第三代移动通信系统及其增强技术

1、第7章第三代移动通信系统及其增强技术7.1概述 7.2WCDMA系统 7.3CDMA 2000系统 7.4TD-SCDMA系统 7.53G新成员WiMAX 7.6三大CDMA标准比较 7.73G的演进及4G后3G的研究 7.1概述第三代移动通信的开展人类对通信的最高理想是具有完全个人化的、满足全球连续覆盖的、能提供高质量的宽带综合业务的个人通信。个人通信应做到任何人Whoever在任何时候Whenever和任何地点Wherever都能和另一个人Whomever进行任何方式Whatever的通信。移动通信系统的产生促进了个人通信的开展，为个人通信打下了良好的根底。自20世纪80年代出现了第一代移

2、动通信系统，即模拟移动通信系统以来，移动通信得到了极其迅速的开展。随着移动用户的增加和移动技术的开展，出现了第二代移动通信系统，并且在全球得到了迅速的应用。1990年欧洲ETSI制定了泛欧数字移动通信系统GSM技术标准；3第三代数字蜂窝移动通信系统3G的主要特点： 支持移动多媒体业务 宽带CDMA技术 高频谱效率 FDMA/TDMA/CDMA 从电路交换到分组交换 从媒体(media) 到 多媒体(Multi-media) 高保密性 全球范围无缝漫游系统 微蜂窝结构 3G主流技术： WCDMA cdma2000 TD-SCDMA 国家行为第三代移动通信产业形成第三代移动通信产业的主要障碍知识产

3、权：WCDMA和CDMA2000涉及200多公司的2000多项专利韩国三星生产WCDMA估计要缴纳销售额18%的专利费！TD-SCDMA的核心专利在大唐等少数公司手中，完全可能按ITU的原那么，将专利提成控制在非常合理的范围内微电子工业根底：注定我国搞ASIC不如软件无线电国家和运营商的态度：如果没有国家的支持，保证在现场试验成功的根底上大量使用TD-SCDMA，那么根本不可能形成产业规模希望研究，日本、韩国的移动通信产业是如何开展起来的？美国、欧洲的政府是如何对待第三代移动通信的？国家行为,以TD-SCDMA为契机，集中力量，使通信制造业获得翻身的时机2G3G最高限速GSM：9.6KGPRS

4、：56K最高限速3G384K2.4M2G3G倍增的無線傳輸速度VIBO Confidential / 63G VIBO Confidential / 73G应用 3G影像信箱留話(畫)多方視訊會議隨時收看比賽實況傳送影片給朋友电视VIBO Confidential / 103G 远程监控VIBO Confidential / 11炒股VIBO Confidential / 12定位世界上许多学术机构和各种标准化组织对个人通信提出了许多不同的方案。第三代移动通信的实现将成为实现个人通信的一个重要的里程碑。如未来公众陆地移动通信系统FPLMTS即国际电联ITU的2000年国际移动通信系统IMT-2

5、000或欧洲的通用移动通信系统UMTS，这些系统很大程度上是建立在第二代移动通信系统获得极大成功的根底上的。第三代移动通信系统的目的在于支持大量各种类型的业务，如从语音业务、8kb/s的低速率数据业务，到384kb/s以及2.048Mb/s的高速率数据业务，系统支持电路交换和分组交换，可工作在都市、乡村、丘陵和山区地形，微小区、微微小区以及室内等任何无线环境，可在任何地方、在任何时间向任何人提供个人通信业务。 国际电联以及各地区组织十分重视对第三代移动通信系统的研究和开展。IMT-2000第三代移动通信系统是国际电联在1985年提出的。IMT-2000系统的标准制定是由ITU-T和ITU-R负

6、责的。ITU-T各相关分组主要制定IMT-2000系统的概念、业务框架、系统网络结构、信令和协议、平安管理等的标准，并提出和形成了相应的一系列建议和工作方案。ITU-R主要负责无线接口标准，并于1997年初发出通函，要求各国从1997年3月开始到1998年6月止，提交候选IMT-2000无线传输技术RTT。对候选技术的评估，从1997年10月开始到1998年9月结束。ITU在1993年3月前完成了IMT-2000无线传输技术关键参数确实定，并于1999年12月完成了IMT-2000的无线传输技术标准和各接口的标准。 在欧洲，基于GSM演进的第三代移动通信系统被称为UMTSUniversalMo

7、bileTelecommunicationSystem。ETSI对UMTS进行标准化的工作始于1990年。欧洲的UMTS由欧洲电信标准化协会ETST负责其标准化工作。经广泛、深入的研究后，ETSI在1998年1月巴黎会议上决定了UMTS的空中接口UTRA技术，即对频分双工FDD方式，采用宽带CDMAWCDMA，以满足室外高速移动环境；对时分双工TDD方式，那么采用TD-CDMA，以便兼容第二代系统，同时移动终端能兼容两种模式的操作。需要指出的是，移动卫星通信技术是实现广域、国际、洲际间个人通信的重要手段。利用移动卫星通信的个人通信网，才能真正实现在世界上任何地方、任何时间、与任何人进行通信的个

8、人通信目标。VLRMSCVLRMSCGMSCBSCBTSBTSAbisBSSAUCHLRPSTNEDCHAPSTNBSCBTSBTSAbisBSSA移动通信网络结构WCDMA 网络结构Node BcellcellcellMEUSIMSIMMEUSIMSIMMEUSIMSIMNode BcellcellcellNode BcellcellcellRNCRNCMSCSGSNGMSCGGSNVLREIRHLRAuCUEIurIubUuEEDPSTNBFCGsGfGrGnGiGpGcIuIuCSCN:Core NetworkRNSRNSIuPSFDD Mode only2G 与3G网络结构VLRMSC

9、VLRMSCSGSNGMSCBSCBTSBTSAbisBSSBSCBTSBTSAbisBSSAUCHLREIRPSTNEDCFHAGSMPSTNGGSNPDNGbGpGcGfGnGrGsGPRSOther PLMNRNCNodeBNodeBIubRNSRNCNodeBNodeBIubRNSIurIu-CSIu-PSIu-PSIu-CSUMTSGiPLMN: Public land mobile network UMTS:Universal Mobile Telecommunication System 第三代移动通信的目标IMT-2000移动通信系统的宗旨是建立全球的综合性个人通信网，包括寻呼

10、系统、无绳 、蜂窝系统和移动卫星通信系统等功能，提供全球范围内的个人通信。ITU对3G提出了以下几个方面的最低要求。1工作环境和业务速率卫星移动环境速率至少9.6kb/s；高速移动频分双工FDD，500km/h，时分双工TDD，120km/h至少144kb/s；室内外低速率移动30km/h至少384kb/s；室内固定低速步行3km/h至少2Mb/s。 2有较高的系统容量和高频谱利用率采用新技术提高频谱效率，使系统得到更高的容量，采用灵活的频率和无线资源管理、系统配置和效劳设施。3可支持的业务高质量的语音，语音效劳质量到达地面长途通信网效劳质量的要求，数据业务的BER低于10-6；可支持分组和电

11、路交换业务，分组交换是指面向连接的ATM业务，既有对称业务，又有不对称业务；能够支持和提供增值业务与智能网业务。 4与2G兼容，实现平滑过渡 IMT-2000的频谱安排IMT-2000原含义为International Mobile Telecommunications，工作于2000MHz频段，大约于2000年左右商用。1992年，在世界无线电大会上将2GHz频段上大约230MHz频段分配给当时的FPLMTS和卫星业务，其核心频段如图8-1所示，为18852025MHz和21102200MHz。其中，19802021MHz和21702200MHz仅供卫星使用。后来WARC2000又为第三代增

12、加了以下的额外频带，即806960MHz、17101885MHz、25002690MHz三个新频段，各国可根据市场需求和本国情况具体选择，但需要进行统一协调。图8-1IMT-2000的频谱安排 第三代移动通信的标准ITU最初在构思第三代移动通信系统时，曾经希望制定一套全球统一的移动通信网络体系结构。但是由于第三代移动通信标准化时，第二代移动通信的规模已经非常庞大，因此各国提出和推动3G标准的背景并不完全一样。日本在1997年前后因电子业萧条而想用3G标准做 ，翻开市场，欧洲的GSM受CDMA的挑战，美国开展CDMA想推向全球，因此各国对3G标准的态度也不尽相同。 北美和欧洲第二代移动通信核心网

13、络差异较大，难以用统一的方法兼容现有各种系统，ITU被迫提出了IMT-2000核心网络家族概念。这实际上意味着基于ANSI-41标准的北美移动通信网络和基于GSMMAP标准的欧洲移动通信网络将采用不同的方式演进到第三代移动通信系统。“IMT-2000核心网络家族概念的引入给地区标准化组织以极大的灵活性，意味着只要在网络和业务能力上满足要求，都可以成为IMT-2000的“家族成员。 1998年6月提交到ITU的第三代移动通信无线传输技术RTT共有10个提案。国际电联ITU-RTG8-1组于1999年10月25日至11月5日在芬兰赫尔辛基会议上通过建议草案“IMT-2000无线接口标准，共列有以下

14、5项，包括3个CDMA技术和2个TDMA技术。 CDMA技术：1IMT-2000CDMADS对应WCDMA，简化为IMT-DS。2IMT-2000CDMAMS对应CDMA2000，简化为IMT-MS。3IMT-2000CDMATDD对应TD-SCDMA和UTRA-TDD，简化为IMT-TD。TDMA技术：1IMT-2000TDMASC对应UWC-136，简化为IMT-SC。2IMT-2000FDMATDMA对应DECT，简化为IMT-FT。 其中，IMT-DS是WCDMA技术与CDMA2000技术的直接扩频局部DS融合后的技术，仍称为WCDMA。IMT-MC即CDMA2000，在融合后只含多载

15、波方式，即1x、3x、6x、9x等。上述5种无线接口及其提案图对应关系如图8-2所示。图中，3GPP与3GPP2是一个跨国的标准化组织的第三代伙伴方案。3GPP是由欧洲ETSI，日本ARIB、TTC，韩国TTA及美国TI等组成的，它于1998年12月正式成立，其宗旨是制定以GSM网络为核心网，以UTRAUniversalTerrestrialRadioAccess为无线接口的标准。3GPP2是由美国ANSITIA，日本ARIB、TTC，韩国TTA等组成的，它于1999年1月正式成立，其宗旨是制定以北美ANSIIS-41网络为核心网，以CDMA2000及UMC-136为无线接口的标准。图8-25

16、种无线接口及其提案图 图8-3主要提案 8-17.2WCDMA系统WCDMA的根本特征1.WCDMA概述WCDMA的全称为宽带码分多址WidebandCDMA，也称为直接扩频宽带码分多址CDMADirectSpread。WCDMA标准的最初提出者是欧洲电信标准组织ETSI，后来与日本的W-CDMA技术融合，成为ITU制定的5种3G技术中的三大主流技术之一，该系统的核心网基于GSM-MAP，同时通过网络扩展方式提供基于ANSI-41核心网运行的能力。WCDMA的主要支持者是以GSM系统为主的欧美和日本厂商及公司，如爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电以及日本的NTT、富士通、夏普等。 WCDMA

17、系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务如PSTN、ISDN网和分组交换业务如IP网。灵活的无线协议可在一个载波内支持同一用户的语音、数据和多媒体业务，通过透明或非透明传输块来支持实时和非实时业务。业务质量可通过延迟、误比特率和误帧率等参数进行调整。WCDMA系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以轻松地平滑过渡。到2007年6月，GSM技术家族用户在世界移动通信方面的市场占有率已超过85，因此WCDMA具有先天的市场优势。 WCDMA与CDMA2000这两类宽带CDMA技术都属于频分双工FDD制式，大多数关键技术非常接近，性能上也根本没有太大的差异。WCDMA继承了2G移动通

18、信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。网络运营商可以通过在2G的GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务，培育数据业务消费群体，逐步过渡到3G的WCDMA。 2WCDMA系统的主要技术参数和特点 表7-11WCDMA系统的主要技术参数P342此外，WCDMA系统还具有如下特点：1基站同步方式：不同基站可选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用GPS精确定时，不受GPS的限制，组网方便、灵活。2可变速率传输：可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频因子对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的

19、业务和多码并行传送对于高于128kb/s的业务的方式来实现。3核心网络：核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络兼容。 4同步码捕获：由于基站可收发异步的PN码，即基站可跟踪对方发出的PN码，同时移动交换机也可用额外的PN码进行捕获与跟踪，因此，可以用此方法获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在基站间无需同步。5切换方式：支持软切换和更软切换，切换方式包括3种，即同频小区内扇区间的更软切换、同频小区间的软切换和不同载频间的硬切换。6其他先进技术：WCDMA还采用了其他一些先进的技术，如自适应天线、多用户检测、分集接收上行信道采用导频符号RAKE接收方式和分层式小区结构

20、来提高整个系统的性能。 3.UMTS无线接口的协议分层结构UMTS无线接口的协议分层结构如图8-4所示。无线空中接口指用户设备UE和网络之间的Uu接口，它分为控制平面和用户平面。控制平面由物理层、媒体接入控制MAC层、无线链路控制RLC层和无线资源控制RRC等子层组成。在用户平面的RLC子层之上有分组数据会聚协议PDCP和播送组播控制BMC。 图8-4无线接口的协议分层结构 RRC无线资源控制层位于无线接口的第三层，它主要处理UE和UTRAN的第三层控制平面之间的信令，包括处理连接管理功能、无线承载控制功能、RRC连接移动性管理和测量功能。媒体接入控制MAC层屏蔽了物理介质的特征，为高层提供了

21、使用物理介质的手段。MAC层以逻辑信道的形式向高层提供信息传输效劳，完成传输信息的有关变换，通过传输信道将信息发向物理层。物理层通过信道化码码道、频率、正交调制的同相I和正交Q分支等根本的物理资源来实现不同的物理信道，并完成与上述传输信道的映射。 WCDMA系统的信道结构WCDMA信道可以划分为物理信道、传输信道和逻辑信道。物理信道是传输介质，是UE和NodeB之间的信道，提供了无线传输的平台，信息实际上是通过物理信道来传输的；逻辑信道那么是按信道的功能来划分的；而传输信道是以数据通过空中接口的方式和特征来定义的，它描述逻辑信道是如何传送的。 当信息从逻辑信道中收集组织后发送给传输信道时，它处

22、于预传输格式，在发射之前，传输信道要再经过组织传送映射到物理信道才可发射，每一个传输信道都有一个传输格式指示TransportFormatIndicator，TFI，如果多个2个及以上传输信道的信息使用同一物理信道，那么要用各传输信道的TFI组合成传输格式组合指示TransportFormatCombinationIndicator，TFCI，TFCI包括业务复接方式、信道编码方式、传输时间间隔和在传输时间间隔内传输的比特数等多种参数。TFCI用来通知接收机当前帧的传输信道格式，接收机解调TFCI信息后可判断当前信道传输格式，正确解调接收信息。物理信道按上行和下行、公共和专用分类，WCDMA的

23、物理信道共有16种类型，专用信道有2种，其余都是公共信道，下行信道有16种，上行信道有4种。 1.物理信道与帧结构物理信道主要是以物理承载特性加以区分的。在WCDMA中，由于业务与控制类型都很复杂，因此物理信道也比较复杂。上行链路专用物理信道分两类，即专用物理数据信道DPDCH和专用物理控制信道DPCCH。DPDCH用于运送第二层和更高层的专用逻辑信道产生的专用数据；DPCCH用于运送第一层产生的控制信息。控制信息包括的导频位用以支持相干检测时的信道估计、传输功率控制TPC命令和可变长度传输帧格式指示TFI。WCDMA中根本的物理资源是每个载波频率频点上的码字数，另外还包括无线帧结构、时隙结构

24、和符号速率等。传输信道经过信道编码，并且与物理信道提供的数据速率相一致，这样传输信道和物理信道就可以对应起来。WCDMA的上下行物理信道如图7-5所示。 图7-5WCDMA上/下行物理信道结构 上行物理信道可分为上行专用物理信道和上行公共物理信道。1上行专用物理信道上行专用物理信道DPCH有两类，即上行专用物理数据信道DPDCH和上行专用物理控制信道DPCCH。1专用物理数据信道DPDCH：用于为MAC层提供专用的数据传输信道。WCDMA系统上行链路的专用物理信道的帧结构如图8-6所示。其中一个超帧含72帧，每帧长10ms，含有15个时隙，每个时隙含有2560个码元chip，占用时间Tslot

25、=0.667ms，相应于一个功率控制周期。在每个时隙里，DPDCHDPCCH是并行传输的。而每个时隙中比特的个数与物理信道的扩散因子(SF)有关，即SF=256/2k，参数k决定了每DPDCH或DPCCH时隙的整个位数，它可以取2564，对应的信道比特速率为15960kbs。256码元中含有导频、功率控制、反响和传输格式组合指示。上行链路帧结构中不同区域的准确数值将随着不同的扩频因子和业务合成而发生变化。在每个无线链路中，可能有0、1或假设干个上行DPDCH。图8-6上行链路专用物理信道的帧结构 2专用物理控制信道DPCCH：用于传输物理层产生的控制信息。在WCDMA无线接口中，传输的数据速率

26、、信道数、发送功率等参数都是可变的。为了使接收机能够正确解调，必须将这些参数通过DPCCH在物理层控制信息中通知接收机。物理层控制信息由为相干检测提供信道估计的导频比特、发送功率控制TPC命令、反响信息FBI、可选的传输格式组合指示TFCI等组成。TFCI通知接收机在上行DPDCH的一个无线帧内同时传输的传输信道的瞬时传输格式组合参数如扩频因子、选用的扩频码、DPDCH信道数等。在每一个无线链路中，只有一个上行DPCCH。 DPCCH的帧结构如图8-6所示。上行DPCCH的扩频因子总是256，即上行DPCCH每时隙可传10bit的控制信息，导频字段长度Npilot可以是58bit，它决定使用的

27、导频图案集，TFCI为传输格式指示，其域的长度NTFC1为02bit，用于指示当前帧中DPDCH信道的信息格式，包括业务复接方式、信道编码方式、传输时间间隔TTI、在指定传输时间间隔中传输的比特数、CRC图案、速率匹配系数等诸多参数。FBI比特其域长度NFBI为02bit用于支持移动台UE和基站之间的反响技术，包括反响式发射分集FBD和基站选择发送分集SSDT。TPC为功率控制命令2bit，用于控制下行链路的发射功率。上行DPCCH中不同的比特组合确定了不同的时隙格式，实际使用中根据系统的配置由高层信令设定所用的时隙格式。这里的导频为确知的特殊图案，用于上行链路相干解调所需信道参数的估计。2上

28、行公共物理信道与上行传输信道相对应，上行公共物理信道也分为两类。用于承载随机接入信道RACH的物理信道称为物理随机接入信道PRACH，用于承载公共分组CPCH的物理信道称为物理公共分组信道PCPCH。1物理随机接入信道PRACH：用于移动台在发起呼叫等情况下发送接入请求信息。 PRACH的传输基于时隙ALOHA的随机多址协议，接入请求信息可在一帧中的任一个时隙开始传输。随机接入请求信息的发送格式如图8-7所示，它由一个或几个长度为4096chip的前导序列和10ms或20ms的消息局部组成。随机接入突发前导局部中，长为4096chip的序列由长度为16的扩频特征序列的256次重复组成，占两个物

29、理时隙。随机接入消息局部的物理传输结构与上行专用物理信道的结构完全相同，但扩频比仅有256、128、64和32几种形式，占用15或30个时隙，每个时隙内可以传送10204080个比特。其控制局部的扩频比与专用信道的相同，但其导频比特仅有8bit一种形式，导频比特图案与专用信道中Npilot=8的情况完全相同。在10ms的消息格式中，随机接入消息中的TFCI的总比特数也为152=30bit。无线帧中TFCI的值对应于当前随机接入信道消息局部的传输格式。在使用20ms消息格式的情况下，TFCI在第二个无线帧重复。 图8-7随机接入信道的发送格式aPRACH的格式；b消息局部的格式 2物理公共分组信

30、道PCPCH：是一条多用户接入信道，用于传送公共分组CPCH传输信道上的消息。WCDMA有两种不同类型的分组数据传输方式，即短数据分组和长数据分组。对短的不常用的分组数据，WCDMA一般采用公共信道分组传输的方法，即把分组数据直接填充到随机接入串中发送。对常用的长分组数据那么采用专用信道来传输。数据大的单个分组数据采用单个分组传输方案，此时，一旦传输完，将立即释放占有的专用信道。多分组传输方案中，在分组间将保持专用信道，以传输控制和同步信息。在WCDMA中，随机接入串帧长10ms，并且用固定功率发射。 在PCPCH信道上采用的多址接入协议基于带冲突检测的时隙载波侦听多址CSMA/CD，用户可以

31、将无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输，其传输结构如图8-8所示。PCPCH的格式与PRACH的类似，但增加了一个冲突检测前导码和一个可选的功率控制前导码，消息局部可能包括一个或多个10ms长的帧。与PRACH类似，消息有两个局部高层用户数据局部和物理层控制信息局部。数据局部采用和DPDCH一样的扩频因子：4、8、16、32、64、128和256；控制局部的扩频因子为256。 图8-8物理公共分组信道PCPCH上的传输结构 3下行专用物理信道下行专用物理信道DPCH有两类，即下行专用物理数据信道DPDCH和下行专用物理控制信道DPCCH。WCDMA系统下行链路DPCH信道的帧结构如图8-9所

32、示。对于下行链路，DPDCH和DPCCH在每个无线帧中是时分复用的，并且用QPSK调制发送。图8-9为DPDCHDPCCH帧结构，同样一个超帧含72帧，每帧长度为10ms，一帧被划分为15个时隙，每个时隙含有2560个码元chip，占用时间Tslot=0.667ms，相应于一个功率控制周期，其内容有两组数据，一组发送功率控制TPC命令，一组传输格式组合指示信息TFCI和一组导频。在每个时隙，DPDCH和DPCCH进行时分复用。在下行链路，专用物理信道每时隙按顺序发送导频符号、功率控制比特、传输格式速率指示和数据。一般而言，全方向导频信道像在窄瓣传输的专用物理信道一样，在整个无线信道上不衰减。图

33、8-9下行链路专用物理信道的帧结构 下行信道也采用可变扩频因子的传输方式，每个下行DPCH时隙中可传输的总比特数由扩频因子SF=512/2k决定，扩频因子的范围由512到4。在不同的下行时隙格式中，下行链路DPCH中Npilot的比特数为216，NTPC为28比特，NTFC1为08比特，Ndata1和Ndata2确实切比特数取决于传输速率和所用的时隙格式。下行链路使用哪种时隙格式是在连接建立的时候由高层设定的。下行链路可采用多码并行传输。一个或几个传输信道的信息经编码复接后，组成的组合编码传输信道CCTrCH可使用几个并行的扩频因子相同的下行DPCH进行传输。此时，为了降低干扰，物理层的控制信

34、息仅放在第一个下行DPCH上，其他DPCH上不传输控制信息，就是在DPCCH的传输时间不发送任何信息，即采用不连续发射DTX。 4下行公共物理信道下行公共物理信道包括公共导频信道CPICH、根本公共控制物理信道PCCPCH、辅助公共控制物理信道SCCPCH、同步信道SCH、捕获指示信道AICH、寻呼指示信道PICH。1公共导频信道CPICH：承载预定义的bitsymbol序列，30kb/s速率，SF=256，Tf=16ms，Tslot=2560chip，20bit=10symbol。分根本CPICH和辅助CPICH两类。 CPICH是固定速率30kbs，SF=256的下行物理信道，携带预知的2

35、0bit10个符号导频序列且没有任何物理控制信息。每小区只有一个根本公共导频信道PCPICH，使用该小区的根本扰码进行加扰。所有小区的PCPICH均使用同样的信道化码进行扩频。根本CPICH是SCH、PCCPCH、AICH、PICH等下行信道的相位参考，也是其他下行物理信道的缺省相位参考。辅助公共导频信道SCPICH每小区可以没有，也可以有一个或数个，可以在整个小区或仅在小区的一局部发送，可由根本或辅助扰码加扰，可以使用SF=256的任一信道化码进行扩频。辅助CPICH可以作为SCCPCH和下行DPCH的参考。 2公共控制物理信道CCPCH：包括根本公共控制物理信道PCCPCH和二级公共控制物

36、理信道SCCPCH两种信道。PCCPCH和SCCPCH在下行链路物理信道中是固定数据率的。PCCPCH用于携带BCCH；SCCPCH用于携带FACH和PCH。CCPCH的帧结构不同于下行链路专用物理信道，它不需功率控制命令TPC或传输格式指示TFI，第一层的唯一控制信息是相干检测所需的导频位。在SCCPCH的情况下，FACH和PCH在超帧结构里是一帧一帧时分复用的，分别分配给FACH和PCH的帧集是由BCCH播送的。 CCPCH和下行链路专用物理信道的主要不同之处在于CCPCH不进行功率控制，并且具有恒定数据率没有TPC命令、TFCI和导频比特，在每一时隙的前256个码片即根本CCPCH不发送

37、期间，发送根本PSCH和SSCH。PCCPCH和SCCPCH的主要区别在于：PCCPCH具有固定的事先定义的数据率30kb/s，而SCCPCH具有恒定的数据率但在不同的小区里数据率也不同，这是由FACH和PCH的容量决定的；另外，在整个小区内，PCCPCH是连续发送的，而SCCPCH仅在得到数据时才发送或可能像专用物理信道一样进行窄瓣发送仅对FACH帧有效。SCCPCH的帧结构如图8-10所示。图8-10SCCPCH的帧结构 3同步信道SCH：同步信道SCH是用于小区搜索的下行链路信道。SCH信道由两个子信道组成，即根本SCHPSCH和二级SCHSSCH。PSCH里包含一个长度为256码片的未

38、调制正交Gold码，即根本主同步码，它在每一帧的每一时隙里被重复，在一个系统的每一个基站里主同步码是相同的。SSCH里包含一个长度为256码片的调制正交Gold码，即二级同步码，它在每一帧的每一时隙里被重复，并且相对于主同步码有一个固定的偏移；对于不同的基站能够有不同的二级同步码，这由一个基站下行链路的扰码Cscramb所属的码组来决定；二级同步码的调制序列的长度为16位，并且在每一帧内进行重复，被选择的调制图样具有好的自相关特性。4捕获指示信道AICH：用于携带捕获指示AI的物理信道，它给出移动终端是否已得到一条PRACH的指示。AIi对应于PRACH或PCPCH上的特征码i。(5)寻呼指示

39、信道PICH：固定速率的物理信道SF=256，用于携带寻呼指示PI。PICH总是与SCCPCH相关联。在每一个PICH帧中发送N个寻呼指示，N=18、36、72或144。如果在某一帧中寻呼指示置为“1，那么表示与该寻呼指示有关的移动台应读取SCCPCH的对应帧。(6)物理下行共享信道PDSCH:DPCCH和DPDCH一起承载传输信道的专用信道DCH的内容。当专用信道处于顶峰值传输速率时，网络将受到小区内的信道编码短缺的影响。解决方法是往小区里添加扰码，或用公共信道进行专用数据传输。一般不推荐添加扰码方式，因为它会破坏码的正交性。使用公共信道来进行专用数据的分组传输是扩大容量的更好的方式。PDS

40、CH属下行共享信道，与上行PCPCH对应，PDSCH仅为数据载体，没有控制信息，每个PDSCH必须与DPCCH伴随来提供控制信息。PDSCH的数据传送速率在30192bit/s范围内可变，可变扩频因子为4256。 2.逻辑信道 图8-11WCDMA系统的逻辑信道结构 逻辑信道分两大类，即控制信道传输控制平面信息和业务信道传输用户平面信息。1控制信道CCH控制信道主要包括：1播送控制信道BCCH，为下行链路信道；2寻呼控制信道PCCH，为下行链路信道，当网络不知道UE所在小区或UE处于小区连接状态UE睡眠模式时使用该信道；3公共控制信道CCCH，是在网络和UE之间发送控制信息的双向信道，通常是当

41、UE没有RRC连接时使用该信道，或当小区重选后接入一个新的小区时使用； 4专用控制信道DCCH，是在UE和网络之间发送专用控制信息的点对点双向信道，该信道通过RRC连接过程建立；5共享控制信道SHCCH，是在网络和UE之间发送上行链路和下行链路共享信道控制信息的双向信道，该信道仅用于TDD；6ODMA条件驱动多址接入公共控制信道OCCCH，是在UE之间发送控制信息的双向信道；7ODMA专用控制信道ODCCH，是在UE之间发送专用控制信息的点到点双向信道，该信道由RRC连接过程建立。 2业务信道TCH业务信道包括：1专用业务信道DTCH，是UE专用的传输用户信息的点到点双向信道；2ODMA专用业

42、务信道ODTCH，是UE专用的在UE之间传输用户信息的点到点双向信道；3公共业务信道CTCH，是向全部或一组特定UE传输用户信息的点到点信道。 3逻辑信道和物理信道之间的映射通常逻辑信道所提供的功能需要映射到物理信道。映射关系取决于几个方面，如帧的设计、调制方式及码的设计。逻辑信道所提供的特有功能可能映射到几个物理信道，反之亦然。不同的物理信道用扩展来区分高层的数据，通过传输信道映射到物理层的物理信道上。WCDMA的逻辑信道到物理信道的映射关系如图8-12所示。 图8-12逻辑信道到物理信道的映射关系 3.传输信道高层的数据通过传输信道映射到物理层的物理信道上。物理层既要有能力支持传输宽带业务

43、所使用的多种速率的传输信道，又要能把多种业务复用到同一个连接中。传输信道分专用信道和公共信道，它是以其数据通过空中接口的方式和特征来定义的，这些信道又可以是上行或下行可在全部小区或通过定向天线在小区局部区域发射信道。WCDMA的传输信道结构如图8-13所示。 图8-13WCDMA的传输信道结构 1专用信道专用信道在整个小区中上下行传送，假设采用波束成型天线，那么可在局部小区中传送，具有快速速率变化每10ms、快速功控等。 2公共信道公共信道包含有：1播送信道BCH：供下行播送小区和系统详细信息，且传播给整个小区；2前向接入信道FACH：下行对整个小区传送，对波束成型天线小区仅在局部小区传送，且

44、使用慢速的功控；3寻呼信道PCH：下行对整个小区传送；4随机接入信道RACH：上行对整个小区内接收，有碰撞危险，并有开环功控；5公共分组信道CPCH：上行是按竞争方式随机接入，用来传送突发分组业务，且与下行专用信道相关连为CPCH提供功控；6下行共享信道DSCH：下行为多个移动台共享，与一个或n个下行DCH相关，在全小区或局部小区传送。 3逻辑信道与传输信道间的映射关系 图8-14逻辑信道与传输信道间的映射关系 1BCCH连接到BCH及FACH；2PCCH连接到PCH；3CCCH连接到RACH和FACH；4SHCCH连接到RACH和USCH/FACH及DSCH；5DTCH连接到RACH和FAC

45、H，RACH和DSCH，DCH和DSCH，DCH，CPCH仅适用于FDD或USCH仅适用于TDD；6CTCH连接到FACH；7DCCH连接到RACH和FACH，RACH和DSCH，DCH和DSCH，DCH，CPCH仅适用于FDD或USCH仅适用于TDD。 4传输信道到物理信道的映射关系传输信道到物理信道的映射关系如图8-15所示。如下图，DCH经编码和复用后，形成的数据流串行地映射先入先映射到专用物理信道；FACH和PCH的数据流经编码、交织后分别直接映射到根本和辅助CCPCH上；对RACH，编码和交织后的比特映射到PRACH的随机接入突发的消息局部。 图8-15传输信道到物理信道的映射关系

46、WCDMA的信道编码和业务复用1.上行链路的编码过程在相应的每个传输时间间隔TTI，数据以传输块的形式到达CRC单元循环冗余校验。这里的TTI允许的取值间隔是10ms、20ms、40ms、80ms，对每个传输块需要进行的基带处理步骤具体如下：1为每个传输块参加CRC校验码，其CRC比特数可为24，16，12，8或0，具体选多少由上层根据传输信道承载业务的特性决定。2传输块的级联与编码块的分段。给每一个传输块加上CRC比特数后，把一个传输时间间隔内的传输块串行级联，当级联后的比特序列长度Xi大于最大编码块长度z时，就需要进行码块分割，分割后的码块具有相同的大小，码块长度记为Ci。假设Xi不是Ci

47、的整数倍，须在原数据流前加0补足。采用卷积编码时，标准规定的最大编码块的长度为z=504bit。采用Turbo编码时，z=5114bit。(3)信道编码。WCDMA系统中使用两种信道编码类型，即使用Viterbi译码算法的卷积编码和Turbo编码，不同类型的传输信道使用不同的编码方案，如表8-3所示。 表7-3WCDMA信道编码方案 Turbo译码算法的特点是利用两个子译码器之间信息的往复迭代递归调用，来加强后验概率对数似然比，提高判决可靠性，Turbo码由此得名，这种算法也称为MAP算法。Turbo编译码器是一种流水线结构，它的特点是两个递归系统码卷积码子编码器的输出由于交织器的存在而不具有

48、相关性，从而可以互相利用对方提供的先验信息extrinsicinformation，通过反复迭代而取得优越的译码性能。它每次先要输入一个数据块，然后逐位译出数据。Turbo编译码器有并行和串行两种形式，通常讨论的是并行级联Turbo编译码器PCCC。 并行级联的Turbo码PCCC由两个或更多的递归系统码卷积码编码器RSC并行组成，在两个RSC之间参加交织器。图8-16是一个PCCC编码器，对于1bit信息，PCCC编码器的输出由信息比特和两个校验比特组成，这样编码器的编码速率是1/3。再经过打孔、复接可以得到其他的编码速率。图8-16PCCC编码器 串行级联编码器SCCC由内外两个RSC子编

49、码器组成，两个RSC子编码器之间存在一个交织器。内编码器的输出经过打孔、复接，得到最终的编码数据流打孔也可以在交织器之前完成。图8-17是一般SCCC编码器的结构。 图8-17串行级联编码器SCCC结构 Turbo码性能的两大特点：一是随着迭代次数的增加，误码率迅速减小，同时误码率下降的速度变缓，10次迭代后根本上不再有明显下降；二是随着信噪比的增加，误码率逐渐减小，当信噪比增加到一定程度时，误码率下降变缓。Turbo码的缺点主要有：计算量大，译码算法相对复杂；由交织和级联译码使其具有较大的译码时延，这使它在某些对时延要求较高的通信系统中的应用受到限制；存在误码率下降到一定程度再下降就很慢的问

50、题。另外，理论分析困难，至今尚未有对Turbo编译码器的误码率完整的理论分析，一般是通过仿真模拟其性能。 4无线帧均衡。为了方便数据映射到物理信道时进行分帧，系统根据计算出的需要分割成的无线帧的数目，对上行链路传输信道编码后的数据进行长度的均匀化，这就是无线帧的均衡。5速率匹配。指在传输信道上的数据比特被打孔puncturing或重复repeating，以便使信道映射时到达传输格式所要求的比特速率。进行速率匹配要确定相应的参数，如所需的扩频因子SF、物理信道PhCFI数目，还要确定匹配模型和算法等。6插入非连续传输发送DTX的指示比特。DTX指示信息比特并不在空中传输，它们仅仅向发射机指示应该

51、在哪些比特位关闭传输，用来填充帧。上行链路不需要DTX是因为上行链路的速率匹配算法比较灵活，只要上行的专用物理数据信道UL-DPDCH需要发送信息，它就一定会把这一帧填满；而在下行链路成帧过程中，速率匹配不是在无线帧分段之后，而是在信道编码之后针对一个无线帧的信息比特进行的。分别在复合传输信道CCTrCH成型之前和之后增加了一次DTX指示信息的插入时机，第一次是针对固定位置fixedposition的，第二次是针对可变位置flexibleposition的。 7交织。交织是为了抵抗无线信道的噪声及衰落的影响而采用的时间分集技术。在编码过程中采用交织算法是为了对信息流进行纠错控制。交织技术可以分

52、散随机错误和突发错误的影响，降低了对码组设计的要求。在WCDMA系统中采用了二次交织。第一次交织为帧间交织，即完成帧之间的位置的变换。比特逐行填满矩阵，进行列变换，再逐列输出。第二次交织完成帧内交织块交织，它完成一个帧内部的数据比特位置的变换操作，分三步进行：第一步，比特逐行输入矩阵，未满的局部要填充0，1；第二步，进行列间交换；第三步，按列输出，同时输出开始时的填充比特。 编码组合传输信道是介于传输信道和物理信道之间的一个信道形式,处于对传输信道的编码、复用过程之后，物理信道的映射之前。它包含一个或多个传输信道的数据，根据系统要求映射到同一个用户的一个或几个物理信道中去。根据承载的传输信道类

53、型的不同，编码组合传输信道可分为专用型和公用型两种。一般的，专用传输信道和公用传输信道不能复用到同一个CCTrCH；相应地，一个CCTrCH可以映射到一个或多个物理信道，这些物理信道必须有同样的扩频因子。当需要多个物理信道时，把CCTrCH上的数据平均分成假设干个物理信道进行传输。 2.业务复用WCDMA系统传输的业务数据经过高层的封装，以传输信道数据的形式进入物理信道。承载着通信业务的多个传输信道进入同一个复合传输信道CCTrCH，再映射到物理信道。WCDMA系统的业务复用过程是为并行业务分配无线资源，保证其业务质量，并将传输格式通知接收机的过程。具体到物理层，就是把承载了用户信息的传输信道

54、与其控制信息进行组合，再映射到物理信道，进行发送的过程。有关传输格式的参数，这里就不具体介绍了。 WCDMA的扩展和调制技术 1.上行信道的扩频和调制上行专用物理信道和上行公共物理信道的扩频和调制分别如图8-18和8-19所示。CDMA的扩频过程与调制过程是紧密关联的。WCDMA采用不同的长码进行扩频，前向链路专用物理信道DPCH的扩频调制采用的是对称QPSK调制，同相I和正交Q数据用相同的信道标识码ChannelizationCode和扰码ScrambingCode来扩频。同一小区的不同物理信道用不同的信道标识码来区分。 图8-18上行DPDCH/DPCCH的扩频与调制 图8-19PRACH

55、消息局部的扩频和调制 在上行DPDCHDPCCH的扩频与调制中，1个DPCCH和最多6个并行的DPDCH可以同时发送。所有的物理信道数据先被信道码cd,n或cc扩频，再被乘以相同的增益d代表业务信道增益，c代表控制信道增益，合并后分别调制到两个正交支路I和Q上，最后还要经过复数扰码。PRACH消息局部的扩频和调制与上行DPDCHDPCCH的扩频和调制相似。上述扩展过程中，信道码cdcd,n或cc扩频用的是正交可变扩展因子OVSF码，它的作用是保证所有用户不同物理信道之间的正交性。有关OVSF码的描述请参看节；扰码的产生这里不再赘述。 2.下行信道的扩频和调制除了SCH外，所有下行物理信道的扩频

56、和调制过程如图8-20所示。数字调制方式是QPSK。每一组两个比特经过串并变换之后分别映射到I支路和Q支路。I支路和Q支路随后用相同的信道码扩频至码片速率实数扩频，然后再用复数的扰码Sdl,n对其进行扰码。不同的物理信道使用不同的信道码，而同一个小区的物理信道那么使用相同的扰码。SCH和其他下行物理信道的时分多路复用如图8-21所示。根本SCH和辅助SCH是码分多路的，并且在每个时隙的第1个256码片中同时传输。SCH的传输功率可以通过增益因子GP和GS来分别加以调节，与PCCPCH的传输功率是不相关的。 图8-20 下行物理信道的扩频和调制图8-21SCH和下行物理信道的时分多路复用 WCD

57、MA的网络结构UMTS是IMT-2000家族的一员，由核心网CN、UMTS陆地无线接入网UTRAN和用户装置UE组成，其中UTRAN和UE采用WCDMA无线接入技术。UMTS的无线接入网和核心网的功能尽量别离，无线资源管理集中在无线接入网完成，而与业务和应用有关的功能在核心网执行。无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。UMTS的核心网基于GSM-MAP，通过网络扩容方式提供基于ANSI-41的核心网上运行的能力。WCDMA系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务如PSTN、ISDN和分组交换业务如IP网。灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同时支持语音、数据和多媒体业务，通过透明和非

58、透明传输块来支持实时、非实时业务。图8-22WCDMA网络结构 1用户设备UserEquipment，UE，它一般是一个多媒体的用户终端，含多媒体 与多媒体车载台。它对应于第二代移动通信中的移动台。2无线接入网UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UTRAN，它包含一个或几个无线网络子系统RNS，而一个RNS那么是由一个无线网络控制器RNC和一个或几个节点BNodeB组成的，它与第二代移动通信系统对应关系是：NodeB对应于BTS，RNC对应于BSC，RNS对应于BSS。3移动核心网CoreNetwork，CN，包括电路交换CS、分组交换PS和播送BS3个主要局部

59、。 在UMTS系统中，CN与UTRAN的接口为Iu接口，UTRAN与UE的接口为Uu接口。UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统RNS，一个RNS包括一个无线网络控制器RNC、一个或多个节点B。节点B通过Iub接口连接到RNC，它支持FDD模式、TDD模式或双模。Iur接口是RNC与RNC之间的接口，主要用于切换。3GPP制定了多个CN网络结构的版本：R99、R4、R5、R6等。在R99中，CN的CS域与GSM的相同，PS域采用GPRS的网络结构。在R4和R5中，CN的CS域采用了基于IP的网络结构，原来的GMSC被GMSC效劳器Server和电路交换媒体网关CS-MGW代替

60、。GMSC效劳器Server用于处理信令，电路交换媒体网关CS-MGW用于处理用户数据。 WCDMA系统与网络是分阶段实现的，目前是按R99Release99标准来部署的。R99网络结构的设计中充分考虑了2G/3G系统的兼容，以支持GSM/GPRS/3G的平滑过渡。R99标准基于ATM，核心网CN包括并列的PS域和CS域两局部。CS域的功能实体包括MSC、VLR、GMSC等；PS域特有的功能实体包括SGSN和GGSN，为用户提供分组数据业务；HLR、AUC、EIR为CS域和PS域共用设备，在无线接入网中可支持GSM的BSS以及UTRAN的RNS。图中的所有功能实体都可作为独立的物理设备。 UT