移动通信课件-第6章

第7章3G和未来移动通信系统7.1概述7.2WCDMA7.3cdma20007.4TD－SCDMA7.5三种主流标准的方案性能比较

7.1概述在1985年，国际电信联盟（ITU）就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS），后考虑到该系统预计在2000年左右商用，且工作于2000MHz频段，1996年更名为国际移动电信系统IMT-2000(InternationalMobileTelecomunication2000)。主要特性有：（1）全球化。IMT－2000是一个全球性的系统，它包括多种系统，在设计上具有高度的通用性，该系统中的业务以及它与固定网之间的业务可以兼容，能提供全球漫游。（2）多媒体化。提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率数据、视频和高清晰图像等多种业务。（3）综合化。能把现存的各类移动通信系统综合在统一的系统中，以提供多种服务。（4）智能化。主要表现在智能网的引入，移动终端和基站采用软件无线电技术。（5）个人化。用户可用惟一个人电信号码（PTN）在终端上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性，真正实现了个人移动性。

对无线传输技术提出了以下要求。（1）高速传输以支持多媒体业务：室内环境至少2Mbit/s；室外步行环境至少384kbit/s；室外车辆环境至少144kbit/s。（2）传输速率按需分配。（3）上下行链路能适应不对称业务的需求。（4）简单的小区结构和易于管理的信道结构。（5）灵活的频率和无线资源的管理、系统配置和服务设施。图7-1IMT-2000系统的营运环境7.1.1IMT-2000的网络标准1.各种规定的基本原则WARC－92的ITU－RM.1036建议给出了IMT－2000频带使用原则，如表7－1所示。表7-1ITU-R建议的IMT-2000频带使用原则

2.频率划分1987年，ITU世界无线电行政大会为FPLMTS选择了1～3GHz的工作频段，最小带宽为230MHz。在WARC-92会议上，ITU会员一致同意IMT-2000的频段为2GHz，即1885～2025MHz和2110～2200MHz，其中1980～2010MHz和2170～2200MHz用于移动卫星业务（MSS），共60MHz；其余170MHz为陆地移动业务频段，其中对称频段是2 × 60MHz，不对称的频段是50MHz。表7-2

IMT-2000卫星的频段划分

3.卫星技术卫星移动系统（MSS）是解决实现全球覆盖问题的有效方法。作为陆地系统的补充，卫星移动通信系统具有覆盖面积大、信号稳定、不受地形地貌影响、不受距离限制等特点。IMT-2000将是综合陆地与卫星系统的一个有机整体。

卫星轨道可以分为地球同步轨道（GEO）和非地球同步轨道（NGEO）两类。IMT-2000趋向于使用非地球同步轨道，因为NGEO可以较好地实现全球覆盖，时延较小。同时，可以使用小口径的天线减小波束的投射范围，从而获得更好的全球频率重用系数。但NGEO的一个缺点是所需使用的卫星数目要比GEO的多，并且卫星相对于地区不是静止的。

表7-3

三种3G标准比较表7-3

三种3G标准比较第三代移动通信新技术1．高效信道编译码技术在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用Turbo码以利于其优异的纠错性能；考虑到Turbo码译码的复杂度、时延的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道中也使用卷积码。2．软件无线电技术软件无线电技术的基本思想是高速模/数（A/D）和数/模（D/A）转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。软件无线电系统的关键部分为宽带多频段天线、高速A/D和D/A转换器以及高速信号处理部分。软件无线电技术最大的优点是基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。软件无线电能实现多模式通信系统的无缝连接。3．智能天线技术无线覆盖范围、系统容量、业务质量、阻塞和掉话等问题一直困扰着蜂窝移动通信系统。采用智能天线阵（AdaptiveAntennaArrays）技术可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量。智能天线阵技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（C/I），以增加系统的容量和频谱效率。其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。智能天线阵由N单元天线阵、A/D转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。4．多用户检测和干扰消除技术多用户检测的基本思想是把所有用户的信号都当做有用信号，而不是当做干扰信号。经过近20年的发展，CDMA系统多址干扰抑制或多用户检测技术，已慢慢走向成熟及实用。考虑到复杂度及成本等的原因，目前的多用户检测实用化研究，主要围绕基站进行。5．向全IP网过渡全IP网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等；支持IPv6，解决IP地址的不足和移动IP。由于IP技术在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务方式。基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。6．IMT-2000无线协议分层模型在IMT-2000中将Um接口分成4层：物理层、介质接入层、链路接入层和网络层（包括呼叫控制、移动性管理和无线电资源管理）。7.1.23G的三大标准的演进路径1.WCDMA和TD-SCDMAWCDMA和TD-SCDMA网络从原先GSM的基础上演进。GSM网络采用电路交换（CS）的方式，主要用于语音通话，而因特网上的数据传递则采用分组交换（PS）的方式。由于这两种网络具有不同的交换体系，导致彼此间的网络几乎都是独立运行的。通过采用GPRS技术，可使现有GSM网络方便地实现与高速数据分组网的简便接入。WCDMA和TD-SCDMA网络保留了GSM的PS和CS主要结构，兼容GSM原有的手机终端设备，使GSM网络平稳演进至3G。

2.cdma2000cdma2000主要由IS-95和IS-41标准发展而来。它与AMPS、D-AMPS和IS-95都有较好的兼容性。在反向信道也使用了导频，又采用了一些新技术，使其能满足IMT-2000的要求。cdma2000可分为cdma2000-1X（单载波，1倍于IS-95A的带宽）和cdma2000－3X（多载波，3倍于IS-95A的带宽）两个系统。IS-95A是CDMA网络的第一个标准。IS-95B标准1998年用于ＣＤＭＡ基础平台。cdma2000-1X是cdma2000的第一个阶段。与IS-95A/B完全兼容，并可与IS-95B系统的频段共享或重叠。cdma2000-1X与IS-95通过不同的无线配置(RC)来区别；cdma2000-1X网络部分引入了分组交换方式，支持移动IP业务，可以提供144kb/s的数据业务，容量比cdmaOne高一倍，而且增加了辅助码分信道等，可以对一个用户同时承载多个数据流和多种业务。北美运营商在2000年6月开始cdma2000-1X的现场试验，2001年底已提供商用。韩国在2000年10月开通了cdma2000-1X网络。目前，美洲、亚洲和大洋洲的众多运营商采用了cdma2000-1X进行商用运行。原中国联通的cdma2000-1X网络于2002年下半年开始商用。cdma2000-1X-EV的标准由3GPP2从2000年初开始制定。1X-EV支持至少2Mb/s的高速数据和1.25MHz的宽信道的更高话音容量。1X-EV分为两个发展阶段。第一阶段(1X-EV-DO)要求在标准的1.25MHz专用信道中，下行分组数据业务达到2.4Mb/s的峰值速率。第二阶段（1X-EV-DV）要求在提供2.4Mb/s峰值速率的分组数据业务的同时，与电路交换型话音和数据用户共享频谱。

（1）第一阶段：1X-EV-DO(DataOnly)。基于Qualcomm公司提出的HDR(HighDataRate)技术，采用与语音分离的信道传输数据,支持平均速率650kb/s，峰值速率2.4Mb/s的高速数据业务，不支持话音业务。目前已经商用。运营商通过分配一个用于数据的单独载波，将能为用户提供超过2Mb/s的传输速率。

（2）第二阶段：1X-EV-DV(DataandVoice)。1X-EV-DV是1X-EV-DO基础上的技术方案，目标是在一个载波的宽度(1.25MHz)内，不仅实现高速的语音和非实时的分组数据业务，而且能够提供实时的多媒体业务，最高数据速率大于5Mb/s。图7-2cdma2000演变发展过程

7.1.33G业务3G业务可分为以下四类：（1）交互式业务：分为会话业务、消息业务和检索与存储业务三种。包括电话、移动银行、可视电话和可视会议等。（2）点对点业务，包括短信、电子邮件、语音邮件、Web、视频邮件、远程医院等。（3）单向信息业务，包括数字报纸/出版、远程教育/视频购物、移动音频播放器、移动视频播放器、视频点播和卡拉OK等。（4）多点广播业务，包括文本数字信息传送、语音信息传送、先进汽车导航、视频信息传送、移动收音机和移动电视等。

具体有以下一些业务：（1）无线一键通(PoC或PTT)业务PoC是一种半双工的通信方式,通过PoC技术，用户能以类似对讲机的方式使用手机进行通信。使用PoC技术，用户可以轻松的实现“一对一”或者组群之间的通信。用户将不再需要输入复杂的手机号码，而是按下一个按钮进入好友列表，选定要联系的好友后再按一下按钮，双方就可以通话了。（2）彩E业务互联网信息接入协议（IMAP）是一种收/发电子邮件的协议。MobileMAP(M-IMAP)业务允许一个移动台存取和操作M-IMAP服务器上的电子邮件消息。M-IMAP业务通过一个M-IMAP客户端和一个M-IMAP服务器实现。IMAP任务包含两部分：Mailer和LowLevelAPIs。Mailer实现邮件收/发等和网络交互的核心功能。LowLevelAPIs实现Mailer的手机本地移植功能，包括文件访问、图形处理、事件处理、定时器/日历功能、字符输入、地址簿访问等等。

（3）MMS业务MMS为多媒体短信业务，是按照3GPP标准和WAP论坛标准有关多媒体信息标准开发的最新业务。MMS传输的内容包括：文本、图片、声音和视频。多媒体短信业务在GPRS/WCDMA网络或cdma2000-1X网络的支持下，以WAP无线应用协议为载体传送视频片段、图片、声音和文字。支持语音、因特网浏览、电子邮件、会议电视等多种高速数据业务，实现即时的手机端到端、手机终端到互联网或互联网到手机终端的多媒体信息传送。

（4）DRM业务移动数字版权管理技术要求在一种受控方式下提供数字内容的传送和使用方法。通过内容提供商描述的使用权限，内容在授权的移动终端上传播和使用。受DRM控制的媒体对象可以是游戏、铃声、照片、音乐片段、视频片段以及流媒体等。基本的DRM系统功能体系包括以下几个实体：移动终端DRMAgent、内容中心、版权中心、用户和移动存储设备。媒体对象在一种保护和受控方式下打包和发送到用户。只有授权移动终端才能使用受保护的内容。（5）空中下载OTA业务OTA（Over-The-Air）是通过移动通信的空中接口对SIM卡数据及应用进行远程管理的技术。具体的目标包括：实现不同的支付模式支持电子商务体系的建立。满足具有不同能力的移动终端的内容，能够使用统一的模式发布。在所有媒体类型的下载处理过程之间创建公共性部分。实现自动能力协商和手动能力协商。允许初始下载方案在属性和功能方面有扩展的能力。创建简单、快速的实现和应用方案，缩短市场化时间。（6）IMPS(InstantMessagingandPresenceServices)即时消息业务基于Web的概念，把手机的短信和手机移动互联网完美地结合，使用户通过手机方便地与他人以短信、移动互联网来进行即时的信息交流。IMPS规范主要定位在移动设备、移动业务和基于Internet的即时消息业务之间交换信息和图像等内容方面。

7.1.4全球3G业务发展情况全球的3G网络与业务均得到了商业运营。中国的3G网络已经基本覆盖了全国绝大部分地市。截止2010年10月底，3G用户规模达到3864万，比2009年底增长2538万，用户规模增长迅猛。从3G业务类型来看，短信、彩信等传统业务继续稳定增长，音乐、视频、SNS、阅读、电子商务等增值业务发展迅猛。同时，智能手机的普及，使得大量传统互联网业务被移植到手机平台，由此又带动了杀毒、位置服务等传统互联网业务向手机平台的转移。手机增值业务正在越来越多的体现出融合的特性，而这种特性又促进了手机平台软硬件的发展。7.2

WCDMA宽带码分多址（WCDMA）是第三代移动通信系统的主流体制，其典型代表是欧洲ETSI提出的UMTS。WCDMA系统采用直接序列扩频，基本带宽为5MHz。基本码片速率为3.84Mc/s，对应带宽近似为5MHz。WCDMA也规定了高码片速率，这是为了使WCDMA将来可提供更高的数据速率。WCDMA无线传输可以采用两种双工方式：FDD模式和TDD模式。WCDMA的无线接口协议模型如图所示。在无线接口上的信道有三种类型：物理信道、传输信道和逻辑信道。物理信道构成了物理层（L1）实际的传输通道；物理层通过传输信道向MAC层提供支持：MAC层通过逻辑信道向RLC层提供支持。7.2.1WCDMA系统的网络结构3GPP（第三代移动通信伙伴计划）制定了多个核心网（CN）网络结构的版本：R99、R4、R5、R6、R7等。R99版支持2Mb/s的传输速率，核心网（CN）包括PS域和CS域两部分，与GSM的相同，PS域采用GPRS的网络结构。PS是基于IP骨干网（IPBackbone）、CS是基于TDM（同步流）。从R99向R4的过渡时，PS域仍然保留分组的骨干网，而CS域会发生较大变化。R4和R5中，CS域采用了基于IP的网络结构，原来的GMSC被GMSC服务器(Server)和电路交换媒体网关(CS-MGW)代替。GMSC服务器用于处理信令，电路交换媒体网关用于处理用户数据。R5版本中，核心网引入了多媒体子系统（IMS），定义了核心网结构、网元功能、接口和流程等内容。同时在无线传输中引入高速下行链路分组接入（HSDPA），支持高达10Mb/s的下行分组数据传输。在R6的规范中，高速上行链路分组接入（HSUPA）是继HSDPA后，WCDMA标准的又一次重要演进。利用HSUPA技术，上行用户的峰值传输速率可以提高2～5倍，HSUPA还可以使小区上行的吞吐量比R99的WCDMA多出20%～50%。此外，R6中引入了多媒体广播和组播业务，无线资源优化，实现3G与WLAN互联等。R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求IMS支持XDSL、Cable等固定接入方式。图7-3R99网络结构

１.UE：用户终端设备通过Uu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。UE包括两部分：ME和USIM2.NodeB：WCDMA系统的基站,通过Iub接口与RNC互连，完成Uu接口物理层协议的处理。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。NodeB的主要功能包括：A、呼叫处理（CallProcessing）：基站完成基带信号的处理，不管是话音呼叫还是数据呼叫，对UMTS基站来说所完成的都是基带信号处理过程。简单说，从协议层角度，NodeB只涉及物理层的功能，包括物理层的传输子层和物理子层功能，不涉及高层功能。所以UMTS基站功能相对较简单。B、无线接入（RadioAccess）：指的是移动台在空中接口公共信道上的无线接入的监测，以实现开环功率控制的功能－随机接入过程的开环功控。移动台发出preamble前导部分来试探功率，基站对preamble作出应答，只是给出指示，属于物理层的功能。C、性能监测（PerformanceMonitoring）：在二代系统中，基站涉及到RR层的部分功能，要完成对空中接口测量报告的预处理，以及由基站完成相邻小区的筛选和判决，并将结果上报给BSC。在三代系统，NodeB将不再完成上述这些功能，所谓性能监测指的是，基站完成对上行链路空中接口上Ec/Io的测量，同时将测量结果上报给RNC。由RNC根据测量结果，来设置功率控制的目标值，由基站执行物理层的功率控制。所以无论是功率控制还是切换的决定，控制端都放在了RNC，基站只是执行端。对NodeB来说执行的是闭环功率控制的内环功控，外环功控则由RNC来完成。D、网络接口（NetworkInterface）：NodeB提供面向移动台的空中接口－Uu接口和面向RNC的Iub接口。当NodeB和RNC之间对话时，要有上层协议的支持，在Iub上的上层信令协议是NBAP协议，这个协议仅指NodeB和RNC之间的协议，不是移动台和RNC间的协议。NodeB为将空中接口上收到的信令和业务信息发送至RNC，需要在Iub接口上支持作为UMTS来说所必须的一种特殊的协议－FP（帧协议）。在Iub这个在ATM承载之上的异步接口上，NodeB和RNC之间对话，所有的信息都将转换成FP协议发送至RNC，所以在NodeB和RNC之间需要同步。E、随机接入监测（RandomAccessdetection）：与无线接入的概念一样。NodeB对随机接入的过程进行应答，实现开环功率控制。３.RNC（RadioNetworkController）执行系统信息广播与系统接入控制功能；切换和RNC迁移等移动性管理功能；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。RNC的主要功能包括：A、无线资源管理（RadioResourceManagement）：由RNC来完成空中接口的码字资源的分配和管理，RNC将根据不同服务的请求，来执行Qos的功能，即根据不同的业务服务质量，分配合适的空中接口的信道，包括码字（物理信道）、传输信道等。为不同的业务选择不同的基带信号处理方式，如话音和数据在空中接口上对块差错率的要求是不一样的，所以在UMTS中正是选择了不同的传输信道来实现空中接口的Qos。信道的复杂化就是指无论是从逻辑信道、传输信道还是物理信道上，都有了详细定义和区分。不像GSM中没有传输信道概念，因为所有业务信息的基带处理方式都是一样的，没有Qos。RNC承担Qos的功能，又称为RB（无线承载）的分配，RB分配取决于服务类型，而服务由CN提供。所以说RNC在承担无线资源管理时，关于无线承载的匹配是来源于核心网的请求，即RAB（无线访问承载）的分配请求消息。RB或RAB都是逻辑概念，对应的都是Qos。当用户发出呼叫提出业务请求，由核心网在HLR上查询用户的profile，查看该用户请求的级别、标准，由CN向RNC提出RAB的分配请求，由RNC完成空中接口的映射。B、用户移动性管理（UserMobilityHandling）：主要包含二个功能，即软切换功能和宏分集功能。软切换的判决、邻小区的筛选都由RNC来决定（在GSM中是由BTS来决定）。除此之外，在空中接口上软切换要求移动台要同时维持多条无线接口链路，导致RNC必须完成来自多条无线链路上的用户信息的合成过程，再送往核心网，即所谓的宏分集功能。宏分集只与软切换相关，在后续中提到的更软切换将不会涉及到宏分集的概念。C、RNS监视（RNSsupervision）：RNS（无线网络子系统）包括NodeB和RNC二部分，所谓RNS监视，也就是负责完成RNS重定位过程的决定。所谓重定位就是完成服务的RNC（ServingRNC）面向核心网的Iu接口的切换的监视。简言之，空中接口的软切换完成之后，移动台将会选择到新的目标RNC（DriftRNC），该目标RNC在决定成为移动台的服务RNC时，必须建立目标RNC到核心网的Iu端口。新旧Iu端口的倒换过程，即为重定位过程。也就是目标RNC将要完成整个监视和重定位过程。D、接口管理（Interfaces）：RNC将负责管理面向NodeB的Iub接口、面向核心网的Iu接口以及面向其他RNC的新的Iur接口。E、安全性功能（Security）：主要体现在加密上。在GSM中，由MSC激活加密功能，设置加密模式，向BSC发送设置加密模式的信令消息，在空中接口上完成对业务信息的加密。在GPRS中，由SGSN激活对数据业务的加密功能，在SGSN侧完成加密过程，被加密的数据包一定是LLC层的数据包，该数据包是移动台和SGSN间的直接对话，换言之，数据将通过空中接口、基站、BSC、PCU至SGSN后才被解密。在UMTS中，加密功能仍然是由核心网激活，由鉴权中心产生的加密参数将被送往RNC，完成移动台与RNC之间的加密过程，是对RLC层或MAC层的加密，取决于业务类型和传输信道的定义。分成二个过程，第一是信令加密，是移动台和RNC之间信令的完整性测试。移动台发送的信令消息送至RNC，如非法则RNC将不做应答。第二是对业务消息的加密，对RLC和MAC层的保护。因此在鉴权中心将会增加对信令部分的鉴权参数，又称为完整性测试钥匙。4.CN(CoreNetwork)负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理主要的功能实体有：MSC/VLRGMSCSGSNGGSNHLRExternalNetworksSGSN的功能包括分组移动性管理－SGSN参与用户移动性状态管理、通话管理（SessionManagement）－SGSN与GGSN之间为用户所建立的PDP隧道的管理，也就是Gn接口上的隧道协议的管理、通过GGSN将用户信息送往外部网络。唯一需要注意的是在原来的GPRS网络中GGSN与SGSN之间的信令通信属于PDP隧道协议，业务信息的传递也是PDP隧道协议，而在UMTS系统中，SGSN将Gn接口上的业务PDP－U协议延展至IuPS接口上，也就是说用户在做数据通信时，数据业务在RNC和SGSN之间、以及SGSN和GGSN之间建立的都是PDP隧道协议，而控制平面还是走控制信令的，延展的只是PDP－U的协议。SGSN仍具有计费（Accounting）功能，也就是提供关于时间以及关于用户数据包大小的计费信息，产生计费记录送往计费记录平台。GGSN的功能是提供Gi接口建立到外部网络（Internet/Intranets及各种类型分组数据网）的通路，同时通过Gn接口与SGSN间的通信，为每个用户来管理每用户的PDPcontext。除此之外，GGSN的也有计费（Accounting）功能－提供基于用户字节流量大小的计费记录。计费记录的采集可以从MSC、GGSN和SGSN获得，所有记录经过整合之后送往计费中心，由计费服务器产生相应的话单。1.CS域的接口A接口和A-bis接口；Iu-CS接口；B、C、D、E、F和G接口则以7号信令方式实现相应的移动应用部分（MAP），用于完成数据交换。H接口未提供标准协议。

2.PS域的接口PS域的网络结构基于GPRS的网络结构。Cu接口：USIM卡和ME之间的电气接口Uu接口：WCDMA的无线接口Iu接口：连接UTRAN和CN的接口Iur接口：连接RNC之间的接口。用于对RAN中移动台的移动管理。Iub接口：连接NodeB与RNC之间的接口。Gb接口：BSC和SGSN间；Gc、Gr、Gf、Gd接口基于7号信令的MAP协议；Gs实现SGSN与MSC之间的联合操作，基于SCCP／BSSAP+协议；Gn／Gp协议由GTPV0升级到V1版本；R4版本中PS域的功能实体SGSN和GGSN没有改变，与外界的接口也没有改变。为了支持全IP网发展需要，R4版本中CS域实体有所变化。在R4版本CS域中，业务和信令的处理将被区分，分到二个功能模块上处理，专门用于对信令处理的称为MSC服务器（MSCServer），在规范中定义的名称是CallServer，所有的信令处理将集中在服务器上完成。业务部分将直接通过多媒体网关（MGW）进行处理，建立话音和业务在分组骨干网上的承载。MSC根据需要可分成两个不同的实体：MSC服务器(MSCServer，仅用于处理信令)和电路交换媒体网关(CS-MGW，用于处理用户数据)。MSC服务器和CS-MGW共同完成MSC功能；对应的GMSC也分成GMSC服务器和CS-MGW。图7-4支持CS和PS业务的PLMN的基本网络结构(R4版本)图7-4中各实体的功能如下：(1)MSC服务器(MSCServer)：主要由MSC的呼叫控制和移动控制组成，负责完成CS域的呼叫处理等功能。MSC服务器将用户—网络信令转换成网络—网络信令。MSC服务器也可包含VLR以处理移动用户的业务数据和CAMEL(CustomizedApplicationsforMobileNetworkEnhancedLogic)相关数据。

(2)电路交换媒体网关(CS-MGW)：是PSTN／PLMN的传输终接点，并且通过Iu接口连接核心网和UTRAN。CS-MGW可以是从电路交换网络来的承载通道的终接点，也可以是从分组网来的媒体流(例如IP网中的RTP流)的终接点。在Iu上，CS-MGW可支持媒体转换、承载控制和有效载荷处理(例如多媒体数字信号编解码器、回音消除器、会议桥等)，可支持CS业务的不同Iu选项(基于AAL2／ATM或基于RTP／UDP／IP)。

(3)GMSC服务器(GMSCServer)主要由GMSC的呼叫控制和移动控制组成。R5版本的网络结构和接口形式和R4版本基本一致，差别主要是当PLMN包括IM子系统时，HLR被归属用户服务器(HSS)所替代；另外，BSS和CS-MSC、MSC服务器之间同时支持A接口及Iu-CS接口，BSC和SGSN之间支持Gb及Iu-PS接口。

归属用户服务器(HSS)是指定用户的主数据库，包含支持网络实体处理呼叫／会话的相关签约信息。HSS包括HLR和鉴权中心(AuC)。R5新增了漫游信令网关(R-SGW)和传输信令网关(T-SGW)；新增了IP多媒体子系统(IMS)。图7-5

R5版本的PLMN基本网络结构

IP多媒体核心网子系统的各实体功能：(1)呼叫服务器控制功能(CSCF)。CSCF可起到代理CSCF(P-CSCF)、服务CSCF(S－CSCF)或询问CSCF(I-CSCF)的作用。①P-CSCF是IP多媒体核心网子系统(IMS)内的第一个接触点，接受请求并进行内部处理或在翻译后接着转发。②S-CSCF实现UE的会话控制功能，维持网络运营商支持该业务所需的会话状态。③I-CSCF是运营网络内关于所有到用户的IMS连接的主要接触点，用于所有与该网络内签约用户或当前位于该网络业务区内漫游用户相关的连接。图7-6

IP多媒体核心网子系统实体配置

(2)媒体网关控制功能(MGCF)。MGCF的主要功能包括：负责控制适于媒体信道连接控制的呼叫状态部分，与CSCF的通信，根据来自传统网络的入局呼叫的路由号码选择CSCF，执行ISUP与IMS网络呼叫控制协议间的转换，并能将其所收到的频段信息转发给CSCF／IM-MGW。(3)IP多媒体-媒体网关功能(IM-MGW)。IM-MGW能够支持媒体转换、承载控制和有效负荷的处理，并能提供支持UMTS／GSM传输媒体的必需资源。

(4)多媒体资源功能控制器(MRFC)。MRFC负责控制MRFP中的媒体流资源，解释来自应用服务器和S-CSCF的信息并控制MRFP。(5)多媒体资源功能处理器(MRFP)。MRFP负责控制Mb参考点上的承载，为MRFC的控制提供资源，产生、合成并处理媒体流。(6)签约位置功能(SLF)。在注册和会话建立期间，用于I-CSCF询问并获得包含所请求用户特定数据的HSS的名称。而且，S-CSCF也可以在注册期间询问SLF。

(7)突破网关控制功能(BreakoutGatewayControlFunction，BGCF)。BGCF的主要功能是选择在哪个网络中将发生PSTN突破。如果BGCF确定将发生突破的网络与BGCF所在的网络相同，则BGCF会选择一个MGCF，负责与PSTN进行互操作。如果突破发生在其他网络内，则BGCF将会话信令转发给其他BGCF或MGCF(这将根据所选网络内的实体配置来确定)，与PSTN进行互操作。

7.2.2WCDMA空中接口的物理信道结构

物理信道是承载传输信道业务的物理载体，基本物理资源为扩频码和频率。1.下行物理信道下行物理信道分为下行专用物理信道（DPCH）和下行公共物理信道（包括公共下行导频信道（CPICH）、基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）和寻呼指示信道（PICH））。（1）下行专用物理信道（DPCH）。下行DPCH由数据传输部分（DPDCH）和控制信息（导频比特、TPC命令和可选的TFCI）传输部分（DPCCH）组成，这两部分以时分复用的方式发送。图7-7下行DPCH的帧结构

（2）公共下行导频信道（CPICH）。CPICH是固定速率（30kb/s，SF=256）的下行物理信道，携带预知的20bit（10个符号）导频序列（且没有任何物理控制信息）。公共导频信道有两类：基本CPICH和辅助CPICH。每小区只有一个基本公共导频信道（PCPICH），使用该小区的基本扰码进行加扰。所有小区的PCPICH均使用同样的信道化码进行扩频。基本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部分发送，可由基本或辅助扰码加扰，可以使用SF=256的任一信道化码进行扩频。

（3）基本公共控制物理信道（PCCPCH或基本CCPCH）。基本CCPCH为固定速率（SF=256）的下行物理信道，用于携带BCH。在每个时隙的前256个码片不发送任何信息（Txoff），因而可携带18bit的数据。基本CCPCH与下行DPCH的不同是没有TPC命令、TFCI和导频比特。在每一时隙的前256个码片，即基本CCPCH不发送的期间，发送基本SCH和辅助SCH。

（4）辅助公共控制物理信道（SCCPCH或辅助CCPCH）。辅助CCPCH用于携带FACH和PCH。有两类辅助CCPCH：包括TFCI的和不包括TFCI的辅助CCPCH，是否发送TFCI由UTRAN决定。辅助CCPCH可能的速率集和下行DPCH相同。辅助CCPCH的帧结构如图7-8所示，扩频因子的范围为4～256。

图7-8辅助公共控制信道(SCCPCH)的帧结构

（5）同步信道（SCH）。同步信道（SCH）是用于小区搜索的下行信道。SCH由两个子信道组成：基本SCH和辅助SCH。

图7-9同步信道(SCH)结构

(6)捕获指示信道(AICH)。捕获指示信道(AICH)为用于带捕获指示(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。图7-10捕获指示信道(AICH)的结构

(7)寻呼指示信道(PICH)。寻呼指示信道(PICH)是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相关联的。PICH的帧结构如图7-11所示。一个长度为10ms的PICH由300bit组成，其中288bit用于携带寻呼指示，剩下的12bit未用。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”，则表示与该寻呼指示有关的移动台应读取SCCPCH的对应帧。图7-11寻呼指示信道(PICH)的帧结构

(8)下行链路的扩频和调制。除了SCH外，所有下行物理信道的扩频和调制过程如图7－12所示。数字调制方式是QPSK。每一组两个比特经过串／并变换之后分别映像到I和Q支路。I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则使用相同的扰码。信道化扩频码与上行链路中所用的信道化扩频码相同，为正交扩频因子(OVSF)码。图7-12下行DPCH的扩频和调制过程

SCH和其他下行物理信道的时分多路复用如图7-13所示。基本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7-13SCH和下行物理信道的时分多路复用

(9)下行链路发射分集：指在基站方通过两根天线发射信号，每根天线被赋予不同的加权系数(包括幅度、相位等)，从而使接收方增强接收效果，改进下行链路的性能。发射分集包括开环发射分集和闭环发射分集。开环发射分集不需要移动台的反馈，基站的发射先经过空间时间块编码，再在移动台中进行分集接收解码，改善接收效果。闭环发射分集需要移动台的参与，移动台实时监测基站的两个天线发射的信号幅度和相位等，然后在上行信道里通知基站下一次应发射的幅度和相位，从而改善接收效果。

2.上行物理信道：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。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）。DPDCH用于为MAC层提供专用的传输信道（DCH）。在每个无线链路中，可能有0、1或若干个上行DPDCH。DPCCH用于传输物理层产生的控制信息。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、反馈信息（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。

图7-17上行专用物理信道的帧结构

上行专用物理信道（DPDCH）的帧结构。每一长度10ms的帧分为15个时隙，每一时隙的长度为Tslot=2560个码片（chip），对应于一个功率控制周期。DPDCH和DPCCH通过并行码分复用的方式进行传输。上行DPCCH的扩频因子总是256。导频字段长度Npilot可以为5～8bit。TFCI为传输格式指示，其域的长度NTFCI为0～2bit，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（BlockSize）、CRC图案、速率匹配系数等诸多参数。FBI比特（其域长度NFBI为0～2bit）用于支持移动台（UE）和基站之间的反馈技术，包括反馈式发射分集（FBD）和基站选择发送分集（SSDT）。TPC为功率控制命令（其域长度NTPC为2bit），用于控制下行链路的发射功率。（2）上行公共物理信道。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）。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。物理公共分组信道（PCPCH）是一条多用户接入信道，传送CPCH传输信道上的信息。在该信道上采用的多址接入协议是基于带冲突检测的时隙载波侦听多址（CSMA／CD），用户可以将无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输。（3）上行信道的扩频与调制。上行DPDCH／DPCCH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，再乘以不同的增益β（βd代表业务信道增益，βc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消息部分的扩频和调制与上行DPDCH／DPCCH的扩频和调制相似。图7-20上行DPDCH/DPCCH的扩展与调制

图7-21PRACH消息部分的扩频和调制

3.业务信道的复接传输信道（TrCH）到物理信道的映射关系。DCH经编码和复用后，形成的数据流串行地映射(先入先映射)到专用物理信道中；FACH和PCH的数据流经编码、交织后分别直接映射到基本和辅助CCPCH上；对于RACH，其数据是经过编码和交织后映射到PRACH的随机接入突发的消息部分。

图7-22传输信道到物理信道的映射

表7-4编码方案和编码速率

7.2.3HSDPA和HSUPA1.HSDPA技术为了达到提高下行分组数据速率和减少时延的目的，HSDPA主要采用了自适应调制编码(AMC)、快速混合自动重发请求(HARQ)和快速调度技术。1)自适应编码和调制(AMC)AMC根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，即根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时(如靠近NodeB或存在视距链路)，用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，例如16QAM和3／4编码速率，从而得到高的峰值速率；而当用户处于不利的通信地点时(如位于小区边缘或者信道深衰落)，网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案，例如QPSK和1／4编码速率，来保证通信质量。

2)HARQ技术HARQ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效编码速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HARQ是将FEC和ARQ结合起来的一种差错控制方案，HSDPA技术中主要是采用三种递增冗余的HARQ机制：TYPE-ⅠHARQ，TYPE-ⅡHARQ和TYPE-ⅢHARQ。可以根据系统性能和设备复杂度来选择相应的HARQ机制。

3)快速调度调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。在R99系统中引入HSDPA技术，在MAC层新增了MAC-hs实体，MAC-hs位于NodeB上而不是RNC上，其作用主要是负责处理HARQ操作以及快速调度算法。HSDPA使R99的UTRAN增加了三个新的物理信道：(1)HS-DSCH信道：下行链路，负责传输用户数据，信道共享方式主要是时分复用和码分复用。(2)HS-SCCH信道：下行链路，负责传输HS-DSCH信道解码所必需的控制信息。(3)HS-DPCCH信道：上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对ARQ的响应以及下行链路质量的反馈信息。

2.HSUPA技术1）物理层混合重传HSUPA中定义了一种物理层的数据包重传机制，数据包的重传在移动终端和基站间直接进行，基站收到移动终端发送的数据包后会通过空中接口向移动终端发送ACK/NACK信令,如果接收到的数据包正确，则发送ACK信号；如果接收到的数据包错误，就发送NACK信号,移动终端通过ACK/NACK的指示,可以迅速重新发送传输错误的数据包。由于绕开了Iubis接口传输，在10msTTI下，重传延时缩短为40ms。在HSUPA的物理层混合重传机制中，还使用到了软合并(SoftCombing)和增量冗余技术(Incremental

Redundancy)，提高了重传数据包的传输正确率。

2）基于NodeB的快速调度(NodeBScheduling)基于NodeB的快速调度的核心思想是由基站来控制移动终端的传输数据速率和传输时间。基站根据小区的负载情况，用户的信道质量和所需传输的数据状况来决定移动终端当前可用的最高传输速率。当移动终端希望用更高的数据速率发送时，移动终端向基站发送请求信号，基站根据小区的负载情况和调度策略决定是否同意移动终端请求。基于NodeB的快速调度机制可以使基站灵活快速地控制小区内各移动终端的传输速率，使无线网络资源更有效地服务于访问突发性数据的用户，从而达到增加小区吞吐量的效果。3）2msTTI和10msTTIWCDMAR99上行DCH的TTI为10ms，20ms，40ms，80ms。在HSUPA中，采用了10msTTI以降低传输延迟。HSUPA和HSDPA都是WCDMA系统针对分组业务的优化，HSUPA并不是HSDPA简单的上行翻版，HSUPA中使用的技术考虑到了上行链路自身的特点，如上行软切换，功率控制和用户设备（UE）的PAR(峰均比)问题。HSDPA中采用的AMC技术和高阶调制并没有被HSUPA采用。

采用HSUPA技术，用户的峰值速率可达到1.4～5.8Mb/s。与WCDMAR99相比，HSUPA的网络上行容量增加20%～50%，增加25%的Iub传输容量，重传延时小于50ms，覆盖范围增加0.5～1.0dB。HSUPA增加一个新的专用传输信道E-DCH来传输HSUPA业务。7.3cdma20007.3.1cdma2000的特点cdma2000系统提供了与IS-95B的后向兼容，同时又能满足ITU关于第三代移动通信基本性能的要求。cdma2000系统采用了许多新技术和性能更优异的信号处理方式，概括如下：

(1)多载波工作。cdma2000系统的前向链路支持N×1.2288Mc/s(这里N=1,3,6,9,12)的码片速率。多载波方式将要发送的调制符号分接到N个相隔1.25MHz的载波上，每个载波的扩频速率均为1.2288Mc/s。反向链路的扩频方式在N=1时与前向链路类似，但在N=3时采用码片速率为3.6864Mc/s的直接序列扩频，而不使用多载波方式。如图7-23所示。图7-23MC模式和IS-95在频谱使用上的关系

(2)反向链路连续发送。cdma2000系统的反向链路对所有的数据速率提供连续波形，包括连续导频和连续数据信道波形。连续波形可以使干扰最小化，可以在低传输速率时增加覆盖范围，同时连续波形也允许整帧交织，可以充分发挥交织的时间分集作用。

(3)反向链路独立的导频和数据信道。cdma2000系统反向链路使用独立的正交信道区分导频和数据信道。在反向链路中还包括独立的低速率、低功率、连续发送的正交专用控制信道，使得专用控制信息的传输不会影响导频和数据信道的帧结构。

(4)独立的数据信道。cdma2000系统在反向链路和前向链路中均提供称为基本信道和补充信道的两种物理数据信道，每种信道均可以独立地编码、交织，设置不同的发射功率电平和误帧率要求以适应特殊的业务需求。基本信道和补充信道的使用使得多业务并发时系统性能的优化成为可能。(5)前向链路的辅助导频。cdma2000系统规定了码分复用辅助导频的产生和使用方法，为自适应天线的使用(每个天线波束产生一个独立的辅助导频)提供了可能。码分辅助导频可以使用准正交函数产生方法。

(6)前向链路的发射分集。发射分集可以改进系统性能，降低对每信道发射功率的要求，因而可以增加容量。cdma2000系统中采用正交发射分集(OTD)。实现方法为：编码后的比特分成两个数据流，通过相互正交的扩频码扩频后，由独立的天线发射出去。导频信道中采用OTD时，在一个天线上发射公共导频信号，在另一个天线上发射正交的分集导频信号，保证了在两个天线上所发送信号的相干解调的实现。

与IS-95相比，cdma2000主要的不同点在于：反向链路采用BPSK调制并连续传输，因此，发射功率峰值与平均值之比明显降低。在反向链路上增加了导频，通过反向的相干解调可使信噪比增加2～3dB。

采用快速前向功率控制，改善了前向容量。在前向链路上采用了发射分集技术，可以提高信道的抗衰落能力，改善前向信道的信号质量。业务信道可以采用Turbo码，它比卷积码高2dB的增益。引入了快速寻呼信道，有效地减少了移动台的电源消耗，从而延长了移动台的待机时间。在软切换方面也将原来的固定门限改变为相对门限，增加了灵活性。为满足不同的服务质量（QoS），支持可变帧长度的帧结构、可选的交织长度、先进的媒体接入控制（MAC）层支持分组操作和多媒体业务。

7.3.2cdma2000系统的网络结构要实现一个cdma2000系统，必须对BTS和BSC进行升级，这是为了使系统能处理分组数据业务。平台的升级包括BTS和BSC，可以通过增加模块或者更换模块来实现，这取决于基础设施的运营商。CDMA网络的主要数据业务是利用分组数据业务节点（PDSN）来处理分组数据业务。

图7-24cdma2000系统的网络结构

1.分组数据业务节点（PDSN）PDSN的作用是支持分组数据业务，在分组数据的会话过程中，执行下列主要功能：(1)建立、维持和结束同用户的端到端协议(PPP)会话。(2)支持简单和移动IP分组业务。(3)通过无线分组(R-P)接口建立、维持和结束与无线网络(RN)的逻辑链接。(4)进行移动台用户到AAA服务器的认证、授权与计费(AAA)。(5)接收来自AAA服务器的对于移动用户的服务参数。(6)路由去往和来自外部分组数据网的数据包。(7)收集转接到AAA服务器的使用数据等。2.认证、授权与计费（AAA）AAA对与wcdma2000相关联的分组数据网络提供认证、授权和计费功能，并且利用远端拨入用户服务(RADIUS)协议。AAA服务器通过IP与PSDN通信，并在cdma2000网络中完成如下主要功能：(1)进行关于PPP和移动台连接的认证。(2)授权(业务文档、密钥的分配和管理)。(3)计费等。3.本地代理原籍代理(HA)完成很多任务，其中一些是当移动IP用户从一个分组区移动到另外一个分组区时对其进行位置跟踪。在跟踪移动用户时，HA要保证数据包能到达移动用户。

4.路由器路由器在cdma2000系统中对发往和来自不同网络组成单元的数据包进行路由的功能。路由器也负责对网内和网外平台的来、去数据包进行发送和接收。当连接网外数据应用时，需要一个防火墙来保证安全。5.原籍位置寄存器（HLR）HLR需要存储用户分组数据业务选项等。HLR对分组业务完成的任务与现在对话音业务所作的一样。在成功登记的过程中，HLR的服务信息从与网络转换有关的访问位置寄存器(VLR)上下载。6.基站收/发信机（BTS）BTS负责分配资源和用于用户的功率和Walsh码。BTS也有物理无线设备，用于发送和接收cdma2000信号。当发起一个新的语音或者数据包会话时，BTS必须决定如何最好地分配用户单元，以满足正被发送的业务。BTS在给用户配置资源时必须分配的物理和逻辑资源：(1)基本信道(FCH)(可用的物理资源数目)。(2)FCH前向功率(已经分配的功率和可用的功率)。(3)需要的Walsh码(和可用的Walsh码)。7.基站控制器（BSC）BSC负责控制它的区域内的所有BTS，BSC对BTS和PDSN之间的来、去数据包进行路由。此外，BSC将时分多路复用(TDM)业务路由到电路交换平台，并且将分组数据路由到PDSN。

7.3.3cdma2000空中接口1.cdma2000空中接口的分层结构物理层、媒体接入控制(MAC)子层和链路接入控制(LAC)子层。LAC子层用于提供点到点无线链路的可靠的、顺序输出的发送控制功能。如果低层可以提供适当的QoS，LAC子层可以省略。

MAC子层除了控制数据业务的接入外，还提供以下功能：(1)尽力而为的传送(BestEffortDelivery)。使用无线链路协议(RLP)进行可靠传输；(2)复接和QoS控制。cdma2000定义了如下四种特定的PLDCFARQ方式：(1)无线链路协议(RadioLinkProtocol，RLP)。该协议利用“尽力而为”服务的方式为两个对等的PLICF实体提供高效的数据流服务。(2)无线突发协议(RadioBurstProtocol，RBP)。该协议利用“尽力而为”服务的方式通过一个共享的接入公共业务信道(CTCH)为相对较短的数据段提供传输服务机制。(3)信令无线链路协议(SignalingRadioLinkProtocol，SRLP)。对专用信令信道是最佳的。(4)信令无线突发协议(SignalingRadioBurstProtocol，SRBP)。对信令信息和公用信令信道是最佳的。

2.cdma2000空中接口的物理信道结构1)物理信道结构cdma2000空中接口中的物理信道分为前向/反向专用物理信道(F/R-DPHCH)和前向/反向公共物理信道(F/R-CPHCH)。前向/反向专用物理信道是以专用和点对点的方式在基站和单个移动台之间运载信息的。前向／反向公共物理信道是以共享和点对多点的方式在基站和多个移动台之间运载信息的。除图示信道以外，前向公共物理信道还包括前向快速寻呼信道(F-QPCH)和前向公共广播信道(F-BCCH)。图7-25cdma2000前向/反向专用物理信道

图7-26cdma2000前向/反向公共物理信道

图7-27

IS-95和cdma2000前向物理信道的比较

图7-28

IS-95和cdma2000反向物理信道的比较

2)前向物理信道前向公共信道被覆盖区内的所有移动台公用，其采用的长码掩码和扩频码为所有移动台所知。支持的功能为软切换、相干检测、寻呼、同步和短数据通信。前向导频信道（F-PICH）前向公共辅助导频信道（F-CAPICH）前向寻呼信道（F-PCH）前向公共控制信道（F-CCCH）前向同步信道（F-SYNC）前向基本信道(F-FCH)中，使用两种帧长度：20ms和5ms。20ms帧结构支持两种速率集：RS1和RS2。N=1且速率集为RS1的系统使用1/2的卷积编码。N≥3且速率集为RS1的系统中使用1/3的卷积编码。N=1且速率集为RS2的系统中，20ms帧结构的全速及1/8～1/2速率的信道使用1/3的卷积编码加打孔操作(每9个比特取掉一个比特)，形成3/8的编码速率；5ms帧结构的信道使用1/2的卷积编码。N≥3且速率集为RS2的系统中，20ms帧结构的全速及1/8～1/2速率的信道使用1/4或1/2的卷积编码；5ms帧结构的信道使用1/3的卷积编码。图7-29N=1且速率集为RS1系统的F-FCH前向附加信道(F-SCH)有两种工作模式：第一种模式的数据率不超过14.4kb／s，采用盲速率检测技术；第二种模式提供严格的速率信息，支持高速传输，支持9.6～921.6kb/s的数据速率。F-SCH支持20ms的帧结构。N=1系统的前向附加信道(F-SCH)结构的RS1和RS2分别类似于图7-29中的全速率和1/4速率信道。RS2使用了打孔操作(每9个比特取掉一个比特)。在N≥3的系统中，RS1使用了1/3卷积码，RS2使用了1/4卷积码。前向专用控制信道(F-DCCH)的结构类似于图7-29中全速信道的结构和5ms的帧结构。在N≥3的系统中使用了1/3的卷积编码。CDMA2000前向链路支持的码片速率为N×1.2288Mc/s，N=1，3，6，9，12。N=1系统，扩频的方式类似于IS-95B，采用了QPSK调制和快速闭环功率控制。N≥3系统有两种选择：多载波或直接扩频。在多载波方法中，将调制符号分接到N个间隔为1.25MHz的载波上，每个载波的扩频码速率为1.2288Mc/s；在直扩方法中采用单载波，码片速率为N×1.2288Mc／s。图7-30前向链路中的多载波和单载波调制

图7-31

N＝1单载波系统的扩展和调制过程

在N=1的单载波系统中，用户数据经过长PN码扰码后进行I和Q映射、增益控制，插入功率控制比特(采用打孔的方式)和Walsh序列扩展，再经过复数PN扩展(即完成(YI+jYQ)·(PNI+jPNQ)运算)、基带滤波和频率搬移后产生已调信号。在多载波系统中，用户数据经过长PN码扰码后分接到N个载波上，各路数据在每个载波上进行I和Q映射及Walsh序列扩展，再经过复数PN扩展、基带滤波和频率搬移后产生每路载波的已调信号。如果需要，也可插入800Hz的功率控制比特。图7-32多载波系统的扩展和调制过程

图7-33N=1,3,6,9和12的单载波系统的护展和调制过程cdma2000前向信道还具有如下特征：(1)采用了多载波分集发送分集(MCTD)和正交发送分集(OTD)。MCTD用于多载波系统。OTD用于直扩系统。(2)为了减少和消除小区内的干扰，采用了Walsh码。为了增加可用的Walsh码数量，在扩展前采用了QPSK调制。(3)采用了可变长度的Walsh码来实现不同的信息比特速率。通过将Walsh码乘以掩码(Masking)函数来生成更多的码，以该方式产生的码称为准正交码。(4)使用了新的用于F-FCH和F-SCH的快速前向功率控制(FFPC)算法，快速闭环功率调整速率为800b/s。3)反向物理信道包括反向公共物理信道(R-ACH、R-CCCH)和反向专用物理信道。反向公共信道用于移动台与基站之间的初始呼叫控制及响应前向链路寻呼信道的消息。反向公共信道采用随机接入协议，可用长码唯一地被识别。R-CCCH与R-ACH的区别仅在于R-CCCH可提供更多的功能。反向专用信道用于移动台向基站发送用户业务、控制及信令信息。由若干物理信道组成：一个反向导频信道(R-PICH)，一个反向基本（业务）信道（R-FCH），一个或若干个反向补充（业务）信道（R-SCH）和一个反向专用控制信道（R-DCCH）。反向接入信道(R-ACH)和反向公共控制信道(R-CCCH)：基于时隙ALOHA的多址接入信道，但R-CCCH扩展了R-ACH的能力，如可以提供低时延的接入步骤。在每个载频上，可以有多个接入信道。在20ms帧9.6kb/s的速率上，R-CCCH和R-ACH是相同的，但R-CCCH还在5ms和10ms帧结构上支持19.2kb/s和38.4kb/s的速率。

图7-34反向接入信道（R-ACH）和反向公共控制信道（R-CCCH）的结构(a)R-ACH；(b)R-CCCH反向导频信道(R-PICH)用于初始捕获、时间跟踪、Rake接收机相干参考的恢复和功率控制测量。在信道中每个1.25ms的功率组(PCG)中插入1个功率控制比特，用于前向功率控制。该功率控制信息采用时分复接的方式来传输。

图7-35反向导频信道结构

反向专用控制信道(R-DCCH)、反向基本信道(R-FCH)和反向附加信道(R-SCH)：R-DCCH信道使用1/4的卷积码，R-FCH中使用了卷积码或Turbo码，R-SCH中也使用了卷积码或Turbo码。R-PICH和R-DCCH在同相I支路上传输，R－FCH和R-SCH在正交Q支路上传输。R-FCH支持5ms和20ms的帧结构。5ms的帧每帧传输24bit。在20ms帧中，R－FCH在RS3和RS5中支持的速率为1.5、2.7、4.8和9.6kb/s，在RS4和RS6中支持的速率为1.8、3.6、7.2和14.4kb/s。在信道中使用的是k=9，r=1/4的卷积码。R-SCH工作在两种模式：第一种模式的数据速率不超过14.4kb/s，采用盲速率检测技术。第二种模式提供严格的速率信息，支持高速传输。当信道速率不大于14.4kb/s时，使用k=9，r=1/4的卷积码；在高速率的情况下，使用Turbo编码。所有R-SCH使用的Turbo码的约束长度为4，码率为1/4、1/3和1/2。图7-36

N＝1和N＝3系统中反向链路调制过程中的I 和Q支路的信道映射

R-FCH结构cdma2000反向信道具有如下特征：(1)采用了连续的信号波形(连续的导频波形和连续的数据信道波形)，从而使得传输信号对生物医学设备(如助听器等)的干扰最小化，并且可以用较低的速率来增加距离。(2)采用了可变长度的Walsh序列来实现正交信道。(3)通过信道编码速率、符号重复次数、序列重复次数等的调整来实现速率匹配。(4)通过将物理信道分配到I和Q支路，使用复数扩展使得输出信号具有较低的频谱旁瓣。（5）采用了两种类型的独立数据信道R-FCH和R-SCH，它们分别采用编码、交织、不同的发送功率电平，从而实现对多种同时传输业务的最佳化。（6）采用开环、闭环和外环（OuterLoop）等方式实现反向功率控制。（7）采用了一个分离的低速、低功率、连续正交的专