第26章-物聯(lián)網通信技術(曾憲武)LXX2014.7

第26章第三代移動通信系統(tǒng)26.1第三代移動通信系統(tǒng)簡介26.2WCDMA26.3CDMA200026.4TD-SCDMA26.5WiMAX本章小結26.1第三代移動通信系統(tǒng)簡介

26.1.1概述

第三代移動通信系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)的主要不

同在于它可以提供移動環(huán)境下的多媒體業(yè)務和寬帶數據業(yè)務，其數據傳輸速率最高可達2Mb/s。目前第三代移動通信系統(tǒng)的標準分別為WCDMA、CDMA2000、TD-CDMA和WiMAX四種。第三代移動通信系統(tǒng)在繼承了前兩代移動通信語音服務的基礎上，還提供了低速率數據服務，其最終目標是提供寬帶多媒體通信服務。

3G是3rdGeneration的縮寫，是第三代移動通信技術的簡稱，它是將無線通信與互聯(lián)網等多媒體通信相結合的新一代移動通信系統(tǒng)，能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了滿足不同的應用需求，第三代移動通信技術能夠支持不同的數據傳輸速率，即在室內、室外和行車的環(huán)境中

分別支持至少2Mb/s、384kb/s以及144kb/s的傳輸速率。

由于CDMA系統(tǒng)具有頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好以及支持軟容量和軟切換等優(yōu)點，使得它成為第三代移動通信技術的主流技術。在第三代移動通信技術標準中，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA這三種標準都采用CDMA技術，另外一種標準WiMAX采用的是OFDM技術。26.1.2第三代移動通信系統(tǒng)的特點

從目前已確立的3G標準來看，其網絡特征主要體現(xiàn)在無線接口技術上，主要包括小區(qū)復用、多址/雙工方式、應用頻段、調制技術、射頻信道參數、信道編碼及糾錯技術、幀結構、物理信道結構和復用模式等諸多方面。3G技術的特點包括以下幾個方面：（1）采用高頻段頻譜資源。為實現(xiàn)全球漫游，按ITU規(guī)劃IMT-2000將統(tǒng)一采用2G頻段，可用帶寬高達230MHz，分配給陸地網絡170MHz、衛(wèi)星網絡60MHz，這為3G容量發(fā)展、實現(xiàn)全球多業(yè)務環(huán)境提供了廣闊的頻譜空間，同時可更好地滿足寬帶業(yè)務。（2）采用寬帶射頻信道，支持高速率業(yè)務。充分考慮承載多媒體業(yè)務的需要，3G網絡射頻載波信道根據業(yè)務要求，在室內、室外和行車的環(huán)境中支持至少2Mb/s、384kb/s

及144kb/s的傳輸速率，同時進一步提高了碼片速率，系統(tǒng)抗多徑衰落能力也大大提高。（3）實現(xiàn)多業(yè)務、多速率傳送。在寬帶信道中，可

以靈活應用時分復用、碼分復用技術，單獨控制每種業(yè)務的功率和質量，通過選取不同的擴頻因子，將具有不同QoS要求的各種速率業(yè)務映射到寬帶信道上，實現(xiàn)多業(yè)務、多速率傳送。（4）快速功率控制。3G主流技術均在下行信道中采用了快速閉環(huán)功率控制技術，用以改善下行傳輸信道性能，這提高了系統(tǒng)抗多徑衰落能力，但由于受多徑信道的影響，會導致擴頻碼分多址用戶間的正交性不理想，增加了系統(tǒng)自干擾的偏差，但總體上快速功率控制的應用對改善系統(tǒng)性能是有好處的。（5）采用自適應天線及軟件無線電技術。3G基站采用帶有可編程電子相位關系的自適應天線陣列，可以進行發(fā)信波束賦形，自適應地調整功率，減小系統(tǒng)自干擾，提高接收靈敏度，增大系統(tǒng)容量；另外軟件無線電技術在基站及終端產品中的應用，對提高系統(tǒng)靈活性、降低成本至關重要。26.1.33G參數

國際電聯(lián)對第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000劃分了230MHz頻率，即上行1885~2025MHz、下行2110~2200MHz，共230MHz。上下行頻帶不對稱，可使用雙頻FDD方式和單頻TDD方式。

2000年的WRC2000大會在WRC-1992基礎上批推了新的

附加頻段，即860~960MHz、1710~1885MHz、2500~

2690MHz。以下是各種3G標準的相關參數及其在我國的頻譜分配情況。1.WCDMA

雙工方式：FDD。

異步CDMA系統(tǒng)：無GPS。

帶寬：5MHz。

碼片速率：3.84Mc/s。

中國聯(lián)通頻段：

1920~1980MHz、2110~2170MHz（核心頻段，分別用于上行和下行）；1755~1785MHz、1850~1880MHz（補充頻段，分別用于上行和下行）。2.TD-SCDMA

雙工方式：TDD。

同步CDMA系統(tǒng)：有GPS。

帶寬：1.6MHz。

中國移動頻段：1880~1920MHz、2010~2025MHz（核心頻段）；2300~2400MHz（補充頻段）。3.CDMA2000

雙工方式：FDD。

同步CDMA：有GPS。

帶寬：1.23MHz。

碼片速率：1.2288Mc/s。

中國電信頻段：825~835MHz、870~880MHz（核心頻段，分別用于上行和下行）；885~915MHz、930~960MHz（補充頻段，分別用于上行和下行）。4.WiMAX

全球微波互聯(lián)接入，另一個名稱是802.16。

帶寬：1.5~20MHz。

最高接入速率：70Mb/s。

最遠傳輸距離：50km。

中國頻段：無。26.2WCDMA

26.2.1UMTS與WCDMA

通用移動通信系統(tǒng)(UniversalMobileTelecommunicationsSystem,UMTS)是采用WCDMA空中接口技術的第三代移動通信系統(tǒng)，通常也稱為WCDMA通信系統(tǒng)。UMTS系統(tǒng)結構如圖26.2.1所示，主要由無線接入網(RadioAccessNetwork，RAN)和核心網(CoreNetwork，CN)兩個部分組成。RAN用于處理所有與無線有關的功能；CN用于處理UMTS系統(tǒng)內所有的語音呼叫和數據連接，并實現(xiàn)與外部網

絡的交換和路由。RAN可以借用MUTS中地面RAN的概念，簡稱UTRAN（UMTSTerrestrialRAN）；CN從邏輯上分為電路交換域(CircuitSwitcheddomain，CS)和分組交換域(PackedSwitcheddomain，PS)。UTRAN、CN與用戶設備(UserEquipment，UE)一起構成了整個UMTS系統(tǒng)。圖26.2.1UMTS系統(tǒng)結構UMTS系統(tǒng)的物理結構模型如圖26.2.2所示。該模型分為兩個域：用戶設備域和基本結構域。用戶設備域是用戶用來接入UMTS業(yè)務的設備，它通過無線接口與基本結構域相

連接?；窘Y構域由物理節(jié)點組成，這些物理節(jié)點完成終止無線接口和支持用戶通信業(yè)務需要的各種功能?；窘Y構域是共享的資源，它為其覆蓋區(qū)域內的所有授權用戶提供服務。圖26.2.2UMTS物理結構模型用戶設備域包括具有不同功能的各種類型設備，可能兼容一種或多種現(xiàn)有的固定或無線接口設備，如雙模GSM/UMTS用戶終端等。用戶設備域可進一步分為移動設備(ME)域和用戶業(yè)務識別單元(USIM)域。

移動設備域的功能是完成無線傳輸和應用。移動設備還可以分為實體，如完成無線傳輸和相關功能的移動終端(MT)，包含端到端應用的終端設備(TE)。其接口和功能與UMTS的接入層和核心網結構有關，而與用戶無關。用戶業(yè)務識別單元(USIM)域包含安全地確定身份的數據和過程，這些功能一般存入智能卡中。它只與特定的用戶有關，而與用戶所使用的移動設備無關。

基本結構域可進一步分為接入網域和核心網域。接入網域由與接入技術相關的功能模塊組成，直接與用戶相連接；而核心網域的功能與接入技術無關，兩者通過開放接口連接。核心網又可以分為分組交換業(yè)務域和電路交換業(yè)務域。網絡和終端可以只具有分組交換功能或電路交換功能，也可以同時具有兩種功能。接入網域由系列的物理實體來管理接入網資源到核心網域的機制。UMTS的UTRAN由無線網絡系統(tǒng)(RNS)通過Iu接口和核心網相連。

UMTS將支持各種接入方法，以便于用戶利用各種固定和移動終端接入UMTS核心網和虛擬家用環(huán)境(VirtualHomeEnvironment,VHE)業(yè)務。此時，不同模式的移動終端對應不同的無線接入環(huán)境，用戶則依靠用戶業(yè)務識別單元接入相應的UMTS網絡。核心網域包括支持網絡特征和通信業(yè)務的物理實體，提供包括用戶位置信息的管理、網絡特性和業(yè)務的控制、信令和用戶信息的傳輸機制等功能。核心網域又可分為服務網域、原籍網域和傳輸網域。

服務網域與接入網域相連接，其功能是呼叫的尋路和將用戶數據與信息從源傳輸到目的。它既和原籍網域聯(lián)系以獲得和用戶有關的數據與業(yè)務，也和傳輸網域聯(lián)系以獲得與用戶有關的數據和業(yè)務。26.2.2WCDMA系統(tǒng)的組成

WCDMA的系統(tǒng)組成如圖26.2.3所示。WCDMA系統(tǒng)由若干邏輯網絡元素構成。邏輯網絡元素可以按不同子網來劃分，也可以按功能來劃分。

WCDMA邏輯網絡元素按功能可以分成用戶設備終端

(UE)、無線接入網(RAN)和核心網(CN)。RAN處理與無線通信有關的功能。CN處理語音和數據業(yè)務的交換功能，完成

移動網絡與其他外部通信網絡的互聯(lián)，相當于第二代系統(tǒng)中的MSC/VLR/HLR。圖26.2.3WCDMA組成結構1.UE

UE為用戶終端設備，主要由射頻處理單元、基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應用層軟件模塊等組成。UE通過Uu接口與網絡設備進行數據交互，為用戶提供電路域和分組城內的各種業(yè)務功能，包括普通語音、寬帶語音、Internet應用和移動多媒體業(yè)務等。UE包括兩部分：

（1）移動設備(TheMobileEquipment，ME)：提供與NodeB進行無線通信的接口和應用接口服務。（2）UMTS用戶識別模塊(TheUMTSSubscriberModule，USIM)：提供用戶身份識別功能，相當于GSM終端中的SIM智能卡，用于記載用戶標識，對執(zhí)行鑒權算法并保存鑒權、密鑰以及終端所需的預約信息。2.UTRAN

(1）NodeB：WCDMA系統(tǒng)的基站，由無線收發(fā)信機和基帶處理部件等組成。通過標準的Iub接口和RNC相連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理，包括擴頻、調制、信道編碼、解擴、解調、信道解碼、基帶信號和射頻信號的相互轉換等功能。此外，NodeB還提供部分無線資源管理業(yè)務。NodeB包含RF收發(fā)放大、射頻收發(fā)系統(tǒng)(TRX)、基帶部分(BB)、傳輸接口單元和基站控制部分等邏輯功能模塊。

（2）RNC：用于完成連接的建立和斷開、切換、宏分集合并、無線資源管理控制等功能。3.CN

CN負責與其他網絡的連接和對UE的通信和管理，主要包括以下功能模塊：

（1）VMSC/VLR。VMSC/VLR是WCDMA核心網CS

域功能節(jié)點。它通過IuCS接口與UTRAN相連，通過PSTN/ISDN接口與外部PSTN、ISDN及其他PLMN網絡相連，通過C/D接口與HLR/AUC相連，通過E接口與VMSC/VLR或SMC相連，通過CAP接口與SCP相連，通過Gs接口與SGSN相連。VMSC/VLR主要提供CS域的呼叫接續(xù)、移動性管理、鑒權和加密等功能。（2）GMSC。GMSC是WCDMA移動網CS域與外部網絡之間的網關節(jié)點，是可選功能節(jié)點。它通過PSTN/ISDN接口與外部網絡相連，通過C接口與HLR相連，通過CAP接口與SCP相連，主要完成VMSC功能中呼入呼叫的路由

功能。（3）SGSN。SGSN是WCDMA核心網PS域功能節(jié)點。它通過IuPS接口與UTRAN相連，通過Gn/Gp接口與GGSN

相連，通過Gr接口與HLR/AUC相連，通過Gs接口與VMSC/VLR，通過CAP接口與SCP相連，通過Gd接口與SMC相連，通過Ga接口與CG相連，通過Gn/Gp接口與SGSN相連。

SGSN主要提供PS域的路由轉發(fā)、移動性管理、會話管理、鑒權和加密等功能。（4）GGSN。GGSN是網關GPRS支持節(jié)點。通過Gn接口與SGSN相連，通過Gi接口與外部數據網絡相連。GGSN提供數據包在WCDMA移動網和外部數據網之間的路由和封裝。GGSN主要提供同外部IP分組網絡的接口和UE接入外部分組

網絡的關口功能。從外部網絡的觀點來看，GGSN類似于可

尋址WCDMA移動網絡中所有用戶IP的路由器，同外部網絡交換路由信息。（5）HLR。HLR是WCDMA移動網歸屬位置寄存器，通過C接口與VMSC/VLR或GMSC相連，通過Gr接口與SGSN相連，通過Gc接口與GGSN相連。HLR的主要功能是提供用戶的簽約信息存放、新業(yè)務支持、增強的簽權等功能。4.OMC(OperationMaintenanceCenter，網絡操作維護中心）。OMC包括設備管理系統(tǒng)和網絡管理系統(tǒng)。設備管理系統(tǒng)完成對各獨立網元的維護和管理，包括性能管理、配置管理、故障管理、計費管理和安全管理的業(yè)務功能。網絡管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對全網所有相關網元的統(tǒng)一維護和管理，實現(xiàn)綜合集中的網絡業(yè)務功能，包括網絡業(yè)務的性能管理、配置管理、故障管理、計費管理和安全管理。5.外部網絡

外部網絡分為兩類，即電路交換網和分組交換網。

WCDMA網絡也可以分成若干個子網。子網之間既可以獨立工作，又可以協(xié)同工作。子網可稱為UMTS公眾陸地移動網(PLMN)。26.2.3接口

WCDMA系統(tǒng)主要有如下接口：

（1）Cu接口。Cu接口是USIM卡和ME之間的電氣接口，是遵循智能卡標準的接口。

（2）Uu接口。Uu是WCDMA的無線接口。UE通過Uu接口接入到UMTS系統(tǒng)的固定網絡部分，Uu接口是UMTS系統(tǒng)中最重要的開放接口，其開放性可以確保不同制造商設計的UE終端可以接入其他制造商設計的RAN中。（3）Iu接口。Iu接口是連接UTRN和CN的接口。Iu接口是一個開放的標準接口，使得通過Iu接口相連接的UTRAN與CN可以分別由不同的設備制造商提供。

(4)Iur接口。Iur接口是連接RNC之間的接口，是UMTS系統(tǒng)特有的接口，用于對RAN中移動臺的移動管理，比如在不同的BNC之間進行軟切換時，移動臺所有數據都通過Iur接口從正在工作的BNC轉到候選RNC，Iur是開放的標帶接口。（5）Iub接口。Iub接口是連接NodeB與RNC的接口，它是一個開放的標準接口，使得通過Iub接口相連接的RNC與NodeB可以分別由不同的設備制造商提供。26.3CDMA2000

26.3.1CDMA2000的特點

CDMA2000是由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、韓國三星等都有參與的移動通信標準。該系統(tǒng)是從窄帶CDMAone數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMAone結構直接升級到3G，建設成本低廉。

CDMA2000的目標是進一步提高語音容量，提高數據傳輸效率，支持更高的數據速率，降低移動臺電源消耗，延長電池壽命，消除對其他電子設備的電磁干擾，具有更好的加密技術,后向兼容CDMAone。與CDMAone相比,CDMA2000具有以下特點。1.多種射頻信道帶寬

CDMA2000在前向鏈路上支持多載波(MC)和直擴(DS)兩種方式，反向鏈路僅支持直擴方式。當采用多載波方式時，能支持多種射頻帶寬，射頻信道帶寬可以是N×1.25MHz，其中N=1、3、5、9或12，即可選擇的帶寬有1.25MHz、3.75MHz、6.25MHz、11.25MHz和15MHz。目前的技術

僅支持前兩種帶寬。2.Turbo碼

為了適應高速數據業(yè)務的需求，CDMA2000采用Turbo編碼技術，編碼速率可以是1/2、1/3或1/4。Turbo編碼器由兩個遞歸系統(tǒng)卷積碼(RSC)成員編碼器、交織器和刪除器構成，每個RSC有多路校驗位輸出，兩個RSC的輸出經刪除復用后形成Turbo碼。Turbo編碼器一次輸入Nturbobit，包括信息數據、幀校驗(CRC)和保留bit，輸出(Nturbo+6)/R符號。Turbo譯碼器由兩個軟輸入軟輸出的譯碼器、交織器和去交織器構成，兩個成員譯碼器對兩個成員編碼器分別交替譯碼，并通過軟輸出相互傳遞信息，進行多輪譯碼后，通過對軟信息進行過零判決得到譯碼輸出。

Turbo碼具有優(yōu)異的糾錯性能，但譯碼復雜度高、時延大，因此主要用于高速率、對譯碼時延要求不高的數據傳輸業(yè)務。與傳統(tǒng)的卷積碼相比，Turbo碼可降低對發(fā)射功率的要求，增加系統(tǒng)容量。在CDMA2000中，Turbo碼僅用于前向補充信道和反向補充信道中。3.3800MHz前向快速功率控制

CDMA2000采用新的前向快速功率控制(FFPC)算法，該算法使用前向鏈路功率控制子信道和導頻信道，使移動臺收到的全速率業(yè)務信道的Eb/Nt保持恒定。移動臺將測量到的業(yè)務信道Eb/Nt與門限值相比較，然后根據比較結果，向基站發(fā)

出升高或降低發(fā)射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道傳送，功率控制速率可達到800b/s。采用前向快速功率控制，能盡量減小遠近效應，降低移動臺接收機實現(xiàn)一定誤幀率所需的信噪比，進而降低基站發(fā)射功率和系統(tǒng)的總干擾電平，提高系統(tǒng)容量。4.前向快速尋呼信道

前向快速尋呼信道用于指示一次尋呼或配置改變。基站使用前向快速尋呼信道的尋呼指示(PI)比特來通知位于覆蓋區(qū)域，并工作于時隙模式且處于空閑狀態(tài)的移動臺，是監(jiān)聽下一個個前向公共控制信道/前向尋呼信道的時隙，還是返回低功耗的睡眠狀態(tài)直至下一周期到來。當尋呼負載較高時，可以使用一個以上的前向快速尋呼信道來減少沖突。前向快速尋呼信道的使用，可使移動臺不必長時間連續(xù)監(jiān)聽前向尋呼信道，減少了激活移動臺所需的時間，降低了

移動臺功耗，從而延長了移動臺的待機時間和電池壽命。

如果是在最近10min內有任何配置消息（如系統(tǒng)參數消息）發(fā)生變化，前向快速尋呼信道上的配量改變指示(CCI)比特將被設置，然后移動臺通過解調前向廣播信道來獲得新消息。5.前向鏈路發(fā)射分集

前向鏈路采用的發(fā)射分集方式包括多載波發(fā)射分集和直接擴頻發(fā)射分集兩種。前者用于多載波方式，每個天線發(fā)射一個載波子集；后者用于直接擴頻方式，又可分為正交發(fā)射分集和空時擴展分集兩種。

采用前向發(fā)射分集技術能減小每個信道要求的發(fā)射功率，增加前向鏈路容量，改善室內單徑瑞利衰落環(huán)境和慢速移動環(huán)境下的系統(tǒng)性能。6.反向相干解調

為了提高反向鏈路性能，CDMA2000采用反向鏈路導

頻信道，它是未經編碼的由0號沃爾什函數擴頻的信號?；?/p>

用導頻信道完成初始捕獲、時間跟蹤和Bake接收機相干解調，并為功率控制測量鏈路質量。導頻參考電平隨數據速率而變化?；究梢岳梅聪驅ьl幫助捕獲移動臺的發(fā)射，實現(xiàn)反向鏈路上的相干解調。與采用非相干解調的CDMA2000相比，基站所需的信噪比顯著降低，從而降低了移動臺發(fā)射功率，提高了系統(tǒng)容量。當移動臺發(fā)射無線配置為RC-6的反向業(yè)務信道時，在反向導頻信道中插入一個反向功率控制子信道，移動臺通過該子信道發(fā)送功率控制命令，可實現(xiàn)前向鏈路功率控制。反向導頻還可以采用門控發(fā)送方式，即非連續(xù)發(fā)送，不僅能減小對其他用戶的干擾，也能降低移動臺的功耗。7.連接的反向空中接口波形

在反向鏈路中，所有速率的數據都采用連續(xù)導頻和連續(xù)數據信道波形。連續(xù)波形可以把對其他電子設備的電磁干擾降到最低，通過降低數據速率，能擴大小區(qū)覆蓋范圍；允許在整個幀上實現(xiàn)交織，并改善搜索性能。連續(xù)波形還支持移動臺為快速前向功率控制時連續(xù)發(fā)送前向鏈路質量測量信息，以及基站為反向功率控制時連續(xù)監(jiān)控反向鏈路質量。8.輔助導頻信道

CDMA2000中新增加了前向輔助導頻信道，支持對一組移動臺的波束形成，以及對單個移動臺的波束控制和波束形成。點波束應用能擴大覆蓋區(qū)域和增加容量，并提高可支持的數據速率。9.增強的媒體接入控制功能

媒體接入控制(MAC)子層控制系統(tǒng)中包含了多種業(yè)務到物理層的接入過程，保證了多媒體業(yè)務的實現(xiàn)。它的引入能滿足更高帶寬和更廣泛業(yè)務種類的需求，支持語音、分組數據和電路數據業(yè)務的同時處理。CDMA2000系統(tǒng)的MAC子層能提供盡力發(fā)送(BestEffortDelivery)復用和QoS控制，以及接入程序。10.靈活的幀長

CDMA2000支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多種靈活的幀長。不同類型的信道分別支持不同的幀長。例如，前向基本信道、前向專用控制信道、反向基本信道和反向專用控制信道采用5ms和20ms幀，前向補充信道和反向補充信道采用20ms、40ms或80ms幀，語音業(yè)務采用

20ms幀。較短的幀可以減少時延；較長的幀因幀頭所占比重小，可降低對發(fā)射功率的要求。26.3.2CDMA2000系統(tǒng)的結構

CDMA2000系統(tǒng)由無線接入網、核心網電路域、核心網分組域、智能網、短消息中心、無線應用協(xié)議(WAP)及定位部分組成，如圖26.3.1所示。圖26.3.1CDMA2000系統(tǒng)結構無線接入網由基站收發(fā)信機(BTS)和基站控制器(BSC)組成。BTS主要負責接收移動臺的無線信號；BSC則負責管理多個BTS，并與移動交換中心(MSC)和分組控制功能(PCF)進行語音和數據的交互。PCF主要負責與分組數據業(yè)務相關的無線資源管理控制。

核心網電路域主要由MSC、訪問位置寄存器(VLR)、原籍位置寄存器(HLR)和鑒權中心(AUC)構成。該部分主要用于控制電路域的業(yè)務。核心網分組域主要由PCF、分組數據服務節(jié)點/外地代理(PDSN/FA)、認證、授權、計費(AAA)、本地代理(HA)

等組成。該部分主要用于控制分組數據業(yè)務。其中PDSN負責管理用戶通信狀態(tài)，轉發(fā)用戶的數據到另外一個MSC網絡中。AAA主要用來對用戶的權限和計費進行管理。

智能網部分主要由MSC、業(yè)務交換點(SSP)、IP、業(yè)務控制節(jié)點(SCP)等構成。智能網是目前移動通信系統(tǒng)中非常重要的部分，許多新業(yè)務都需要智能網。26.3.3CDMA2000的主要接口

CDMA2000系統(tǒng)的主要接口如圖26.3.2所示，它主要由A接口和Um接口組成。

A接口為網絡子系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSC)之間的通信接口，也是移動業(yè)務交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)的互連接口，采用標準的2.048Mb/s的PCM數字傳輸鏈路來實現(xiàn)。傳遞的信息主要有移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等。圖26.3.2CDMA2000接口空中接口即Um接口，定義為移動臺與基站收發(fā)信機(BTS)之間的通信接口，用于移動臺與系統(tǒng)固定部分之間的通信，通過天線鏈路實現(xiàn)。該接口傳輸的信息主要有無線資源管理、移動性管理和接續(xù)管理等。

除了上述兩個主要接口外，還有以下幾個接口：

（1）Abis接口：用于BTS和BSC之間的連接。

（2）A1接口：用于傳輸MSC與BSC之間的信令。

（3）A2接口：用于傳輸MSC與BSC之間的語音業(yè)務。（4）A3接口：用于傳輸BSC與業(yè)務數據單元（SDU）之間的語音及數據等用戶業(yè)務和信令。

（5）A7接口：用于傳輸BSC之間的信令，支持軟切換。（6）A8接口：用于傳輸BSC和PCF之間的用戶業(yè)務信息。（7）A9接口：用于傳輸BSC和PCF之間的信令。

（8）A10接口：用于傳輸PCF和PDSN之間的用戶業(yè)務信息。

（9）A11接口：用于傳輸PCF和PDSN之間的信令。26.3.4空中接口的分層結構

CDMA2000標準中的內容就是按圖26.3.3所示的層次結構組織起來的，這些層次主要有物理層、MAC子層、LAC子層和層3等。圖26.3.3CDMA2000系統(tǒng)空中接口分層結構1.物理層

物理層處于體系結構的最底層，通過各種物理信道完成高層信息和空中無線信號的相互轉換。幾乎所有系統(tǒng)特性都依靠物理層來保證和實現(xiàn)，它是無線通信系統(tǒng)的基礎。物理層主要執(zhí)行一些信道處理、編碼調制等任務。2.MAC子層

MAC子層為了適應更高的帶寬以及處理更多種類業(yè)務的需要，按照物理層的定時要求，及時地向物理層特定信道

發(fā)送數據或從那里接收數據，并完成邏輯信道和具體信道的轉換。

3.LAC子層

LAC子層與信令信息有關，主要為高層的信令提供在無線信道上的正確傳輸與發(fā)送。4.層3

層3側重于描述系統(tǒng)的控制信息的交互。通過LAC子層提供的服務，層3利用各種邏輯信道按照通信協(xié)議的規(guī)定完成基站和移動臺的信令消息交互，以完成一些基本的承載業(yè)務。26.3.5CDMA2000的信道分配

CDMA2000標準定義了邏輯信道和物理信道兩個概念。物理信道是CDMA2000標準中物理層的描述對象，與空中無線特性有關。在物理層之上的協(xié)議中，為了更好地定義各種業(yè)務并便于控制，采用了邏輯信道的概念。高層數據在鏈路層邏輯信道中傳輸數據幀，并將其在鏈路層和物理層的接口處映射到物理信道上。高層的信令都是在邏輯信道上傳輸的，屏蔽了具體物理層的特點，使得無線接口對高層是透明的。邏輯信道傳輸的信息最終由物理信道承載，邏輯信道和物理信道之間的對應關系稱為映射。一個邏輯信道可以永久地獨占一個物理信道（例如同步信道），也可以臨時獨占一個物理信道，還可以和其他邏輯信道共享一個物理信道。在某些情況下，一個邏輯信道可以映射到另一個邏輯信道中，這兩個邏輯信道或更多邏輯信道便融合成一個實際的邏輯信道，以傳送不同類的業(yè)務。1.前向物理信道

CDMA2000標準中，物理層中的前向信道分為12類，分別是導頻信道(PilotChannel)、同步信道(SyncChannel)、尋呼信道(PagingChannel)、快速尋呼信道(QuickPagingChannel)、廣播信道(BroadcastingChannel)、公共功率控制信道(CommonPowerControlChannel)、公共指配信道(CommonConsignmentChannel)、前向專用控制信道(ForwardDedicatedControlChannel)、業(yè)務信道(TrafficChannel)、輔助信道(Supplemental

Channel)、基本信道(FundamentalChannel)和公共控制信道(CommonControlChannel)。前向物理信道分配如圖26.3.4所示，可分為專用和公用兩類。圖26.3.4CDMA2000前向物理信道前向公用信道包括：導頻信道、同步信道、尋呼信道、廣播信道、快速尋呼信道、公共功率控制信道、公共指配信道和公共控制信道。其中前3種信道與CDMA-95X系統(tǒng)兼容，后5種是CDMA2000新定義的信道。部分信道的功能如下：

（1）導頻信道：不斷地發(fā)送不含數據信息的擴頻信號?；靖采w區(qū)中的移動臺利用導頻信號獲取同步，同時也為移動臺越區(qū)切換提供依據，此外導頻信號也是移動臺開環(huán)功率控制的依據。（2）同步信道：在基站覆蓋區(qū)中，處于開機狀態(tài)的移動臺通過同步信道來獲得初始的時間同步。

（3）尋呼信道：每個基站有1個或最多7個尋呼信道。當呼叫時，在移動臺沒有接入業(yè)務信道之前，基站通過尋呼信道傳送控制信息給移動臺。當需要時，尋呼信道可以變成業(yè)務信道，用于傳輸用戶業(yè)務數據。尋呼信道的作用為定時發(fā)送系統(tǒng)信息，使移動臺能收到入網參數，為入網做準備；基站通過它尋呼移動臺。（4）廣播控制信道：基站用來發(fā)送系統(tǒng)開銷信息以及需要廣播的信息，可工作在非連續(xù)方式。

（5）快速尋呼信道：基站用來通知在覆蓋范圍內工作在時隙模式且處于空閑狀態(tài)的移動臺工作信息。

（6）公共功率控制信道：基站用于對多個反向控制信道進行功率控制。（7）公共指配信道：基站用來發(fā)送反向信道快速響應的指配信息。

（8）公共控制信道：基站用來給指定移動臺發(fā)送消息，數據速率高、可靠性好。

2.反向物理信道

CDMA2000反向物理信道分配如圖26.3.5所示。圖26.3.5CDMA2000反向物理信道分配部分信道的功能如下：

（1）接入信道：用于移動臺與基站的通信或響應尋呼信道消息。

（2）增強型接入信道：用于移動臺與基站的通信或響應指向移動臺的消息，也可用于發(fā)送中等大小的數據分組。

增強型接入信道有三種可能的工作模式，即基本接入模式、功率控制接入模式和預約接入模式。功率控制接入模式和預約接入模式可以工作于同一個增強型接入信道；基本接入模式工作于獨立增強型接入信道。（3）反向公共控制信道：用于當無反向話務信道可用時向基站發(fā)送用戶和信令信息。

（4）反向話務信道：用于呼叫中向基站發(fā)送用戶和信令信息，反向話務信道可以包含1個專用控制信道。

（5）反向基本信道與反向補充信道：用于在呼叫中向基站發(fā)送用戶和信令信息。反向業(yè)務信道可以包含一個反向基本信道。反向補充信道用于在呼叫中向基站發(fā)送用戶信息。反向話務信道最多包含2個反向補充信道。（6）反向補充信道：用于在呼叫中向基站發(fā)送用戶信息。（7）反向導頻信道：用于輔助基站檢測移動臺的發(fā)送

信號。

（8）反向功率控制信道：用于調節(jié)移動臺發(fā)射功率，消除遠近效應。26.4TD-SCDMA

26.4.1TD-SCDMA的特點及其空中接口參數

1.TD-SCDMA的特點

時分同步碼分多址接入(TD-SCDMA)系統(tǒng)是第一次由中

國提出的全球3G標準之一。TD-SCDMA是TDD和CDMA、TDMA技術的完美結合，具有以下特點：（1）采用時分雙工(TDD)技術，僅需一個16MHz帶寬，而以FDD為代表的CDMA2000需要1.25×2MHz帶寬，WCDMA需要5×2MHz帶寬。其語音頻譜利用率比WCDMA高2.5倍，數據頻譜利用率甚至高3.1倍，無需成對頻段，適用于多運營商環(huán)境。

（2）采用智能天線、聯(lián)合檢測和上行同步等大量先進技術，可以降低發(fā)射功率，減少多址干擾，提高系統(tǒng)容量；采用“接力切換”技術，可克服軟切換大量占用資源的缺點；采用TDD后不需要雙工器，可簡化射頻電路，系統(tǒng)設備和移動臺的成本較低。（3）采用TDMA更適合傳輸下行數據速率高于上行數據速率的非對稱Internet業(yè)務，而WCDMA并不適合，因而在R5版本中增加了高速下行鏈路分組接入(HSDPA)。

（4）采用軟件無線電先進技術，更容易實現(xiàn)多制式基站和多模終端，使系統(tǒng)更易于升級換代，更適合在開通GSM網絡的大城市熱點地區(qū)首先建設，借以滿足局部用戶群對

384kb/s多媒體業(yè)務的需求，并通過GSM/TD雙模終端來適應兩網并存的過渡期內用戶漫游切換的要求。（5）采用TDD與TDMA，更易支持PTT業(yè)務和實現(xiàn)新一代數字集群。

（6）具有頻率資源豐富、頻譜效率高及適于全球漫游的特點。

2.TD-SCDMA空中接口參數

TD-SCDMA空中接口參數如表26.4.1所示。26.4.2TD-SCDMA網絡結構

TD-SCDMA系統(tǒng)由核心網(CN)、無線接入網(UTRAN)和手機終端(UE)組成，如圖26.4.1所示。

UTRAN由基站無線網絡控制器(RadioNetworkＣontroller,RNC)和基站NodeB組成。CN通過Iu接口與UTRAN的RNC相連。Iu接口可分為連接到電路交換域的Iu-SC、連接到分組交換域的Iu-PS和連接到廣播控制域的Iu-BC接口。NodeB與RNC之間由Iub相連。在UTRAN內部，RNC通過Iur接口進行信息交互。NodeB與

UE之間通過Uu接口交換信息。圖26.4.1TD-SCDMA系統(tǒng)網絡結構26.4.3系統(tǒng)信道

TD-SCDMA系統(tǒng)中有三種信道模式：邏輯信道、傳輸信道和物理信道，如圖26.4.2所示。

邏輯信道：作為MAC子層向上層提供服務，用來描述承載信息的類型。

傳輸信道：作為物理層向高層提供服務，用來描述所承載信息的傳送方式。

物理信道：系統(tǒng)直接發(fā)送信息的通道，即在空中傳輸信息的物理信道。

1.公共信道

公共信道是發(fā)送某一特定的UE時含有內識別信息的信道。公共信道可分為以下幾種：

（1）廣播信道(BCH)：用于廣播系統(tǒng)和小區(qū)特有信息的一個下行傳輸信道。

（2）尋呼信道(PCH)：用于當系統(tǒng)不知道移動臺所在

的小區(qū)位置時，承載發(fā)向移動臺的控制信息的一個下行傳輸信道。（3）前向接入信道(FACH)：用于當系統(tǒng)知道移動臺所在的小區(qū)位置時，承載發(fā)向移動臺的控制信息的一個下行傳輸信道。FACH也可以承載一些短的用戶信息數據包。

（4）隨機接入信道(RACH)：用于承載來自移動臺控制信息的一個上行傳輸信道。

RACH也可以承載一些短的用戶信息數據包。（5）上行共享信道(SCH)：一種被幾個UE共享的上行傳輸信道，用于承載專用控制數據或業(yè)務數據。

（6）下行共享信道(DSCH)：一種被幾個UE共享的下行傳輸信道，用于承載專用控制數據或業(yè)務數據。2.物理信道

TD-SDMA的物理信道包含四層結構：系統(tǒng)幀、無線幀、子幀和時隙碼。依據不同的資源分配方案，子幀或時隙碼的配置結構可能有所不同。時隙碼能夠在時域和碼域上區(qū)分不同的用戶信號，具有TDMA的特性，如圖26.4.3所示。圖26.4.3TD-SCDMA物理信道信號格式TDD模式下的物理信道用于發(fā)射所分配的無線幀特定時隙中的一個突發(fā)。無線幀的分配可以是連續(xù)的，即每一幀的相應時隙都可以分配給某物理信道；也可以是不連續(xù)的，即

僅有部分無線幀中的相應時隙分配給該物理信道。一個突發(fā)由數據部分、Midamble部分和一個保護間隔組成。一個突發(fā)的持續(xù)時間就是一個時隙。物理信道分為為兩大類：專用物理信道和公共物理信道。專用物理信道(DPCH)由DCH(DedicatedChannnel，專用信道)映射得到，支持上下行數據傳輸，下行通常采用智能天

線進行波束賦形。公共物理信道可以分為以下幾種：

（1）主公共控制物型信道(PCCPCH)：由廣播信道(BCH)映射而來。PCCPCH的位置(時隙/碼)是固定的(TS0)。PCCPCH需要覆蓋整個區(qū)域，不進行波束賦形，其擴頻因子為16。（2）輔助公共控制物理信道(SCCPCHl)：由PCH和FACH映射而來，擴頻因子為16。

（3）物理隨機接入信道(PHACH)：由RACH映射而來，擴頻因子為16、8或4。

（4）快速物理接入信道(FPACH)：它是TD-SCDMA系統(tǒng)獨有的信道，用于對UE發(fā)出的UpPTS信號進行響應，支持建立上行同步，固定擴頻因子為16。（5）物理上行共享信道(PUSCH)：由USCH(UplinkSharedChannel)映射而來。

（6）物理下行共享信道(PDSCH)：由DSCH(DownlinkSharedChannel)映射而來。（7）尋呼指示信道(PICH)：用來承載尋呼指示信息，擴頻因子為16。

（8）下行導頻信道(DwPCH)：承載在DwPTS時隙上，主要完成下行導頻和下行同步。

（9）上行導頻信道(UpPCh)：承載在UpPTS時隙上，主要完成用戶接入過程中的上行同步。26.5WiMAX

26.5.1WiMAX標準

2007年10月19日，ITU批準了WiMAX標準成為ITU移動無線標準，于是在移動通信技術領域，WiMAX成為了未來全球移動通信中的一個重要組成部分。

WiMAX論壇是由通信行業(yè)眾多知名的設備制造商共同組建的。這個組織是對基于IEEE802.16標準的設備進行互操作性和一致性方面的認證組織。IEEE是標準的制定者，WiMAX論壇是標準的推動者，WiMAX論壇將對產品是否符合標準進行驗證。從某種意義上來說，WiMAX幾乎就是IEEE802.16的代名詞。IEEE802.16是一種無線接入系統(tǒng)的新協(xié)議，它定義了無線城域網的空中接口。1999年開始提出了IEEE802.16，并在2001年、2003年發(fā)表了2種基于單載波的固定式傳輸的技術標準IEEE802.16—2001和IEEE802.16a，2004年發(fā)表了基于正交頻分復用(OFDM)的固定式應用技術標準IEEE802.16d，隨后又推出了針對移動應用的技術標準IEEE802.16e標準。WiMAX標準的演進及相關標準如表26.5.1所示。26.5.2WiMAX技術特點

1.覆蓋范圍大

WiMAX能為50km范圍內的固定站點提供無線寬帶接入服務，或者為5~15km范圍內的移動設備提供同樣的接入服務。WiMAX標準中采用了很多先進技術，包括先進的網絡拓撲、OFDM和天線技術中的波束成形、天線分集和多扇區(qū)等技術。另外，WiMAX還針對各種傳播環(huán)境進行了優(yōu)化。

2.無線數據傳輸性能強

WiMAX技術支持TCP/IP。TCP/IP的特點之一是對信道的傳輸質量有較高的要求，無線寬帶接入技術面對日益增長的IP數據業(yè)務，必須適應TCP/IP對信道傳輸質量的要求。同時，WiMAX技術在鏈路層加入了ARQ機制，減少了到達網絡層的信息差錯，大大提高了系統(tǒng)的業(yè)務吞吐量。此外，WiMAX采用天線陣、天線極化方式等天線分集技術來應對

無線信道的衰落。這些措施都提高了WiMAX的無線數據傳輸性能。3.數據傳輸速率高

WiMAX技術具有足夠的帶寬，支持高頻譜效率，其最大數據傳輸速率可高達75Mb/s，是3G所能提供的傳輸速率的30倍。即使在鏈路環(huán)境最差的環(huán)境下，WiMAX也能提供比3G系統(tǒng)高得多的傳輸速率。4.支持QoS

WiMAX向用戶提供具有QoS性能要求的數據、視頻、語音(VoIP)業(yè)務。WiMAX提供3種等級的服務：CBR(ConstanttBitRate，固定帶寬)、CIR(CommittedInformationRate,承諾帶寬)、BE(BestEffort，盡力而為)。CBR的優(yōu)先級最高，

在任何情況下，網絡操作者與服務提供商以高優(yōu)先級、高速率及低延時為用戶提供服務，保證用戶訂購的帶寬。CIR的優(yōu)先級次之，網絡操作者以約定的速率來提供，但速率超過規(guī)定的峰值，優(yōu)先級會降低，還可以根據設備帶寬資源情況向用戶提供更多的傳輸帶寬。BE則具有更低的優(yōu)先級，這種服務類似于傳統(tǒng)IP網絡的盡力而為服務，網絡不提供優(yōu)先級與速率的保證。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級業(yè)務的條件下，盡力為用戶提供傳輸帶寬。5.可靠的安全性

WiMAX技術在MAC層中利用一個專用子層來提供認證、保密和加密功能。

6.業(yè)務功能豐富

WiMAX技術不僅支持具有QoS性能要求的數據、視頻、語音(VoIP)業(yè)務，還支持不同的用戶環(huán)境，在同一信道上可以支持上千個用戶。26.5.3WiMAX網絡架構

WiMAX網絡可以分為終端、接入網和核心網三部分，如圖26.5.1所示。

接入網可以分為基站（BS）和接入網關(AccessServiceNetworkGateway,ASNG)。接入網的功能包括為終端的AAA（認證、授權和計費）提供代理、支持網絡服務協(xié)議的發(fā)現(xiàn)和選擇、IP地址的分配、無線資源管理、功率控制、空中接口數據的壓縮和加密以及位置管理等。WiMAX核心網主要實現(xiàn)漫游、用戶認證以及WiMAX網絡與其他網絡之間的接口功能，包括用戶的控制與管理、用戶的授權與認證、移動用戶終端的授權與認證、歸屬網絡的連接、與2G/3G等其他網絡的核心網的互通，以及防火墻、VPN、合法監(jiān)聽等安全管理、網絡選擇與重選及漫游管理等。圖26.5.1WiMAX網絡架構WiMAX網絡架構可以采用不支持漫游和支持漫游兩種類型，如圖26.5.2所示。

WiMAX網絡主要由接入業(yè)務網（ASN）和連接業(yè)務網（CSN）組成。圖26.5.2WiMAX網絡架構1.ASN的功能

ASN的功能如下：

（1）發(fā)現(xiàn)網絡。根據策略選擇基站，獲得無線接入服務，在基站和用戶終端間建立物理層和MAC層的連接，同時進行無線資源管理。

（2）將AAA控制消息傳遞給用戶的歸屬網絡業(yè)務提供商，協(xié)助完成認證、業(yè)務授權和計費等功能。（3）協(xié)助高層與用戶終端建立三層連接，即建立物理層、MAC層和CS層的連接；同時分配IP地址，并完成業(yè)務網絡和連接業(yè)務網絡之間的建立和管理。

（4）根據分級結構進行接入業(yè)務網絡內的移動性管理，包括所有