WCDMA系统简介课件

第三代移动通信与WCDMA简介2023/6/52第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络1、IMT－2000简介△IMT－2000的由来□欧洲于1985年提出FPLMTS即FuturePubicLandMobileTelecommunicationsSystem，1996年更名为IMT－2000。□IMT－2000原含义为：●InternationalMobileTelecommunications●工作于2000MHz频段●大约于2000年左右商用2023/6/53第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)□1992年在世界无线电大会上将2GHz频段上大约分配了230MHz频段给当时的FPLMTS和卫星业务。●其核心频段可参见<图10.3.1>所示；即1885～

2025MHz和2115～2200MHz；其中：1980～

2010MHz和2170～2200MHz仅供卫星使用。●后来，WARC’2000又为第三代增加了以下的额外频带：即806～960MHz,1710～1885MHz,2500～

2690MHz三个新频段，各国可根据市场需求和各国情况具体选择，但需要进行统一协调。2023/6/54第三代（3G）移动通信与第三代的3GPP网络(续)核心频段

WRC2000频谱图2023/6/55第三代（3G）移动通信与第三代的3GPP网络(续)△IMT－2000的目标与要求□全球同一频段、统一体制标准、无缝隙覆盖，并至少可实现全球漫游□提供以下不同环境下的多媒体业务：●车速环境：144Kb/s●步行环境：384Kb/s●室内环境：2Mb/s□具有接近固定网络业务服务质量；□与现有移动通信系统相比，具有更高的频率利用率；□可以很灵活地引入新业务；□易于从第二代平滑过渡和演变；□具有更高的保密性能；□较低价格袖珍多媒体实用化手机；…………2023/6/56第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)△IMT－2000无线接口规范国际电联ITU－R/TG8－1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无线接口规范”共列有以下五项：□IMT－2000CDMADS，它含UTRA/WCDMA和美、日、韩提出的W－CDMA等；□IMT－2000CDMAMS，主要含cdma20003x；□IMT－2000CDMATDD，主要含UTRATDD和我国提出的TD－SCDMA；□IMT－2000TDMASC，主要含UWC136；□IMT－2000TDMAMC，主要含DECT；2023/6/57第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)△IMT－2000无线接口主要参数要求

<表10.3.1>ITU提出的IMT－2000无线接口主要参数表环境室内办公室步行车辆内容比特率BER比特率BER比特率BER典型语音低时延8－16－32Kb/s≤10－3语音激活50％8－16－32Kb/s≤10－3语音激活50％8－16－32Kb/s≤10－3语音激活50％电路交换短时延数据64－144－384－512－1024－2048Kb/s≤10－6

64－144－384Kb/s≤10－6

64－144Kb/s≤10－6

电路交换长时延数据64－144－384－512－1024－2048Kb/s≤10－6

64－144－384Kb/s≤10－6

64－144Kb/s≤10－6

分组交换数据64－144－384－512－1024－2048Kb/s≤10－6

泊松到达64－144－384Kb/s≤10－6泊松到达64－144Kb/s≤10－6

泊松到达2023/6/58第三代（3G）移动通信与第三代的3GPP网络(续)△3GPP与3GPP23GPP与3GPP2是一个跨国的标准化组织的第三代伙伴计划。即：□3GPP是有欧洲ETSI，日本ARIB、TTC，韩国TTA以及美国TI等组成，其宗旨是制定以GSM网络为核心网，以

UTRA（UniversalTerrestrialRadioAccess）为无线接口标准。它于1998年12月正式成立；□3GPP2是由美国ANSI(TIA)，日本ARIB、TTC，韩国TTA

等组成，其宗旨是制定以北美ANSI/IS－41网络为核心网，以CDMA－2000以及UWC－136为无线接口标准。它于1999年1月正式成立。2023/6/59第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2、WCDMA简介△WCDMA是一类直接序列扩频的码分多址（DS－CDMA）技术.□1998年6月提交到ITU的第三代移动通信无线传输技术（RTT）共由10个提案，其中涉及DS－CDMA的有六个，他们是；●欧洲ETSI，UTRA－UMTS（WCDMA）；●日本ARIB，J.W－CDMA；●美国TIA，WIMSW－CDMA；●美国TIPI，WCDMA/NA；●韩国TTA，CDMAⅡ；●中国TD－SCDMA，（TDD方式）；以欧洲提案为主体融合其他方案形成最后的3GPPWCDMA方案2023/6/510□3GPP的WCDMA方案主要分为以下两类：●WCDMA、FDD方式●WCDMA、TDD方式，它主要包含我国TD

－SCDMA，与UTRAWCDMATDD方案（以德国西门子公司为代表）第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/511△WCDMA的主要参数<表10.3.2>WCDMA的主要参数上行信道复用控制和导频信道时分复用数据和控制信道I&Q复用下行信道复用数据和控制信道时分复用多速率可变扩频和多码扩频因子4～256功率控制开环和快速闭环(1.6KHz)下行扩频码可变长度的正交序列码(OVSF)划分信道，218－1的Gold序列码区分小区和用户（周期10ms）上行扩频码可变长度的正交序列码(OVSF)划分位迹，225－1的Gold序列区分用户(I/Q时间偏移不同,10ms)切换软切换频率间切换信道带宽5MHz双工方式FDD或TDD码元速率3．84Mchip/s帧长10ms下行链路和RF信道结构直扩扩频调制方式上行：双信道QPSK下行：平衡QPSK复扩频电路数据调制方式上行：QPSK下行：QPSK信道编码交织或turbo码相干检测上/下行：用户专用的时间复用导频下行：共用调频第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/512<图10·3·6>WCDMA的物理信道结构

物理信道

上行物理信道

下行物理信道专用物理信道共用物理信道专用物理信道共用物理信道共享物理信道专用物理数据信道专用物理控制信道随机接入信道共用分组信道专用信道公共导频信道公共控制信道同步信道共享信道第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/513•

上行链路DPDCH/DPCCH信道的帧结构图：

超帧=720ms

帧=10ms

时隙=2560chipDPDCH:DPCCH:

第1帧第2帧……第i帧……第72帧

时隙1时隙2……时隙I……时隙15

导频NpilotbitTPC1Ntpc1bitFB1Nfb1bitTPCNtpcbitN数据bit第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/514

在上行数据链路中仅以DPDCH/DPCCH为例，给出上述帧结构。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）且与一个功控周期相同。而每个时隙中比特的个数则与物理信道的扩频因子有关即SF=256/2^k,它可以取256~4。256码元中含有导频、功控、反馈和传输格式组合指示。上行共用物理信道的PACH与PCPCH帧结构这里就不再整述。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/515•

下行链路DPCH信道的帧结构图：

超帧=720ms

帧=10ms

时隙=2560chipDPCCHDPDCHDPCCHDPDCHDPCCH

第1帧第2帧……第i帧……第72帧

时隙1时隙2……时隙I……时隙15TPC1DataTPCData2PilotNtpc1bitNdata1bitNtpcbitNdata2bitNpilotbit第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/516

与上行一样，下行链路中仅以DPCH信道为例，给出上述的帧结构。同样一个超帧含72帧，每帧长10ms，含有15个时隙，每个时隙含有2560个码元（chip）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pilot。下行其他类型信道帧结构这里也不再整述。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/517□WCDMA前向/反向链路的信道分配：•

前向链路的信道分配：前向WCDMA信道（基移）5MHz

公共导频同步主公共控制辅公共控制专用物物理分享信道信道物理信道物理信道理信道……信道

CPICHSCHPCCPCHSCCPCHDPCHDPSCHCPICH（天线1）CPICH（天线2）广播信道BCH前向接入FACH寻呼PCHFACHPCH第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/518•

反向链路的信道分配：反向WCDMA信道（移基）5MHz

随机接入公共分组信道专用物理信道信道……RACHCPCHDPCH前消息控制前消息控制导消息数据导消息数据DPCCHDPDCH···DPDCH第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/519□WCDMA多速率用户数据传输

WCDMA拥有一个灵活的多速率传输模式，它对不同类型的业务可以使用不同数据数量和不同的服务质量即其信道编码类型，交织深度和数据速率可变。下面我们给出上下行链路速率传送和复用技术方案如下：第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/520<图10·3·11>上/下行多速率方案框图：CRC传输块级联/编码块分割信道编码无线帧均衡第一交织无线帧分割速率匹配

速率匹配CRC传输块级联/编码块分割信道编码速率匹配DTX指示第一次输入第一交织无线帧分割

速率匹配第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/521接上页图：物理信道1物理信道2… 物理信道1物理信道2…

上行链路多速率方案 下行链路多速率方案传输信道复接物理信道分割第二交织物理信道映射传输信道复接DTX指示第二次插入无线信道分割第二交织物理信道映射第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/522

从第二代（2G）网络向第三代（3G）网络的平滑过渡与演进：从总体上来说，由2G向3G演进的步骤分为两步：第一步为过渡性方案，第二步实现IP核心网。下面分别予以简介：▲3GPP提出的基于GSM/GPRSATM核心网的R99（Release99）标准；第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/523它基本上是由二代的GSM与二代半的GPRS的网络平台基础上过渡和升级产生的。与2GGSMPHASE2+以及GPRA标准相比3G的R99中主要改动有：■无线接口

•

二代（2G）和二代半（2.5G）的GSM和GSM/GPRS采用的是时分多址TDMA方式，而三代（3G）的WCDMA则采用码分多址CDMA方式。可见在空中接口的主要多址接入方式上是完全不同的，完全不兼容的；

•3G在2.5G的GPRS基础上，分别支持电路交换CS和分组交换PS两类业务；

•3G的传送数据能力有很大的增强，即从原来2G最低的

9.6k/s提高至3G最高达2Mb/s;第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/524

•在3G中，实现了包含图像业务在内的多媒体业务传送。然而在2G中只能传送话音与低速的电路交换数据业务，到了2.5G虽然有所改善，但改善很有限■在3G中的话音业务，由于引入了自适应多速率话音编码AMR，从而进一步提高了话音质量和系统的容量；对数据业务，特别是分组数据业务，为移动因特网的实现，得到了实质性的进展。从分组传递、信息安全，到协议和网络平台的改善做了一系列较全面的改进；第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/525■无线接入网系统，在3G中基于2G原有结构与接口，引入了基于ATM的Iu、Iub和Iur接口；

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对应于2.5G的GSM/GPRS网络中的A接口和Gb接口，引入了分别针对电路交换CS的Iucs和针对分组交换的Iups，针对广播域的Iubs；

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对应于2G的GSM中不开放的Abis接口，将它改变成开放型的Iub接口，以便于不同厂家产品间的连接；

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为了便于3G中软切换的实现，在不同的RNC之间增设了Iur接口；第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/526■核心网系统，将核心网粗分为两个域，即电路交换CS和分组交换PS两个部分。

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电路交换CS域供电路交换型业务，主要是话音业务以及部分电路交换型数据业务用，并负责电路交换业务的呼叫、控制和移动管理；

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分组交换PS域供分组交换型业务，主要是分组数据业务以及IP电话等分组交换型数据业务用，即分组数据业务的接入、控制和移动性管理；

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核心网还可以将与广播性业务集中起来统一控制与管理。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/527■3G的R99是从2.5GGSM/GPRS升级的，两者的基本结构与实体相同。它正如图所示，两者间主要差异仅在于功能上的加强与软件版本上的升级，比如：

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在CS域,R99增加了定位技术、号码可携带以及一些智能型业务等；

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在PS域与GPRS相比，也对一些具体接口协议、工作流程和业务能力作了部分改动与加强；

•

在图中为了区别2.5G与3G的R99中各主要功能块后面都附加了一个“E”以表示它是原2.5GGSM/GPRS各相应功能块的改进型；

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通过引入BICC，实现了能同时在多个逻辑信道上传送一个用户的各种业务数据，使网络下层的承载与上层的业务数据相对独立。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/528△3Gpp的全IP核心网络□所谓全IP是指结构（含网络和终端）IP化、协议IP化到业务IP化的全过程；□全IP化应首先从核心网IP化开始，即一个IP核心网应能提供。

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能提供基于IP的各种媒体业务（含多媒体业务在内）；

•

多种媒体（含话音、数据、图像等）流和多媒体流均应在统一的IP核心网上传送和交换；

•IP作为承载和传输技术，应逐步从核心网开始逐步延伸至无线接入网、无线接口直至移动终端；第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/529□3GPP提出的全IP网络参数模型<图10-3.20>3GPP全IP网络的参数模型应用和服务GGSN其它PLMN各种接入网络应用和服务SCP传统的信令网多媒体IP网络TEMTGERANTEMTUTRANSGSNHSSR-SGNCSCFMRFMGCFGGSNT-SGW WWMSC服务器HSSGMSC服务器R-SGWMGWPSTN业务数据接口信令协议接口第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/530其中：R-SGW,为漫游信令网关；

T-SGW,为传输信令网关；

MGW,为多媒体网关；

HSS,为本地用户服务器；

CSCF,为呼叫状态控制功能；

MRF,为多媒体资源控制；

MGCF,为多媒体网关控制。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/531它主要包含以下几个主要部分：•

无线网络，它主要有移动用户有关设备、无线链路和无线接入网、包会支持3GUTRAN，和支持GPRS改进型EDGE以及HIPERLAN2的GERAN；•GPRS网络，GPRS网络的GSN功能同它在R99分组交换网中一样，为移动终端提供移动管理功能和PDP内容激活业务。而HLR的功能由HSS（归属用户服务器）来实现，用来保存用户特征数据；•

呼叫控制，它由呼叫状态控制功能（CSCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、漫游信令网关（R-SGW）、媒体网关（MGW）、传输信令网关（T-SGW）和媒体资源功能（MRF）实现。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/532•

连接其他网络的网关，与外部网络的互连是通过

GGSN、MGCF、MGW、R-SGW和T-SGW等部分来实现，其中与传统移动网的信令接口通过R-SGW、CSCF、MGCF、T-SGW和HSS实现，承载接口通过MGW实现，与固定核心网的电路交换信令接口通过CSCF、MGCF、T-SGW实现。•

业务结构，与应用和业务的接口由HSS、SGSN和

CSCF来实现，与非标准业务接口则通过应用业务层实现。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/533□全IP网络的发展目标（达到电信级IP标准）

3GPP标准化组织已提出了一系列的对全IP网络的目标要求，它们包含:

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建立一个能够快速的增强服务的灵活环境；

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建立用户的端到端IP连接；

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能够承载实时业务包含多媒体业务；

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规范化和可裁减性；

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接入方式独立性。无缝隙连接服务、公共服务扩展、专用网和公用网的共用、固定和移动汇集能力；

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将服务、控制和传输分开；

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将操作和维护集成；

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在不降低质量的前提下，减少IP技术减半；

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具有开放的接口，能够支持多厂家产品；

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至少能达到目前的安全性水平；

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至少能达到目前的QOS水平。第三代(3G)移动通信与第三代的3GPP网络(续)2023/6/5346、WCDMA的业务△引言□