t i o ni n d i c a t i o nc h a n n l e ) 接入前缀一捕 获指示信道 b c c h ( b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l ) 广播控制信道 b c h ( b r o a d c a s tc h a n n e l ) 广播信道 b e r ( b i te r r o rr a t e 、 误比特率 b l e r ( b l o c ke r r o rr a t e l 误块率 b m c ( b r o a d c a s t v l u l t i c a s tc o n t r 0 1 )广播组播控制 b s ( b a s es t a t i o n l 基站 c a l ( c h a n n e la s s i g n m e n ti n d i c a t o r )信道分配指示 c c c h ( c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l ) 公共控制信道 c c h ( c o n t r o lc h a n n e l 、 控制信道 c c p c h ( c o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l )公共控制物理信道 c c t r c h ( c o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l )编码组合传输信道 c n ( c o r en e t w o r k l核心网 c d l ( c o l l i s i o nd e t e c t i o ni n d i c a t o r ) 碰撞检测指示 c d c a i c h ( c o l l i s i o nd e t e c t i o r d c h a n n e la s s i g n m e n ti n d i c a t o rc h a n n e l ) 碰撞捡n 信道分配指示信道 c p c h ( c o m m o np a c k e tc h a n n e l l公共分组信道 c p i c h ( c o m m o np i l o tc h a n n e l ) 公共导频信道 c s i c h ( c p c hs t a t u si n d i c a t o rc h a n n e l l c p c h 状态指示信道 d c c h ( d e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l l 专用控制信道 d l ( d o w n l i n k l 下行 d p c c h ( d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l ) 专用物理控制信道 d p c h ( d e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e l ) 专用物理信道 d p d c h r d e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l )专用物理数据信道 d s c d m a ( d i r e c t s e q u e n c ec o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 直接扩频一码分多 址接入 第6 5 页 d s c h ( d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l )下行共享信道 d t c h ( d e d i c a t e dt r a f f i cc h a n n e l )专用业务信道 e c ( a v e r a g ee n e r g yp e rp nc h i p )每码片的平均功率 e c n 0 ( r e c e i v e de n e r g yp e rc h i pd i v i d e db yt h ep o w e rd e n s i t yi nt h eb a n d ) 频带内每 一码片接收的能量除以功率密度 f a c h ( f o r w a r da c c e s sc h a n n e l )前向接入信道 f b i ( f e e d b a c ki n f o r m a t i o n )反馈信息 f e r ( f r a m ee r r o rr a t e )误帧率 f s w ( f r a m es y n c h i r o n i z a t i o nw o r d )帧同步确认 i o 在u e 天线连接器上测得的平均接收功率谱密度，包括信号和干扰 i s c p ( i n t e r f e r e n c es i g n a lc o d ep o w e r ) n o d e b o v s f ( o r t h o g o n a l v a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r ) p c c h ( p a g i n gc o n t r o lc h a n n e l ) p - c c p c h ( p r i m a r yc o m m o n c o n t r o lp y s i c a lc h a n n e l ) p c h ( p a g i n gc h a n n e l ) p c p c h ( p h y s i c a lc o m m o np a c k e tc h a n n e l ) p c p i c h ( p r i m a r yc o m m o n p i l o tc h a n n e l ) p d c p ( p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) p d s c h ( p h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) p h y ( p h y s i c a ll a y e r ) p i c h ( p i l o ti n d i c a t o rc h a n n e l ) p s c ( p r i m a r ys y n c h r o n i s a t i o nc o d e ) r a c h ( r a d o ma c c e s sc h a n n e l ) r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) r s c p f r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r ) r s s l ( r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t o r ) s c h ( s y n c h r o n i s a t i o nc h a n n e l ) 第“页 干扰信号码功率 w c d m a 基站收发信机 正交可变扩频因子 寻呼控制信道 主公共控制物理信道 寻呼信道 物理公共分组信道 主公共导频信道 分组数据会聚协议层 物理下行共享信道 物理层 寻呼指示信道 主同步码 随机接入信道 无线资源控制 无线网络控制器 接收信号码功率 接收信号强度指示 同步信道 s f ( s p r e a d i n gf a c t o r ) 扩频因子 s f n ( s y s t e mf r a m en u m b e r l系统帧号 s i r ( s i g n a l - t o i n t e r f e r e n c er a t i o )信干比 s t t d ( s p a c et i m et r a n s m i td i v e r s i l y )空时传输分集 t c h ( t r a f f i cc h a n n e l )业务信道 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s )时分多址接入 t f ( t r a n s p o r tf o r m a t l传输格式 t f c ( t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n ) 传输格式组合 t f c l ( t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r ) 传输格式组合指示 u e ( u s e re q u i p m e n t ) 用户设备 u l ( u p l i n k l上行 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 通用移动通信系统 u t r a ( u m t s t e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s )u m t s 陆地无线接入 w c d m a ( w i d e - b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 宽带码分多址 第6 7 页 南京邮电学院学位论文独创性声明 7 6 5 1 8 0 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名日期：越 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名子姆导师签名：圣叠垄鱼 第一章绪论 1 1 对w c d m a 技术研究的意义 移动通信系统从8 0 年代初投入商用以来，已经经历了从模拟通信向数字通 信的转变。随着移动通信的飞速发展，传统的以话音业务为主的第二代地面移动 通信系统已逐渐不能满足人们的要求，而新兴的数字业务，如e - m a i1 、视频传 输、文件下载等将成为移动通信中不可或缺的业务组成。因此，各大移动运营商 都在积极地部署第三代移动通信系统，国外已有3 g 系统投入商用。在作为3 g 标准的候选方案中，主要有三个方案，即c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 和t d s c d m a 。这 其中，t d - - s c d m a 是由我国提出，并享有自主知识产权的方案，因而受到国家的 重视，欧洲提出的w c d m a 则是为了实现与g s m 网络的兼容和从g s m 平滑过渡 到3 g 系统而设计的。我国移动通信用户数已到达两亿多，而其中绝大部分是 g s m 网络用户，移动运营商在部署3 g 的时候，期望能够实现与现有系统的兼容 和平滑过渡，以节约投资。因此，w c d m a 对于我国是一个具有竞争力的候选方案。 对w c d m a 的研究和各种测试，将成为w c d m a 网络建设的前提条件。 1 2 国内第三代移动通信系统的研究现状 在我国通信史上，大概没有一种技术能像3 g 那样受到如此普遍而持久的关 注。在现有四家最大的运营商中，中国联通和中国电信参与c d m a 2 0 0 0 测试，中 国移动和网通则进行v c d i a 的测试。国产设备商华为、中兴作为国内最大的两家 3 g 设备商，在北京、上海、广州三个城市与运营商同时进行w c d m a 测试。从测 试的情况来看，中国目前的3 g 运营环境已经趋于成熟。中国拥有自主知识产权 的t d s c d m a 标准被指定由国内六大运营商同时进行测试。 w c d m a 目前已经完成了s i m m e 之间的互操作测试，2 g 与3 g 之间的漫游和切 换( 室内) 测试，已进入到现场测试阶段。从2 0 0 4 年3 月底到4 月下旬，已经 完成了系统与终端之间的无线接1 ：3 互操作测试工作，5 月份开始了无线网络性 能、业务与应用等方面的测试。3 g 外场的第三次测试也在2 0 0 4 年底在广州完成， 可以预见，商用将很快实现。 第3 页 1 3 项目背景及本文具体内容 1 3 1 项目背景 随着社会的不断进步和发展，人们对通信的要求也越来越高，人们已不再满 足于现有的语音通话和简单的短信息等数据业务，而追求的是随时随地的通信， 而且是宽带通信，用手机上网，看电影等，因此3 g 应运而生，3 g 以其高的数 据带宽( 最高2 m b p s ) 和高的系统容量的优势必将成为通信的主流。 3 g 作为一种先进而又复杂的通信技术。其实现和运营都存在很大的技术难 度，尤其是对于没有任何3 g 运营经验的运营商来说，如何规划好这么一个庞大 的网络将成为各大运营商面临的一道难题。网络质量在很大程度上决定了用户 量，但任何移动通信网络不可能一步规划到位，网络建设是一个由规划不断走向 优化的过程，通过不断的去发现和修正网络中存在的各种问题，最终使网络达到 理想的运营状态，因此网络优化是3 g 网络建设的重要组成部分。同时3 g 网络 建设需要巨额资金的投入，运营商如何通过合理的网络规划、优化有效降低网络 建设、运营成本，用尽可能少的投资来提高整个网络覆盖水平及通信质量，在此 时显得极为重要，这样，就急需能指导网络规划与优化的测试设备和软件，来降 低运营商在3 g 网络建设中的成本。各个制造商为了争夺中国这块庞大的通信市 场，相应的规划软件和路测软件也相继出现。 1 3 2 本文具体内容 在3 g 系统中，最重要的一个接口是用户设备( u e ) 与基站( n o d eb ) 之间 的空中接口，即u u 接口。手机与基站之间的一些重要的信令传输都通过此接口 传输，其物理层的一些参量在一定程度上反应了网络的当前运行状态。 因此， 如何测量u u 接口的各项物理层参数，对这些参数进行各种分析，从中发现和定 位一些网络中存在的问题，成为了网络优化的一个重要环节。 本文的项目来源于日本芝测公司的w c d m a 网络优化项目。w c d m a 标准由日本 和欧洲提出，目前日本已把w c d m a 投入商用，具有一定的w c d m a 知识与网络运营 经验。芝测公司研发的m w 7 7 7 a 无线网络分析仪是一种测量w c d m a 网络空中接口 物理层参量和协议解析的仪器，本人参与了其配套软件的编写，配套软件的主要 第4 页 功能是把仪器的测量数据导入p c ，利用计算机强大的数据处理与图形表现功能 用各种形式( 列表和图形等) 表现测量数据。本文首先介绍了w c d m a 系统的一 些基本知识，然后给出了物理层测量的测量方案及测量软件的设计，在此基础上 通过对测量软件采集的数据的分析，诊断了w c d m a 实际运行中可能存在的各种问 题，并给出了问题的具体解决方法。 本文共分六章，第一章为绪论，介绍我国对3 g 研究的进展状况以及本论文 的大体情况。第二章为w c d m a 系统的基本介绍，包括系统各接口，主要参数等。 第三章重点介绍了w c d m a 系统空中接口的物理层设计，对空中接口协议，物理信 道，物理层过程，物理层的各项测量参数等进行了详细的描述和分析，这也是物 理层测量的理论基础。第四章给出了w c d m a 物理层测量的具体方案及测量软件的 设计与实现。其测量参数有公共导频信道( c p i c h ) 的r s c p ，e c n o ，s i r 值及码域 功率，多径等，这些都是诊断网络故障的参数。第五章通过对测量软件在实际网 络中采集的测试数据的分析，分专题对网络中可能存在的各种故障进行了分析和 诊断，并且提出解决问题的办法。第六章为全文的总结和展望。 第5 页 2 1 概述 第二章w c d m a 系统结构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，通用移动通信系统) 是采用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网 络( r a d i 0a c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r en e t w o r k ，c n ) 。其中 无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼q 和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交换域 ( c ir c u i ts w i t c h e dd o m a i n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ，p s ) 。 u t r a n 、c n 与用户设备( u s e re q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个u m t s 系统。 其系统结构如图2 一l 所示。 圈2 1 u m t s 的系统结构 从3 g p pr 9 9 标准的角度来看，u e 和u t r a n ( u m t s 的陆地无线接入网络) 由全 新的协议构成，其设计基于w c d m a 无线技术，而c n 受q 采用t g s m g p r s 的定义，这 样可以实现网络的平滑过渡，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 2 1 1u m t s 系统网络构成 u m t s 网络单元构成如图2 2 所示。 第6 页 u i il i i 。- 。- 。- 。：i 。- - 。- 。 i n o d ee 、 i i ：，不磊；高卜： i u $ 1 ml n o d eb pk ：墨型； c ui “b l i m e l l n o d e s 卜 _ 7 、 i 。d e b p一! 竺p一! ! 竺r 1 竺竺 _l ! 竺! ! ：= j i_ u e u t r n c n 图2 - 2u m t s 网络单元构成示意图 从图2 2 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出，u m t s 系统的网络单元包括如下 部分： 1 u l ! ( u s e re q u i p m e n t ) l b 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块 以及应用层软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电 路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、 i n t e r n e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 u e 包括两部分： m i i ( m o b i l ee q u i p m e n t ) ，提供应用和服务 u s i m ( u m t ss u b s c r i b e rm o d u l e ) ，提供用户身份识别 2 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i 0a c c e s sn e t w o r k ，u t r a n ) u t r a n ，即陆地无线接入网，分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 n o d eb n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基带 处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处理。 它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信 号和射频信号的相互转换等功能。 n o d eb 由下列几个逻辑功能模块构成：r r 收发放大、射频收发系统( t r x ) 、 第7 页 基带部分( b f l ) 、传输接口单元、基站控制部分。 r n c ( r a d i 0n e t w o r kc o n t r o l l e r ) r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能。具体如下： ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能； ( 2 ) 切换s n r n c 迁移等移动性管理功能； ( 3 ) 宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 l j c n ( c o r en e t w o r k ) c n ，即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。由于本论文 中没有涉及到这一单元，在此不作详细介绍。 4 e x t e r n ain e t w o r k s e x t e r n a ln e t w o r k s ，即外部网络，可以分为两类： 电路交换网络( c f in e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接服务，象通话服务。 i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e r n e t 属于分 组数据交换网络。 2 1 2 系统接口 从图2 2 的u m t s 网络单元构成示意图中可以看出，3 g 的w c d m a 系统与2 g 的g s m 网络相比，c n 部分的接口变化不大，u t r a n 部分主要有如下接口： 1 c u 接口 c u 接口是u s i m 卡$ 1 m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接口。 2 u u 接口 u u 接口是w c d m a 的无线接口。u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定网络部分， 可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的开放接口。3 g 相对于2 g 最大的变化就表现为 此接口的变化。 3 t u 接口 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口。类似于g s m 系统的a 接口和g b 接口。i u 接口 是一个开放的标准接口。这也使通过i u 接口相连接的u t r a n 与c n 可以分别由不同 第8 页 的设备制造商提供。 4 f u r 接口 i u f 接口是连接r n c 之间的接口，i u r 接口是u m t s 系统特有的接口，用于对r a n 中移动台的移动管理。比如在不同的r n c 之间进行软切换时，移动台所有数据都 是通过 u r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c 。i u r 是开放的标准接口。 5 i u b 接口 i u b 接口是连接n o d e b 与r n c 的接口，l u b 接口也是一个开放的标准接口。 这也使通过i u b 接口相连接的r n c 与n o d eb 可以分别由不同的设备制造商提 供。 2 2u u 接口介绍 w c d m a 网络u t r a n 部分的标准接口主要包括u u 、i u b 、i u r 、i u 等。 w c d m a 的网络接口具有以下三个特点 所有接口具有开放性； 将无线网络层与传输层分离； 控制面和用户面分离。 由于本论文只涉及到n 口的物理层测量，因此只介绍u u 接口。 2 2 1u u 接口协议 无线接口一般指用户设备( u e ) 和网络之间的u u 接口。无线接口的协议结构如 图2 3 所示，无线接口分为三个协议层： 物理层( i 。1 ) ； 数据链路层( l 2 ) ； 网络层( l 3 ) 。 l 2 被进一步分成媒体接入控制层( m a c ) 、无线链路控制层( r l c ) 、分组数 据会聚协议层( p d c p ) 和广播多点传送控制层( b m c ) 。 l 3 和r l c 被分成控制面和用户面。p d c p 和b m c 仅在用户面存在。 在控制面，l 3 被分成几个子层。处于最底的子层被称为无线资源控制层 ( r r c ) ，它属于接入层，终止于u t r a n 。r r c 之上的子层提供“复制避免 第9 页 ( d u p l i c a t f o na v o i d a n c e ) ”功能，它终止于c n ，向高层提供非接入层业务。 高层信令如移动管理( ) 和呼叫控制( c c ) 属于非接入层。 r l c 子层提供与无线传输技术紧密相关的自动重复请求( a r q ) 功能。r i 。c 在 控制平面和用户平面上没有差别。 g 郴哗 g 掣举举 m 删。 图2 3 无线接口协议结构 l 3 r a d i o 1 1 e a 陀r s l 2 p d c p l 2 b m c l 2 ，r l c l o g i c aj c h a n n e l s l 2 ，m a c t r a n s p o r t c h a n n e l s l l 图23 中的方框代表对应协议的一个实体。同层通信的业务接入点( s a p s ) 用 圆圈在层与层之间的接口处标识。位于m a c 和物理层之间的业务接入点提供传输 信道。位于r l c 和m a c 之间的业务接入点提供逻辑信道。在控制面里，“复制避免” 和高层( 移动管理，呼叫管理) 之间的接口被定义为通用控制、通知和专用控制 业务接入点。 从图2 3 中可以看到：在r r c 和r l c 、r r c 和m a c 、r r c 和i 。1 、r r c 和p d c p 以及r r c 第l o 页 和b m c 之间存在连接。r r c 通过这些接口控制低层的配置。因此，在r r c 和每个低 层( p d c p 、r l c 、m a c 和l 1 ) 之间分别定义了一个独立的控制业务接入点。 2 2 2u u 接口一般原则 u u 接口是一个开放的接口，实现不同厂商的n o d e b 和0 e 进行互连； 物理层功能基本上在n o d e b 实现； m a c 层以上协议基本上在r n c 终结，无线资源由r n c 集中管理； 采用逻辑信道传输信道物理信道3 层映射关系； 测量根据r r i l 算法需要可配置，n o d e 8 对测量报告不做处理。 2 , 2 3u u 接口功能 广播、寻呼和r r c 连接功能： 切换和功率控制的判决和执行； 无线资源的管理和控制； w c d m a 基带和射频处理。 2 3w c d m a 系统主要参数 2 3 1w c d m a 系统空中接口的主要参数 表1 2w c d 姒系统空中接口的主要参数 多址技术 d s c d m a 双工方式f d d t d d 基站同步方式异步方式 码片数率3 8 4 m 兆码片秒 帧长度 1 0 m s 业务复用形式质量要求不同的业务复用到同一物理连接上 多速率支持方式父理翠埘频利多岿传牺 检测方式采用导频符号或导频信道的相关检测 新技术应用标准支持多用户检测和智能天线的应用 第1 1 页 w c d m a 系统是宽带直接序列扩展码分多址( d s c d m a ) 系统，即用户的信息比 特和来自c d m a 扩频码序列集的伪随机序列比特( 也称为码片) 相乘，得到 频域内的宽带信号。w c d m a 采用了变扩频因子和多码传输技术，实现高速的 物理连接( 2 l b p s ) 。 w c d m a 的码片数率达3 8 4 m 码片秒，载波宽度约5 m h z ，而t s 一9 5 的d s c d m a 系统的带宽略大于1 m h z ，称为窄带c d m a 系统。w c d m a 的宽带特性支持高速 的用户数据传送和更好的多径分集效果。网络运营商可以用多个小区层的方 式实现多个5 m h z 的带宽以增加容量。按照载波干扰的大小，实际载波的宽 度在4 4 - 5 m h z 间选择，载波间的空白频带是2 0 0 k h z 的倍数。 w c d m a 支持变用户速率传输，即可以实现带宽点播( b a n d w i d t ho i l d e m a n d ：8 0 d ) 业务，每i o m s 的用户帧内的速率保持不变，但是帧与帧之间 所承载的用户信息量可以变化，这种快速无线容量分配技术由网络控制，以 优化分组数据业务的流量。 w c d m a 支持两种基本的双工模式：频率复用( f d d ) 和时分复用( t d d ) 。在 f d d 模式下，上行链路和下行链路各占5 m h z 的频带，而在t d d 模式下，上行 链路和下行链路时分复用5 娜z 的频带，上行是指手机到基站的无线物理连 接，下行链路是指基站到手机的无线物理链路。 w c d m a 的基站间的同步方式为准同步，而i s 一9 5 采用的是g p s 为参考的全球 定时信号进行同步。w c d m a 的同步方式的优点是网络拓展到室内和微蜂窝环 境时的成本低。 w c d m a 系统因为采用了导频符号和公共导频信道，所以上行链路和下行链路 都是相关检测。i s 一9 5 系统的下行链路采用相关解调方法，上行链路是非相 关解调的方法。w c d m a 上行链路采用相关检测，可以带来上行链路容量和覆 盖范围的增加。 w c d m a 的空中接口定义有助于多用户检测和智能自适应天线技术这样的新技 术的应用，网络运营商可以通过在系统中配置新技术来增加容量和覆盖范 围。 w c d m a 网络支持与g s m 网络的接口。 第1 2 页 2 3 2 系统物理层的基本特点 与窄带c d i a 相比，w c d i a 系统物理层具有如下显著的特点： 为了满足不同业务的需要，采用可变扩频因子( o v s f ) 技术，下行扩频因子 为4 5 1 2 。 除了使用窄带c d m a 中的卷积编码技术，还增加了用于高速数据业务传输的 t u r b o 编码技术。 在上下行链路均采用了相干解调技术，所以在帧结构上有了很大的调整：除 了对应i s 一9 5 业务信道的专用物理数据信道( d p d c h ) 以外，还增加了带有 功率控制比特以及用于信道估计的导频符号的专用物理控制信道( d p c c h ) 。 专用物理控制信道是为了正确接收专用物理数据信道的数据而设置的。 w c d m a 允许一个用户发送多种业务，同时为了更充分的利用资源，应用了包 括数率匹配在内的信道复用技术。 w c d m a 没有采用g p s 系统，它是一个准同步系统，因此它由个独特的小区 搜索过程。 用复扰码来标识基站和用户：用户采用周期为2 一l 的g o l d 序列，基站是 周期长度为2 一1 的g o l d 序列。 为硬切换的测量需要，引入上行链路和下行链路的压缩模式。 支持多种提高系统性能的技术：如智能天线，多用户检测等。 2 4 本章小结 本章首先介绍了w c d m a 系统的结构，对网络中最要重要的接口u u 接口进行 了概述，同时介绍了w c d m a 系统空中接口的一些主要参数和物理层的一些主要特 点。 第1 3 页 第三章w c d m a 空中接口物理层设计 物理层是衡量不同体制的移动通信系统性能的主要方面之一。从手机和基站 设备的基带处理能力而言，物理层关系到设备的复杂度。终端与基站之间的单纯 物理链路采用何种信号处理的结构，直接关系到整体的业务性能，并且对其它层 的协议，例如，切换协议的实现也有很大影响。同时，物理层的设计也是物理层 测量软件设计的理论基础。 3 ，1 物理层概述 3 1 1 物理层接口 物理层处于无线接口协议模型的最底层，它提供物理介质中比特流传输所需 要的所有功能。物理层与媒体接入控制层( m a c ) 及无线资源控制层r r c 的接口 如图3 1 所示。物理层与m a c 层实体相连，相互之间的通信。是由物理层【) h y 原语 来完成的，与r r c 层的接口相互问的通信是用原语c p h y 原语。 # 三层 i 无线资源掣竺 l 毒二层 l媒体接入孳掣m a c ) 黔层、j 一y 腓j 、哪原语 、-，、_， 物理层 3 1 2 物理层向上层提供服务 图3 - - 1 物理层接口 物理层通过m a c 子层的传输信道实现向上层提供数据传输服务，传输信道特 性由传输格式定义，传输格式同时也指明物理层对这些传输信道的处理过程。物 理层的操作严格按照无线帧的定时进行，传输块定义为能被物理层联合编码的数 据，传输块的定时与无线帧严格对应，每l o m s 或l o m s 的整数倍产生一个传输块。 第1 4 页 一个u e 可同时建立多个传输信道，每个传输信道都有其特征。每个传输信道都可 为一个无线承载提供信息比特流的传输，也