1、濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第9章 碼分多址(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)(二)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院內(nèi)容 第三代移動(dòng)通信概述 WCDMA體系結(jié)構(gòu) UTRAN基本結(jié)構(gòu) WCDMA無線接口 3GPP標(biāo)準(zhǔn)版本的演進(jìn) 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院第三代移動(dòng)通信概述濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模擬第二代 90年代數(shù)字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)模擬技術(shù)數(shù)字技術(shù)語音業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)TD-SCDMA2.5G:GPRS2.75G:EDGE濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院IM

2、T-2000的含義3G最早由ITU(ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟國(guó)際電信聯(lián)盟) )在1985年提出，稱為未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)（未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)（FPLMTSFPLMTS）。目標(biāo)：建立全球化的，支持綜合化的業(yè)務(wù)快速移動(dòng)環(huán)境：144kb/s慢速移動(dòng)環(huán)境：384kb/s室內(nèi)環(huán)境：2Mb/s1996年更名為IMT-2000IMT-2000。 1.工作在2000Mhz左右頻段 2.提供2000Kbit/s的業(yè)務(wù)速率 3.計(jì)劃在2000年左右試商用濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院ITU IMT-2000T1P1CWTSWCDMATD-SCDMAETSITTAARIB/TTCCDMA20001xRTT/ 3x

3、RTT1xEV-DO1xEV-DVTIA3G標(biāo)準(zhǔn)化組織濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較WCDMAcdma2000TD-SCDMA最小帶寬需求5MHz1.25MHz1.6MHz擴(kuò)頻技術(shù)類型單載波寬帶直接序列擴(kuò)頻CDMA多載波和直接擴(kuò)頻兩種CDMA時(shí)分同步CDMA雙工方式FDD/TDDFDDTDD信道間隔5MHz1.25MHz1.6MHz碼片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps幀長(zhǎng)10ms20ms10ms基站間同步異步（不需GPS）同步（需GPS）同步（主從同步）調(diào)制方式（前向/反向）QPSK/BPSKQPSK/BPSKQPSK/8PSK擴(kuò)頻因子4-5124

4、-1281-16語音編碼器自適應(yīng)多碼速率語音編碼器，（AMR）可變速率IS-773，IS-127AMR語音編碼 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA體系結(jié)構(gòu)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA體系結(jié)構(gòu)3G WCDMA系統(tǒng)包括三大部分： 終端（UE） 核心網(wǎng)（CN） 無線接入網(wǎng)（RAN）整個(gè)系統(tǒng)可分為兩個(gè)域： UE 用戶設(shè)備域 （ User Equipment Domain） CN RAN 基本架構(gòu)域 （Infrastructure Domain）有時(shí)，核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)又合稱承載網(wǎng)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SGSNUERNCNode BWCDMA Access Network

5、Core NetworkBTSMSCBSCGSM Access NetworkPacketSwitchedNetworkVoice SwitchedNetworkUTRAN濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA 網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu) IPNetworkGGSNSGSNMSC/VLRRNCNode BNode BIu PSRNCNode BNode BIubUuIu CSIurGMSCMSC/VLRSGSN濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院UTRAN基本結(jié)構(gòu)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖圖9-2 UTRAN的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)NdatabitCSPSRNSRNSRNSIuIurIuIubIubIubIub

6、Node BNode BNode BNode B濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院UTRAN 基站（Node B）基站（基站（NODE B)主要功能主要功能 對(duì)用戶終端： 實(shí)現(xiàn)Uu接口的無線接入物理信道功能，即把傳輸信道的信息映射到無線物理信道上，并通過空中接口（Uu）發(fā)送到終端。 對(duì)網(wǎng)絡(luò)端：通過定義的NBAP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)Iub接口的功能。 根據(jù)RNC的控制指令來管理和配置小區(qū)的公共資源以及與UE有關(guān)的專用資源。 R5及以后的版本，在NODE B中還增加了HSDPA和HSUPA功能，如快速調(diào)度、數(shù)據(jù)包重發(fā)等。濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院UTRAN 無線網(wǎng)絡(luò)控制器（無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC） 無線網(wǎng)絡(luò)控制器（

7、無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC)RNC)的主要功能的主要功能 RNC是無線接入網(wǎng)（UTRAN)的交換和控制中心。 它主要包括兩部分功能： 1. UTRAN無線資源管理(RRM) 接入控制 切換 負(fù)載控制 功率控制（內(nèi)環(huán)功控） 信道配置和重配等 2. 控制功能 小區(qū)（基站）的管理控制 無線承載（RB）數(shù)據(jù)處理和管理 業(yè)務(wù)和信令承載建立和釋放 UTRAN的安全功能 數(shù)據(jù)庫(kù)管理 UE定位等 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院UTRAN 無線網(wǎng)絡(luò)控制器（無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC） 無線網(wǎng)絡(luò)控制器（無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC)RNC)的邏輯分類的邏輯分類 RNC在邏輯功能上又分為 控制RNC( Controlling RNC

8、 ,CRNC) 服務(wù)RNC（Service RNC, SRNC） 漂移RNC (Drift RNC, DRNC) RNC中用于控制基站公共傳輸資源的功能，稱為CRNC。 RNC中針對(duì)某個(gè)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（專用信道）的處理和控制功能，稱為SRNC。 DRNC 是相對(duì)SRNC來說的，當(dāng)某個(gè)移動(dòng)用戶從SRNC控制的小區(qū)移動(dòng)到其它RNC控制的小區(qū)，并產(chǎn)生軟切換（通過RNC之間的Iur接口進(jìn)行分集合并）時(shí)，除SRNC之外的RNC就稱為DRNC。 在R5和R6的版本中，RNC的功能并無太多的變化，但在內(nèi)部和外部的傳輸網(wǎng)絡(luò)部分增加了基于IP的選項(xiàng)。HSXPA的大部分功能都是增加在NODE B。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)

9、與工程學(xué)院L1L1L1L1MACRLCRRCNASMAC-bRLCRRCATMNBAPFPATMNBAPIubFPMACRLCRRCRNSAPAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPATMAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPNASL1ATMNBAPFPMACRLCRRCRNSAPIur UPAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPUuIubIuUENBSRNCDRNCCNIurIur FP濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖圖9-1 無線接口的分層結(jié)構(gòu)無線接口的分層結(jié)構(gòu) 高層高層RRC子層RLCPDCPBMC邏輯信道MAC傳輸信道物理層(物理信道)信令和控制控制平面用戶信息語音/數(shù)據(jù)用戶平面

10、無線網(wǎng)絡(luò)層層2配置控制濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 RRC(無線資源控制無線資源控制)層層位于無線接口的第三層（無線位于無線接口的第三層（無線網(wǎng)絡(luò)層），它網(wǎng)絡(luò)層），它主要處理主要處理UE（用戶設(shè)備）（用戶設(shè)備）和和UTRAN（UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)）的的陸地?zé)o線接入網(wǎng)）的第三層控制平面之間的信令第三層控制平面之間的信令，包括，包括處理連接管理功能、無線承載控制功能、處理連接管理功能、無線承載控制功能、RRC連接移動(dòng)性連接移動(dòng)性管理和測(cè)量功能。管理和測(cè)量功能。 MAC（媒體接入控制）層（媒體接入控制）層屏蔽了物理介質(zhì)的特征，為屏蔽了物理介質(zhì)的特征，為高層提供了使用物理介質(zhì)的手段。高層以邏輯信道的

11、形式高層提供了使用物理介質(zhì)的手段。高層以邏輯信道的形式向向MAC層傳輸信息，層傳輸信息， MAC完成傳輸信息的有關(guān)變換，完成傳輸信息的有關(guān)變換， 通通過傳輸信道將信息發(fā)向物理層。過傳輸信道將信息發(fā)向物理層。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 WCDMA無線接口的物理層無線接口的物理層 根據(jù)傳輸方式或所傳輸數(shù)據(jù)的特性，傳輸信道分為兩類：根據(jù)傳輸方式或所傳輸數(shù)據(jù)的特性，傳輸信道分為兩類： 專用信道專用信道(DCH) 公共信道公共信道公共傳輸信道又分為公共傳輸信道又分為6類：類： 廣播信道廣播信道(BCH) 前向接入信道前向接入信道(FACH) 尋呼信道尋呼信道(PCH) 下行共享信道下行共享信道(DSC

12、H) 隨機(jī)接入信道隨機(jī)接入信道(RACH) 公共分組信道公共分組信道(CPCH)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 物理層將通過信道化碼（碼道）、頻率、正交調(diào)物理層將通過信道化碼（碼道）、頻率、正交調(diào)制的同相（制的同相（I）和正交（）和正交（Q）分支等基本的物理資源來）分支等基本的物理資源來實(shí)現(xiàn)物理信道，實(shí)現(xiàn)物理信道， 并完成與上述傳輸信道的映射。并完成與上述傳輸信道的映射。 物理信道也分為專用物理信道和公共物理信道。物理信道也分為專用物理信道和公共物理信道。 包包括括3層結(jié)構(gòu)：層結(jié)構(gòu)： 超幀、超幀、 幀和時(shí)隙。幀和時(shí)隙。 超幀長(zhǎng)度為超幀長(zhǎng)度為720 ms， 包括包括72個(gè)幀；個(gè)幀； 每幀長(zhǎng)為每幀長(zhǎng)為

13、10 ms， 對(duì)應(yīng)的碼片數(shù)為對(duì)應(yīng)的碼片數(shù)為38 400 chip； 每幀由每幀由15個(gè)時(shí)隙組成，代表一個(gè)功率控制個(gè)時(shí)隙組成，代表一個(gè)功率控制周期；周期； 每時(shí)隙的比特?cái)?shù)取決于物理信道的信息傳輸速每時(shí)隙的比特?cái)?shù)取決于物理信道的信息傳輸速率。率。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 1) 上行物理信道上行物理信道 上行物理信道分為專用上行物理信道和公共上行物上行物理信道分為專用上行物理信道和公共上行物理信道。理信道。 (1) 專用上行物理信道：專用上行物理信道： 專用上行物理數(shù)據(jù)信道專用上行物理數(shù)據(jù)信道(上行上行DPDCH)：DPDCH用用于傳送專用傳輸信道于傳送專用傳輸信道(DCH)。在每個(gè)無線鏈路中，

14、。在每個(gè)無線鏈路中，可能有可能有0、 1或若干個(gè)上行或若干個(gè)上行DPDCH。 專用上行物理控制信道專用上行物理控制信道(上行上行DPCCH)：DPCCH用用于傳輸物理層產(chǎn)生的控制信息。于傳輸物理層產(chǎn)生的控制信息。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 物理層控制信息由為相干檢測(cè)提供信道估計(jì)的物理層控制信息由為相干檢測(cè)提供信道估計(jì)的導(dǎo)導(dǎo)頻比特、頻比特、 發(fā)送功率控制發(fā)送功率控制(TPC)命令、命令、 反饋信息反饋信息(FBI)、 可選的傳輸格式組合指示可選的傳輸格式組合指示(TFCI)等組成。等組成。 在在WCDMA無線接口中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率、信道無線接口中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率、信道數(shù)、發(fā)送功率等參數(shù)都是可變

15、的。為了使接收機(jī)能夠數(shù)、發(fā)送功率等參數(shù)都是可變的。為了使接收機(jī)能夠正確解調(diào)，必須將這些參數(shù)正確解調(diào)，必須將這些參數(shù)通過通過DPCCH通知接收機(jī)。通知接收機(jī)。 TFCI通知接收機(jī)在上行通知接收機(jī)在上行DPDCH的一個(gè)無線幀內(nèi)的一個(gè)無線幀內(nèi)同時(shí)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖乃矔r(shí)傳輸格式組合參數(shù)。同時(shí)傳輸?shù)膫鬏斝诺赖乃矔r(shí)傳輸格式組合參數(shù)。 在每在每一個(gè)無線鏈路中，一個(gè)無線鏈路中， 只有一個(gè)上行只有一個(gè)上行DPCCH。 物理層產(chǎn)生的控制信息物理層產(chǎn)生的控制信息濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖圖9-3 上行專用物理信道的幀結(jié)構(gòu)上行專用物理信道的幀結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)NdatabitDPDCHTslot2560 chip, Ndat

16、a102kbit( k06)導(dǎo)頻NpilotbitTFCINTPCIbitFBINFBIbitTPCNTPCbitDPCCH時(shí)隙#0 時(shí)隙#1時(shí)隙#i時(shí)隙#14Tslot2560 chip, 10 bit1個(gè)無線幀： Tr 10 ms濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 (2) 公共上行物理信道。公共上行物理信道。 與上行傳輸信道相對(duì)應(yīng)，公共上行物理信道也分與上行傳輸信道相對(duì)應(yīng)，公共上行物理信道也分為兩類。為兩類。 用于承載用于承載RACH的物理信道稱為物理隨機(jī)接的物理信道稱為物理隨機(jī)接入信道入信道(PRACH)， 用于承載用于承載CPCH的物理信道稱為物的物理信道稱為物理公共分組信道理公共分組信道(P

17、CPCH)。 物理隨機(jī)接入信道物理隨機(jī)接入信道(PRACH)用于移動(dòng)臺(tái)在發(fā)起呼用于移動(dòng)臺(tái)在發(fā)起呼叫等情況下發(fā)送接入請(qǐng)求信息。叫等情況下發(fā)送接入請(qǐng)求信息。 PRACH的傳輸基于的傳輸基于時(shí)隙時(shí)隙ALOHA協(xié)議，協(xié)議， 可在一幀中的任一個(gè)時(shí)隙開始傳可在一幀中的任一個(gè)時(shí)隙開始傳輸。輸。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖圖9-4 隨機(jī)接入的發(fā)送格式隨機(jī)接入的發(fā)送格式 123455時(shí)隙15時(shí)隙#在此開始傳輸用戶數(shù)據(jù)20 ms前置碼前置碼前置碼消息部分1或2個(gè)連續(xù)的10 md的幀4096 chip5120 chip(a)01時(shí)隙 N時(shí)隙 14在10ms無線幀中的時(shí)隙用戶數(shù)10、20、40或80 bit導(dǎo)頻比特

18、(8 bit)TFCI(2 bit)消息的數(shù)據(jù)部分消息的控制部分(b)2560 chip濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 物理公共分組信道物理公共分組信道(PCPCH)是一條多用戶接入信是一條多用戶接入信道，道， 傳送傳送CPCH傳輸信道上的信息。傳輸信道上的信息。 接入?yún)f(xié)議基于帶接入?yún)f(xié)議基于帶沖突檢測(cè)的時(shí)隙載波偵聽多址沖突檢測(cè)的時(shí)隙載波偵聽多址(CSMA/CD)， 用戶可以用戶可以在無線幀中的任何一個(gè)時(shí)隙作為開頭開始傳輸在無線幀中的任何一個(gè)時(shí)隙作為開頭開始傳輸, 其傳輸其傳輸結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。所示。 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖9-5 物理公共分組信道（PCPCH）上的傳輸結(jié)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的版本演進(jìn)濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院WCDMA技術(shù)規(guī)范組結(jié)構(gòu) 3GPP的技術(shù)規(guī)范組 T(終端組) RAN(無線接入網(wǎng)組) CN(核心網(wǎng)組) SA(業(yè)務(wù)和系統(tǒng)組)濟(jì)南