《移動通信技術與系統》課件第7章3G系統介紹

第7章第三代移動通信（3G）

移動通信的發展速度超過人們的預料，手機的迅速普及使得通信向個人化方向發展，互聯網用戶數的成倍膨脹又帶來了移動數據通信的發展機遇。特別是移動多媒體和高速數據業務的急劇發展，迫切需要設計和建設—種新的網絡以提供更寬的工作頻帶，支持更加靈活的多種類業務，并使移動終端能夠在不同的網絡間進行漫游。市場的需求促使第三代移動通信（簡稱3G）的概念應運而生。3G系統由衛星移動通信網和地面移動通信網所組成，將形成一個對全球無縫覆蓋的立體通信網絡，滿足城市和偏遠地區各種用戶密度需求，將高速移動接入和基于互聯網協議的服務結合起，在提高無限頻率利用率的同時，為用戶提供更經濟、內容更豐富的無線通信服務。7.13G標準的發展

7.1.13G的發展

人們孜孜不倦地開發新技術的主要目的是滿足市場更高的應用需求。當前，滿足對高速率數據和多媒體業務的需求已經提到了議事日程，這是推動3G發展的主要動力。第二代移動通信系統主要支持語音業務，僅能提供一般的低速數據業務，速率為9.6～14.4Kbit/s。改進后的第二代系統能夠支持幾十Kbit/s到上百Kbit/s的數據業務。而3G最高能夠支持2Mbit/s的速率，并且還在不斷地發展，將來能夠支持更高的數據速率。這也為3G廣闊的應用前景提供了良好的技術保障。

2G與3G系統支持的業務速率

3G系統可提供的業務7.1.23G的標準化過程

早在1985年國際電信聯盟（ITU）就提出了3G的概念，同時建立了專門的組織機構進行研究，當時稱為未來陸地移動通信系統。這時第二代移動通信技術還沒有成熟，CDMA技術尚末出現。在此后的10年，研究進展比較緩慢。1996年后，研究工作取得了迅速的進展。首先，ITU于1996年為未來陸地移動通信系統確定了正式名稱：IMT-2000，其含義為該系統預期在2000年以后投入使用，工作于2000MHz頻帶，最高傳輸數據速率為2000Kbit/s。IMT-2000最關鍵的是無線傳輸技術。無線傳輸技術主要包括多址技術、調制解調技術、信道編解碼與交織、雙工技術、信道結構和復用、幀結構、射頻信道參數等。ITU于1997年制訂了M.1225建議，對IMT-2000無線傳輸技術提出了最低要求，并面向世界范圍征求無線傳輸建議。IMT-2000系統的3個特性

(1)全球化：IMT-2000是一個全球性的系統，各個地區多種系統組成了—個IMT-2000家族，各個系統間在設計上具有高度的互通性，使用共同的頻段和全球統一標準，能提供全球無縫漫游。(2)綜合化：能夠提供多種業務，特別能夠支持多媒體業務和互聯網業務，并有能力容納新型業務。(3)個人化：用戶使用全球惟一的個人號碼，系統能提供高容量、高保密性、高質量的服務。IMT-2000家族

鑒于全世界第二代移動通信體制和標準不盡相同，而且第二代和第三代將在今后較長的時間內共存，ITU提出了“IMT-2000家族”概念，這意味著只要某系統在網絡和業務能力上滿足要求，都可以成為IMT-2000成員。為了能夠在未來的全球化標準的競賽中取得領先地位，各個國家、地區、公司及標準化組織紛紛提出了自己的技術標準，截止到1998年6月30日，ITU共收到16項建議，針對地面移動通信的就有10項之多。其中包括我國電信科學技術研究院代表中國提出的TD-SCDMA技術。7.1.33G的目標和要求

3G的發展已成為目前人們關注一個焦點，IMT-2000應該能夠提供各種不同的業務，適應不同的營運機制。目標(1)全球漫游：用戶能夠以低成木的多模式終端在整個系統和全球漫游。(2)適應多種環境：3G應該適應于多層小區結構，如微微小區、微小區、宏小區等，同時將地面移動通信系統和衛星移動通信系統結合在一起。(3)提供多種業務：如高質量語音、可變速率的數據、高分辨率的圖像和多媒體業務等。(4)具有較高的頻譜利用率和較大的系統容量：為此，系統需要擁有強大的多種用戶管理能力、高保密性能和服務質量。(5)統一標準：在全球范圍內，系統設計必須保持高度一致。在IMT-2000家族內部，以及IMT-2000與固定通信網絡之間的業務要相互兼容。(6)具有較好的經濟性能：即網絡投資費用，包括網絡建設費、系統設備費和用戶終端費要盡可能低，并且終端設備體積要小，耗電省，滿足通信個人化的要求。要求(1)為支持高速率數據和多媒體業務，在各種條件下所應提供的業務速率為：室內環境至少2Mbit/s；室外步行環境至少384Kbit/s；室外車載運動中至少144Kbit/s。(2)傳輸速率能夠按需分配。(3)上下行鏈路適應于傳輸不對稱業務的需要。7.2三大主流標準介紹

在IMT2000家族中，以歐洲的WCDMA和美國的CDMA2000在技術方面較為成熟。同時，中國的TD-SCDMA由于采用先進的技術并得到中國政府、運營商和產業界的支持，也很受矚目。上述三種標準的共同點是都使用了CDMA技術。通過一年半時間的評估和融合，1999年11月5日ITU在赫爾辛基舉行的會議上，通過了輸出文件ITU-RM.1457，確認了三大主流技術標準，即WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA，這標志著3G標準已基本定型。7.2.1CDMA2000標準

以美國為代表的北美電信標準化組織向ITU提出的3G方案稱為CDMA2000，其核心是由高通、朗訊、摩托羅拉和北電等公司聯合提出的寬帶CDMAone技術。CDMA2000系列的演進歷程

IS-95A：1995年美國正式頒布了窄帶CDMA標準，定名IS-95A。IS-95B：1998年制定的標準，是從IS—95A發展而來，IS-95A和IS-95B總稱IS-95。CDMAone：這是以IS-95為標準的各種第二代CDMA產品的總稱。CDAM2000：這是美國向ITU提出的3G無線傳輸標準，是IS-95標準向3G演進的體制方案。IS-2000：是采用CDMA2000技術的正式標準總稱。CDMA2000-1X：指CDMA2000的第一階段(速率高于IS-95，低于2Mbit/s)。CDMA2000-3X：也稱為寬帶CDMAone，是基于IS-95標準演化的一個重要組成部分。CDMA2000-1XEV：CDMA2000-1X的增強標準。CDMA2000的主要技術特點

CMDA2000信號帶寬為1.25MHz，碼片速率1.2288Mchip/s；采用單載波直接序列擴頻CDMA多址接入方式；幀長20ms；調制方式為QPSK(下行)和BIT/SK(上行)；CDMA2000的容量是IS-95A系統的兩倍，可支持2Mbit/s以上速率的數據傳輸；兼容IS-95A／B。

CDMA2000引入了分組交換方式；采用開環、閉環功率控制，速率為800次/s；上下行同時采用導頻輔助相干解調；網絡采用全球定位系統GPS同步，給組網帶來一定的復雜性；信道編碼采用卷積碼和Turbo碼；支持軟切換、頻間切換與IS-95B間切換；前向分集：OTD、STS。7.2.2WCDMA標準

WCDMA由歐洲和日本提出，它的核心網絡基于GSM／GPRS的演進，充分考慮了與GSM系統的互操作性和對GSM核心網絡的兼容性。2002年，WCDMA取得穩步發展，一些關鍵難題得到解決。隨著越來越多的世界知名手機廠商的加入，WCDMA終端不再成為制約因素。WCDMA標準趨于成熟穩定，迄今為止，超過80％的運營商采用了WCDMA。據業內人士稱，中國電信極有可能選擇WCDMA和TD-SCDMA兩種技術共建網絡，因為中國電信會支持由我國大唐電信提出的國際標準TD-SCDMA，而WCDMA又具有建網成本低、標準開放、應用廣泛等諸多優點，最重要的就是它可以和TD-SCDMA進行兼容，在大話務量地區可以進行自由切換。WCDMA標準的演進歷程

WCDMA標準分為不同版本，到目前共有R99、R4和R5三個版本。

R99發布于1999年。R99確定了WCDMA無線傳輸技術的接口，無線接入網絡接口都基于ATM傳輸，核心網絡基于演進的移動交換中心和GPRS服務節點。

R4發布于2001年。R4中最主要的特點是引進低碼片速率時分雙工模式，即由中國提出的TD-SCDMA，在核心網電路域中實現了軟交換的概念。

R5發布于2002年。WCDMA的主要技術特點

①信號帶寬為5MHz；碼片速率為3.84Mchip/s；采用單載波直接序列擴頻CDMA多址接入方式；幀長10ms；調制方式為QPSK(下行)和BPSK(上行)；②WCDMA要求實現與GSM網絡的全兼容，所以它把GSM移動應用協議和GPRS隧道技術作為移動管理機制的上層核心網絡協議；③發送分集方式：TSTD、STTD、FBTD；④信道編碼：卷積碼和Turbo碼，支持2Mbit/s速率的數據業務；⑤解調方式：導頻輔助相干解調；⑥WCDMA系統不同的基站可選擇同步(需GPS)或異步(不需GPS)兩種工作方式；⑦語音編碼采用AMR方式,自適應多速率,與GSM兼容；⑧內環、外環功率控制，控制速率1500次/s；⑨支持軟切換、頻間切換與GSM間切換。7.2.3TD-SCDMA標準

TD-SCDMA標準是信息產業部電信科學技術研究院（現大唐電信集團）在國家主管部門的支持下，根據多年的研究而提出的具有一定特色的3G系統標準。它的提出同時得到中國移動、原中國電信、中國聯通等公司的大力支持和幫助。該標準文件在我國無線電通信標準組最終修改完成后，經原郵電部批準，于1998年6月提交到ITU和相關國際標準組織。TD-SCDMA標準公開之后，在國際上引起強烈反響，得到西門子等許多著名公司的重視和支持。1999年11月在芬蘭赫爾辛基召開的ITU大會上，TD-SCDMA被列入ITU文件ITU-RM.1457，成為ITU認可的3G主流技術標準之一。TD-SCDMA的技術規范

信號帶寬為1.6MHz；碼片速率為1.28Mchip/s;單載波直接序列擴頻時分多址＋同步CDMA多址接入；幀長lOms；調制方式為下行QPSK、上行BPSK；內環、外環功率控制，控制速率200次/s。時分雙工(TDD)模式采用同步CDMA技術，降低上行用戶間的干擾和保護時隙的寬度對多個低比特率信號并行傳輸的情況，如多個語音信號同時傳輸，采用CDMA傳輸方式接力切換技術多用戶聯合檢測技術基站采用主從同步方式智能天線技術軟件無線電技術AMR語音編碼，支持可變速率，與GSM兼容TD-SCDMA的技術特點

TD-SCDMA系統的主要問題

(1)允許終端移動的速度較低：目前ITU要求TDD系統允許速度達到120Km/h，而FDD系統則要求達到500Km/h。

(2)覆蓋范圍較小：TDD小區半徑只有幾公里，FDD的小區半徑可達數十公里。原因在于TDD使用相同頻率，而用時間來劃分上下行時隙。由于電波傳播需要時間，在上下行時隙之間必須留下保護時隙。7.2.4三種主流標準的性能比較

WCDMACDMA2000TD-SCDMA信道帶寬（MHz）51.251.6碼片速率(Mc/s)3.841.22881.28多址方式單載波DS-CDMA單載波DS-CDMA單載波DS-CDMA+TD-SCDMA雙工方式FDD/TDDFDDTDD幀長（ms）102010調制數據調制：QPSK/BPSK擴頻調制：QPSK數據調制：QPSK/BPSK擴頻調制：QPSK/OQPSK接入信道：DQPSK接入信道：DQPSK/16QAM相干解調前向:專用導頻信道(TDM)反向:專用導頻信道(TDM)前向：共用導頻信道反向:專用導頻信道(TDM)前向:專用導頻信道(TDM)反向:專用導頻信道(TDM)語音編碼AMRCELPEFR最大數據率（Mbit/s）2.0482.52.048功率控制FDD:開環+快速閉環(1.6KHz)TDD:開環+慢速閉環開環+快速閉環(800Hz)開環+快速閉環(200Hz)基站同步異步（不需GPS）同步（需GPS）主從同步（需GPS）CDMA技術的利用程度

TD-CDMA在充分利用CDMA方面較差。原因是：一方面，TD-CDMA要和GSM兼容；另一方面，由于不能充分利用多徑，降低了系統的效率，而且軟切換和軟容量能力實現起來相對較困難，但聯合檢測容易。同步方式、功率控制和支持高速能力

目前的IS-95采用64位的Walsh正交擴頻碼序列，反向鏈路采用非相關接收方式，成為限制容量的主要問題，所以在3G系統中反向鏈路普遍采用相關接收方式。W-CDMA采用內插導頻符號輔助相關接收技術，兩者性能還難以比較。CDMAone需要GPS精確定時同步；而W-CDMA和TD-CDMA則不需要小區之間的同步。此外，TD-CDMA繼承了GSM900/DCSl800正反向信道同步的特點，從而克服了反向信道的容量瓶頸效應。而同步意味著幀反向信道均可使用正交碼，從而克服了遠近效應，降低了對功率控制的要求。TD-CDMA采用于消除對數正態衰落的功率控制，抗衰落的能力較強，能支持較快移動的通信，這在現代通信中是至關重要的。在多速率復用傳輸時，W-CDMA實現較為容易。而TD-SCDMA采用的是每個時隙內的多路傳輸和時分復用。為達到2Mbit/s的峰值速率須采用十六進制的QAM調制方式，當動態的傳輸速率要求較高時需要較高的發射功率，又因為和GSM兼容，所以無法充分利用資源。在頻譜利用率方面

TD-SCDMA具有明顯的優勢，被認為是目前頻譜利用率最高的技術。其原因一方面是TDD方式能夠更好地利用頻率資源；另一方面在于，TD-SCDMA的設計目標是要做到設計的所有信道都能同時工作，而在這方面，目前W-CDMA系統256個擴頻信道中只有60個可以同時工作。此外，不對稱的移動因特網將是IMT—2000的主要業務。TD-SCDMA因為能很好地支持不對稱業務，而成為最適合移動因特網業務的技術，也被認為是TD-SCDMA的一個重要優勢，而FDD系統在支持不對稱業務時，頻譜利用率會降低，并且目前尚未找到更為理想的解決方案。在應用技術方面

TD-SCDMA技術在許多方面非常符合移動通信未來的發展方向。智能天線技術、軟件無線電技術、下行高速包交換數據傳輸技術等將是未來移動通信系統中普遍采用的技術。顯然，這些技術都已經不同程度地在TD-SCDMA系統中得到應用，而且TD-SCDMA也是目前惟一明確將智能天線和高速數字調制技術設計在標準中的3G系統。7.33G涉及的若干技術3G系統中引入了一些新技術，主要有：信道編碼和交織，智能天線，軟件無線電，多用戶檢測，動態信道分配，高速下行分組接入等技術。7.3.1信道編碼和交織

信道編碼和交織依賴于信道特性和業務需求。不僅對于業務信道和控制信道應采用不同的編碼和交織技術，而且對于同一信道的不同業務也應采用不同的編碼和交織技術。在IMT-2000中，在語音和低速率、對譯碼時延要求比較苛刻的數據鏈路中使用卷積碼。Turbo碼具有接近仙農極限的糾錯性能，在高速率(例如32Kbit/s以上)、對譯碼時延要求不高的數據鏈路中，使用Turbo碼可以提供優異的糾錯性能。7.3.2智能天線

智能天線能根據外界信號的變化，通過信號處理對它本身的輻射和接收方向圖自動進行優化，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到高效利用有用信號，抑制干擾信號的目的。智能天線通常是由多個天線單元組成的天線系統。傳統的多址方式有時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA)方式，智能天線引入了第四種多址方式：空分多址(SDMA)方式，即在相同時隙、相同頻率、相同地址碼的情況下，用戶還可以根據信號不同的空間傳播路徑加以區分。多波束智能天線

多波束天線利用多個并行波束覆蓋整個用戶區，天線方向圖形狀基本不變。它通過測向確定用戶信號的到達方向，然后根據信號到達方向選取合適的陣元加權，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比。因為用戶信號并不一定在固定波束的中心處，當用戶位于波束邊緣，干擾信號位于波束中央時，接收效果最差，所以多波束天線不能實現信號最佳接收。但是與自適應陣天線相比，多波束天線具有結構簡單、無需判定用戶信號到達方向的優點。自適應陣智能天線

自適應陣天線是由多個天線單元組成的，一般采用4～16天線陣元結構，陣元間距1/2波長，陣元分布方式有直線型、圓環型和平面型。它可自動測出用戶方向，并通過調節各陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列的天線方向圖，使主波束對準用戶信號方向，實現波束隨著用戶走；而在干擾信號方向恰為天線方向圖零陷或較低的功率方向，從而抑制干擾，提高信噪比和天線增益，減少信號發射功率，延長電池壽命，減小用戶設備的體積。天線技術的發展趨勢對天線不斷提出各種要求：如小體積、寬頻帶、多頻段、高方向性及低副瓣等；新材料天線層出不窮：如陶瓷介質材料、超導天線等；新的天線形式：如金屬介質多層結構、復合縫隙陣、各種陣列天線等不斷涌現；隨著電磁環境的日益惡化，將空分多址SDMA技術和TDMA、CDMA、智能天線和軟件無線電技術綜合運用，可能是解決問題的良好出路。7.3.3軟件無線電

軟件無線電是近幾年發展起來的技術，它基于現代信號處理理論，盡可能在靠近天線的部位(中頻，甚至射頻)，進行寬帶A/D和D/A變換。無線通信部分把硬件作為基本平臺，把盡可能多的無線通信功能用軟件來實現。軟件無線電為3G手機與基站的無線通信系統提供了一個開放的、模塊化的系統結構，具有很好的通用性、靈活性，使系統互連和升級變得非常方便。其硬件主要包括天線、射頻部分、基帶的A/D和D/A轉換設備以及數字信號處理單元。在軟件無線電設備中所有的信號處理(包括放大、變頻、濾波、調制解調、信道編譯碼、信源編譯碼、信號流變換，信道、接口的協議/信令處理、加/解密、抗干擾處理、網絡監控管理等)都以數字信號的形式進行。由于軟件處理的靈活性，使其在設計、測試和修改方面非常方便，而且也容易實現不同系統之間的兼容。軟件無線電解決了以下問題(1)為3G基站與終端提供了一個開放的、模塊化的系統結構。開放的、模塊化的系統結構為3G系統提供了通用的系統結構，功能實現靈活，系統改進與升級方便。模塊具有通用性，在不同的系統及升級時容易復用。

(2)智能天線結構的實現、用戶信號到來方向的檢測、射頻通道加權參數的計算、天線方向圖的賦形。

(3)各種信號處理軟件的實現，包括各類無線信令處理軟件，信號流變換軟件，同步檢測、建立和保持軟件，調制解調算法軟件，載波恢復、頻率校準和跟蹤軟件，功率控制軟件，信源編碼算法軟件以及信道糾錯算法編碼軟件等。7.3.4多用戶檢測技術

目前的CDMA接收機都是基于RAKE接收原理，它的缺點是在對一個用戶解調時沒有利用已知的其他用戶的信息。多用戶檢測接收機正是充分考慮到，多址干擾實質上是一種有結構性的偽隨機序列信號，設法將所有用戶信號都檢測出來，將其他用戶信號從總信號中減掉，僅保存有用信號。這就是多用戶檢測(又稱聯合檢測、干擾消除技術)的基本思想。CDMA系統是干擾受限系統，多用戶信號檢測提供了一種有效地減少多址干擾的方法，從而增加了系統的容量。7.3.5動態信道分配CDMA系統受到兩種系統自身干擾：一是小區內干擾，也稱為多用戶接入干擾，它是由小區內的多用戶接入產生的；二是小區間相互干擾。

TD-SCDMA系統通過多用戶聯合檢測來減小小區內干擾。減小小區間干擾的方法之一是采用干擾逃逸程序，具有動態信道分配功能的TD-SCDMA系統是典型的例子之一。在TDD模式中，利用用戶設備可以分析用戶所在時隙和其他信道的干擾情況。據此，通過小區內切換，受干擾的移動用戶可以避開各種干擾。動態信道分配方式

(1)時域動態信道分配：如果在目前使用的時隙中發生干擾，通過改變時隙可避開干擾；

(2)頻域動態信道分配：如果在目前使用的無線載波的所有時隙中發生干擾，通過改變無線載波可避開干擾；

(3)空域動態信道分配：空域動態信道分配是通過智能天線的定向性來實現的。它的產生與時域和頻域動態信道分配有關。7.3.6高速下行分組接入技術3G業務上下行的不對稱性，使FDD系統需要一種有效的支持不對稱業務的技術。高速下行分組接入就是一種對多用戶提供高速下行數據業務的技術，速率可達10.8Mbit/s，特別適合于多媒體、互聯網等大量下載信息的業務。在傳輸較高速率的數據時，高速下行分組接入在特定時隙中使用較高調制方式(8PSK、16QAM、甚至64QAM)來進行傳輸。在TD-SCDMA中，已經使用8PSK來傳輸2Mbit/s的業務。在CDMA2000-1X中的某些時隙，使用16QAM傳輸高速數據，在1．25MHz的帶寬下可傳輸2Mbit/s的數據。采用若干新技術，它可使下行速率達到8Mbit/s直至20Mbit/s以上。高速下行分組接入包括以下幾種技術：自適應調制和編碼技術、混合ARQ協議技術、快速小區選擇技術、多入多出天線技術以及獨立的DSCH信道技術等。目錄ONTENTS7.13G概述7.23G—cdma2000系統介紹7.33G—WCDMA系統介紹7.43G—TD-SCDMA系統介紹思考題與練習題目錄02

3G概述7.1

7.13G發展背景04

第三代移動通信系統的英文全稱叫做The3rdGenerationMobileCommunicationSystem（3G）。第三代移動通信系統（3G系統）可以定義為：一種能提供多種類型、高質量、高速率的多媒體業務；能實現全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力；與其他移動通信系統、固定網絡系統、數據網絡系統相兼容；主要以小型便攜式終端，在任何時間、任何地點、進行任何種類通信的移動通信系統。第三代移動通信系統最初的研究工作開始于1985年，當時國際上第一代的模擬移動通信系統正在大規模發展，第二代移動通信系統剛剛出現。國際電信聯盟（ITU）成立了工作組，突出了未來公共陸地移動通信系統（FPLMTS），其目的是形成全球統一的頻率與統一的標準，實現全球無縫漫游，并提供多種業務。

7.13G發展背景05

1996年，FPLMTS正式更名為國際移動通信2000（IMT-2000）。歐洲電線標準協會（ETSI）從1987年開始研究，將該系統稱為通用移動通信系統（UMTS）。經過多年的磨合，ITU最終通過了4種主流的IMT-2000無線接口規范。ITU將3G命名為:IMT-2000，它的寓意是：?在2000MHz（2GHz）頻段運行?可承載2000kbps峰值數據傳輸業務?在公元2000年左右商用部署?為全球標準設計，即為IMT(InternationalMobileTelecommunications)

7.13G典型特征06ITU最初的想法是，IMT-2000不但要滿足多速率、多環境、多業務的要求，還應能通過一個統一的系統來實現。因此，它有以下幾項基本要求：1、全球性標準。2、全球使用公共頻帶。3、能夠提供具有全球性使用的小型終端。4、具有全球漫游能力。5、在多種環境下支持高速的分組數據傳輸速率。ITU規定，第三代移動通信系統的無線傳輸技術必須滿足以下3種傳輸速率要求：在快速移動環境下（車載用戶），最高傳輸速率達到144kbps；在步行環境下，最高傳輸速率達到384kbps；在固定位置環境下，最高傳輸速率達到2Mbps。

7.13G典型特征077.1.23G的基本特點我們從各個維度總結了3G網絡的基本特點，便于大家對3G網絡有更深刻的認識：1、多址方式：無一例外的選用CDMA技術；2、業務能力：增強了對中高速數據業務的支持（多媒體，互聯網業務）；3、網絡結構：針對數據業務進行了優化，無論是傳輸技術，還是控制協議都支持分組業務；4、關鍵技術：使用一些新技術，如快速尋呼、發射分集、前向閉環功率控制、Turbo碼及新型語音處理器；5、系統性能：容量大、質量高及支持復雜業務。6、安全體制：總體而言，3G的安全體制是建立在2G的體制基礎之上。一方面，保留了2G的優良安全策略；另一方面，改進了其中的很多不足。對3G中出現的新業務也提供安全保護。7、安全目標：防范偽基站攻擊、用戶身份截取、偽用戶攻擊、搭線竊聽、弱密鑰攻擊、截取來話攻擊、欺騙網絡或用戶的拒絕式服務攻擊等。對于軍用網絡，很多攻擊方式更需要加強防范。

7.13G標準化組織08第三代移動通信標準制定方面主要有3個國際性標準組織：3GPP、3GPP2和OMA。1、第三代移動通信伙伴計劃3GPP于1998年年底發起成立，成員主要包括ARIB（日本）、ETSI（歐洲）、TTA（韓國）、TTC（日本）和T1P1（美國）。1999年后半年，原中國無線通信標準組（CWTS，現在更名為中國通信標準化協會，CCSA）也加入到3GPP中來并貢獻了TD-SCDMA技術。3GPP是積極倡導UMTS的標準化組織，旨在研究制定并推廣基于演進的GSM核心網絡的3G標準，即WCDMA、TD-SCDMA和EDGE。3GPP的目標是實現由2G網絡到3G網絡的平滑過渡，保證未來技術的后向兼容性，支持輕松建網及系統間的漫游和兼容性。為了滿足新的市場需求，3GPP規范不斷增添新特性來增強自身能力。為了向開發商提供穩定的實施平臺并添加新特性，3GPP使用并行版本體制，主要版本有：1）R99：最早出現的各種第三代規范被匯編成最初的99版本，于2000年3月完成，后續版本不再以年份命名。2）Release4：此后，全套3GPP規范被命名為Release4（R4）。R4規范在2001年3月“凍結”，意為自即日起對R4，只允許進行必要的修正而推出修訂版，不再添加新特性。3）Release5：如果規范在凍結期后發現需要添加新特性，則要制定一個新版本規范。目前，新特性正在添加到Release5（R5）中。第一個R5的版本已在2002年3月凍結，未能及時添加到R5中的新特性將包含在后續版本R6中。目前除了以上版本，3GPP同時也陸續推出了Release6、Release7、Release8、Release9、Release10等版本。

7.13G標準化組織092.第三代移動通信伙伴計劃2(3GPP2)由美國的TIA、日本的ARIB、日本的TTC和韓國的TTA發起，并于1999年1月成立，中國原無線通信標準研究組于1999年6月在韓國正式簽字加入3GPP2。3GPP2主要是制定以ANSI-41核心網為基礎，cdma2000為無線接口的第三代技術規范，3GPP2內有四個小組具體制定技術規范，TSG-A主要負責制定無線接入網的技術標準，TSG-C主要負責制定cdma2000的技術標準，TSG-S負責系統和業務方面，TSG-X負責核心網的技術標準。到目前為止，3GPP2發布的cdma2000的標準共有4個版本。1）cdma2000Release0：這是cdma2000標準的第一個版本，由TLA于1999年6月制定完成。Release0版本使用IS-95B的開銷信道，并添加了新的業務信道和補充信道。3GPP2在此基礎上發布了以后幾個版本的標準。2）cdma2000ReleaseA：ReleaseA于2000年3月由3GPP2制定完成，該版本中添加了新的開銷信道及相應的信令。3）cdma2000ReleaseB：ReleaseB改動很少，于2002年4月由3GPP2制定完成。在該版本中，新添加了補救信道，該信道的作用是，在切換等狀態下信道分配失效時，使移動臺仍有一個最基本的信道可用，以提供保持連接的能力。4）cdma2000ReleaseC：ReleaseC于2002年5月由3GPP2制定完成。在該版本中，前向鏈路增加了對EV-DV的支持，以提高數據吞吐量。

7.13G標準化組織103.開放移動聯盟OMA創始于2002年6月，WAP論壇和開放式移動體系結構兩個標準化組織通過合并成立最初的OMA。OMA的主要任務是收集市場需求并制定規范，清除互操作性發展的障礙，加速各種全新的增強型移動信息、通信和娛樂服務及應用的開發和應用。OMA代表了無線通信業的革新趨勢，它鼓勵價值鏈上所有的成員通過更大程度地參與行業標準的制定，建立更加完整的、端到端的解決方案。4.WIMAX于2001年成立，由眾多無線通信設備和器件供應商發起的非營利性組織，其目標是促進IEEE802.16標準規定的寬帶無線網絡的應用推廣，保證采用相同標準的不同廠家寬帶無線接入設備之間的互通性或互操作性。5.國際電信聯盟ITU世界各國政府的電信主管部門之間協調電信事務的一個國際組織，現有189個成員國，總部設在日內瓦，是聯合國的15個專門機構之一，但在法律上不是聯合國附屬機構，其決議和活動不需要聯合國批準。

3G—cdma2000系統介紹7.2

7.2cdma2000系統組成與網絡結構13

cdma2000網絡主要有BTS、BSC和PCF、PDSN等節點組成，網絡接口協議模型圖如圖所示，網元與網元之間采用不同的協議及接口。

7.23G—cdma2000系統介紹14

基站發信臺(BTS)指受控于基站控制器(BSC)，屬于基站子系統(BSS)的無線部分，服務于某小區的無線收發信設備，實現BTS與移動臺(MS)空中接口的功能。BTS主要分為基帶單元、載頻單元和控制單元三部分。基帶單元主要用于話音和數據速率適配以及信道編碼等；載頻單元主要用于調制/解調與發射機/接收機間的耦合；控制單元則用于BTS的操作與維護。BTS中存儲編碼算法A5和密鑰Kc，用于解密接收到的密文形式的用戶數據和信令數據（包括解密）。BSC指的是基站控制器（BaseStationController）。它是基站收發臺和移動交換中心之間的連接點，也為基站收發臺（BTS）和移動交換中心（MSC）之間交換信息提供接口。一個基站控制器通?？刂茙讉€基站收發臺，其主要功能是進行無線信道管理、實施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并為本控制區內移動臺的過區切換進行控制等?；究刂破鞯倪壿嫿M成單元包括，操作維護單元（OMU）、接入單元（AU）、處理單元（PU）、交換單元（SU）、外圍設備監控單元（PMU）。PCF是無線域中和分組域接口的設備，由于A8/A9不要求開放，PCF可能是集成在BSC/MSC中的某些板卡，也可能是單獨的設備。用戶連接時，MSC根據ServiceOption來判斷用戶是申請語音業務或數據業務，如果是數據業務，觸發PCF和PDSN建立連接PCF和PDSN之間的連接稱為RP接口，也稱為A10/A11接口，A10為數據接口，A11為信令接口，信令接口負責RP通道的建立、維持和拆除，數據接口負責用戶數據的傳輸。

7.23G—cdma2000系統介紹15

PDSN是在cdma1x系統分組域中負責建立和終止點到點協議(PPP)連接、為簡單IP用戶終端分配動態地址等工作的節點。作用是為MS始呼或終呼的分組數據業務提供路由。PDSN負責建立、維護和終止至移動臺的鏈路層話路。提供互聯網，內聯網和應用服務器，利用CDMA2000無線接入網絡（RAN）的移動電臺的訪問。PDSN作為接入網關，提供簡單IP和移動IP接入，外地代理支持，以及虛擬專用網絡傳輸數據包。它作為身份驗證，授權和計費（AAA）服務器的客戶端和移動站提供到IP網絡的網關。VLR英文全稱為VisitorLocationRegister，中文含義為拜訪位置寄存器，它是一個動態數據庫，存儲所管轄區域中MS（統稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息以及用戶簽約業務和附加業務的信息，例如客戶的號碼，所處位置區域的識別，向客戶提供的服務等參數。在網絡中VLR都是與MSCS合設，協助MSCS記錄當前覆蓋區域內的所有移動用戶的相關信息。

7.2cdma2000系統的空中接口16各網元之間涉及到的各接口介紹如下：?Um接口MS與BTS間接口，承載信令和業務?Abis接口BSC與BTS間的接口，承載信令和業務?A1接口承載MSC－BSC間信令?A2接口承載MSC－BSC間業務?A3接口SDU－BTS間接口，承載信令和用戶業務?A7接口源BSC和目標BSC之間的信令接口?A8接口承載BSC－PCF間的業務?A9接口承載BSC－PCF間的信令?A10接口承載PCF－PDSN間的業務?A11接口承載PCF－PDSN間的信令A1接口主要承載BSS和MSC之間包括與呼叫處理、移動性管理、無線資源管理、鑒權和加密有關的信令消息。A2接口主要承載基站側SDU與MSC側交換網絡之間的64/56KPCM數據碼流。A3接口用于支持移動臺處于業務信道狀態時所發生的BSS之間的軟切換，包括信令接口和業務接口。A5接口主要承載基站側SDU與IWF之間電路數據的傳輸。A7接口用于支持移動臺處于非業務信道狀態時所發生的BSS之間的切換，并支持移動臺在進行BSS之間軟切換，需要建立新業務時的控制流程。A8/A9接口用于承載BSS和PCF之間信令和數據，A9接口承載信令，用于維護BSS到PCF之間的A8數據連接。A10/A11接口用于承載PCF和PDSN之間的信令和數據，A11接口承載信令，用于維護BSS到PCF之間的A10數據連接。

7.2cdma2000系統的關鍵技術17

CDMA2000系統的關鍵技術主要包括功率控制、軟切換、RAKE接收機和呼吸效應幾個，下面我們講分別介紹各項關鍵技術是如何在CDMA2000系統中的應用情況。1、功率控制1）功率控制目的CDMA的功率控制包括前向功率控制、反向功率控制。如果小區中的所有用戶均以相同功率發射，則靠近基站的移動臺到達基站的信號強，遠離基站的移動臺到達基站的信號弱，導致強信號掩蓋弱信號，這就是移動通信中的“遠近效應問題。因為CDMA是一個自干擾系統，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠近效應”問題更加突出。CDMA系統中某個用戶信號的功率（包括前反向）較強，對該用戶被正確接收是有利的，但卻會增加對共享的頻帶內其它的用戶的干擾，甚至淹沒其它用戶的信號，結果使其它用戶通信質量劣化，導致系統容量下降。為了克服遠近效應，必須根據通信距離的不同，實時地調整發射機所需的功率，這就是“功率控制”。“遠近效應”如圖所示：

功率控制的原則如下：?控制基站、移動臺的發射功率：首先保證信號經過復雜多變的無線空間傳輸后到達對方接收機時，能滿足正確解調所需的解調門限。?在滿足上一條的原則下，盡可能降低基站、移動臺的發射功率，以降低用戶之間的干擾，使網絡性能達到最優。近的移動臺比距離基站越遠的或者處于衰落區的移動臺發射功率要小。7.2cdma2000系統的關鍵技術17

7.2cdma2000系統的關鍵技術18

2）前向功控CDMA的前向信道功率要分配給前向導頻信道、同步信道、尋呼信道和各個業務信道?；拘枰{整分配給每一個信道的功率，使處于不同傳播環境下的各個移動臺都得到足夠的信號能量。前向功率控制的目的就是實現合理分配前向業務信道功率，在保證通訊質量的前提下，使其對相鄰基站/扇區產生的干擾最小，也就是使前向信道的發射功率在滿足移動臺解調最小需求信噪比的情況下盡可能小。移動臺通過PowerMeasurementReportMessage上報當前信道的質量狀況：上報周期內的壞幀數，總幀數。BSC據此計算出當前的FER，與目標FER相比，以此來控制基站進行前向功率調整。

7.2cdma2000系統的關鍵技術19

3）1X的前向快速功率控制CDMA系統的實際應用表明，系統的容量并不僅僅是取決于反向容量，往往還受限于前向鏈路的容量。這就對前向鏈路的功率控制提出了更高的要求。前向快速功率控制就是實現合理分配前向業務信道功率，在保證通訊質量的前提下，使其對相鄰基站/扇區產生的干擾最小，也就是使前向信道的發射功率在滿足移動臺解調最小需求信噪比的情況下盡可能小。通過調整，既能維持基站與位于小區邊緣的移動臺之間的通信，又能在較好的通信傳輸特性時最大限度地降低前向發射功率，減少對相鄰小區的干擾，增加前向鏈路的相對容量。前向快速功率控制分為前向外環功率控制和前向閉環功率控制。在外環使能的情況下，兩種功率控制機制共同起作用，達到前向快速功率控制的目標。前向快速功率控制雖然發生作用的點是在基站側，但是進行功率控制的外環參數和功率控制比特都是移動臺檢測前向鏈路的信號質量得出輸出結果，并把最后的結果通過反向導頻信道上的功率控制子信道傳給基站。原理圖如圖所示：

7.2cdma2000系統的關鍵技術204）反向功控在CDMA系統的反向鏈路中引入了功率控制，通過調整用戶發射機功率，使各用戶不論在基站覆蓋區的什么位置和經過何種傳播環境，都能保證各個用戶信號到達基站接收機時具有相同的功率。在實際系統中，由于用戶的移動性，使用戶信號的傳播環境隨時變化，致使每時每刻到達基站時所經歷的傳播路徑、信號強度、時延、相移都隨機變化，接受信號的功率在期望值附近起伏變化。反向功率控制包括三部分：開環功率控制、閉環功率控制和外環功率控制。在實際系統中，反向功率控制是由上述三種功率控制共同完成的，即首先對移動臺發射功率作開環估計，然后由閉環功率控制和外環功率控制對開環估計作進一步修正，力圖做到精確的功率控制。（1）反向開環功控CDMA系統的每一個移動臺都一直在計算從基站到移動臺的路徑損耗，當移動臺接收到從基站來的信號很強時，表明要么離基站很近，要么有一個特別好的傳播路徑，這時移動臺可降低它的發送功率，而基站依然可以正常接收；相反，當移動臺接收到的信號很弱時，它就增加發送功率，以抵消衰耗，這就是開環功率控制。開環功率控制簡單、直接，不需在移動臺和基站之間交換控制信息，同時控制速度快并節省開銷。反向開環功控的原理如圖所示：

7.2cdma2000系統的關鍵技術21（2）反向閉環功控反向閉環功控正又分為內環和外環兩部分，內環指基站接收移動臺的信號后，將其強度與一門限（下面稱為“閉環門限”）相比，如果高于該門限，向移動臺發送“降低發射功率”的功率控制指令；否則發送“增加發射功率”的指令。外環的作用是對內環門限進行調整，這種調整是根據基站所接收到的反向業務信道的指令指標（誤幀率）的變化來進行的。通常FER都有一定的目標值，當實際接收的FER高于目標值時，基站就需要提高內環門限，以增加移動臺的反向發射功率；反之，當實際接收的FER低于目標值時，基站就適當降低內環門限，以降低移動臺的反向發射功率。最后，在基站和移動臺的共同作用下，使基站能夠在保證一定接收質量的前提下，讓移動臺以盡可能低的功率發射信號，以減小對其它用戶的干擾，提高容量。反向閉環功控原理如下所示：

7.2cdma2000系統的關鍵技術222、軟切換1）導頻集“導頻信號”可用一個導頻信號序列偏置和一個載頻標明，一個導頻信號集的所有導頻信號具有相同的CDMA載頻。移動臺搜索導頻信號以探測現有的CDMA信道，并測量們的強度，當移動臺探測了一個導頻信號具有足夠的強度，但并不與任何分配給它的前向業務信道相聯系時，它就發送一條導頻信號強度測量消息至基站，基站分配一條前向業務信道給移動臺，并指示移動臺開始切換。業務狀態下，相對于移動臺來說，在某一載頻下，所有不同偏置的導頻信號被分類為如下集合：有效導頻信號集：所有與移動臺的前向業務信道相聯系的導頻信號。候選導頻信號集：當前不在有效導頻信號集里，但是已經具有足夠的強度，能被成功解調的導頻信號。相鄰導頻信號集：由于強度不夠，當前不在有效導頻信號集或候選導頻信號集內，但是可能會成為有效集或候選集的導頻信號。剩余導頻信號集：在當前CDMA載頻上，當前系統里的所有可能的導頻信號集合（PILOT_INCs的整數倍），但不包括在相鄰導頻信號集，候選導頻信號集和有效導頻信號集里的導頻信號。

7.2cdma2000系統的關鍵技術232）軟切換（1）軟切換的概念所謂軟切換就是當移動臺需要跟一個新的基站通信時，并不先中斷與原基站的聯系。軟切換是CDMA移動通信系統所特有的，以往的系統所進行的都是硬切換，即先中斷與原基站的聯系，再在一指定時間內與新基站取得聯系。軟切換只能在相同頻率的CDMA信道間進行，它在兩個基站覆蓋區的交界處起到了業務信道的分集作用。軟切換有以下幾種式：?同一BTS內相同載頻不同扇區之間的切換，也就是通常說的更軟切換（softerhandoff）；?同一BSC內不同BTS之間相同載頻的切換；?同一MSC內，不同BSC的之間相同載頻的切換。（2）軟切換的優點FDMA、TDMA系統中廣泛采用硬切換技術，當硬切換發生時，因為原基站與新基的載波頻率不同，移動臺必須在接收新基站的信號之前，中斷與原基站的通信，往往由于在與原基站鏈路切斷后，移動臺不能立即得到與新基站之間的鏈路，會中斷通信。另外，當硬切換區域面積狹窄時，會出現新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應”，影響業務信道的傳輸。在CDMA系統中提出的軟切換技術，與硬切換技術相比，具有以下更好的優點：?軟切換發生時，移動臺只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會中斷與原基站的聯系，通信中斷的概率大大降低。

7.2cdma2000系統的關鍵技術24?軟切換進行過程中，移動臺和基站均采用了分集接收的技術，有抵抗衰落的能力，不用過多增加移動臺的發射功率；同時，基站宏分集接收保證在參與軟切換的基站中，只需要有一個基站能正確接收移動臺的信號就可以進行正常的通信，由于通過反向功率控制，可以使移動臺的發射功率降至最小，這進一步降低移動臺對其它用戶的干擾，增加了系統反向容量。?進入軟切換區域的移動臺即使不能立即得到與新基站通信的鏈路，也可以進入切換等待的排隊隊列，從而減少了系統的阻塞率。軟切換示意圖如下圖所示：

7.2cdma2000系統的關鍵技術25（3）更軟切換更軟切換是指發生在同一基站下不同扇區之間的切換。在基站收發機（BTS）側，不同扇區天線的接收信號對基站來說就相當于不同的多徑分量，由RAKE接收機進行合并后送至BSC，作為此基站的語音幀。而軟切換是由BSC完成的，將來自不同基站的信號都送至選擇器，由選擇器選擇最好的一路，再進行話音編解碼。軟切換和更軟切換的區別如右圖所示：由圖可以看出，軟切換由BSC幀處理板進行選擇合并，更軟切換不同分支信號在BTS分集合并。

7.2cdma2000系統的關鍵技術263）硬切換當移動臺從一個基站的覆蓋范圍移動到另外一個基站的覆蓋范圍，通過切換移動臺保持與基站的通信。硬切換是在呼叫過程中，移動臺先中斷與原基站的通信，再與目標基站取得聯系，發生在分配不同頻率或者不同的幀偏置的CDMA信道之間的切換。在呼叫過程中，根據候選導頻強度測量報告和門限值的設置，基站可能指示移動臺進行硬切換。硬切換可以發生在相鄰的基站集之間，不同的頻率配置之間，或是不同的幀偏置之間。可以在同一個小區的不同載波之間，也可以在不同小區的不同載波之間。在CDMA中，有以下幾種發生硬切換的情況：?不同的頻率間的硬切換；?同一設備商、同一頻率間的硬切換；?不同設備商間的硬切換；?不同的設備商，同一個頻率上同一系統中的硬切換。

7.2cdma2000系統的關鍵技術274）軟切換的相關參數?T_ADD：導頻信號加入門限，如果移動臺檢查相鄰導頻信號集或剩余導頻信號集中的某一個導頻信號的強度達到T_ADD，移動臺將把這一導頻信號加到候選導頻信號集中，并向基站發送導頻強度測量報告消息（PSMM）。?T_DROP：導頻信號去掉門限，移動臺需要對在有效導頻信號集和候選導頻信號集里的每一個導頻信號保留一個切換去掉定時器。每當與之相對應的導頻信號強度小于T_DROP時，移動臺需要打開定時器。如果與之相對應的導頻信號強度超過T_DROP，移動臺復位該定時器。如果達到T_TDROP，移動臺復位該定時器，并向基站發送PSMM消息。如果T_TDROP改變，移動臺必須在100ms內開始使用新值。?T_TDROP：切換去掉定時器，若該定時器超時，若該定時器所對應的導頻信號是有效導頻信號集的一個導頻信號，就發送導頻信號強度測量消息。如果這一導頻信號是候選導頻信號集中的導頻信號，它將被移至相鄰導頻信號集。?T_COMP：有效導頻信號集與候選導頻信號集比較門限，當候選導頻信號集里的導頻信號強度比有效導頻信號集中的導頻信號超過此門限時，移動臺發送一個導頻信號強度測量報告消息。基站置這一字段為候選導頻信號集與有效導頻信號集比值的門限，單位為0.5dB。?SRCH_WIN_A：有效導頻信號集和候選導頻信號集搜索窗口大小，它對應于移動臺使用的有效導頻信號集和候選導頻信號集搜索窗口的大小。移動臺的搜索窗口以有效導引信號集中最早到來的可用導頻信號多徑成分為中心。?SRCH_WIN_N：相鄰導頻信號集搜索窗口大小，它對應于移動臺使用的相鄰導引信號集搜索窗口大小的值。移動臺應以導頻的PN序列偏置為搜索窗口中心。?SRCH_WIN_R：剩余導頻信號集搜索窗口大小，它對應于移動臺使用的相鄰導頻信號集搜索窗口大小的值。移動臺應以導頻的PN序列偏置為搜索窗口中心，移動臺應僅搜索剩余導頻信號集中其導頻信號PN序列偏置等于PILOT_INCs整數倍的導頻信號。?1X系統關于切換的參數還有以下三個：軟切換斜率、切換加截距、切換去截距。

7.2cdma2000系統的關鍵技術284、CDMA呼吸效應1）呼吸效應的概念在CDMA系統中，所有的頻率和時間是每個用戶都在同時共享的公共資源，而非給某個用戶單獨所有。無線信道是基于不同的擴頻碼字來區分的，理論上來說系統容量也就自然取決于碼字資源即擴頻碼的數量，但實際的系統容量（實際可以分配的擴頻碼數量），卻是受限于系統的自干擾，即不同用戶間由于擴頻碼并非理想正交而產生的多址干擾，同時包括本小區用戶干擾及其他小區干擾。所以說，CDMA系統是一個干擾受限的系統，具有“軟”容量的特性。在CDMA系統中，小區的容量和覆蓋是通過系統干擾緊密相連的。當小區內用戶數增多，也就是小區容量增大時，小區基站端接收到的干擾將增大，這就意味著在小區邊緣地區的用戶即使以最大發射功率發射信號，也無法保證自身與基站間的傳輸QoS能夠得到保證，于是這些用戶將會切換到鄰近小區，也就意味著本小區的半徑即覆蓋范圍相對減小了。反之，當小區用戶數目減少，也就是小區容量減小時，系統業務強度的降低使得基站接收的干擾功率水平降低，各用戶將可以發射更小的功率來維持與基站的連接，結果導致在小區內可以容忍的最大路徑損耗增大，等效于小區半徑增加，覆蓋范圍增大。以上所描述的小區面積隨著小區內業務量的變化而動態變化的效應稱之為“呼吸效應”。我們也可以利用CDMA系統中常提及的“雞尾酒會”的例子更加形象的來說明，在一個雞尾酒會上，來了很多客人，同時講話的人數越多，就越難聽清對方的聲音。如果開始你還可以與在房間另一頭的客人交談，但是當房間里的噪聲達到一定程度后，你就根本聽不清對方的談話了，這就意味著談話區的半徑縮小了。圖1-25給出了呼吸效應與覆蓋距離之間的關系。

7.2cdma2000系統的關鍵技術292）呼吸效應的危害以上我們解釋了“呼吸效應”的含義，并詳細分析了造成“呼吸效應”出現的原因即CDMA系統的“軟”容量特性。接下來我們將分析一下由于小區的“呼吸效應”所帶來的危害。

7.2cdma2000系統的關鍵技術30

我們可以看出“呼吸效應”最大的危害是可能由于小區的收縮而形成“覆蓋漏洞”，即覆蓋盲區，這在網絡規劃時是必須要注意到的問題。在進行網絡規劃時，運營商一般會采用“先覆蓋，后容量”的策略，即在建網初期先進行薄容量的覆蓋，在后期再逐漸進行擴容。而CDMA系統的“呼吸效應”使得這種策略很難再得以實施，如果在CDMA網絡建網初期也象GSM一樣基于覆蓋建一層薄薄的網（低負荷），隨著容量的增加，基站間就會普遍的出現覆蓋漏洞。這時就不得不通過建一些新基站來彌補這些漏洞。但由于CDMA是一個干擾受限的系統，新基站增加的同時會對周圍基站帶來干擾，因此周圍基站的容量也就相應降低。因此，CDMA網絡中由于容量需求而增加新基站，并不能使網絡容量像GSM網絡一樣線性增長，尤其是在城市密集區，基站間距本身就很小，這種現象也就更加嚴重。由此可以看出，“呼吸效應”增大了網絡規劃的復雜性。

3G—WCDMA系統介紹7.3

7.33G—WCDMA系統介紹32WCDMA全名是WidebandCDMA，中文譯名為“寬帶分碼多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps不等的數據傳輸速率，在高速移動的狀態，可提供384Kbps的傳輸速率，在低速或是室內環境下，則可提供高達2Mbps的傳輸速率。而GSM系統目前只能傳送9.6Kbps，固定線路Modem也只是56Kbps的速率，由此可見WCDMA是無線的寬帶通訊。在同一些傳輸通道中，它還可以提供電路交換和分包交換的服務，因此，消費者可以同時利用交換方式接聽電話，然后以分包交換方式訪問因特網，這樣的技術可以提高移動電話的使用效率，使得我們可以超過越在同一時間只能做語音或數據傳輸的服務的限制。W-CDMA（寬帶碼分多址）是一個ITU(國際電信聯盟)標準，它是從碼分多址（CDMA）演變來的，從官方看被認為是IMT-2000的直接擴展，與現在市場上通常提供的技術相比，它能夠為移動和手提無線設備提供更高的數據速率。WCDMA采用直接序列擴頻碼分多址（DS-CDMA）、頻分雙工（FDD）方式，碼片速率為3.84Mcps，載波帶寬為5MHz.基于Release99/Release4版本，可在5MHz的帶寬內，提供最高384kbps的用戶數據傳輸速率。W-CDMA能夠支持移動/手提設備之間的語音、圖象、數據以及視頻通信，速率可達2Mb/s（對于局域網而言）或者384Kb/s（對于寬帶網而言）。輸入信號先被數字化，然后在一個較寬的頻譜范圍內以編碼的擴頻模式進行傳輸。窄帶CDMA使用的是200KHz寬度的載頻，而W-CDMA使用的則是一個5MHz寬度的載頻。

7.3WCDMA系統組成與網絡結構33WCDMA網絡單元構成如圖所示：

7.3WCDMA系統組成與網絡結構34WCDMA系統的網絡單元包括如下部分：1.UE（UserEquipment）UE是用戶終端設備，它通過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域內的各種業務功能，包括普通話音、數據通信、移動多媒體、Internet應用（如E-mail、WWW瀏覽、FTP等）。UE包括兩部分：ME（TheMobileEquipment），提供應用和服務USIM（TheUMTSSubscriberModule），提供用戶身份識別2.UTRAN（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UMTS）UTRAN，即陸地無線接入網，分為基站（NodeB）和無線網絡控制器（RNC）兩部分。NodeB是WCDMA系統的基站（即無線收發信機），通過標準的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協議的處理。它的主要功能是擴頻、調制、信道編碼及解擴、解調、信道解碼，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉換等功能。RNC（RadioNetworkController）是無線網絡控制器，主要完成連接建立和斷開、切換、宏分集合并、無線資源管理控制等功能。具體如下：(1) 執行系統信息廣播與系統接入控制功能；(2) 切換和RNC遷移等移動性管理功能；(3) 宏分集合并、功率控制、無線承載分配等無線資源管理和控制功能。

7.3WCDMA系統組成與網絡結構353.CN（CoreNetwork）CN，即核心網絡，負責與其他網絡的連接和對UE的通信和管理。在WCMDA系統中，不同協議版本的核心網設備有所區別。從總體上來說，R99版本的核心網分為電路域和分組域兩大塊，R4版本的核心網也一樣，只是把R99電路域中的MSC的功能改由兩個獨立的實體：MSCServer和MGW來實現。R5版本的核心網相對R4來說增加了一個IP多媒體域，其他的與R4基本一樣。R99版本核心網的主要功能實體如下：1)MSC/VLRMSC/VLR是WCDMA核心網CS域功能節點，它通過Iu-CS接口與UTRAN相連，通過PSTN/ISDN接口與外部網絡（PSTN、ISDN等）相連，通過C/D接口與HLR/AUC相連，通過E接口與其它MSC/VLR、GMSC或SMC相連，通過CAP接口與SCP相連，通過Gs接口與SGSN相連。MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移動性管理、鑒權和加密等功能。2)GMSCGMSC是WCDMA移動網CS域與外部網絡之間的網關節點，是可選功能節點，它通過PSTN/ISDN接口與外部網絡（PSTN、ISDN、其它PLMN）相連，通過C接口與HLR相連，通過CAP接口與SCP相連。它的主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及與固定網等外部網絡的網間結算功能。

7.3WCDMA系統組成與網絡結構363)SGSNSGSN（服務GPRS支持節點）是WCDMA核心網PS域功能節點，它通過Iu-PS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MSC/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的主要功能是提供PS域的路由轉發、移動性管理、會話管理、鑒權和加密等功能。4)GGSNGGSN（網關GPRS支持節點）是WCDMA核心網PS域功能節點，通過Gn/Gp接口與SGSN相連，通過Gi接口與外部數據網絡（Internet/Intranet）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主要功能是同外部IP分組網絡的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分組網絡的關口功能，從外部網的觀點來看，GGSN就好象是可尋址WCDMA移動網絡中所有用戶IP的路由器，需要同外部網絡交換路由信息。5)HLRHLR（歸屬位置寄存器）是WCDMA核心網CS域和PS域共有的功能節點，它通過C接口與MSC/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、新業務支持、增強的鑒權等功能。

7.3WCDMA系統的空中接口37WCDMA系統主要包含如下接口：1、Cu接口Cu接口是USIM卡和ME之間的電氣接口，Cu接口采用標準接口。2、Uu接口Uu接口是WCDMA的無線接口。UE通過Uu接口接入到UMTS系統的固定網絡部分，可以說Uu接口是UMTS系統中最重要的開放接口。3、Iur接口Iur接口是連接RNC之間的接口，Iur接口是UMTS系統特有的接口，用于對RAN中移動臺的移動管理。比如在不同的RNC之間進行軟切換時，移動臺所有數據都是通過Iur接口從正在工作的RNC傳到候選RNC。Iur是開放的標準接口。4、Iub接口Iub接口是連接NodeB與RNC的接口，Iub接口也是一個開放的標準接口。這也使通過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。5、Iu接口Iu接口是連接UTRAN和CN的接口。類似于GSM系統的A接口和Gb接口。Iu接口是一個開放的標準接口。這也使通過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。Iu接口可以分為電路域的Iu-CS接口和分組域的Iu-PS接口。

7.3WCDMA系統的關鍵技術38

本節主要從原理的角度介紹WCDMA收發信機的各個組成部分，包括RAKE接收機的原理和結構，射頻和中頻處理技術，信道編解碼技術和多用戶檢測的技術。

如圖為一般意義上的數字通信系統，WCDMA的收發信機就建立在這個基本的框圖上，其中信道編譯碼采用卷積碼或者Turbo碼，調制解調采用碼分多址的直接擴頻通信技術，信源編碼部分根據應用數據的不同，對語音采用AMR自適應多速率編碼，對圖像和多媒體業務采用ITURec.H.324系列協議。

7.3WCDMA系統的關鍵技術391、RAKE接收機在WCDMA擴頻系統中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統的調制技術需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾，WCDMA擴頻碼在選擇時就要求它有很好的自相關特性。這樣，在無線信道中出現的時延擴展，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過了一個碼片的長度，那么它們將被WCDMA接收機看作是非相關的噪聲，而不再需要均衡了。由于在多徑信號中含有可以利用的信息，所以WCDMA接收機可以通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實RAKE接收機所作的就是：通過多個相關檢測器接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。圖4-2所示為一個RAKE接收機，它是專為WCDMA系統設計的經典的分集接收器，其理論基礎就是：當傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實際上可被看作是互不相關的。