《現(xiàn)代移動(dòng)通信》課件第8章

8.1概述8.2cdma2000系統(tǒng)8.3WCDMA系統(tǒng)8.4TD-SCDMA系統(tǒng)第8章3G移動(dòng)通信系統(tǒng)

8.1概述

國際電信聯(lián)盟(ITU)早在1985年就提出了第三代移動(dòng)通信(3rdGeneration，3G)的概念，同時(shí)建立了專門的組織機(jī)構(gòu)TG8/1進(jìn)行研究，當(dāng)時(shí)稱為未來陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)(FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem，F(xiàn)PLMTS)，隨著研究的深入，ITU于1996年將其正式更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunicationSystem-2000)。ITU明確提出了3G系統(tǒng)的主要目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)IT網(wǎng)絡(luò)全球化、業(yè)務(wù)綜合化和通信個(gè)人化。具體包括：

(1)全球漫游。

(2)適應(yīng)于多種環(huán)境。

(3)提供多種業(yè)務(wù)，如高質(zhì)量語音、可變速率的數(shù)據(jù)、高分辨率的圖像和多媒體業(yè)務(wù)等。

(4)具有較高的頻譜利用率和較大的系統(tǒng)容量。

(5)在全球范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須保持高度一致。

(6)具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。

8.2cdma2000系統(tǒng)

8.2.1cdma2000的演進(jìn)

cdma2000向后兼容，可從IS-95A/B演進(jìn)，cdma20001x是3GPP2制定的第一個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)，從IS-95A/B演進(jìn)到cdma20001x，主要增加了高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，原有的電路交換部分基本保持不變。圖8-13GPP2協(xié)議版本8.2.2EV-DO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EV-DO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8-2所示，它由無線接入網(wǎng)(RadioAccessNetwork，RAN)和核心網(wǎng)(CoreNetwork，CN)組成。圖8-2EV-DO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各網(wǎng)絡(luò)實(shí)體功能如下：

1.接入終端(AT)

2.接入網(wǎng)(AN)

3.AN-AAA

4.PCF

8.2.3EV-DO技術(shù)特征

EV-DO和cdma20001x是cdma2000技術(shù)發(fā)展的不同階段，雖然側(cè)重點(diǎn)不同，但兩者的技術(shù)基礎(chǔ)具有廣泛的一致性。表

8-2給出了兩者的技術(shù)比較。

1.時(shí)分復(fù)用

2.多用戶調(diào)度

3.鏈路自適應(yīng)

4.HARQ

5.速率控制

8.3WCDMA系統(tǒng)

8.3.1演進(jìn)路線及技術(shù)特點(diǎn)

GSM/GPRS向WCDMA的技術(shù)演進(jìn)路線如圖8-3所示。圖8-3GSM向WCDMA演進(jìn)路線8.3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)通常稱為UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem)。UMTS系統(tǒng)具有與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)。包括：用戶終端(UserEquipment，UE)、陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UTRAN)和核心網(wǎng)(CoreNetwork，CN)。其中UTRAN處理所有與無線有關(guān)的功能，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的語音呼叫和數(shù)據(jù)連接并實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。CN從邏輯上分為電路交換域(CircuitSwitchedDomain，CS)和分組交換域(PacketSwitchedDomain，PS)。圖8-4R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.UE

UE是用戶終端，由提供用戶身份識(shí)別的USIM(TheUMTSSubscriberModule)和提供應(yīng)用及服務(wù)的ME(TheMobileEquipment)兩部分構(gòu)成。

2.UTRAN

UTRAN包含一個(gè)或幾個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(RadioNetworkSub-system，RNS)。若考慮到2G/3G兼容，也可包含基站子系統(tǒng)(BaseStationSub-system，BSS)。一個(gè)RNS由一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RadioNetworkController，RNC)和一個(gè)或多個(gè)基站(NodeB)組成。

3.CN

核心網(wǎng)(CN)從邏輯上可劃分為電路域(CS域)和分組域(PS域)。CS域設(shè)備是指為用戶提供“電路型業(yè)務(wù)”，或提供相關(guān)信令連接的實(shí)體。CS域特有的實(shí)體包括：MSC、GMSC、VLR、IWF。PS域?yàn)橛脩籼峁胺纸M型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)”，PS域特有的實(shí)體包括：SGSN和GGSN。其他設(shè)備如HLR(或HSS)、AuC、EIR等為CS域與PS域共用。

1)移動(dòng)交換中心(MSC)

(1)MSC服務(wù)器(MSCServer)。

(2)電路交換媒體網(wǎng)關(guān)(CS-MGW)。

(3)GMSC服務(wù)器(GMSCServer)。

2)訪問位置寄存器(VLR)

3)歸屬位置寄存器(HLR)

4)鑒權(quán)中心(AuC)

5)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)

6)漫游信令網(wǎng)關(guān)(R-SGW)

7)服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)

8)網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)

8.3.3WCDMA無線接口技術(shù)

WCDMA系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表8-3所示。

1.無線接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)

一個(gè)簡化的UTRAN無線接口協(xié)議模型如圖8-5所示，從協(xié)議結(jié)構(gòu)上看，WCDMA無線接口由層1、層2、層3組成，分別稱作物理(Physical，PHY)層、媒體接入控制(MediumAccessControl，MAC)層、無線資源控制(RadioResourceControl，RRC)層。從協(xié)議層次的角度看，WCDMA無線接口上存在三種信道，物理信道、傳輸信道、邏輯信道。其中MAC層完成邏輯信道到傳輸信道的映射，PHY層完成傳輸信道到物理信道的映射。圖8-5無線接口的物理結(jié)構(gòu)圖8-6數(shù)據(jù)處理過程示意圖

2.UTRAN的信道

1)邏輯信道

直接承載用戶業(yè)務(wù)，根據(jù)承載的是控制平面業(yè)務(wù)還是用戶平面業(yè)務(wù)分為兩大類，即控制信道和業(yè)務(wù)信道。

2)傳輸信道

無線接口層2和物理層的接口，物理層是通過傳輸信道向MAC層提供服務(wù)的，傳輸信道的特性通過傳輸格式或傳輸格式集來表征，它指定了物理層對(duì)傳輸信道所做的處理，比如卷積信道編碼，交織，速率匹配等。根據(jù)傳輸?shù)氖轻槍?duì)一個(gè)用戶的專用信息還是針對(duì)所有用戶的公共信息而分為專用信道和公共信道兩大類，如圖8-7所示。圖8-7傳輸信道

3)物理信道

物理信道是各種信息在無線接口傳輸時(shí)的最終體現(xiàn)形式，每一種使用特定的載波頻率、碼(擴(kuò)頻碼和擾碼)以及載波相對(duì)相位(0或π/2)的信道都可以理解為一類特定的信道。物理信

道按傳輸方向可分為上行物理信道與下行物理信道。圖8-8上行物理信道圖8-9上行專用物理信道幀結(jié)構(gòu)圖8-10下行物理信道圖8-11下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)

4)信道映射

信道映射分為邏輯信道與傳輸信道之間的映射以及傳輸信道與物理信道之間的映射。分別如圖8-12和圖8-13所示。圖8-12邏輯信道與傳輸信道之間的映射關(guān)系圖8-13傳輸信道與物理信道之間的映射關(guān)系

3.信道編碼與復(fù)用

為了在無線傳輸鏈路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物理層需要對(duì)來自MAC子層和高層的數(shù)據(jù)流(傳輸塊)進(jìn)行編碼/復(fù)用后發(fā)送。圖8-14為傳輸信道編碼和復(fù)用的過程。圖8-14傳輸信道編碼和復(fù)用的過程

1)添加CRC校驗(yàn)

2)傳輸塊的拼接和編碼塊的分段

3)信道編碼

4)無線幀均衡

5)第一次交織

6)無線幀分段

7)速率匹配

8)傳輸信道復(fù)用

9)物理信道分段

10)第二次交織

11)物理信道映射

12)DTX比特插入

4.擴(kuò)頻與調(diào)制

物理信道成幀之后，需要進(jìn)行擴(kuò)頻與調(diào)制，如圖8-15和圖8-16所示。圖8-15上行DPDCH/DPCCH的擴(kuò)頻與調(diào)制圖8-16除SCH外的下行物理信道的擴(kuò)頻與調(diào)制

8.4TD-SCDMA系統(tǒng)

8.4.1物理信道的幀結(jié)構(gòu)

TD-SCDMA的物理信道采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀號(hào)、無線幀、子幀和時(shí)隙/碼。時(shí)隙用于在時(shí)域和碼域上區(qū)分不同用戶信號(hào)，具有TDMA的特性。圖8-17給出了物理信道的信號(hào)格式。圖8-17TD-SCDMA的物理信道信號(hào)格式圖8-18TD-SCDMA子幀結(jié)構(gòu)圖8-19TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)示圖8.4.2TD-SCDMA特色技術(shù)

1.上行同步

1)上行同步的建立

2)上行同步的保持

3)同步精度的要求

2.動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)

1)慢速DCA

慢速DCA的主要任務(wù)是進(jìn)行各個(gè)小區(qū)間的資源分配，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)分配和調(diào)整上下行鏈路的資源，測量網(wǎng)絡(luò)端和用戶端的干擾，并根據(jù)本地干擾情況為信道分配優(yōu)先級(jí)。

2)快速DCA

快速DCA包括信道分配和信道調(diào)整兩個(gè)過程。

3.智能天線

智能天線通常被定義為一種安裝于移動(dòng)無線接入系統(tǒng)基站側(cè)的天線陣列，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元，獲取基站和移動(dòng)臺(tái)之間各個(gè)鏈路的方向特性。其原理是將無線電信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向(DirectionofArrival，DOA)，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并消除或抑制干擾信號(hào)的目的，如圖8-20所示。圖8-20智能天線波達(dá)方向示意圖

4.聯(lián)合檢測

在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于用戶所使用的擴(kuò)頻碼集并非嚴(yán)格正交，不同用戶之間的非零互相關(guān)系數(shù)會(huì)引起多址干擾(MultipleAccessInterference，MAI)的產(chǎn)生，在異步傳輸或多徑傳播環(huán)境中，這種多址干擾表現(xiàn)得更加嚴(yán)重，成為影響系統(tǒng)性能的主要因