移動(dòng)通信技術(shù)與設(shè)備第9章

1、第9章 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)【本章內(nèi)容簡(jiǎn)介】本章對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)、目標(biāo)和要求進(jìn)行了描述，全面介紹了WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三種主流技術(shù)，并對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)作了充分說明，對(duì)3G的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求】本章重點(diǎn)掌握WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA三種主流技術(shù)，熟悉智能天線技術(shù)、功率控制技術(shù)、多徑分集接收技術(shù)和軟件無線電等關(guān)鍵技術(shù)。9.1 概 述 第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT-2000）是國際電信聯(lián)盟（ITU）制訂的一個(gè)能夠提供移動(dòng)綜合電信業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)。3G將把移動(dòng)無線接入技術(shù)以及蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)功能提

2、高到一個(gè)前所未有的水平。 3G系統(tǒng)無論在技術(shù)還是業(yè)務(wù)應(yīng)用上對(duì)于運(yùn)營商來說都是一個(gè)全新的課題，3G系統(tǒng)與現(xiàn)有的2G系統(tǒng)有著根本的不同。本質(zhì)上，3G系統(tǒng)采用CDMA和分組交換技術(shù)，而2G系統(tǒng)則通常采用的TDMA和電路交換技術(shù)。在電路交換的傳輸模式下，無論通話雙方是否說話，線路在接通期間保持開通，并占用帶寬，因此與現(xiàn)在的2G系統(tǒng)相比，3G系統(tǒng)將支持更多的用戶，實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。 在當(dāng)今Internet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷升溫、固定寬帶接入速率（HDSL、ADSL、VDSL）不斷提升的背景下，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也從市場(chǎng)應(yīng)用需求上得到了極大的催動(dòng)，從而越來越被電信運(yùn)營商、通信設(shè)備制造商和普通用戶所關(guān)注。9.1

3、.1第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)IMT-2000主要采用寬帶CDMA技術(shù)，這一點(diǎn)各國已達(dá)成共識(shí)；但北美、歐洲、日本這三大區(qū)域性集團(tuán)均向ITU提出了各自的標(biāo)準(zhǔn)。我國也積極參與了第三代移動(dòng)通信技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)的制訂，成立了無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組（CWTS），專門負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制訂，并已向ITU提交了中國自己的標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA。1999年10月ITU在赫爾辛基舉行的ITU-RTG8/1會(huì)議上制訂了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)無線接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要組成部分分為CDMA和TDMA兩類體制，包括以下5種方案：IMT-2000 CDMA DS，即歐洲和日本的UTRA/W-CDMA；IMT-2000 CDMA MC，即美

4、國的cdma2000 MC；IMT-2000 CDMA TDD，即歐洲的UTRA TDD和中國的TD-SCDMA；IMT-2000 TDMA SC，即美國的UWC-136和DECT；IMT-2000 TDMA MC，即DECT。上述方案中最主要最有希望得到廣泛應(yīng)用的方案是WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。912第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)GSM系統(tǒng)在向第三代系統(tǒng)演進(jìn)的過程中，其無線接入網(wǎng)絡(luò)一般公認(rèn)將采用基于WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，與基于TDMA技術(shù)的GSM網(wǎng)絡(luò)相比，是一個(gè)革命性的變化。而在網(wǎng)絡(luò)部分則會(huì)采用演進(jìn)的方式，即在初期，分別將語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入到不同的交換網(wǎng)絡(luò)，電路型和分組型的交

5、換網(wǎng)絡(luò)都是增強(qiáng)型的GSM和GPRS核心網(wǎng)絡(luò)。通過逐漸提高現(xiàn)有GSM的傳輸帶寬，逐步向第三代所要求的2Mbit/s速率的方向努力。在演進(jìn)的第一階段，可通過采用GPRS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)GSM網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)所需的技術(shù)，使傳輸速率達(dá)到100kbit/s以上；在第二階段則可以采用EDGE（增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率應(yīng)用）技術(shù)，它可提供高達(dá)384kbit/s的數(shù)據(jù)速率，然后過渡到WCDMA系統(tǒng)。與GSM系統(tǒng)相比，窄帶CDMA系統(tǒng)無論是無線還是網(wǎng)絡(luò)部分在向第三代系統(tǒng)過渡時(shí)，都將采用演進(jìn)的方式。912第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)cdma 2000-1x（cdma2000單載波方式）是cdma2000的第一代階段，后來確定它屬于第三代技術(shù)。

6、理論上cdma2000-1x容量約是IS-95系統(tǒng)的兩倍（實(shí)際測(cè)試大致是IS-95系統(tǒng)的1517倍），可支持144kbit/s的傳輸速率。在CDMA網(wǎng)絡(luò)部分則將引入分組交換方式，以支持未來的移動(dòng)IP業(yè)務(wù)方式，即在cdma2000-1x商用初期，網(wǎng)絡(luò)部分在窄帶CDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，保持電路交換支持語音業(yè)務(wù)、引入分組交換方式支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于cdma2000-1x初期只能提供144kbit/s左右的數(shù)據(jù)速率，不能達(dá)到2Mbit/s的傳輸需要，為了在cdma2000-1x基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)能力，地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP2已開始制訂支持速率高于2Mbit/s的cdma2000-1x演進(jìn)方案，其中高通公司的H

7、DR（高數(shù)據(jù)速率）、摩托羅拉和諾基亞公司聯(lián)合提交的1Xtreme，還有中國的LAS-CDMA都作為候選技術(shù)在探討之中，除了HDR目前進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段外，其余技術(shù)目前均還在研究開發(fā)階段。 912第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用戶能夠在任何時(shí)候、任何服務(wù)網(wǎng)中獲得與在歸屬環(huán)境“看起來相同、感覺相同”的業(yè)務(wù)。它的目標(biāo)是在有效利用網(wǎng)絡(luò)資源（無線頻譜）的基礎(chǔ)上，向用戶提供大量的業(yè)務(wù)，包括現(xiàn)在已經(jīng)提供的業(yè)務(wù)和目前還沒有定義的業(yè)務(wù)，以及多媒體、高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，并且系統(tǒng)要提供與現(xiàn)有固定網(wǎng)一致的較高的服務(wù)質(zhì)量（特別是話音質(zhì)量）。與現(xiàn)有的第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比較，其主要特點(diǎn)可以概括為以下幾點(diǎn)

8、：1全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，一般為區(qū)域或國家標(biāo)準(zhǔn)，而第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)將是一個(gè)在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng)。它將使用共同的頻段，全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 912第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)2具有支持多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持Internet業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)主要以提供語音業(yè)務(wù)為主，隨著發(fā)展，一般也僅提供100200kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GSM演進(jìn)到最高階段的速率為384kbit/s。而第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力將比第二代有明顯的改進(jìn)，它能支持從語音到分組數(shù)據(jù)、到多媒體業(yè)務(wù)，能根據(jù)需要提供帶寬。33G將標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)能力，而不是業(yè)務(wù)本身，這樣使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不再受制于電信業(yè)務(wù)。統(tǒng)一

9、網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)多業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，可以方便承載各種電信業(yè)務(wù)，3G對(duì)一些基本電信業(yè)務(wù)（如話音、短消息等）標(biāo)準(zhǔn)化，也考慮到網(wǎng)絡(luò)用戶與異種網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)絡(luò)）用戶之間的互通性與業(yè)務(wù)的繼承性。913 3G的目標(biāo)與要求 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的理論研究、技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作早在上個(gè)世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)開始了。3G的目標(biāo)就是把多媒體業(yè)務(wù)及時(shí)地傳送給移動(dòng)域內(nèi)的用戶。也就是說，3G與現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，為任何地方的任何用戶都能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠更靈活地按照不同的服務(wù)質(zhì)量提供多種業(yè)務(wù)。這個(gè)目標(biāo)可以概括為實(shí)現(xiàn)通信全球化、綜合化、智能化和個(gè)人化。 3G的目標(biāo)有以下5個(gè)方面。 （1）全球漫游，以低

10、成本的多模手機(jī)來實(shí)現(xiàn)。全球具有公有頻段，用戶不再限制于一個(gè)地區(qū)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，能與固定網(wǎng)絡(luò)兼容、和現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)互連互通。在設(shè)計(jì)上具有高度的通用性，擁有足夠的系統(tǒng)容量和強(qiáng)大的多種用戶管理能力，能夠提供全球漫游，是一個(gè)覆蓋全球的、具有高度智能和個(gè)人服務(wù)特色的移動(dòng)通信系統(tǒng)。913 3G的目標(biāo)與要求（2）適應(yīng)多種環(huán)境，包括城市和鄉(xiāng)村、丘陵和山地、空中和海上以及室內(nèi)場(chǎng)所。采用多層小區(qū)結(jié)構(gòu)，即微微蜂窩、微蜂窩、宏蜂窩，將地面移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)合在一起，與不同的網(wǎng)絡(luò)互通，提供無縫漫游和業(yè)務(wù)的一致性、網(wǎng)絡(luò)終端的多樣性，并與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)共存和互通。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放，易于引進(jìn)新技術(shù)。（3）能夠提供高

11、質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，包括高質(zhì)量的語音、可變速率的數(shù)據(jù)（從幾kbit/s到2Mbit/s）、高分辨率的圖像視頻等多種業(yè)務(wù)。能支持面向電路和面向分組業(yè)務(wù)。（4）足夠的系統(tǒng)容量，強(qiáng)大的多種用戶管理能力，高保密性能和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以用惟一的個(gè)人電信號(hào)碼（PTN）在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何終端上獲取所需要的電信服務(wù)，這就超越了傳統(tǒng)的終端移動(dòng)性，真正實(shí)現(xiàn)了個(gè)人移動(dòng)性。（5）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可配置成不同形式，以適應(yīng)各種服務(wù)需要，如公用、專用、商用和家用；具有高級(jí)的移動(dòng)性管理，能保證大量用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新、交換和實(shí)時(shí)處理等。913 3G的目標(biāo)與要求ITU規(guī)定的第三代移動(dòng)通信無線傳輸技術(shù)的最低要求必須滿足以下要求：（

12、1）快速移動(dòng)環(huán)境，最高速率達(dá)144bit/s；（2）室外到室內(nèi)或步行環(huán)境，最高速率應(yīng)達(dá)到384kbit/s；（3）室內(nèi)環(huán)境，最高速率應(yīng)達(dá)到2Mbit/s。（4）便于過渡、演進(jìn)。由于第二代網(wǎng)絡(luò)已具有相當(dāng)規(guī)模，所以第三代的網(wǎng)絡(luò)引入時(shí)，一定要能在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸演進(jìn)而成，并與固定網(wǎng)兼容。（5）上下行鏈路能夠適應(yīng)不對(duì)稱業(yè)務(wù)的需求。（6）具有易于管理的信道結(jié)構(gòu)。（7）靈活的無線資源管理和系統(tǒng)配置，支持頻譜間的無縫切換，從而支持多層次的小區(qū)結(jié)構(gòu)。913 3G的目標(biāo)與要求（8）高頻譜利用率。（9）高服務(wù)質(zhì)量。（10）低成本。（11）高保密性。 同時(shí)，還要將綜合寬帶網(wǎng)的業(yè)務(wù)量延伸到移動(dòng)環(huán)境中，能夠傳送高

13、達(dá)2Mbit/s的高質(zhì)量圖像，真正實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間與任何人”都能便利地通信。 目前，多數(shù)人預(yù)測(cè)第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的前景是一個(gè)共同的網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)DD方式的無線基站用來完成全球無線覆蓋；TDD技術(shù)的基站用在城市人口密集地區(qū)，實(shí)現(xiàn)大容量的語音、數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)。914 3G的發(fā)展趨勢(shì) 我國的移動(dòng)通信是從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的，在短短的20年間，技術(shù)上已經(jīng)走過了兩代，即20世紀(jì)80年代的第一代模擬技術(shù)和20世紀(jì)90年代的第二代窄帶數(shù)字技術(shù)。無論是第一代還是第二代，都主要是解決話音通信的問題，目前中國移動(dòng)通信技術(shù)主要采用了GSM、CDMA 1x和PHS幾種制式，GSM和CDMA 1x

14、提供速率不高的窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 早期的移動(dòng)通信只具備用戶之間的傳統(tǒng)通話能力，而隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及移動(dòng)智能網(wǎng)的建立，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)正向話音通信業(yè)務(wù)和信息通信業(yè)務(wù)共存的多品種、多層次的方向發(fā)展。從話音業(yè)務(wù)來看，目前移動(dòng)通信不僅具備用戶間的傳統(tǒng)通話能力，而且還可以開展轉(zhuǎn)移呼叫、三方通話、話音信箱、VPMN、預(yù)付費(fèi)用戶等新業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)；在信息通信業(yè)務(wù)方面，目前中國已經(jīng)可以開展基于第二代技術(shù)的短消息業(yè)務(wù)和WAP業(yè)務(wù)，第二代半的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，如GPRS、CDMA 1x，不久還將可以開展基于第三代技術(shù)的數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務(wù)。914 3G的發(fā)展趨勢(shì)在市場(chǎng)和技術(shù)的雙重推動(dòng)下，移動(dòng)通信走向多媒體化、智能化、

15、分組化、個(gè)性化已經(jīng)是一個(gè)必然的趨勢(shì)。 （1）3G業(yè)務(wù)的多媒體化是指3G的信息由話音、圖像、數(shù)據(jù)等多種媒體構(gòu)成，信息的表達(dá)能力和信息傳遞的深度都比2G有了很大的提高，基本上可以實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)在無線、有線網(wǎng)之間的無縫傳輸。例如，可視電話在人們進(jìn)行話音交流的同時(shí)，還可以看到對(duì)方的相貌和表情。而多媒體特性的另一個(gè)表現(xiàn)是話音識(shí)別和話音文本的雙向轉(zhuǎn)換，人們可以從電話中收聽E-mail，也可以將會(huì)議的錄音直接轉(zhuǎn)換為文本進(jìn)行存儲(chǔ)。914 3G的發(fā)展趨勢(shì)（2）3G業(yè)務(wù)的智能化主要體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供的靈活性、終端的智能化，例如，除輸入密碼外還可以通過話音、指紋來識(shí)別用戶身份。 （3）3G業(yè)務(wù)的分組化是指承載網(wǎng)絡(luò)提

16、供分組交換的能力，提供適合未來3G業(yè)務(wù)發(fā)展的交換機(jī)制，逐步實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)轉(zhuǎn)向以IP為基礎(chǔ)的技術(shù)。 （4）3G業(yè)務(wù)的個(gè)性化是指用戶可以在終端、網(wǎng)絡(luò)能力的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)自己的業(yè)務(wù)。運(yùn)營商可以為用戶提供虛擬歸屬環(huán)境（VHE），使得用戶可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人業(yè)務(wù)環(huán)境（PSE）的可攜帶化，用戶在拜訪網(wǎng)絡(luò)可以享受到與歸屬網(wǎng)絡(luò)一致的業(yè)務(wù)，保證個(gè)性化業(yè)務(wù)的全網(wǎng)一致性。9.2 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成本節(jié)將對(duì)3G的三種主要技術(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的技術(shù)描述，由于TD-SCDMA的核心網(wǎng)和WCDMA采用相同的技術(shù)，所以在TD-SCDMA部分將重點(diǎn)介紹無線網(wǎng)絡(luò)部分。921 WCDMA GSM的巨大成功對(duì)第三代系統(tǒng)在歐洲的標(biāo)準(zhǔn)

17、化產(chǎn)生了重大影響，WCDMA主要起源于歐洲和日本的早期第三代無線研究活動(dòng)。1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴項(xiàng)目）極大地推動(dòng)了WCDMA技術(shù)的發(fā)展，加快了WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，并最終使WCDMA技術(shù)成為ITU批準(zhǔn)的國際通信標(biāo)準(zhǔn)。 第三代的主要技術(shù)體制中，WCDMA和TD-SCDMA都是由3GPP開發(fā)和維護(hù)的規(guī)范，這些技術(shù)都是以CDMA技術(shù)為核心的。WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)就是重視從GSM網(wǎng)絡(luò)向WCDMA網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，WCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是從GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)GPRS系統(tǒng)平滑過渡而成的。 921 WCDMA 從GSM系統(tǒng)發(fā)展到GPRS系統(tǒng)，從第7章介紹中可以看到主要是在GS

18、M系統(tǒng)中增加了通用分組無線業(yè)務(wù)部分而成的。從GPRS系統(tǒng)發(fā)展成WCDMA是改造了基站子系統(tǒng)部分而成的，GPRS系統(tǒng)用的是頻分/時(shí)分多址方式，WCDMA用的是碼分多址，基站部分必須全部更新，因而從25代的GPRS系統(tǒng)過渡到WCDMA所需要的投資是巨大的。 WCDMA系統(tǒng)的無線頻率帶寬是5MHz，采用了Turbo碼的編譯碼器。用到的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的主要技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。 WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖9-1所示。從圖中可以看出WCDMA系統(tǒng)由無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS和核心網(wǎng)CN組成。圖9-1 WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)框圖 921 WCDMA 無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS包含無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC

19、和Node B。RNC在邏輯上對(duì)應(yīng)于GSM系統(tǒng)中的基站控制器BSC，Node B在邏輯上對(duì)應(yīng)于GSM系統(tǒng)中的基站BTS。 無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC的主要功能為： （1）提供尋呼、系統(tǒng)信息廣播、切換、功率控制等基本的業(yè)務(wù)功能。 （2）電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載。 （3）動(dòng)態(tài)信道分配等信道分配的管理。 （4）移動(dòng)臺(tái)準(zhǔn)予接入、小區(qū)“呼吸”功能、切換、軟容量等的控制管理。 （5）提供手持終端和遙控網(wǎng)管兩種方式的配置、維護(hù)、告警和性能統(tǒng)計(jì)等操作維護(hù)管理功能。 921 WCDMA Node B（相當(dāng)于基站）包括無線收發(fā)信機(jī)和基帶處理部件，主要功能為： （1）擴(kuò)頻、調(diào)制和信道編碼。 （2）解擴(kuò)、解調(diào)和

20、信道解碼。 （3）射頻信號(hào)處理。 （4）基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換功能。 （5）接受無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC傳輸來的信號(hào)并加以處理。 核心網(wǎng)由電路域部分的設(shè)備和分組域部分的設(shè)備兩部分組成。電路域部分設(shè)備是移動(dòng)交換中心MSC，分組域部分設(shè)備是分組業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN和分組網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN。此外，核心網(wǎng)部分還有移動(dòng)臺(tái)歸屬位置寄存器HLR和移動(dòng)臺(tái)訪問位置寄存器VLR。核心網(wǎng)內(nèi)各組成部分的主要功能如下： 921 WCDMA 移動(dòng)交換中心MSC的主要功能是：電路域的呼叫接續(xù)；電路域的移動(dòng)性管理、電路域部分的鑒權(quán)和加密。分組業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN的主要功能是：移動(dòng)臺(tái)的分組業(yè)務(wù)的移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、路由轉(zhuǎn)

21、發(fā)、鑒權(quán)和加密等。分組網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN的主要功能是：為移動(dòng)臺(tái)提供IP地址分配，配合進(jìn)行用戶驗(yàn)證和分組業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN之間傳輸用戶數(shù)據(jù)包和承載IP數(shù)據(jù)包，完成與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)包收發(fā)功能，計(jì)費(fèi)信息的收集和話單的保存。歸屬位置寄存器HLR的主要功能是移動(dòng)用戶簽約信息的存儲(chǔ)，電路域和分組域的移動(dòng)性管理與呼叫路由選擇、鑒權(quán)等。 921 WCDMA 訪問位置寄存器VLR的主要功能是進(jìn)入所屬服務(wù)區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)的信息存儲(chǔ)、電路域和分組域的移動(dòng)性管理與呼叫路由選擇等。 在WCDMA系統(tǒng)中，與其他第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)一樣，它的關(guān)鍵技術(shù)有智能天線、多用戶檢測(cè)技術(shù)、高效信道編碼和軟件無線電等。 由于WCD

22、MA是從GSM發(fā)展而來，GSM系統(tǒng)可以平滑過渡到WCDMA系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)在世界上占了絕大部分，對(duì)WCDMA系統(tǒng)的應(yīng)用是極大的支持。WCDMA系統(tǒng)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的三種制式中也將會(huì)占絕大部分份額。922 cdma2000 cdma 2000系統(tǒng)是在窄帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。cdma 2000系統(tǒng)又分成兩類，一類是cdma 2000 1x，另一類是cdma 2000 3x。cdma 2000 1x屬于25代移動(dòng)通信系統(tǒng)，與GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)屬同一類，cdma 2000 3x則是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。但是從GPRS系統(tǒng)升級(jí)到WCDMA系統(tǒng)，其基站BTS要全部更新，從cdma

23、2000 1x升級(jí)到cdma2000 3x原有的設(shè)備基本上都可以使用。cdma 2000 1x是用一個(gè)載波構(gòu)成一個(gè)物理信道，cdma 2000 3x是用3個(gè)載波構(gòu)成一個(gè)物理信道，在基帶信號(hào)處理中將需要發(fā)送的信息平均分配到三個(gè)獨(dú)立的載波中分別發(fā)射，以提高系統(tǒng)的傳輸速率。在cdma 2000 1x中最大傳輸速率可以達(dá)到150kbit/s，cdma 2000 3x最大傳輸速率可達(dá)到2Mbit/s。目前cdma 2000 1X設(shè)備已投入運(yùn)營，因cdma 2000 1x系統(tǒng)與cdma 2000 3x系統(tǒng)相似，所以，這里就介紹cdma 2000技術(shù)，而不分開成cdma 2000 1x與cdma 2000

24、3x來介紹。922 cdma2000 cdma 2000移動(dòng)通信系統(tǒng)在無線接口方面有以下特征： （1）無線信道的帶寬可以是N125MHz，其中N=1，3，5，9，12。即帶寬可選擇為125MHz，375MHz，75MHz，1125MHz，15MHz中的一種。 （2）在前向信道上，cdma 2000 1x系統(tǒng)用的是單載頻，頻寬為125MHz，cdma 2000 3x用的是3載頻。在反向信道上用的都是單載頻。 （3）擴(kuò)頻用的碼片速率。對(duì)于帶寬為125MHz的載頻，擴(kuò)頻的碼片速率為12288Mchip/s；對(duì)于帶寬為N125MHz的載頻，碼片速率為N12288Mchip/s。 （4）在前向鏈路上采用

25、了發(fā)射分集方式。對(duì)多載波采用不同的載波發(fā)射到不同的發(fā)射天線上，對(duì)單載波采用正交發(fā)射分集。 （5）用Turbo編碼。 （6）在前向信道上用了變長(zhǎng)的Walsh函數(shù)。碼片率為12288Mchip/s時(shí)Walsh長(zhǎng)128，碼片率為36864Mchip/s時(shí)Walsh函數(shù)長(zhǎng)度為256。 （7）不僅前向鏈路上用了導(dǎo)頻信道，在反向鏈路上也使用了導(dǎo)頻信道。922 cdma2000cdma 2000 1x的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9-2所示。cdma 2000 1x的網(wǎng)絡(luò)分成兩大部分：基站子系統(tǒng)和核心網(wǎng)?；咀酉到y(tǒng)包含基站控制器BSC和基站BTS。它們的作用與WCDMA系統(tǒng)中的基站子系統(tǒng)一樣。核心網(wǎng)分成電路域核心網(wǎng)和分組域

26、核心網(wǎng)。電路域核心網(wǎng)包含移動(dòng)交換中心MSC，訪問位置寄存器VLR，歸屬位置寄存器HLR和鑒權(quán)中心。這部分設(shè)備的功能與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基本相同。但在歸屬位置寄存器中增加了與分組業(yè)務(wù)有關(guān)的用戶信息。圖9-2 cdma 2000 1x的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)922 cdma2000 分組域核心網(wǎng)包括分組控制節(jié)點(diǎn)PCF，分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN，歸屬代理HA和認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器AAA。各設(shè)備的主要功能如下： （1）分組控制節(jié)點(diǎn) 管理與分組業(yè)務(wù)有關(guān)的無線資源，管理與基站子系統(tǒng)的通信，以便傳送來自或送給移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)；負(fù)責(zé)建立、保持和終止至分組數(shù)據(jù)服務(wù)點(diǎn)節(jié)PDSN的連接，實(shí)現(xiàn)與分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN的通信。

27、（2）分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn) 負(fù)責(zé)為移動(dòng)臺(tái)建立和終止分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連接，為簡(jiǎn)單的IP用戶終端分配一個(gè)動(dòng)態(tài)IP地址，與認(rèn)證服務(wù)器（RADIVS服務(wù)器）配合向分組數(shù)據(jù)用戶提供認(rèn)證服務(wù)，以確認(rèn)用戶的身份與權(quán)限。 （3）認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器 負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)使用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)。 （4）歸屬代理 主要負(fù)責(zé)鑒別來自移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)IP注冊(cè)，動(dòng)態(tài)分配歸屬IP地址。923 TD-SCDMA 作為TD-SCDMA技術(shù)，只是在UTRAN接入網(wǎng)方面同WCDMA有所區(qū)別，具體說來主要的最大區(qū)別在于空中接口的物理層，而在核心網(wǎng)及上層業(yè)務(wù)等方面并沒有什么實(shí)質(zhì)性的差別，所以我們將主要針對(duì)TD-SCDMA空中接口的關(guān)鍵技術(shù)

28、進(jìn)行介紹。 1TD-SCDMA簡(jiǎn)介TD-SCDMA是中國首次提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國際3G標(biāo)準(zhǔn)，可全面滿足IMT-2000的基本要求。它采用不需配對(duì)頻率的TDD雙工模式以及FDMA/TDMA/CDMA相結(jié)合的多址接入方式，使用128Mchip/s的低碼片速率，擴(kuò)頻帶寬為16MHz，同時(shí)采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、上行同步、軟件無線電、接力切換、動(dòng)態(tài)信道分配等先進(jìn)技術(shù)，具有相當(dāng)高的技術(shù)先進(jìn)性，如圖9-3所示。圖9-3 TD-SCDMA同時(shí)采用時(shí)分和碼分多址923 TD-SCDMA TD-SCDMA具有很多技術(shù)特點(diǎn)：如頻譜利用率高、支持不對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、簡(jiǎn)易的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、系統(tǒng)容量大、系統(tǒng)綜合成本低等，

29、因此，TD-SCDMA能夠組建高性能的廣覆蓋、低成本獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，提供強(qiáng)大的差異化競(jìng)爭(zhēng)力和快速建網(wǎng)能力，全面滿足運(yùn)營商的需求。負(fù)責(zé)WCDMA和TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)的3GPP，從1998年成立后，已經(jīng)發(fā)布了Release99、Release 4（Release 2000）、Release 5和Release 6的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本。它們與GSM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，形成了一個(gè)統(tǒng)一的整體，為第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)和業(yè)務(wù)的逐步開展奠定了很好的基礎(chǔ)。923 TD-SCDMA 2TD-SCDMA空中接口的關(guān)鍵技術(shù) TD-SCDMA確切地說是3G中的一種無線接入技術(shù)（RAT），而非只核心網(wǎng)技術(shù)。其核心網(wǎng)內(nèi)容和管理

30、部分與WCDMA的完全一致，下面對(duì)TD-SCDMA空中接口的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，詳細(xì)論述參見后續(xù)有關(guān)內(nèi)容。 （1）采用智能天線技術(shù) TD-SCDMA系統(tǒng)的TDD模式可以利用上下行信道的互易性，即基站對(duì)上行信道估計(jì)的信道參數(shù)可以用于智能天線的下行波束成型，這樣，相對(duì)于FDD模式，其智能天線技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)。TD-SCDMA系統(tǒng)是一個(gè)以智能天線為核心技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。 智能天線技術(shù)的核心是自適應(yīng)天線波束賦形技術(shù)，智能天線技術(shù)的原理是使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖。如果使用數(shù)字信號(hào)處理方法在基帶進(jìn)行處理，使得輻射方向圖的主瓣

31、自適應(yīng)地指向用戶來波方向，就能達(dá)到提高信號(hào)的載干比，降低發(fā)射功率，提高系統(tǒng)覆蓋范圍的目的。923 TD-SCDMA智能天線的主要功能： 提高了基站接收機(jī)的靈敏度； 提高了基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率； 降低了系統(tǒng)的干擾； 增加了系統(tǒng)的容量； 改進(jìn)了小區(qū)的覆蓋； 降低了無線基站的成本。 923 TD-SCDMA （2）聯(lián)合檢測(cè)技術(shù) CDMA系統(tǒng)中多個(gè)用戶的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混疊的，接收時(shí)需要在數(shù)字域上用一定的信號(hào)分離方法把各個(gè)用戶的信號(hào)分離開來。信號(hào)分離的方法大致可以分為單用戶檢測(cè)和多用戶檢測(cè)兩種。 傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)信號(hào)分離方法是把多址干擾（MAI）看作熱噪聲一樣的干擾，它會(huì)導(dǎo)致信噪比嚴(yán)重惡化，

32、系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個(gè)用戶的信號(hào)分離看作是各自獨(dú)立的過程的信號(hào)分離技術(shù)稱為單用戶檢測(cè)。 實(shí)際上，由于MAI中包含許多先驗(yàn)的信息，如確知的用戶信道碼，各用戶的信道估計(jì)等等，因此MAI不應(yīng)該被當(dāng)作噪聲處理。可以將其利用起來以提高信號(hào)分離方法的準(zhǔn)確性。這樣充分利用MAI中的先驗(yàn)信息而將所有用戶信號(hào)的分離看作一個(gè)統(tǒng)一的過程的信號(hào)分離方法稱為多用戶檢測(cè)技術(shù)（MD）。根據(jù)對(duì)MAI處理方法的不同，多用戶檢測(cè)技術(shù)可以分為干擾抵消和聯(lián)合檢測(cè)兩種。 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)是目前第三代移動(dòng)通信技術(shù)中的熱點(diǎn)，它指的是充分利用MAI，同時(shí)將所有用戶的信號(hào)都分離開來的一種信號(hào)分離技術(shù)。聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)能夠大大降低干擾，擴(kuò)大容量

33、，降低功控要求，削弱遠(yuǎn)近效應(yīng)。923 TD-SCDMA （3）軟件無線電技術(shù) 由于TD-SCDMA系統(tǒng)的TDD模式和低碼片速率的特點(diǎn)，使得數(shù)字信號(hào)處理量大大降低，適合采用軟件無線電技術(shù)。所謂軟件無線電技術(shù)，就是在通用芯片上用軟件實(shí)現(xiàn)專用芯片的功能，軟件無線電具有如下主要優(yōu)勢(shì)： 可以克服微電子技術(shù)的不足，通過軟件方式，靈活完成硬件/專用ASIC的功能。在統(tǒng)一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基帶信號(hào)，通過加載不同的軟件，實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。 系統(tǒng)增加功能可通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)，具有良好的靈活性及可編程性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，不會(huì)老化。 可替代昂貴的硬件電路，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，減少用戶設(shè)備費(fèi)用支出。 923 TD-

34、SCDMA （4）接力切換技術(shù) 接力切換適用于同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于采用了智能天線，可以實(shí)現(xiàn)單基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)準(zhǔn)確定位，從而可以實(shí)現(xiàn)接力切換。接力切換的設(shè)計(jì)思想是：當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，利用智能天線和上行同步等技術(shù)對(duì)UE的距離和方位進(jìn)行定位，將UE的方位和距離信息作為切換的輔助信息；如果UE進(jìn)入切換區(qū)，則RNC通知另一基站做好切換準(zhǔn)備，從而達(dá)到快速、可靠和高效切換的目的。這個(gè)過程就像是田徑比賽中的接力賽跑傳遞接力棒一樣，因而我們形象地稱之為接力切換。 接力切換使用上行預(yù)同步技術(shù)，在切換過程中，UE從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送上

35、行數(shù)據(jù)，即上下行通信鏈路先后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)，提高切換的成功率。 接力切換是介于硬切換與軟切換之間的一種切換方式，綜合了軟切換的高成功率和硬切換的高信道利用率的優(yōu)點(diǎn)，正如表9-1所示(見教材188頁) 。923 TD-SCDMA（5）TD-SCDMA的DCA（動(dòng)態(tài)信道分配）技術(shù)及其特點(diǎn) 所謂信道分配是指在采用信道復(fù)用技術(shù)的小區(qū)制蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中，在多信道共用的情況下，以最有效的頻譜利用方式為每個(gè)小區(qū)的通信設(shè)備提供盡可能多的可使用信道。在DCA技術(shù)中，所有的信道資源放置在中心存儲(chǔ)區(qū)中，表示信道的完全共享。采用DCA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是： 能夠較好地避免干擾，使信道重用距離最小化，從而高效率地利用有限的無線資

36、源，提高系統(tǒng)容量。 滿足第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需要，尤其是高速率的上下行不對(duì)稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的需要。 TD-SCDMA系統(tǒng)的資源包括頻率、時(shí)隙、碼道和空間方向四個(gè)方面，一條物理信道由頻率、時(shí)隙、碼道的組合來標(biāo)志。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，TDD模式的采用。使得TD-SCDMA系統(tǒng)同時(shí)具有CDMA系統(tǒng)大容量和TDMA系統(tǒng)靈活分配時(shí)隙的特點(diǎn)。智能天線技術(shù)的采用，使得TD-SCDMA系統(tǒng)可以為不同方向上的用戶分配相同的頻率、時(shí)隙和擴(kuò)頻碼，給信道分配帶來更多的選擇。 924三種主要技術(shù)制式的比較 以上我們對(duì)3種主要的3G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一些簡(jiǎn)要的介紹，下面將對(duì)這3種3G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一個(gè)比較，從表9-2中可

37、以看到這幾種3G標(biāo)準(zhǔn)之間的主要區(qū)別。雖然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同屬3G的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但也可以將其分為兩類：cdma2000、WCDMA并作一類，采用FDD的標(biāo)準(zhǔn)；TD-SCDMA則為另一類，采用TDD標(biāo)準(zhǔn)。924三種主要技術(shù)制式的比較WCDMACdma2000TD-SCDMA核心網(wǎng)基于GSM-MAP基于ANSI-41基于GSM-MAP越區(qū)切換軟硬切換軟硬切換接力切換雙工方式FDDFDDTDD雙向信道帶寬（MHz）102 51 6碼片速率（Mchip/s）384N12288128幀長(zhǎng)（ms）10ms可變10ms（分兩個(gè)5ms子幀）基站同步異步（可選）同步同步功率控制（H

38、z）開環(huán)+快速閉環(huán)1500開環(huán)+快速閉環(huán)800開環(huán)+慢速閉環(huán)200表9-2 三種主要3G制式的參數(shù)比較9.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù) 3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將通過一條或多條無線鏈路提供接入固定通信網(wǎng)絡(luò)（PSTN/ISDN）所支持的各種業(yè)務(wù)，并為移動(dòng)用戶提供專門的業(yè)務(wù)。3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)及適配單元與PSTN/ISDN等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以與PSTN/ISDN集成在一起。因此，PSTN/ISDN能夠提供的業(yè)務(wù)在3G中都可以提供。 ITU-T在建議M816中將3G所支持的主要業(yè)務(wù)，從用戶的觀點(diǎn)劃分為交互性業(yè)務(wù)、分配性業(yè)務(wù)和移動(dòng)性業(yè)務(wù)三大類。9.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)

39、務(wù)1交互性業(yè)務(wù) 交互性業(yè)務(wù)分為會(huì)話業(yè)務(wù)、消息業(yè)務(wù)、檢索與存儲(chǔ)業(yè)務(wù)三種。 （1）會(huì)話業(yè)務(wù)：將為用戶與用戶或用戶與主機(jī)之間（如數(shù)據(jù)處理）實(shí)時(shí)的各類端到端信息（語音、音頻、文字、圖像、視頻、信令）傳送提供雙向?qū)υ捦ㄐ诺氖侄?，如?huì)議電話、短消息會(huì)話。 （2）消息業(yè)務(wù)：將通過存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、信箱和/或信息處理（信息編輯、處理和交換）等功能在各個(gè)用戶之間提供用戶到用戶的通信，如語音信箱、傳真信箱、電子郵件和視頻郵件。 （3）檢索與存儲(chǔ)業(yè)務(wù)：能在信息中心檢索和/或存儲(chǔ)文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息，共享音頻庫和視頻庫。 9.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)2分配性業(yè)務(wù) 分配性業(yè)務(wù)是從一個(gè)中心源向網(wǎng)上數(shù)量不限的授

40、權(quán)接收機(jī)分配一種連續(xù)的信息流。它包括廣播業(yè)務(wù)，用戶能夠控制信息的呈現(xiàn)，信息可以傳給所有接收機(jī)或?qū)ぶ穫鹘o一部或多部特定接收機(jī)。3移動(dòng)性業(yè)務(wù) 移動(dòng)性業(yè)務(wù)是直接與用戶移動(dòng)性相關(guān)的業(yè)務(wù)，包括終端移動(dòng)性和個(gè)人移動(dòng)性，如漫游業(yè)務(wù)。一種特殊的移動(dòng)性業(yè)務(wù)是定位業(yè)務(wù)。 現(xiàn)有的GSM電路交換網(wǎng)絡(luò)正在向支持分組交換的GPRS網(wǎng)絡(luò)過渡。3G的業(yè)務(wù)將在數(shù)據(jù)速率和帶寬等方面提出更多的要求，如果想滿足高流量等級(jí)和不斷變化的需求，惟一的辦法就是過渡到全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，它將真正實(shí)現(xiàn)語音與數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)融合。移動(dòng)IP的目標(biāo)是將無線語音和無線數(shù)據(jù)綜合到一個(gè)技術(shù)平臺(tái)上傳輸，這一平臺(tái)就是IP協(xié)議。未來的3G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)全分組交換，語音和數(shù)據(jù)都將被

41、封裝在IP包內(nèi)。 全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)約成本，提高可擴(kuò)展性、靈活性和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作效率，并支持IPV6。IP技術(shù)在3G中的引入，使運(yùn)營商能夠?yàn)橛脩艨焖佟⒏咝?、方便地部署豐富的應(yīng)用服務(wù)，將改變移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)模式和服務(wù)方式。9.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)伴隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力的加強(qiáng)，3G的業(yè)務(wù)豐富了很多。 （1）短消息業(yè)務(wù)（SMS） 短消息主要用來傳遞有限長(zhǎng)度的簡(jiǎn)單文本信息，同時(shí)也可以將照片附加在短消息上。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)演化到3G時(shí)，短消息所提供的各種多媒體信息服務(wù)、電子商務(wù)及娛樂服務(wù)仍將在無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中占據(jù)重要的位置，而且那時(shí)的傳送速度也將大大提高。 （2）多媒體消息業(yè)務(wù)（MMS） 多媒體消息業(yè)務(wù)是在短消息

42、業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型消息業(yè)務(wù)。多媒體消息的內(nèi)容包含文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體類型，用戶可以像使用短消息一樣收發(fā)多媒體消息。消息發(fā)送時(shí)，不同的媒體如文本、圖片、照片、音頻、視頻等組合成一個(gè)消息進(jìn)行發(fā)送。9.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù) （3）定位業(yè)務(wù)（LCS） 可以通過基站對(duì)手機(jī)位置的測(cè)量，知道手機(jī)的位置區(qū)，達(dá)到定位的需要，未來定位業(yè)務(wù)將在物流、車輛管理、交通、人員群體位置服務(wù)等方面得到極大的應(yīng)用。 （4）流媒體業(yè)務(wù) 通過流媒體業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播、直播、視頻監(jiān)控等。 （5）WAP網(wǎng)關(guān) WAP可以與電子商務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電子商務(wù)（M-Business）。 （6）Java

43、下載 支持Java應(yīng)用的手機(jī)用戶可以使用手機(jī)方便地享受移動(dòng)運(yùn)營商提供的Java下載服務(wù)。9.4 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)9.4.1 新型調(diào)制技術(shù) 調(diào)制技術(shù)在決定通信系統(tǒng)頻譜利用率方面起著關(guān)鍵作用，歷來是人們關(guān)注的研究熱點(diǎn)。除了一些常規(guī)的調(diào)制方式如FSK、BPSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、MSK、GMSK、/4-OPSK和QAM等已獲得廣泛的應(yīng)用外，人們正在致力于研究一些更能適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境和多變的業(yè)務(wù)需求的調(diào)制方式，如多載波調(diào)制和可變速率調(diào)制。1多載波調(diào)制多載波調(diào)制的原理是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成若干個(gè)子數(shù)據(jù)流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流具有較低的碼元速率，然后用這些子數(shù)據(jù)流去并行調(diào)制若干個(gè)載

44、波。由于在多載波調(diào)制的子信道中，碼元速率低，碼元周期長(zhǎng)，因而對(duì)傳輸信道中的時(shí)延擴(kuò)展和選擇性衰落不敏感，或者說在滿足一條件下，多載波調(diào)制具有抗多徑擴(kuò)展和選擇性衰落的能力。當(dāng)然，多載波調(diào)制所用的各個(gè)子載波必須滿足一定精度和穩(wěn)定度的要求。9.4.1 新型調(diào)制技術(shù)多載波調(diào)制的方法有：（1）多載波正交振幅調(diào)制（MC-QAM）。把待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成多路低速率的子數(shù)據(jù)流，每一路數(shù)據(jù)流被編碼成多進(jìn)制QAM碼元，再插入同步/引導(dǎo)碼元，分別去調(diào)制各個(gè)子信道的載波，這些子載波綜合在一起就形成了MC-QAM信號(hào)，MC-16QAM曾經(jīng)用于Motorola公司開發(fā)的數(shù)字集群系統(tǒng)MIRS。（2）正交頻分復(fù)用和碼分多址結(jié)合

45、（OFDM-CDMA）。 正交頻分復(fù)用（OFDM）和傳統(tǒng)頻分復(fù)用（FDM）的不同之處是利用頻率正交來區(qū)分不同子信道的載波，因而相鄰子信道所占用的頻段可以相互交疊（見圖9-4），而不會(huì)相互干擾，因而可提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率。圖9-4 OFDM正交頻分載波頻率9.4.1 新型調(diào)制技術(shù)正交頻分復(fù)用可以用不同的方法和碼分多址相結(jié)合。方法一：首先，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先進(jìn)行直接序列擴(kuò)展（偽碼長(zhǎng)m位），然后，每個(gè)碼序列經(jīng)過串/并變換，其子碼分別進(jìn)入M個(gè)支路并和其中的正交子載波頻率進(jìn)行調(diào)制，最后，M個(gè)支路合并，即可形成OFDM-CDMA信號(hào)。方法二：待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先進(jìn)行串/并變換，分成N條并行的低速數(shù)據(jù)流，然后，每

46、條子數(shù)據(jù)流分別對(duì)同一個(gè)碼序列和N個(gè)不同的正交載波頻率進(jìn)行調(diào)制，最后綜合成OFDM-CDMA信號(hào)。OFDM-CDMA調(diào)制技術(shù)綜合利用了OFDM和DS-CDMA二者的優(yōu)點(diǎn)，是高速數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一種優(yōu)選調(diào)制方案。9.4.1 新型調(diào)制技術(shù)2可變速率調(diào)制未來移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要傳輸不同速率和不同質(zhì)量要求的多種業(yè)務(wù)，而且因?yàn)橐苿?dòng)信道的傳播性能經(jīng)常會(huì)隨時(shí)間和傳播地點(diǎn)而隨機(jī)變化，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)必須具有自適應(yīng)改變其傳輸速率的能力，以便能靈活地為多種業(yè)務(wù)提供合適的傳輸速率，而且能在保證傳輸質(zhì)量的前提下，根據(jù)傳播條件實(shí)時(shí)地調(diào)整其傳輸速率（信道條件好，提高速率；信道條件差，降低速率），以充分發(fā)揮所用頻譜的效率。

47、實(shí)現(xiàn)可變速率調(diào)制的方法有以下幾種：（1）可變速率正交振幅調(diào)制（VR-QAM），QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控技術(shù)。電平數(shù)越多，每碼元攜帶的信息比特?cái)?shù)就越多。可變速率QAM是根據(jù)信道質(zhì)量的好壞，自適應(yīng)地增多或減少Q(mào)AM的電平數(shù)，從而在保持一定傳輸質(zhì)量的情況下，可以盡量提高通信系統(tǒng)的信息傳輸速率。實(shí)現(xiàn)VR-QAM的關(guān)鍵是如何實(shí)時(shí)判斷信道條件的好壞，以改變QAM的電平數(shù)。圖9-5給出一種星型QAM的星座圖。圖9-5 星型QAM的星座圖9.4.1 新型調(diào)制技術(shù)（2）可變擴(kuò)頻增益碼分多址（VSG-CDMA）。這種技術(shù)靠動(dòng)態(tài)改變擴(kuò)頻增益和發(fā)射功率以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)速率的傳輸。在傳輸高速業(yè)務(wù)時(shí)降低擴(kuò)頻增益，為保

48、證傳輸質(zhì)量，可適當(dāng)降低其發(fā)射功率，以減少多址干擾。（3）多碼碼分多址（MC-CDMA）。待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換后，分成多個(gè)（1，2，M）支路，支路的數(shù)目隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的不同速率而變，當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率小于，等于一基本速率時(shí)，串/并變換器只輸出一個(gè)支路；當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率大于基本速率而小于二倍基本速率時(shí)，串/并變換器輸出兩個(gè)支路；依此類推，最多可達(dá)M個(gè)支路，即最大業(yè)務(wù)速率可達(dá)基本速率的M倍。MC-CDMA通信系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都用到兩種碼序列，其一是區(qū)分不同用戶身份的標(biāo)志碼PN，其二是區(qū)分不同支路的正交碼集（Pn1，Pn2，PnM）這樣，第i個(gè)用戶的第j個(gè)支流所用擴(kuò)頻碼為Ci=PNiPnj。9.4.

49、2 智能天線技術(shù)智能天線（SMART ANTENNA）是一種自適應(yīng)陣列天線。由多天線陣、相干收發(fā)信機(jī)和現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理（DSP）算法組成。智能天線可有效地產(chǎn)生多射束圖。這些射束的每一個(gè)都指向特定的UT，而這些射束圖也能適應(yīng)跟隨任何移動(dòng)的UT。發(fā)射機(jī)把高增益無線波束對(duì)準(zhǔn)通信中的接收機(jī)，這樣既可以增大通信距離（距離不變，可節(jié)約發(fā)射功率），又可以減少對(duì)其它方向上接收機(jī)的干擾。在接收方，這種特性即空間選擇接收，能大大地增加接收靈敏度，減少來自不同位置同信道的UT的同信道干擾，增加容量。它也能有效地合并多徑成份，來抵制多徑衰落。在發(fā)射方對(duì)空間智能選擇形成射束的發(fā)射，能降低對(duì)其它同信道UT的干擾，增加容量

50、，并極大地降低輸出功率。智能天線的理想目標(biāo)是能在發(fā)射機(jī)或接收機(jī)快速移動(dòng)時(shí)，以一個(gè)或多個(gè)高增益的窄波束對(duì)準(zhǔn)并跟蹤所需信號(hào)的方向，同時(shí)以波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)并跟蹤干擾信號(hào)的方向，此時(shí)通信系統(tǒng)中的許多用戶可以占用同一個(gè)信道工作而互不干擾，這就實(shí)現(xiàn)了所謂的“空分多址（SDMA）”。智能天線類似一個(gè)空間濾波器，其突出優(yōu)點(diǎn)是能夠減少或者濾除同道干擾和多址干擾，因而能顯著提高通信系統(tǒng)的通信容量。9.4.2 智能天線技術(shù)智能天線系統(tǒng)的組成如圖9-6所示。每個(gè)陣元所接收的信號(hào)先進(jìn)行幅相加權(quán)，其權(quán)值是由控制器通過不同的自適應(yīng)算法來調(diào)整的。之后，被加權(quán)的信號(hào)進(jìn)行合成，形成陣列輸出，也就是形成若干個(gè)自適應(yīng)波束，同時(shí)自動(dòng)跟蹤若

51、干個(gè)用戶。智能天線所形成的波束能實(shí)現(xiàn)空間濾波，它使期望信號(hào)的方向具有高增益，而使干擾方向?qū)崿F(xiàn)近似零陷，以達(dá)到抵制和減少干擾的目的。天線陣元的數(shù)目N與天線配置的方式對(duì)智能天線的性能有著直接的影響。在CDMA通信系統(tǒng)中，我們能按CDMA編碼形式形成相應(yīng)的天線波束，不同的用戶編碼形成不同用戶的天線窄帶波束，從而大大提高CDMA通信系統(tǒng)容量。這是CDMA通信使用智能天線技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)。目前，已經(jīng)提出將智能天線用于移動(dòng)通信系統(tǒng)以提高系統(tǒng)容量，滿足日益增多的移動(dòng)用戶的需求。此外，智能天線還能通過提高頻譜利用率，擴(kuò)大覆蓋范圍，使用多波束跟蹤移動(dòng)用戶，可以補(bǔ)償孔徑失真，降低延遲擴(kuò)展、多徑衰落、共道干擾、系統(tǒng)復(fù)

52、雜性、誤碼率和中斷概率等來改善系統(tǒng)的性能。天線分配網(wǎng)絡(luò)幅相加權(quán)幅相加權(quán)幅相加權(quán) 控 制 器合成用戶1用戶2用戶n用戶圖9-6 智能天線組成原理框圖9.4.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)在DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址干擾（MAI）是限制通信容量的關(guān)鍵因素，隨著用戶數(shù)目的增加，多址干擾增大，通信質(zhì)量也下降。為了保證通信質(zhì)量不低于預(yù)定的最低要求，必須限制用戶的最大數(shù)目。即使用戶數(shù)目不是太多，如果個(gè)別干擾信號(hào)的發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有用信號(hào)，有用信號(hào)也會(huì)受到它的壓制。為此，DS-CDMA通信系統(tǒng)一般要采用精確的功率控制，把通信雙方的發(fā)射功率限制在允許的電平上。此外，增大擴(kuò)頻增益、設(shè)置自適應(yīng)天線陣列和進(jìn)行有效的信道

53、編碼等都有利于減少多址干擾的影響。但是，多址干擾仍然是不可避免的。采用的辦法是在信號(hào)的檢測(cè)過程中，進(jìn)一步設(shè)法減少或消除多址干擾，以提高系統(tǒng)的通信容量，這種辦法就是采用多用戶信號(hào)檢測(cè)器。由于移動(dòng)臺(tái)受復(fù)雜度的嚴(yán)格限制，所以目前多用戶信號(hào)檢測(cè)技術(shù)多用于基站。多用戶信號(hào)檢測(cè)的最佳檢測(cè)方式是最大自然序列（MLS）檢測(cè)，其性能雖然很好，但算法過于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，因而人們都在探討準(zhǔn)最佳的檢測(cè)方式。近年來多用戶信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，提出了多種多樣的設(shè)想和方案。下面僅就兩種基本的方法簡(jiǎn)要說明這種技術(shù)原理。9.4.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)1去相關(guān)多用戶信號(hào)檢測(cè)器 在傳統(tǒng)的DS-CDMA系統(tǒng)中，用一組匹配濾波器分別

54、對(duì)應(yīng)多個(gè)用戶的輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。由于各個(gè)擴(kuò)頻序列之間存在相關(guān)性，各匹配濾波器的輸出除所需信號(hào)和信道噪聲外，還包含由互相關(guān)性引起的其它用戶信號(hào)的干擾，即多址干擾。以X=（x1x2xk）T表示輸入信號(hào)矢量，以Y=（y1y2yk）T表示匹配濾波器的輸出矢量（k為用戶數(shù)），可得 Y=RAB+N B =（b1 b2bk）T式中，bk 是第k個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)，N為噪聲，R是示征擴(kuò)頻序列之間相關(guān)性的kk階相關(guān)矩陣，A是表示信號(hào)強(qiáng)度（幅度與相位系數(shù)）的對(duì)角線矩陣?？梢钥闯?，如果在上式進(jìn)行去相關(guān)線性變換，即對(duì)相關(guān)矩陣R求逆，可得 YV =RY=AB+NVYV為變換后的噪聲分量。顯然，去相關(guān)檢測(cè)器能夠把多址干擾完

55、全消除，但變換后的噪聲要增大。去相關(guān)多用戶信號(hào)檢測(cè)器屬于線性檢測(cè)器，線性檢測(cè)器還有最小均方差檢測(cè)器等。9.4.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)2干擾抵消式多用戶信號(hào)檢測(cè)器 這種檢測(cè)器的基本思路是把輸入信號(hào)按功率的強(qiáng)弱進(jìn)行從前到后排序。首先，對(duì)最強(qiáng)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，接著利用其判決結(jié)果產(chǎn)生此最強(qiáng)信號(hào)的估計(jì)值，并從總信號(hào)中減去此估計(jì)值（對(duì)其余信號(hào)而言，相當(dāng)于消除了最強(qiáng)的多址干擾）；其次，再對(duì)次強(qiáng)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并按同樣方法處理；依此類推，直至把最弱的信號(hào)解調(diào)出來。因?yàn)?，相?duì)而言，最強(qiáng)的信號(hào)對(duì)其它用戶造成的多址干擾最強(qiáng)，所以從接收信號(hào)中首先把最強(qiáng)的多址干擾消除，對(duì)后續(xù)其它信號(hào)的解調(diào)最有利。同樣的道理，對(duì)最強(qiáng)信號(hào)的判決

56、和估計(jì)也最可靠。這種接順序消除多址干擾的方法稱為連續(xù)干擾對(duì)消法。其缺點(diǎn)是每增加一級(jí)都要增加1bit時(shí)延，而且當(dāng)各個(gè)用戶的信號(hào)強(qiáng)度差不多時(shí)，初始判決和估計(jì)的正確性，往往對(duì)檢測(cè)器的性能有較大的影響。目前許多人正在研究并行干擾對(duì)消法。9.4.4 多徑分集接收技術(shù)在CDMA系統(tǒng)中，隨參信道的衰落會(huì)嚴(yán)重降低通信系統(tǒng)的性能。快衰落信道中的接收信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的多條路徑分量的合成。如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑的信號(hào)，將這些信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號(hào)，則能夠大大減小衰落的影響，獲得分集增益。目前常用的分集類型主要有空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集等四種類型。在接收端，只需將收到的分集信號(hào)按照一定的

57、接收原則進(jìn)行合并。常用的合并方法為：選擇性合并、最大比合并和等增益合并。 （1）選擇性合并：所有的接收信號(hào)送入選擇邏輯，選擇邏輯從所有接收信號(hào)中選擇具有最高基帶信噪比的基帶信號(hào)作為輸出。9.4.4 多徑分集接收技術(shù)（2）最大比合并：控制各支路增益，使它們分別與本支路的信噪比成正比，然后再相加，從而獲得接收信號(hào)。這種方法是對(duì)M路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，再進(jìn)行同相合并，最大比合并的輸出信噪比等于各路信噪比之和。所以，即使各路信號(hào)都很差，以至于沒有一路信號(hào)可以被單獨(dú)解調(diào)時(shí)，最大比方法仍能合成出一個(gè)達(dá)到解調(diào)所需信噪比要求的信號(hào)。在所有已知的線性分集合并方法中，這種方法的抗衰落性是最佳的。 （3）等增益合并：在某

58、些情況下，在最大比合并中因需要產(chǎn)生可變的加權(quán)因子并不方便，因而出現(xiàn)了等增益合并方法。這種方法也是把各支路信號(hào)進(jìn)行同相處理后再相加，只不過加權(quán)時(shí)各路的加權(quán)因子相同。這樣，接收機(jī)仍然可以利用同時(shí)接收到的各路信號(hào)，并且，接收機(jī)從大量不能夠正確解調(diào)的信號(hào)中合并出一個(gè)可以正確解調(diào)的信號(hào)的概率仍很大，其性能只比最大比合并略差，但比選擇性分集好不少。9.4.5 多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)要在各種各樣的通信環(huán)境中，滿足形形色色的業(yè)務(wù)需求，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用什么樣的形式是一種重要的抉擇。第三代移動(dòng)通信的發(fā)展是以提高容量需求和頻譜利用率為標(biāo)志的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃不僅要受區(qū)域覆蓋的引導(dǎo)，而且必須同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用什

59、么樣的形式，更便于通信資源的合理分配和有效利用，以滿足預(yù)定業(yè)務(wù)量的要求。在移動(dòng)通信的發(fā)展初期，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃主要由“區(qū)域覆蓋”驅(qū)動(dòng)，其基本出發(fā)點(diǎn)是保證在所需的地區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)通信死角。這時(shí)候，人們雖然也注意到根據(jù)用戶密度（業(yè)務(wù)密度）的不同，來確定小區(qū)覆蓋面積，比如，在市區(qū)采用小型小區(qū)，在郊區(qū)采用大型小區(qū)；也預(yù)計(jì)到隨著網(wǎng)絡(luò)的成功運(yùn)營，某些地區(qū)的業(yè)務(wù)需求會(huì)急劇增長(zhǎng)，因而提出采用“小區(qū)分裂”的對(duì)策，然而，這種大型小區(qū)和小型小區(qū)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然是單層的、互不交疊的。9.4.5 多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是人們比較熟悉的，由底層和頂層組成，底層指配業(yè)務(wù)信道和信令信道，頂層只指配業(yè)務(wù)信道。隨著室內(nèi)業(yè)務(wù)

60、需求的日益增長(zhǎng)和覆蓋邊遠(yuǎn)荒漠地區(qū)的需要，人們又設(shè)想增加微微小區(qū)以及結(jié)合中低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信鏈路的多層混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)允許網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置不同的信道資源層，并根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)進(jìn)行分類，把同類性質(zhì)的業(yè)務(wù)納入同一資源層之中，以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。資源分層可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，以雙層資源來說，可以按頻段來分層，底層用一個(gè)頻段，頂層用另一個(gè)頻段；也可以按多址方法來分類，一層用時(shí)分多址，另一層用碼分多址；另外，兩層可以均采用時(shí)分多址，而兩層使用不同的時(shí)隙；或者兩層均采用碼分多址，而兩層使用不同的擴(kuò)頻序列，如頂層用短碼，底層用長(zhǎng)碼等等。采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)除合理分配區(qū)層之間的信道資源和業(yè)務(wù)容量外，還必須解決區(qū)層