第6章WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)

第6章WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)6.1WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與接口6.2移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn)線路圖第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT-2000）是國(guó)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(wú)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)功能提高到一個(gè)前所未有的水平。3G系統(tǒng)無(wú)論在技術(shù)還是業(yè)務(wù)應(yīng)用上，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)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。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)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(wú)論通話雙方是否說(shuō)話，線路在接通期間保持開(kāi)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(lái)越被電信運(yùn)營(yíng)商、通信設(shè)備制造商和普通用戶所關(guān)注。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)概述比特(bit)、符號(hào)(Symbol)與碼片(Chip)輸入含有信息的數(shù)據(jù)稱(chēng)為比特（bit）在經(jīng)過(guò)卷積編碼器、符號(hào)重復(fù)與交織后的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為符號(hào)(symbol)經(jīng)過(guò)最終擴(kuò)頻后得到的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為碼片(chip)前向(Forward)（正向）：從基站到移動(dòng)臺(tái)反向(Reverse)（后向）：從移動(dòng)臺(tái)到基站補(bǔ)充1—常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)補(bǔ)充2功率控制技術(shù)在CDMA系統(tǒng)中，功率控制是所有關(guān)鍵技術(shù)的核心。如果小區(qū)中的所有用戶均以相同功率發(fā)射，則靠近基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn)離基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)弱，導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)，這就是移動(dòng)通信中的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題。因?yàn)镃DMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分為僅由移動(dòng)臺(tái)參與的開(kāi)環(huán)功率控制和移動(dòng)臺(tái)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。反向開(kāi)環(huán)功率控制：CDMA系統(tǒng)的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)都一直在計(jì)算從基站到移動(dòng)臺(tái)的路徑衰耗，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，表明要么離基站很近，要么有一個(gè)特別好的傳播路徑。這時(shí)移動(dòng)臺(tái)可降低它的發(fā)射功率，而基站依然可以正常接收；相反當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的來(lái)自基站的信號(hào)很弱時(shí)，它就增加發(fā)射功率，以抵消衰耗，這就是開(kāi)環(huán)功率控制。反向開(kāi)環(huán)功率控制反向閉環(huán)功率控制：CDMA系統(tǒng)的前向、反向信道分別占用不同的頻段，收、發(fā)間隔為45MHz，使得這兩個(gè)頻道衰減的相關(guān)性很弱。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，兩個(gè)信道衰減的平均值應(yīng)該相等，但在具體某一時(shí)刻，則很可能不等。這就需要基站根據(jù)目前所需信噪比與實(shí)際接收的信噪比之差隨時(shí)命令移動(dòng)臺(tái)調(diào)整發(fā)射功率（即閉環(huán)調(diào)整）。反向閉環(huán)功率控制前向功率控制：前向信道總功率是按一定比例分配給導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道以及所有的前向業(yè)務(wù)信道的。因?yàn)椴煌苿?dòng)臺(tái)可能處在不同的距離和不同的環(huán)境，基站到每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗都不一樣，因此基站必須控制發(fā)射功率，給每個(gè)用戶的前向業(yè)務(wù)信道都分配以適當(dāng)?shù)墓β?。這種基站視具體情況對(duì)不同業(yè)務(wù)信道分配不同功率的方法稱(chēng)為前向功率控制。前向開(kāi)環(huán)功率控制前向功率控制可避免基站向距離近的移動(dòng)臺(tái)輻射過(guò)大的信號(hào)功率，也可防止或減小由于移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入傳播條件惡劣或背景干擾過(guò)大的地區(qū)但信號(hào)較弱而產(chǎn)生較大的誤碼率，引起通信的質(zhì)量下降?；就ㄟ^(guò)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的前向誤幀率FER的報(bào)告決定增加或減小發(fā)射功率。移動(dòng)臺(tái)的報(bào)告分為定期報(bào)告和門(mén)限報(bào)告。定期報(bào)告就是每隔一定時(shí)間匯報(bào)一次，門(mén)限報(bào)告就是當(dāng)FER達(dá)到一定門(mén)限值時(shí)才報(bào)告。這兩種報(bào)告方式可同時(shí)使用，也可只使用其中一種，或兩種都不用，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)者的具體要求來(lái)設(shè)定。前向功率控制的最大調(diào)整范圍為±6dB。6.1WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

圖6-1所示為從GSM到WCDMA的演進(jìn)示意圖。 WCDMA網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)如下。圖6-1GSM到WCDMA的演進(jìn)1．工作頻段和雙工方式 WCDMA支持兩種基本的雙工工作方式：頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）。

在FDD模式下，上行鏈路和下行鏈路分別使用兩個(gè)獨(dú)立的5MHz的載頻，發(fā)射和接收頻率間隔分別為190MHz和80MHz。

在TDD模式下只使用一個(gè)5MHz的載頻，上下行信道不是成對(duì)的，上下行鏈路之間分時(shí)共享同一載頻。載頻的中心頻率為200kHz的整數(shù)倍，發(fā)射和接收同在一個(gè)頻率上。2．多址方式 WCDMA是一個(gè)寬帶直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)，通過(guò)用戶數(shù)據(jù)與

擴(kuò)頻碼相乘，從而把用戶信息比特?cái)U(kuò)展到寬的帶寬上去。3．語(yǔ)音編碼 WCDMA中的聲碼器采用自適應(yīng)多速率（AdaptiveMulti-Rate，AMR）技術(shù)。

多速率聲碼器是一個(gè)帶有8種信源速率的集成聲碼器。4．信道編碼 WCDMA系統(tǒng)中使用的信道編碼類(lèi)型有兩種：卷積編碼和Turbo編碼。

很多移動(dòng)通信系統(tǒng)均采用卷積碼作為信道編碼，比如GSM系統(tǒng)、IS-95系統(tǒng)以及第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。 Turbo編碼在低信噪比條件下具有優(yōu)

越的糾錯(cuò)性能，能夠有效降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，適于高速率且對(duì)譯碼時(shí)延要求不高的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 WCDMA系統(tǒng)中，當(dāng)業(yè)務(wù)信道（公用和專(zhuān)用傳輸信道上）的數(shù)據(jù)傳輸速率小于或等于32kbit/s時(shí)，采用卷積編碼，碼率1/2或1/3，約束長(zhǎng)度K

=

9；數(shù)據(jù)傳輸速率大于或等于64kbit/s時(shí)，采用Turbo編碼。5．功率控制

功率控制解決的基本問(wèn)題是遠(yuǎn)近效應(yīng)，即解決接收機(jī)接收到近距離發(fā)射機(jī)的信號(hào)比較容易，而接收到遠(yuǎn)距離發(fā)射機(jī)的信號(hào)比較困難的問(wèn)題。6．切換

切換的目的是為了當(dāng)UE在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)保持無(wú)線鏈路的連續(xù)性和無(wú)線鏈路的質(zhì)量。7．同步方式 WCDMA不同基站間可選擇同步和異步兩種方式。8．可變數(shù)據(jù)速率 WCDMA系統(tǒng)支持各種可變的用戶數(shù)據(jù)速率，適應(yīng)多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務(wù)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)速率分配不同的資源。圖5-2WCDMA可變數(shù)據(jù)速率示意圖5.2WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與接口圖5-3UMTS網(wǎng)元和接口無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS包含無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC和NodeB。RNC在邏輯上對(duì)應(yīng)于GSM系統(tǒng)中的基站控制器BSC，NodeB在邏輯上對(duì)應(yīng)于GSM系統(tǒng)中的基站BTS。無(wú)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)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。NodeB（相當(dāng)于基站）包括無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC傳輸來(lái)的信號(hào)并加以處理。核心網(wǎng)CN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及移動(dòng)臺(tái)歸屬位置寄存器HLR和移動(dòng)臺(tái)訪問(wèn)位置寄存器VLR。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。移動(dòng)交換中心MSC的主要功能：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：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)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：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：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。訪問(wèn)位置寄存器VLR的主要功能：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。外部網(wǎng)絡(luò)

核心網(wǎng)的電路交換域（CS）通過(guò)GMSC與外部網(wǎng)絡(luò)（EN）相連，如公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）及其他公共陸地移動(dòng)網(wǎng)（PLMN）。

核心網(wǎng)的分組交換域（PS）通過(guò)GGSN與外部的Internet網(wǎng)及其他分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）

等相連。6.2.2基于R99、R4、R5/R6的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu) R99網(wǎng)絡(luò)中核心網(wǎng)完全繼承了GSM/GPRS的結(jié)構(gòu)，包括電路域和分組域兩部分，引入了新的無(wú)線接入技術(shù)（WCDMA），兼容GSM/GPRS無(wú)線終端接入。 R4網(wǎng)絡(luò)中的主要變化是在核心網(wǎng)電路域提出了承載和控制獨(dú)立的概念，引入了軟交換技術(shù)。而在無(wú)線接入網(wǎng)沒(méi)有太多變化。

在R5網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)疊加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），無(wú)線接入網(wǎng)引入了HSDPA技術(shù)，無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中采用全I(xiàn)P傳輸。

在R6網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化不大，考慮更多的是增加了新的功能或?qū)σ延泄δ艿脑鰪?qiáng)。R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口

（1）R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) R5版本在無(wú)線接入網(wǎng)方面的改進(jìn)如下。

①提出高速下行分組接入（HSDPA）技術(shù)，使下行數(shù)據(jù)速率峰值可達(dá)14．4Mbit/s。

②Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可選擇傳輸方式，保證無(wú)線接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化。（2）IMS特點(diǎn)圖6-7R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖6-8含IMS子系統(tǒng)的R5版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) IMS主要特點(diǎn)如下。

①實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制實(shí)體和承載控制實(shí)體在功能上的分離，體現(xiàn)了“業(yè)務(wù)與控制分離”、“控制與接入和承載分離”的原則，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架層次化為不同網(wǎng)絡(luò)的互通和業(yè)務(wù)的融合奠定了基礎(chǔ)。

②IMS繼承了移動(dòng)通信