3G移动通信系统及技术应用

1、移动通信技术、（第3版）第4章3G移动通信系统及技术应用第4章3G移动通信系统及技术应用内容-第三代移动通信系统总体要求和系统结构-WCDMA、cdma2000>TD-SCDMA的网序结构、无线接口和关键技术h重点-WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA的网络结构、无线接口、关键技术W难点、-WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA的无线接口2|目的和要求、-掌握WCDMA、cdma2000.TD-SCDMA各系统关键技术、时隙帧结构-理解WCDMA、cdma2000.TD-SCDMA各系统无线接口中信道配置4.13G概述IMT2000：预计2002年左右商用使用2GHz频

2、段家族概念#1,对IMT-2000系统的总体要求 服务质量方面：话音质量改进；无缝覆盖；降低费用；业务质量（传输、延迟）改进；增加效率和能力 在新业务和能力方面：每一方面都有很强的灵活接入能力、业务能力,'实现1G和2G中不能实现的新话音和数据业务；以较低费用提供宽带业务，提高网络竞争能力；按需自适应分配带宽 在发展和演进能力方面：I与2G共存、互通，实现2G到3G的平滑过渡 在灵活性方面：提供更高级别的互通，包括多功能、多环境能力、多模蜀操作和多频带接入H512.IMT-2000系统结构组成：X-由四个功能子系统组成：核心网CN、无线接入网RAN、移动台MT和用户识别模块UIMt：t

3、：t：tU1M-MT接口无线接口RAN-CNNNI接口(UIM)(UNI)接口7系统标准接口- 网络与网络接口NNI- 无线接入网与核心网间的接口RAN-CN- 无线接口UNI- 用户识别模块和移动台间的接口UIM-MT结构分层物理层、链路层和图层应用-需要同时支持电路型业务和分组业务，并支持不同质量、不同速率业务4.2 WCDMA WCDMA标准的演进 WCDMA无线接入技术 WCDMA中的关键技术4.2.1WCDMA标准的演进R99-核心网继承了GSM/GPRS的网络结构;即保留了GSM电路交换部分，增加了分组域部分；无线网络部分引入了全新的、基于宽带CDMA技术的无线接入网络1|H-R9

4、9重点考虑GSM网络向WCDMA网络的平滑演进 网络结构方面，R99核心网与GSM保持一致 网络接口和协议方面，R99进行了更多的改进和优化I 业务能力方面W 业务计费方面1 网络设备从R99到R4网络的演进- R4版本只是在无线技术方面提由些改进来提高系统性能。- R4无线接入网正式引入TD-SCDMA技术。- 演进4 核心网方面，在电路域R4引入了软交换概念 网络结构的差异 承载网的差别 信令网的差别 组网模式的差异1从R4到R5网络的演进-R5版本的目标是构造全IP移动网络，在研究过程中分为R5、R6两个版本、 R5主要定义了全IP网络的架构' R6重点集中于业务增强及与其他网络

5、的互通方面-R5在无线接入网和核心网领域进行了重大改进.演进I. 无线接入网方面 核心网方面 两个重点-在无线接入网实现分组化，作为可选承载方式，实现高速数据接入功能：-在核心网增加IMS域，实施IP多媒体业务和全IP网络。1R6版本-在网络架构方面，R6主要是增加八些新的功能特性，及对已有功能特性的增强。-演进4 引入HSDPA 多媒体广播和多播业务 增强RAN IMS第二阶段 基于不同IP连接网的IMS互通 Push业务 增强安全1 网络共享y 增强QoS 计费管理154.2.2 WCDMA无线接入技术R7版本-主要继续R6未完成的标准和业务而定工作-WCDMA系统的整体演进方向 网络结构

6、向全IP化发展 业务向多样化、多媒体化和个性化方向发展 无线接口向高速传输分组数据发展 小区结构向多层次、多制式、重复覆盖方向发展 用户终端向支持多制式、多频段方向发展 UMTS系统结构 UTRAN体系名吉构 主要接口 空中接口1. UMTS系统结构UMTS是采用WCDMA空中接口技术的3G,通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统由核心网CN、UMTS陆地无线接入网UTRAN和用底设备UE组成|UMTS网络在设计时遵循以下原则-RAN与CN功能尽量分离，即对无线资源的管理集中在RAN完成,而与业务和应用相关功能在CN执行其中，CN与UTRAN的接口定义为lu,UTRAN与UE的接口为Uu接

7、口Node BNodeBNode BNodeBRNCUTRANMGWSGSNMSC/VLR GMSC Sener - Server UE是用户终端，主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块及应用层软件模块等 UTRAN负责处理所有与无线通信有关的功能，包括NodeB和RNC两部分 CN负责对语音及数据业务进行交换和路由查找，以便将业务连接至外部网络。包括MSC/VLR、GMSC、SGSN、GGSN、HLR等网络单元。W UMTS中的接口主要有Cu、Uu、lu、lur、lub等12.UTRAN体系名吉构 UTRAN包含许多无线网络子系统RNS,一个RNS由一个RNC和一个或多个NodeB组

8、成 一个NodeB可支持FDD或TDD模式' 在TDD模式中有3种可选码片速率：7.68Mchip/sTDD,3.84Mchip/sTDD和1.28Mchip/sTDD(1)RNCRNC用于控制UTRAN无线资源，通过lu接口与CS域MSC和PS域SGSN及广播域BC相连，在移动台和UTRAN间的无线资源控制RRC协议在此终止。、 控制RNC(CRNC)：控制一个NodcB的RNC叫该NodeB的,CRNC负责对其控制小区的无线资源进行管理 服务RNC(SRNC)：管理UE和UTRAN间的主线连接,；.它是对应于该UE的hi接口和Uu接口的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数

9、、是否进行越区切换、开环功率控制等基本的无线资源管理都是由SRNC来完成的。一个UE某一时刻有且只有一个SRNC。 漂移RNC(DRNC)：除SRNC夕卜，UE所用到的RNC为DRNC,控制着移动终端使用的小区。如有需要，DRNC可进行宏分集合并和分裂。一个UE可以没有，也可有个或多个DRNC一个RNC实体通常包含CRNC,SRNC和DRNC的功育自(2)UTRAN功能 用户数据传输 系统接入控制功能 无线信道加密和解密 移动性功能 无线资源管理和控制功能 同步功能 广播/多播业务相关功能3.王要接口lub接口：RNC与NodeB间的接口，用来传输RNC和NodeB间的信令，及来自无线接口的数

10、据lur接口：两个RNC间的逻辑接口，用来传送RNC间的控制信令和用户数据21III接口：连接RNC和CN的接口，用于传输RNC和CN间的控制信息和用户信息，主要负责传递非接入层的控制信息、用户信息、广播信息及控制lu接口上的数据传递- 三个lu接口：lu-CS接口（面向电路交换域）、lu-PS接口（面向分组交换域）和lu-BC接口（面向广播域）- 在分立的CN结构中，CS和PS域中存在各自的信令连接和用砧数据连接，对无线网络层和传输层均如此。、在联合的CN结构中，CS和PS域中存在各自的用户数据和信令连接控制部分连接SCCP,对无线网络层和传输层均如此。- Iu接口中，高层实体控制着许多底层

11、实体。 一个CN接入点可连接到一个或更多的UTRAN接入点； 对PS域，每个UTRAN接入点不能连接多于一个的CN接入演，除了非接入层节点选择功能NNSF被采用时，或RNC在多运商核心网结构中共享时：W 对CS域，每个UTRAN接入点可连接多于一个的CN接入点： 对于BC域，每个UTRAN接入点只有连接一个CN接入点254.空中接口(1)无线接口分层-层1(L1)物理层一层2(L2)MAC层一层3(L3)RRC层扩频和调制PSTNISDNPLMNPSPDN来自MAC层的数据(TB)信道编码与复用物理层技术的实现解调与解扩解复用解码映射到MAC层物理层的数据处理过程i公共传输信道 传输信道 物理

12、信道 传输信道到物理信道的映射传输信道r专用传输信道一J专用信道dch1增强型专用信道EDCH广播信道BCH前向接入信道FACH寻呼信道PCII随机接入信道RACH下行共享信道DSCH公共分组信道CPCH高速下行共享信道专用传输信道：传数据、信令某一时刻对一个用户有效，只有一个用户解码（UE通过物理信道识别PN、时间公共传输信道所有二组用具解码，即使某一时刻仅对一个用户有效- 广播传输信道BCH1：小区特定信息- 前向接入信道FACHI：知道UE所在小区时，传送控制信息或短分组（慢速功控）1- 寻呼信道PCH1：寻呼用户骑机接入信道RACH传送来自UE的控制信息和短分- 永行共享信道DSCH1

13、：传几个专用控制或业务数扁勺UE共享，只含数据t控制信息利用DCH）I- 公共分组信道CPCH传送少量数据分组271物理信道由载波频率、码（信道码和扰码）、相位确定物理信道包括3层结构：超帧、无线帧和处- 超帧长720ms,包括72个无线帧- 无线帧包括15个时隙的信息处理单元；时长10ms- 时隙包括一组信息符号的单元，每时隙符号数取决于物理信道1#上行物理信道上行分用物理信道上行公共物理信道,'t：行号用物理数据信道DPDCH|上行以DCH夕阳物理数据信遒E-DPIXHh行。用物理控制信道DPCCII上行E-DCH专用物理控制信道E-DPCCHJHSDSCH传输有关的上行专用控捌信

14、道HS-DPCCH物理两机接入信道PRACH物理公共分组信道PCPCH卜行专用物理信道'下行专川物理伍道DDPC11同部型专用物理信道F-DHXH1E-DCH相时准予信道E-RGCHEDCH混合自动重传指示信道E-HICH1下行.物理信道公共控制物理J基本公共控制物理信道PYCPCII信道CCPCH辅助公共控制物理信道SCCPCH同步依道SCH理本同步信道,SCH辅助向步信道S-SCH下行公共物理信道物理卜行共享信道PDSCH寻呼指示信道PICH捕获指示信道AICH公共球频信道CPICH高速共享控制信道HS-SCCII高速下行物理共享信道HS-PDSCHE-DCH绝对准予信道E-AGC

15、1IMBMS指示信道MICH|专用物理信道：传送专用数据和相应的控制信息公用物理信道：- PRACH：承载RACH进行终端接入- PCPCH：用来传送CPCH,作为数据传送的补充，主要用于突发数据- CPICH：不承载任何高层信息，也没有任何传输篇道映射，用于区分扇区- SCH：用于小区搜索过程中的同步.根据在小区搜索中所起作用分成P-SCH和S-SCH,并彳急送 P-SCH在每个小区中都使用相同的长度为256chip的主同，码PSC,在每个时隙内重复发射：一旦UE识别出S-SCH,在得到帧同步和时隙同步的同时，也得到小区所从属的组的信息，只有当UE开机或进入新的覆盖区时，才需在初始搜索过程对

16、所有的码组进行全面搜索。U SCH没有传输信道映射，采用时分方式的复用3()|# CCPCH：根据承载的传输信道的不同分为P-CCPCH和S-CCPCH CCPCH与下行DPCH的主要区别在于CCPCH不支持内环功率控制 PCCPCH和S-CCPCH主要区别在于映射到P-CCPCH上的BCH的TFC是固定的，WS-CCPCH则可通过TFCI支持多种TFC-P-CCPCH：承载BCH的物理信道，用于传送广播信息-S-CCPCH：承载FACH和PCH,完成接入控制而寻呼- A1CH：与PRACH相配合，用于传送捕获指示ALAI对应基站接收到的PRACH的特征标记序歹U- PICH：用来传送寻呼指示

17、PI,与一个S-CCPCH（对应传输信PCH的映射）一同配合为UE提供有效的休眠工作模式、PDSCH：用于传送DSCH,与PCPCH相似，主要传送非实时的奥发业务，可通过正交码由多个码分用户共享31传输信道到物理信道的映射 DCH经编码复用后的数据流直接顺序映射到专用物理信道 BCH、FACH、PCH经编码交织后分别按序映射到P-CCPCH、S-CCPCH传输信道物理信道DCHDPDCHDPCCHF-DPDCHE-IKHE-DPDCHE-DPCCIIE-AGCHE-RGCHE-HICHRACHPRACHCPICHBCHP-CCPCHFACH二ZSCCPCHPCH-SCHAICHPICHMICH

18、-DSCHHS-PDSCHHS-SCCHHS-DPCCHI RACH编码交织后按序映射到PRACH的消息部分4.2.3WCDMA中的关键技术 主要技术及参数 扩频与调制技术 信道编码与复用 RAKE接收和多用户检测技术 空时码技术 物理层相关进程1.主要技术及参数 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行 信号带宽：5MHz 码片速率：3.84Mc/s 发身寸分集方式：TSTD、STTD、FBTD 信道编码：卷积码、Turbo码. 调制方式：QPSK 功率控制：上下行闭环、开环功率控制 解调方式：导频辅助的相干解调方式 语音编码：AMR（自适应多速率话音编码）35WCDMA与GSM指标的比较WC

19、DMAGSM载波间隔5MHzQOOKHz频率重用系数1功率控制频率1500Hz2Hz或更低服务质量控制QoS无线资源管理算法网络规划（频率规划）频率分集可采用Rake接收机进行多径分集跳频分组数据基于负载的分组调度GPRS中基于时隙的调度.下行发分集支持，以提高下行链路的容量标准不支持，但而|以应用语音演进、- WCDMA：AMR语音编码- 速率：4.75Kbit/s12.2Kbit/s- 软切换和发射分集，提高容量;- 提供高保真的语音模式- 进行快速功率控制# 数据演进- 支持最高2Mbit/s的数据业务- 支持包交换（目前采用ATM平台）I- 提供QoS控制- 公共分组信道CPCH和下行

20、共享信道DSCH,更好地支持Internet分组业务，提供移动IP业务（IP地址的动态赋值）- 传输格式指示TFCI域提供动态数据速率的确定，提供高质量的上下行不对称的数据业务的支持1如语音，可视电话，会议电视372.扩频与调制技术物理信道成帧后，需对物理信道的数据流进行扩频、加扰扩频又叫信道化操作-发：用扩频序列与信号相乘，提高速率，增加带宽收：用相同的扩频序列与接收信号相乘解扩、-用来转换的数据序列符号叫信道化码i在WCDMA中采用OVSF作为信道化码；每个符号被转化成的码片数目为扩频因子、第二步操作为加扰，用一个伪随机序列与犷频后的序列相乘,对信号起加密、扰乱作用。扰码的码片速率与己扩频

21、符号相同，因此不影响符号速率上行链路物理信道加扰的作用是区分用户，卜.行链路加扰可区分基站和信道，因此选择的扰码间必须有良好的自相关性。WCDMA采用Gold序列作扰码同步信道的扩频和调制 SCH是一种特殊的物理信道，在物理层上不可见 SCH供UEH于搜索小区，且不经过小区主扰码加扰因为UE须能在获得下行链路扰码信息之前和小区取得同步E同步码PSC序列只有个，用于WCDMA的所有小区的所有时隙,不经过调制发送%-辅助同步码SSC共有16个，经排列组合，选16个编成一组，咫共64个不同的码组序列，与下行主扰码的64个扰码组一一对应小区选用SSC的步骤：- 先找到本小区的主扰码属于哪个扰码组- 然

22、后找到对应的SSC序列- 每个I时膜对应一个辅扰码号，根据此扰码号可计算出同步信量的同步码子w在实际系统中，不同小区选用不同的序列模式，不同时隙选用不同的S-SCHSSC发送时不经过加扰同步码字包含了BCH是否采用开环发送分集的信息，且同步信道是WCDMAFDD唯一采用时间倒换发送分集TSTD的信道。3.信道编码与复用WCDMA系统信道复用过程与物理借道编码过程不可分：来自高层的业务数据经过封装，以传输信道数据的形式进入物理层-物理层对来自高层的数据进行编码再发翁Q-在接收端，数据在物理层被译码后再送往上层物理层的信道编码包括检错编码、纠错编码、速率匹配和交织wHWCDMA系统的系统曳用过程是

23、为并发业务分配无处资源、保证其业务质量、并将传输格式通知接收机过程；!具体到物理层，就是把承载了用户信息的传输信道与其控制信息进行组合，再映射到物理信道，进行发送的过#（1）传输格式参数传输格式TF- 物理层提供给MAC子层（或反方向）的一种格式- 用于指示传输信道上一个TTI期间内的传输块集合TBS的传输- 由两部分组成：动态部分和半静态部分I动态部分包括传输块的大小和传输块集合的大小TBSS半静态部分包括传输时间间隔TTI、纠错方式（如如rbo码、卷积码、静态速率匹配后的码率、CRC的比特数等）传输格式集合TFS-描述一个特定传输信道的所有TF的集合-在一个TS中，所有的TF的半静态部分是

24、相同的，一不传输信道的可变比特速率是通过在每个传输时间间隔间改变TFS的内容和传输块集合的大小来达到的I即在一个传输块集合中的各个TF的动态部分不同41I传输格式组合TFC-物理层可复用一个或几个传输信道，每年传输信道都有一个可用的TF列表（即TFS）、-TFC是现有的几种TF的组合V.这些TF可同时被用于一个编码组合传输信道，其中的每个传输信道只有一种对应的TF、传输格式组合集合TFCS- 由高层指定的，描述一个编码组合传输信道的参数- 当数据信息映射到物理层时，MAC在由高层给定的TFCS中选择-利哈适的TFC- 因在不同的TFC间只是动态部分不同，实际上MAC就能控制B的动态部分- TF

25、C的选择可看作是无线资源的快速方法- MAC通过它能将物理层所具有的可变速率的业务处理能力充分如用43传输格式指示TFI-TFI是一个标号，对应于TFC中某个特定的斗-一个传输块集合在MAC与物理层间交换时，传输格式指示用来进行层间的消息交换传输格式组合指示TPCI- 物理层根据上层发来的TFI信息，根据系统指定的对应关系，国得一个个指示信息，对应于一个编码组合传输信道上目前所用的传输格式组合、耳- 即TFCI与个特定的TFC对应，用来通知接收方目前所用的TFC- 由此，当接收机检测出TFCI后，就可知道复用到对应的数据贞10ms上的传输信道的TFC和各个传输信道所对应的TF,包括此时各传输信

26、道的比特速率、传输时间间隔、所使用的CRC长度、编码类型和编码率,- 依据复用和编码流程，可推断出此时精确的复用方案和速率匹配方案，即此时所映射到的物理信道的他速率及所使用的扩频因立43|（2）传输信道的二般编码和复用在每个传输时间间隔里，来自高层的数据封装在传辎块集合中到达物理层的缢码/复用单元-传输信道的传输时间间隔的格式有10ms、20ms>40ms和80ms-其中DCH仅在系统帧号为512时才能使用80ms格式信道编码/复用的一般步骤如下1-在每个传输块后面添加CRC校验比特：传输块级联和徽鬻总嗖耨激裂喋瓢藕喋输腕的复用；物理信道的分割；映射到物理信道VI-从传输信道复用模块出来的单一数据流（包括下行链路MdTX指示位）就是CCTrCH一个CCTrCH可映射到一个或多个物理信道#（3）传输格式检测传输信道的TFS中包含多个TF时，接收端需进行传输格式检测，有以下几种方法、- 当TFC在TFCI域中传输时，可通过TFCI检测- 显式盲检测：通过传输信道的编码和CRC法式检测TF- 引导检测：将CCTrCH中的另外一个传输信盾祚为参考，此参考信道与需要检测