第7章第三代移動通信（3G）

移動通信的發(fā)展速度超過人們的預(yù)料，手機(jī)的迅速普及使得通信向個(gè)人化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)的成倍膨脹又帶來了移動數(shù)據(jù)通信的發(fā)展機(jī)遇。特別是移動多媒體和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的急劇發(fā)展，迫切需要設(shè)計(jì)和建設(shè)—種新的網(wǎng)絡(luò)以提供更寬的工作頻帶，支持更加靈活的多種類業(yè)務(wù)，并使移動終端能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行漫游。市場的需求促使第三代移動通信（簡稱3G）的概念應(yīng)運(yùn)而生。3G系統(tǒng)由衛(wèi)星移動通信網(wǎng)和地面移動通信網(wǎng)所組成，將形成一個(gè)對全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò)，滿足城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)各種用戶密度需求，將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起，在提高無限頻率利用率的同時(shí)，為用戶提供更經(jīng)濟(jì)、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。7.13G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

7.1.13G的發(fā)展

人們孜孜不倦地開發(fā)新技術(shù)的主要目的是滿足市場更高的應(yīng)用需求。當(dāng)前，滿足對高速率數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求已經(jīng)提到了議事日程，這是推動3G發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。第二代移動通信系統(tǒng)主要支持語音業(yè)務(wù)，僅能提供一般的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，速率為9.6～14.4Kbit/s。改進(jìn)后的第二代系統(tǒng)能夠支持幾十Kbit/s到上百Kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而3G最高能夠支持2Mbit/s的速率，并且還在不斷地發(fā)展，將來能夠支持更高的數(shù)據(jù)速率。這也為3G廣闊的應(yīng)用前景提供了良好的技術(shù)保障。

2G與3G系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)速率

3G系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)7.1.23G的標(biāo)準(zhǔn)化過程

早在1985年國際電信聯(lián)盟（ITU）就提出了3G的概念，同時(shí)建立了專門的組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，當(dāng)時(shí)稱為未來陸地移動通信系統(tǒng)。這時(shí)第二代移動通信技術(shù)還沒有成熟，CDMA技術(shù)尚末出現(xiàn)。在此后的10年，研究進(jìn)展比較緩慢。1996年后，研究工作取得了迅速的進(jìn)展。首先，ITU于1996年為未來陸地移動通信系統(tǒng)確定了正式名稱：IMT-2000，其含義為該系統(tǒng)預(yù)期在2000年以后投入使用，工作于2000MHz頻帶，最高傳輸數(shù)據(jù)速率為2000Kbit/s。IMT-2000最關(guān)鍵的是無線傳輸技術(shù)。無線傳輸技術(shù)主要包括多址技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、信道編解碼與交織、雙工技術(shù)、信道結(jié)構(gòu)和復(fù)用、幀結(jié)構(gòu)、射頻信道參數(shù)等。ITU于1997年制訂了M.1225建議，對IMT-2000無線傳輸技術(shù)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(tǒng)的3個(gè)特性

(1)全球化：IMT-2000是一個(gè)全球性的系統(tǒng)，各個(gè)地區(qū)多種系統(tǒng)組成了—個(gè)IMT-2000家族，各個(gè)系統(tǒng)間在設(shè)計(jì)上具有高度的互通性，使用共同的頻段和全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，能提供全球無縫漫游。(2)綜合化：能夠提供多種業(yè)務(wù)，特別能夠支持多媒體業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并有能力容納新型業(yè)務(wù)。(3)個(gè)人化：用戶使用全球惟一的個(gè)人號碼，系統(tǒng)能提供高容量、高保密性、高質(zhì)量的服務(wù)。IMT-2000家族

鑒于全世界第二代移動通信體制和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，而且第二代和第三代將在今后較長的時(shí)間內(nèi)共存，ITU提出了“IMT-2000家族”概念，這意味著只要某系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)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(biāo)準(zhǔn)的競賽中取得領(lǐng)先地位，各個(gè)國家、地區(qū)、公司及標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛提出了自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，截止到1998年6月30日，ITU共收到16項(xiàng)建議，針對地面移動通信的就有10項(xiàng)之多。其中包括我國電信科學(xué)技術(shù)研究院代表中國提出的TD-SCDMA技術(shù)。7.1.33G的目標(biāo)和要求

3G的發(fā)展已成為目前人們關(guān)注一個(gè)焦點(diǎn)，IMT-2000應(yīng)該能夠提供各種不同的業(yè)務(wù)，適應(yīng)不同的營運(yùn)機(jī)制。目標(biāo)(1)全球漫游：用戶能夠以低成木的多模式終端在整個(gè)系統(tǒng)和全球漫游。(2)適應(yīng)多種環(huán)境：3G應(yīng)該適應(yīng)于多層小區(qū)結(jié)構(gòu)，如微微小區(qū)、微小區(qū)、宏小區(qū)等，同時(shí)將地面移動通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)結(jié)合在一起。(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：為此，系統(tǒng)需要擁有強(qiáng)大的多種用戶管理能力、高保密性能和服務(wù)質(zhì)量。(5)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：在全球范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須保持高度一致。在IMT-2000家族內(nèi)部，以及IMT-2000與固定通信網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)要相互兼容。(6)具有較好的經(jīng)濟(jì)性能：即網(wǎng)絡(luò)投資費(fèi)用，包括網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)、系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)和用戶終端費(fèi)要盡可能低，并且終端設(shè)備體積要小，耗電省，滿足通信個(gè)人化的要求。要求(1)為支持高速率數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，在各種條件下所應(yīng)提供的業(yè)務(wù)速率為：室內(nèi)環(huán)境至少2Mbit/s；室外步行環(huán)境至少384Kbit/s；室外車載運(yùn)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(yīng)于傳輸不對稱業(yè)務(wù)的需要。7.2三大主流標(biāo)準(zhǔn)介紹

在IMT2000家族中，以歐洲的WCDMA和美國的CDMA2000在技術(shù)方面較為成熟。同時(shí)，中國的TD-SCDMA由于采用先進(jìn)的技術(shù)并得到中國政府、運(yùn)營商和產(chǎn)業(yè)界的支持，也很受矚目。上述三種標(biāo)準(zhǔn)的共同點(diǎn)是都使用了CDMA技術(shù)。通過一年半時(shí)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(rèn)了三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA，這標(biāo)志著3G標(biāo)準(zhǔn)已基本定型。7.2.1CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)

以美國為代表的北美電信標(biāo)準(zhǔn)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(lián)合提出的寬帶CDMAone技術(shù)。CDMA2000系列的演進(jìn)歷程

IS-95A：1995年美國正式頒布了窄帶CDMA標(biāo)準(zhǔn)，定名IS-95A。IS-95B：1998年制定的標(biāo)準(zhǔn)，是從IS—95A發(fā)展而來，IS-95A和IS-95B總稱IS-95。CDMAone：這是以IS-95為標(biāo)準(zhǔn)的各種第二代CDMA產(chǎn)品的總稱。CDAM2000：這是美國向ITU提出的3G無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，是IS-95標(biāo)準(zhǔn)向3G演進(jìn)的體制方案。IS-2000：是采用CDMA2000技術(shù)的正式標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)演化的一個(gè)重要組成部分。CDMA2000-1XEV：CDMA2000-1X的增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000的主要技術(shù)特點(diǎn)

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(kuò)頻CDMA多址接入方式；幀長20ms；調(diào)制方式為QPSK(下行)和BIT/SK(上行)；CDMA2000的容量是IS-95A系統(tǒng)的兩倍，可支持2Mbit/s以上速率的數(shù)據(jù)傳輸；兼容IS-95A／B。

CDMA2000引入了分組交換方式；采用開環(huán)、閉環(huán)功率控制，速率為800次/s；上下行同時(shí)采用導(dǎo)頻輔助相干解調(diào)；網(wǎng)絡(luò)采用全球定位系統(tǒng)GPS同步，給組網(wǎng)帶來一定的復(fù)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(biāo)準(zhǔn)

WCDMA由歐洲和日本提出，它的核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM／GPRS的演進(jìn)，充分考慮了與GSM系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)絡(luò)的兼容性。2002年，WCDMA取得穩(wěn)步發(fā)展，一些關(guān)鍵難題得到解決。隨著越來越多的世界知名手機(jī)廠商的加入，WCDMA終端不再成為制約因素。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)趨于成熟穩(wěn)定，迄今為止，超過80％的運(yùn)營商采用了WCDMA。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，中國電信極有可能選擇WCDMA和TD-SCDMA兩種技術(shù)共建網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橹袊娦艜С钟晌覈筇齐娦盘岢龅膰H標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA，而WCDMA又具有建網(wǎng)成本低、標(biāo)準(zhǔn)開放、應(yīng)用廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)，最重要的就是它可以和TD-SCDMA進(jìn)行兼容，在大話務(wù)量地區(qū)可以進(jìn)行自由切換。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)歷程

WCDMA標(biāo)準(zhǔn)分為不同版本，到目前共有R99、R4和R5三個(gè)版本。

R99發(fā)布于1999年。R99確定了WCDMA無線傳輸技術(shù)的接口，無線接入網(wǎng)絡(luò)接口都基于ATM傳輸，核心網(wǎng)絡(luò)基于演進(jìn)的移動交換中心和GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

R4發(fā)布于2001年。R4中最主要的特點(diǎn)是引進(jìn)低碼片速率時(shí)分雙工模式，即由中國提出的TD-SCDMA，在核心網(wǎng)電路域中實(shí)現(xiàn)了軟交換的概念。

R5發(fā)布于2002年。WCDMA的主要技術(shù)特點(diǎn)

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(kuò)頻CDMA多址接入方式；幀長10ms；調(diào)制方式為QPSK(下行)和BPSK(上行)；②WCDMA要求實(shí)現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡(luò)的全兼容，所以它把GSM移動應(yīng)用協(xié)議和GPRS隧道技術(shù)作為移動管理機(jī)制的上層核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；③發(fā)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；⑤解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助相干解調(diào)；⑥WCDMA系統(tǒng)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(yīng)多速率,與GSM兼容；⑧內(nèi)環(huán)、外環(huán)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(biāo)準(zhǔn)

TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)是信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院（現(xiàn)大唐電信集團(tuán)）在國家主管部門的支持下，根據(jù)多年的研究而提出的具有一定特色的3G系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。它的提出同時(shí)得到中國移動、原中國電信、中國聯(lián)通等公司的大力支持和幫助。該標(biāo)準(zhǔn)文件在我國無線電通信標(biāo)準(zhǔn)組最終修改完成后，經(jīng)原郵電部批準(zhǔn)，于1998年6月提交到ITU和相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)組織。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)公開之后，在國際上引起強(qiáng)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(rèn)可的3G主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA的技術(shù)規(guī)范

信號帶寬為1.6MHz；碼片速率為1.28Mchip/s;單載波直接序列擴(kuò)頻時(shí)分多址＋同步CDMA多址接入；幀長lOms；調(diào)制方式為下行QPSK、上行BPSK；內(nèi)環(huán)、外環(huán)功率控制，控制速率200次/s。時(shí)分雙工(TDD)模式采用同步CDMA技術(shù)，降低上行用戶間的干擾和保護(hù)時(shí)隙的寬度對多個(gè)低比特率信號并行傳輸?shù)那闆r，如多個(gè)語音信號同時(shí)傳輸，采用CDMA傳輸方式接力切換技術(shù)多用戶聯(lián)合檢測技術(shù)基站采用主從同步方式智能天線技術(shù)軟件無線電技術(shù)AMR語音編碼，支持可變速率，與GSM兼容TD-SCDMA的技術(shù)特點(diǎn)

TD-SCDMA系統(tǒng)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(tǒng)允許速度達(dá)到120Km/h，而FDD系統(tǒng)則要求達(dá)到500Km/h。

(2)覆蓋范圍較小：TDD小區(qū)半徑只有幾公里，F(xiàn)DD的小區(qū)半徑可達(dá)數(shù)十公里。原因在于TDD使用相同頻率，而用時(shí)間來劃分上下行時(shí)隙。由于電波傳播需要時(shí)間，在上下行時(shí)隙之間必須留下保護(hù)時(shí)隙。7.2.4三種主流標(biāo)準(zhǔn)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(diào)制數(shù)據(jù)調(diào)制：QPSK/BPSK擴(kuò)頻調(diào)制：QPSK數(shù)據(jù)調(diào)制：QPSK/BPSK擴(kuò)頻調(diào)制：QPSK/OQPSK接入信道：DQPSK接入信道：DQPSK/16QAM相干解調(diào)前向:專用導(dǎo)頻信道(TDM)反向:專用導(dǎo)頻信道(TDM)前向：共用導(dǎo)頻信道反向:專用導(dǎo)頻信道(TDM)前向:專用導(dǎo)頻信道(TDM)反向:專用導(dǎo)頻信道(TDM)語音編碼AMRCELPEFR最大數(shù)據(jù)率（Mbit/s）2.0482.52.048功率控制FDD:開環(huán)+快速閉環(huán)(1.6KHz)TDD:開環(huán)+慢速閉環(huán)開環(huán)+快速閉環(huán)(800Hz)開環(huán)+快速閉環(huán)(200Hz)基站同步異步（不需GPS）同步（需GPS）主從同步（需GPS）CDMA技術(shù)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(tǒng)的效率，而且軟切換和軟容量能力實(shí)現(xiàn)起來相對較困難，但聯(lián)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(kuò)頻碼序列，反向鏈路采用非相關(guān)接收方式，成為限制容量的主要問題，所以在3G系統(tǒng)中反向鏈路普遍采用相關(guān)接收方式。W-CDMA采用內(nèi)插導(dǎo)頻符號輔助相關(guān)接收技術(shù)，兩者性能還難以比較。CDMAone需要GPS精確定時(shí)同步；而W-CDMA和TD-CDMA則不需要小區(qū)之間的同步。此外，TD-CDMA繼承了GSM900/DCSl800正反向信道同步的特點(diǎn)，從而克服了反向信道的容量瓶頸效應(yīng)。而同步意味著幀反向信道均可使用正交碼，從而克服了遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低了對功率控制的要求。TD-CDMA采用于消除對數(shù)正態(tài)衰落的功率控制，抗衰落的能力較強(qiáng)，能支持較快移動的通信，這在現(xiàn)代通信中是至關(guān)重要的。在多速率復(fù)用傳輸時(shí)，W-CDMA實(shí)現(xiàn)較為容易。而TD-SCDMA采用的是每個(gè)時(shí)隙內(nèi)的多路傳輸和時(shí)分復(fù)用。為達(dá)到2Mbit/s的峰值速率須采用十六進(jìn)制的QAM調(diào)制方式，當(dāng)動態(tài)的傳輸速率要求較高時(shí)需要較高的發(fā)射功率，又因?yàn)楹虶SM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(yōu)勢，被認(rèn)為是目前頻譜利用率最高的技術(shù)。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(shè)計(jì)目標(biāo)是要做到設(shè)計(jì)的所有信道都能同時(shí)工作，而在這方面，目前W-CDMA系統(tǒng)256個(gè)擴(kuò)頻信道中只有60個(gè)可以同時(shí)工作。此外，不對稱的移動因特網(wǎng)將是IMT—2000的主要業(yè)務(wù)。TD-SCDMA因?yàn)槟芎芎玫刂С植粚ΨQ業(yè)務(wù)，而成為最適合移動因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的技術(shù)，也被認(rèn)為是TD-SCDMA的一個(gè)重要優(yōu)勢，而FDD系統(tǒng)在支持不對稱業(yè)務(wù)時(shí)，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(yīng)用技術(shù)方面

TD-SCDMA技術(shù)在許多方面非常符合移動通信未來的發(fā)展方向。智能天線技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、下行高速包交換數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等將是未來移動通信系統(tǒng)中普遍采用的技術(shù)。顯然，這些技術(shù)都已經(jīng)不同程度地在TD-SCDMA系統(tǒng)中得到應(yīng)用，而且TD-SCDMA也是目前惟一明確將智能天線和高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)中的3G系統(tǒng)。7.33G涉及的若干技術(shù)3G系統(tǒng)中引入了一些新技術(shù)，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(tài)信道分配，高速下行分組接入等技術(shù)。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(yè)務(wù)需求。不僅對于業(yè)務(wù)信道和控制信道應(yīng)采用不同的編碼和交織技術(shù)，而且對于同一信道的不同業(yè)務(wù)也應(yīng)采用不同的編碼和交織技術(shù)。在IMT-2000中，在語音和低速率、對譯碼時(shí)延要求比較苛刻的數(shù)據(jù)鏈路中使用卷積碼。Turbo碼具有接近仙農(nóng)極限的糾錯(cuò)性能，在高速率(例如32Kbit/s以上)、對譯碼時(shí)延要求不高的數(shù)據(jù)鏈路中，使用Turbo碼可以提供優(yōu)異的糾錯(cuò)性能。7.3.2智能天線

智能天線能根據(jù)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(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)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(gè)天線單元組成的天線系統(tǒng)。傳統(tǒng)的多址方式有時(shí)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(shí)隙、相同頻率、相同地址碼的情況下，用戶還可以根據(jù)信號不同的空間傳播路徑加以區(qū)分。多波束智能天線

多波束天線利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，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(dá)方向，然后根據(jù)信號到達(dá)方向選取合適的陣元加權(quán)，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比。因?yàn)橛脩粜盘柌⒉灰欢ㄔ诠潭úㄊ闹行奶帲?dāng)用戶位于波束邊緣，干擾信號位于波束中央時(shí)，接收效果最差，所以多波束天線不能實(shí)現(xiàn)信號最佳接收。但是與自適應(yīng)陣天線相比，多波束天線具有結(jié)構(gòu)簡單、無需判定用戶信號到達(dá)方向的優(yōu)點(diǎn)。自適應(yīng)陣智能天線

自適應(yīng)陣天線是由多個(gè)天線單元組成的，一般采用4～16天線陣元結(jié)構(gòu)，陣元間距1/2波長，陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。它可自動測出用戶方向，并通過調(diào)節(jié)各陣元信號的加權(quán)幅度和相位來改變陣列的天線方向圖，使主波束對準(zhǔn)用戶信號方向，實(shí)現(xiàn)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(fā)射功率，延長電池壽命，減小用戶設(shè)備的體積。天線技術(shù)的發(fā)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(zhì)材料、超導(dǎo)天線等；新的天線形式：如金屬介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)、復(fù)合縫隙陣、各種陣列天線等不斷涌現(xiàn)；隨著電磁環(huán)境的日益惡化，將空分多址SDMA技術(shù)和TDMA、CDMA、智能天線和軟件無線電技術(shù)綜合運(yùn)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(fā)展起來的技術(shù)，它基于現(xiàn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)。軟件無線電為3G手機(jī)與基站的無線通信系統(tǒng)提供了一個(gè)開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有很好的通用性、靈活性，使系統(tǒng)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(zhuǎn)換設(shè)備以及數(shù)字信號處理單元。在軟件無線電設(shè)備中所有的信號處理(包括放大、變頻、濾波、調(diào)制解調(diào)、信道編譯碼、信源編譯碼、信號流變換，信道、接口的協(xié)議/信令處理、加/解密、抗干擾處理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理等)都以數(shù)字信號的形式進(jìn)行。由于軟件處理的靈活性，使其在設(shè)計(jì)、測試和修改方面非常方便，而且也容易實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)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(gè)開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。開放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為3G系統(tǒng)提供了通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，功能實(shí)現(xiàn)靈活，系統(tǒng)改進(jìn)與升級方便。模塊具有通用性，在不同的系統(tǒng)及升級時(shí)容易復(fù)用。

(2)智能天線結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)、用戶信號到來方向的檢測、射頻通道加權(quán)參數(shù)的計(jì)算、天線方向圖的賦形。

(3)各種信號處理軟件的實(shí)現(xiàn)，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(diào)制解調(diào)算法軟件，載波恢復(fù)、頻率校準(zhǔn)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(cuò)算法編碼軟件等。7.3.4多用戶檢測技術(shù)

目前的CDMA接收機(jī)都是基于RAKE接收原理，它的缺點(diǎn)是在對一個(gè)用戶解調(diào)時(shí)沒有利用已知的其他用戶的信息。多用戶檢測接收機(jī)正是充分考慮到，多址干擾實(shí)質(zhì)上是一種有結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列信號，設(shè)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(lián)合檢測、干擾消除技術(shù))的基本思想。CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，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(tǒng)的容量。7.3.5動態(tài)信道分配CDMA系統(tǒng)受到兩種系統(tǒng)自身干擾：一是小區(qū)內(nèi)干擾，也稱為多用戶接入干擾，它是由小區(qū)內(nèi)的多用戶接入產(chǎn)生的；二是小區(qū)間相互干擾。

TD-SCDMA系統(tǒng)通過多用戶聯(lián)合檢測來減小小區(qū)內(nèi)干擾。減小小區(qū)間干擾的方法之一是采用干擾逃逸程序，具有動態(tài)信道分配功能的TD-SCDMA系統(tǒng)是典型的例子之一。在TDD模式中，利用用戶設(shè)備可以分析用戶所在時(shí)隙和其他信道的干擾情況。據(jù)此，通過小區(qū)內(nèi)切換，受干擾的移動用戶可以避開各種干擾。動態(tài)信道分配方式

(1)時(shí)域動態(tài)信道分配：如果在目前使用的時(shí)隙中發(fā)生干擾，通過改變時(shí)隙可避開干擾；

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

(3)空域動態(tài)信道分配：空域動態(tài)信道分配是通過智能天線的定向性來實(shí)現(xiàn)的。它的產(chǎn)生與時(shí)域和頻域動態(tài)信道分配有關(guān)。7.3.6高速下行分組接入技術(shù)3G業(yè)務(wù)上下行的不對稱性，使FDD系統(tǒng)需要一種有效的支持不對稱業(yè)務(wù)的技術(shù)。高速下行分組接入就是一種對多用戶提供高速下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)，速率可達(dá)10.8Mbit/s，特別適合于多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等大量下載信息的業(yè)務(wù)。在傳輸較高速率的數(shù)據(jù)時(shí)，高速下行分組接入在特定時(shí)隙中使用較高調(diào)制方式(8PSK、16QAM、甚至64QAM)來進(jìn)行傳輸。在TD-SCDMA中，已經(jīng)使用8PSK來傳輸2Mbit/s的業(yè)務(wù)。在CDMA2000-1X中的某些時(shí)隙，使用16QAM傳輸高速數(shù)據(jù)，在1．25MHz的帶寬下可傳輸2Mbit/s的數(shù)據(jù)。采用若干新技術(shù)，它可使下行速率達(dá)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(shù)：自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)、混合ARQ協(xié)議技術(shù)、快速小區(qū)選擇技術(shù)、多入多出天線技術(shù)以及獨(dú)立的DSCH信道技術(shù)等。目錄ONTENTS7.13G概述7.23G—cdma2000系統(tǒng)介紹7.33G—WCDMA系統(tǒng)介紹7.43G—TD-SCDMA系統(tǒng)介紹思考題與練習(xí)題目錄02

3G概述7.1

7.13G發(fā)展背景04

第三代移動通信系統(tǒng)的英文全稱叫做The3rdGenerationMobileCommunicationSystem（3G）。第三代移動通信系統(tǒng)（3G系統(tǒng)）可以定義為：一種能提供多種類型、高質(zhì)量、高速率的多媒體業(yè)務(wù)；能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力；與其他移動通信系統(tǒng)、固定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相兼容；主要以小型便攜式終端，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、進(jìn)行任何種類通信的移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)最初的研究工作開始于1985年，當(dāng)時(shí)國際上第一代的模擬移動通信系統(tǒng)正在大規(guī)模發(fā)展，第二代移動通信系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)。國際電信聯(lián)盟（ITU）成立了工作組，突出了未來公共陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），其目的是形成全球統(tǒng)一的頻率與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球無縫漫游，并提供多種業(yè)務(wù)。

7.13G發(fā)展背景05

1996年，F(xiàn)PLMTS正式更名為國際移動通信2000（IMT-2000）。歐洲電線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）從1987年開始研究，將該系統(tǒng)稱為通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）。經(jīng)過多年的磨合，ITU最終通過了4種主流的IMT-2000無線接口規(guī)范。ITU將3G命名為:IMT-2000，它的寓意是：?在2000MHz（2GHz）頻段運(yùn)行?可承載2000kbps峰值數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)?在公元2000年左右商用部署?為全球標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，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(huán)境、多業(yè)務(wù)的要求，還應(yīng)能通過一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。因此，它有以下幾項(xiàng)基本要求：1、全球性標(biāo)準(zhǔn)。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(huán)境下支持高速的分組數(shù)據(jù)傳輸速率。ITU規(guī)定，第三代移動通信系統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)必須滿足以下3種傳輸速率要求：在快速移動環(huán)境下（車載用戶），最高傳輸速率達(dá)到144kbps；在步行環(huán)境下，最高傳輸速率達(dá)到384kbps；在固定位置環(huán)境下，最高傳輸速率達(dá)到2Mbps。

7.13G典型特征077.1.23G的基本特點(diǎn)我們從各個(gè)維度總結(jié)了3G網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)，便于大家對3G網(wǎng)絡(luò)有更深刻的認(rèn)識：1、多址方式：無一例外的選用CDMA技術(shù)；2、業(yè)務(wù)能力：增強(qiáng)了對中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持（多媒體，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）；3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化，無論是傳輸技術(shù)，還是控制協(xié)議都支持分組業(yè)務(wù)；4、關(guān)鍵技術(shù)：使用一些新技術(shù)，如快速尋呼、發(fā)射分集、前向閉環(huán)功率控制、Turbo碼及新型語音處理器；5、系統(tǒng)性能：容量大、質(zhì)量高及支持復(fù)雜業(yè)務(wù)。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(chǔ)之上。一方面，保留了2G的優(yōu)良安全策略；另一方面，改進(jìn)了其中的很多不足。對3G中出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)也提供安全保護(hù)。7、安全目標(biāo)：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(wǎng)絡(luò)或用戶的拒絕式服務(wù)攻擊等。對于軍用網(wǎng)絡(luò)，很多攻擊方式更需要加強(qiáng)防范。

7.13G標(biāo)準(zhǔn)化組織08第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)制定方面主要有3個(gè)國際性標(biāo)準(zhǔn)組織：3GPP、3GPP2和OMA。1、第三代移動通信伙伴計(jì)劃3GPP于1998年年底發(fā)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(biāo)準(zhǔn)組（CWTS，現(xiàn)在更名為中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會，CCSA）也加入到3GPP中來并貢獻(xiàn)了TD-SCDMA技術(shù)。3GPP是積極倡導(dǎo)UMTS的標(biāo)準(zhǔn)化組織，旨在研究制定并推廣基于演進(jìn)的GSM核心網(wǎng)絡(luò)的3G標(biāo)準(zhǔn)，即WCDMA、TD-SCDMA和EDGE。3GPP的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)由2G網(wǎng)絡(luò)到3G網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，保證未來技術(shù)的后向兼容性，支持輕松建網(wǎng)及系統(tǒng)間的漫游和兼容性。為了滿足新的市場需求，3GPP規(guī)范不斷增添新特性來增強(qiáng)自身能力。為了向開發(fā)商提供穩(wěn)定的實(shí)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(xiàn)的各種第三代規(guī)范被匯編成最初的99版本，于2000年3月完成，后續(xù)版本不再以年份命名。2）Release4：此后，全套3GPP規(guī)范被命名為Release4（R4）。R4規(guī)范在2001年3月“凍結(jié)”，意為自即日起對R4，只允許進(jìn)行必要的修正而推出修訂版，不再添加新特性。3）Release5：如果規(guī)范在凍結(jié)期后發(fā)現(xiàn)需要添加新特性，則要制定一個(gè)新版本規(guī)范。目前，新特性正在添加到Release5（R5）中。第一個(gè)R5的版本已在2002年3月凍結(jié)，未能及時(shí)添加到R5中的新特性將包含在后續(xù)版本R6中。目前除了以上版本，3GPP同時(shí)也陸續(xù)推出了Release6、Release7、Release8、Release9、Release10等版本。

7.13G標(biāo)準(zhǔn)化組織092.第三代移動通信伙伴計(jì)劃2(3GPP2)由美國的TIA、日本的ARIB、日本的TTC和韓國的TTA發(fā)起，并于1999年1月成立，中國原無線通信標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)為基礎(chǔ)，cdma2000為無線接口的第三代技術(shù)規(guī)范，3GPP2內(nèi)有四個(gè)小組具體制定技術(shù)規(guī)范，TSG-A主要負(fù)責(zé)制定無線接入網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，TSG-C主要負(fù)責(zé)制定cdma2000的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，TSG-S負(fù)責(zé)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)方面，TSG-X負(fù)責(zé)核心網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，3GPP2發(fā)布的cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)共有4個(gè)版本。1）cdma2000Release0：這是cdma2000標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)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(yè)務(wù)信道和補(bǔ)充信道。3GPP2在此基礎(chǔ)上發(fā)布了以后幾個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)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(bǔ)救信道，該信道的作用是，在切換等狀態(tài)下信道分配失效時(shí)，使移動臺仍有一個(gè)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(shù)據(jù)吞吐量。

7.13G標(biāo)準(zhǔn)化組織103.開放移動聯(lián)盟OMA創(chuàng)始于2002年6月，WAP論壇和開放式移動體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織通過合并成立最初的OMA。OMA的主要任務(wù)是收集市場需求并制定規(guī)范，清除互操作性發(fā)展的障礙，加速各種全新的增強(qiáng)型移動信息、通信和娛樂服務(wù)及應(yīng)用的開發(fā)和應(yīng)用。OMA代表了無線通信業(yè)的革新趨勢，它鼓勵(lì)價(jià)值鏈上所有的成員通過更大程度地參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備和器件供應(yīng)商發(fā)起的非營利性組織，其目標(biāo)是促進(jìn)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用推廣，保證采用相同標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家寬帶無線接入設(shè)備之間的互通性或互操作性。5.國際電信聯(lián)盟ITU世界各國政府的電信主管部門之間協(xié)調(diào)電信事務(wù)的一個(gè)國際組織，現(xiàn)有189個(gè)成員國，總部設(shè)在日內(nèi)瓦，是聯(lián)合國的15個(gè)專門機(jī)構(gòu)之一，但在法律上不是聯(lián)合國附屬機(jī)構(gòu)，其決議和活動不需要聯(lián)合國批準(zhǔn)。

3G—cdma2000系統(tǒng)介紹7.2

7.2cdma2000系統(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)13

cdma2000網(wǎng)絡(luò)主要有BTS、BSC和PCF、PDSN等節(jié)點(diǎn)組成，網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議模型圖如圖所示，網(wǎng)元與網(wǎng)元之間采用不同的協(xié)議及接口。

7.23G—cdma2000系統(tǒng)介紹14

基站發(fā)信臺(BTS)指受控于基站控制器(BSC)，屬于基站子系統(tǒng)(BSS)的無線部分，服務(wù)于某小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)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?；鶐卧饕糜谠捯艉蛿?shù)據(jù)速率適配以及信道編碼等；載頻單元主要用于調(diào)制/解調(diào)與發(fā)射機(jī)/接收機(jī)間的耦合；控制單元?jiǎng)t用于BTS的操作與維護(hù)。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(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)（包括解密）。BSC指的是基站控制器（BaseStationController）。它是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的連接點(diǎn)，也為基站收發(fā)臺（BTS）和移動交換中心（MSC）之間交換信息提供接口。一個(gè)基站控制器通?？刂茙讉€(gè)基站收發(fā)臺，其主要功能是進(jìn)行無線信道管理、實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并為本控制區(qū)內(nèi)移動臺的過區(qū)切換進(jìn)行控制等?；究刂破鞯倪壿嫿M成單元包括，操作維護(hù)單元（OMU）、接入單元（AU）、處理單元（PU）、交換單元（SU）、外圍設(shè)備監(jiān)控單元（PMU）。PCF是無線域中和分組域接口的設(shè)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(dú)的設(shè)備。用戶連接時(shí)，MSC根據(jù)ServiceOption來判斷用戶是申請語音業(yè)務(wù)或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如果是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，觸發(fā)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(shù)據(jù)接口，A11為信令接口，信令接口負(fù)責(zé)RP通道的建立、維持和拆除，數(shù)據(jù)接口負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的傳輸。

7.23G—cdma2000系統(tǒng)介紹15

PDSN是在cdma1x系統(tǒng)分組域中負(fù)責(zé)建立和終止點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議(PPP)連接、為簡單IP用戶終端分配動態(tài)地址等工作的節(jié)點(diǎn)。作用是為MS始呼或終呼的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供路由。PDSN負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和終止至移動臺的鏈路層話路。提供互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用服務(wù)器，利用CDMA2000無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）的移動電臺的訪問。PDSN作為接入網(wǎng)關(guān)，提供簡單IP和移動IP接入，外地代理支持，以及虛擬專用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包。它作為身份驗(yàn)證，授權(quán)和計(jì)費(fèi)（AAA）服務(wù)器的客戶端和移動站提供到IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。VLR英文全稱為VisitorLocationRegister，中文含義為拜訪位置寄存器，它是一個(gè)動態(tài)數(shù)據(jù)庫，存儲所管轄區(qū)域中MS（統(tǒng)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(yè)務(wù)和附加業(yè)務(wù)的信息，例如客戶的號碼，所處位置區(qū)域的識別，向客戶提供的服務(wù)等參數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中VLR都是與MSCS合設(shè)，協(xié)助MSCS記錄當(dāng)前覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有移動用戶的相關(guān)信息。

7.2cdma2000系統(tǒng)的空中接口16各網(wǎng)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(yè)務(wù)?Abis接口BSC與BTS間的接口，承載信令和業(yè)務(wù)?A1接口承載MSC－BSC間信令?A2接口承載MSC－BSC間業(yè)務(wù)?A3接口SDU－BTS間接口，承載信令和用戶業(yè)務(wù)?A7接口源BSC和目標(biāo)BSC之間的信令接口?A8接口承載BSC－PCF間的業(yè)務(wù)?A9接口承載BSC－PCF間的信令?A10接口承載PCF－PDSN間的業(yè)務(wù)?A11接口承載PCF－PDSN間的信令A(yù)1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(quán)和加密有關(guān)的信令消息。A2接口主要承載基站側(cè)SDU與MSC側(cè)交換網(wǎng)絡(luò)之間的64/56KPCM數(shù)據(jù)碼流。A3接口用于支持移動臺處于業(yè)務(wù)信道狀態(tài)時(shí)所發(fā)生的BSS之間的軟切換，包括信令接口和業(yè)務(wù)接口。A5接口主要承載基站側(cè)SDU與IWF之間電路數(shù)據(jù)的傳輸。A7接口用于支持移動臺處于非業(yè)務(wù)信道狀態(tài)時(shí)所發(fā)生的BSS之間的切換，并支持移動臺在進(jìn)行BSS之間軟切換，需要建立新業(yè)務(wù)時(shí)的控制流程。A8/A9接口用于承載BSS和PCF之間信令和數(shù)據(jù)，A9接口承載信令，用于維護(hù)BSS到PCF之間的A8數(shù)據(jù)連接。A10/A11接口用于承載PCF和PDSN之間的信令和數(shù)據(jù)，A11接口承載信令，用于維護(hù)BSS到PCF之間的A10數(shù)據(jù)連接。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)17

CDMA2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括功率控制、軟切換、RAKE接收機(jī)和呼吸效應(yīng)幾個(gè)，下面我們講分別介紹各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是如何在CDMA2000系統(tǒng)中的應(yīng)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(qū)中的所有用戶均以相同功率發(fā)射，則靠近基站的移動臺到達(dá)基站的信號強(qiáng)，遠(yuǎn)離基站的移動臺到達(dá)基站的信號弱，導(dǎo)致強(qiáng)信號掩蓋弱信號，這就是移動通信中的“遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。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)”問題更加突出。CDMA系統(tǒng)中某個(gè)用戶信號的功率（包括前反向）較強(qiáng)，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(nèi)其它的用戶的干擾，甚至淹沒其它用戶的信號，結(jié)果使其它用戶通信質(zhì)量劣化，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降。為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，必須根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)射機(jī)所需的功率，這就是“功率控制”?！斑h(yuǎn)近效應(yīng)”如圖所示：

功率控制的原則如下：?控制基站、移動臺的發(fā)射功率：首先保證信號經(jīng)過復(fù)雜多變的無線空間傳輸后到達(dá)對方接收機(jī)時(shí)，能滿足正確解調(diào)所需的解調(diào)門限。?在滿足上一條的原則下，盡可能降低基站、移動臺的發(fā)射功率，以降低用戶之間的干擾，使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最優(yōu)。近的移動臺比距離基站越遠(yuǎn)的或者處于衰落區(qū)的移動臺發(fā)射功率要小。7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)17

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)18

2）前向功控CDMA的前向信道功率要分配給前向?qū)ьl信道、同步信道、尋呼信道和各個(gè)業(yè)務(wù)信道。基站需要調(diào)整分配給每一個(gè)信道的功率，使處于不同傳播環(huán)境下的各個(gè)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(shí)現(xiàn)合理分配前向業(yè)務(wù)信道功率，在保證通訊質(zhì)量的前提下，使其對相鄰基站/扇區(qū)產(chǎn)生的干擾最小，也就是使前向信道的發(fā)射功率在滿足移動臺解調(diào)最小需求信噪比的情況下盡可能小。移動臺通過PowerMeasurementReportMessage上報(bào)當(dāng)前信道的質(zhì)量狀況：上報(bào)周期內(nèi)的壞幀數(shù)，總幀數(shù)。BSC據(jù)此計(jì)算出當(dāng)前的FER，與目標(biāo)FER相比，以此來控制基站進(jìn)行前向功率調(diào)整。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)19

3）1X的前向快速功率控制CDMA系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)合理分配前向業(yè)務(wù)信道功率，在保證通訊質(zhì)量的前提下，使其對相鄰基站/扇區(qū)產(chǎn)生的干擾最小，也就是使前向信道的發(fā)射功率在滿足移動臺解調(diào)最小需求信噪比的情況下盡可能小。通過調(diào)整，既能維持基站與位于小區(qū)邊緣的移動臺之間的通信，又能在較好的通信傳輸特性時(shí)最大限度地降低前向發(fā)射功率，減少對相鄰小區(qū)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(huán)功率控制和前向閉環(huán)功率控制。在外環(huán)使能的情況下，兩種功率控制機(jī)制共同起作用，達(dá)到前向快速功率控制的目標(biāo)。前向快速功率控制雖然發(fā)生作用的點(diǎn)是在基站側(cè)，但是進(jìn)行功率控制的外環(huán)參數(shù)和功率控制比特都是移動臺檢測前向鏈路的信號質(zhì)量得出輸出結(jié)果，并把最后的結(jié)果通過反向?qū)ьl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(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)204）反向功控在CDMA系統(tǒng)的反向鏈路中引入了功率控制，通過調(diào)整用戶發(fā)射機(jī)功率，使各用戶不論在基站覆蓋區(qū)的什么位置和經(jīng)過何種傳播環(huán)境，都能保證各個(gè)用戶信號到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)具有相同的功率。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于用戶的移動性，使用戶信號的傳播環(huán)境隨時(shí)變化，致使每時(shí)每刻到達(dá)基站時(shí)所經(jīng)歷的傳播路徑、信號強(qiáng)度、時(shí)延、相移都隨機(jī)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(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制。在實(shí)際系統(tǒng)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(fā)射功率作開環(huán)估計(jì)，然后由閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制對開環(huán)估計(jì)作進(jìn)一步修正，力圖做到精確的功率控制。（1）反向開環(huán)功控CDMA系統(tǒng)的每一個(gè)移動臺都一直在計(jì)算從基站到移動臺的路徑損耗，當(dāng)移動臺接收到從基站來的信號很強(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)移動臺可降低它的發(fā)送功率，而基站依然可以正常接收；相反，當(dāng)移動臺接收到的信號很弱時(shí)，它就增加發(fā)送功率，以抵消衰耗，這就是開環(huán)功率控制。開環(huán)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(shí)控制速度快并節(jié)省開銷。反向開環(huán)功控的原理如圖所示：

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)21（2）反向閉環(huán)功控反向閉環(huán)功控正又分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩部分，內(nèi)環(huán)指基站接收移動臺的信號后，將其強(qiáng)度與一門限（下面稱為“閉環(huán)門限”）相比，如果高于該門限，向移動臺發(fā)送“降低發(fā)射功率”的功率控制指令；否則發(fā)送“增加發(fā)射功率”的指令。外環(huán)的作用是對內(nèi)環(huán)門限進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整是根據(jù)基站所接收到的反向業(yè)務(wù)信道的指令指標(biāo)（誤幀率）的變化來進(jìn)行的。通常FER都有一定的目標(biāo)值，當(dāng)實(shí)際接收的FER高于目標(biāo)值時(shí)，基站就需要提高內(nèi)環(huán)門限，以增加移動臺的反向發(fā)射功率；反之，當(dāng)實(shí)際接收的FER低于目標(biāo)值時(shí)，基站就適當(dāng)降低內(nèi)環(huán)門限，以降低移動臺的反向發(fā)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(zhì)量的前提下，讓移動臺以盡可能低的功率發(fā)射信號，以減小對其它用戶的干擾，提高容量。反向閉環(huán)功控原理如下所示：

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)222、軟切換1）導(dǎo)頻集“導(dǎo)頻信號”可用一個(gè)導(dǎo)頻信號序列偏置和一個(gè)載頻標(biāo)明，一個(gè)導(dǎo)頻信號集的所有導(dǎo)頻信號具有相同的CDMA載頻。移動臺搜索導(dǎo)頻信號以探測現(xiàn)有的CDMA信道，并測量們的強(qiáng)度，當(dāng)移動臺探測了一個(gè)導(dǎo)頻信號具有足夠的強(qiáng)度，但并不與任何分配給它的前向業(yè)務(wù)信道相聯(lián)系時(shí)，它就發(fā)送一條導(dǎo)頻信號強(qiáng)度測量消息至基站，基站分配一條前向業(yè)務(wù)信道給移動臺，并指示移動臺開始切換。業(yè)務(wù)狀態(tài)下，相對于移動臺來說，在某一載頻下，所有不同偏置的導(dǎo)頻信號被分類為如下集合：有效導(dǎo)頻信號集：所有與移動臺的前向業(yè)務(wù)信道相聯(lián)系的導(dǎo)頻信號。候選導(dǎo)頻信號集：當(dāng)前不在有效導(dǎo)頻信號集里，但是已經(jīng)具有足夠的強(qiáng)度，能被成功解調(diào)的導(dǎo)頻信號。相鄰導(dǎo)頻信號集：由于強(qiáng)度不夠，當(dāng)前不在有效導(dǎo)頻信號集或候選導(dǎo)頻信號集內(nèi)，但是可能會成為有效集或候選集的導(dǎo)頻信號。剩余導(dǎo)頻信號集：在當(dāng)前CDMA載頻上，當(dāng)前系統(tǒng)里的所有可能的導(dǎo)頻信號集合（PILOT_INCs的整數(shù)倍），但不包括在相鄰導(dǎo)頻信號集，候選導(dǎo)頻信號集和有效導(dǎo)頻信號集里的導(dǎo)頻信號。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)232）軟切換（1）軟切換的概念所謂軟切換就是當(dāng)移動臺需要跟一個(gè)新的基站通信時(shí)，并不先中斷與原基站的聯(lián)系。軟切換是CDMA移動通信系統(tǒng)所特有的，以往的系統(tǒng)所進(jìn)行的都是硬切換，即先中斷與原基站的聯(lián)系，再在一指定時(shí)間內(nèi)與新基站取得聯(lián)系。軟切換只能在相同頻率的CDMA信道間進(jìn)行，它在兩個(gè)基站覆蓋區(qū)的交界處起到了業(yè)務(wù)信道的分集作用。軟切換有以下幾種式：?同一BTS內(nèi)相同載頻不同扇區(qū)之間的切換，也就是通常說的更軟切換（softerhandoff）；?同一BSC內(nèi)不同BTS之間相同載頻的切換；?同一MSC內(nèi)，不同BSC的之間相同載頻的切換。（2）軟切換的優(yōu)點(diǎn)FDMA、TDMA系統(tǒng)中廣泛采用硬切換技術(shù)，當(dāng)硬切換發(fā)生時(shí)，因?yàn)樵九c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(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時(shí)，會出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸。在CDMA系統(tǒng)中提出的軟切換技術(shù)，與硬切換技術(shù)相比，具有以下更好的優(yōu)點(diǎn)：?軟切換發(fā)生時(shí)，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(lián)系，通信中斷的概率大大降低。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)24?軟切換進(jìn)行過程中，移動臺和基站均采用了分集接收的技術(shù)，有抵抗衰落的能力，不用過多增加移動臺的發(fā)射功率；同時(shí)，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(gè)基站能正確接收移動臺的信號就可以進(jìn)行正常的通信，由于通過反向功率控制，可以使移動臺的發(fā)射功率降至最小，這進(jìn)一步降低移動臺對其它用戶的干擾，增加了系統(tǒng)反向容量。?進(jìn)入軟切換區(qū)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(jìn)入切換等待的排隊(duì)隊(duì)列，從而減少了系統(tǒng)的阻塞率。軟切換示意圖如下圖所示：

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)25（3）更軟切換更軟切換是指發(fā)生在同一基站下不同扇區(qū)之間的切換。在基站收發(fā)機(jī)（BTS）側(cè)，不同扇區(qū)天線的接收信號對基站來說就相當(dāng)于不同的多徑分量，由RAKE接收機(jī)進(jìn)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(jìn)行話音編解碼。軟切換和更軟切換的區(qū)別如右圖所示：由圖可以看出，軟切換由BSC幀處理板進(jìn)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(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)263）硬切換當(dāng)移動臺從一個(gè)基站的覆蓋范圍移動到另外一個(gè)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(biāo)基站取得聯(lián)系，發(fā)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(jù)候選導(dǎo)頻強(qiáng)度測量報(bào)告和門限值的設(shè)置，基站可能指示移動臺進(jìn)行硬切換。硬切換可以發(fā)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?？梢栽谕粋€(gè)小區(qū)的不同載波之間，也可以在不同小區(qū)的不同載波之間。在CDMA中，有以下幾種發(fā)生硬切換的情況：?不同的頻率間的硬切換；?同一設(shè)備商、同一頻率間的硬切換；?不同設(shè)備商間的硬切換；?不同的設(shè)備商，同一個(gè)頻率上同一系統(tǒng)中的硬切換。

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

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)284、CDMA呼吸效應(yīng)1）呼吸效應(yīng)的概念在CDMA系統(tǒng)中，所有的頻率和時(shí)間是每個(gè)用戶都在同時(shí)共享的公共資源，而非給某個(gè)用戶單獨(dú)所有。無線信道是基于不同的擴(kuò)頻碼字來區(qū)分的，理論上來說系統(tǒng)容量也就自然取決于碼字資源即擴(kuò)頻碼的數(shù)量，但實(shí)際的系統(tǒng)容量（實(shí)際可以分配的擴(kuò)頻碼數(shù)量），卻是受限于系統(tǒng)的自干擾，即不同用戶間由于擴(kuò)頻碼并非理想正交而產(chǎn)生的多址干擾，同時(shí)包括本小區(qū)用戶干擾及其他小區(qū)干擾。所以說，CDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，具有“軟”容量的特性。在CDMA系統(tǒng)中，小區(qū)的容量和覆蓋是通過系統(tǒng)干擾緊密相連的。當(dāng)小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)增多，也就是小區(qū)容量增大時(shí)，小區(qū)基站端接收到的干擾將增大，這就意味著在小區(qū)邊緣地區(qū)的用戶即使以最大發(fā)射功率發(fā)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(qū)，也就意味著本小區(qū)的半徑即覆蓋范圍相對減小了。反之，當(dāng)小區(qū)用戶數(shù)目減少，也就是小區(qū)容量減小時(shí)，系統(tǒng)業(yè)務(wù)強(qiáng)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(fā)射更小的功率來維持與基站的連接，結(jié)果導(dǎo)致在小區(qū)內(nèi)可以容忍的最大路徑損耗增大，等效于小區(qū)半徑增加，覆蓋范圍增大。以上所描述的小區(qū)面積隨著小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)量的變化而動態(tài)變化的效應(yīng)稱之為“呼吸效應(yīng)”。我們也可以利用CDMA系統(tǒng)中常提及的“雞尾酒會”的例子更加形象的來說明，在一個(gè)雞尾酒會上，來了很多客人，同時(shí)講話的人數(shù)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(dāng)房間里的噪聲達(dá)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(qū)的半徑縮小了。圖1-25給出了呼吸效應(yīng)與覆蓋距離之間的關(guān)系。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)292）呼吸效應(yīng)的危害以上我們解釋了“呼吸效應(yīng)”的含義，并詳細(xì)分析了造成“呼吸效應(yīng)”出現(xiàn)的原因即CDMA系統(tǒng)的“軟”容量特性。接下來我們將分析一下由于小區(qū)的“呼吸效應(yīng)”所帶來的危害。

7.2cdma2000系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)30

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

3G—WCDMA系統(tǒng)介紹7.3

7.33G—WCDMA系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸速率，在高速移動的狀態(tài)，可提供384Kbps的傳輸速率，在低速或是室內(nèi)環(huán)境下，則可提供高達(dá)2Mbps的傳輸速率。而GSM系統(tǒng)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(wù)，因此，消費(fèi)者可以同時(shí)利用交換方式接聽電話，然后以分包交換方式訪問因特網(wǎng)，這樣的技術(shù)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(shí)間只能做語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)的限制。W-CDMA（寬帶碼分多址）是一個(gè)ITU(國際電信聯(lián)盟)標(biāo)準(zhǔn)，它是從碼分多址（CDMA）演變來的，從官方看被認(rèn)為是IMT-2000的直接擴(kuò)展，與現(xiàn)在市場上通常提供的技術(shù)相比，它能夠?yàn)橐苿雍褪痔釤o線設(shè)備提供更高的數(shù)據(jù)速率。WCDMA采用直接序列擴(kuò)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(nèi)，提供最高384kbps的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率。W-CDMA能夠支持移動/手提設(shè)備之間的語音、圖象、數(shù)據(jù)以及視頻通信，速率可達(dá)2Mb/s（對于局域網(wǎng)而言）或者384Kb/s（對于寬帶網(wǎng)而言）。輸入信號先被數(shù)字化，然后在一個(gè)較寬的頻譜范圍內(nèi)以編碼的擴(kuò)頻模式進(jìn)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(gè)5MHz寬度的載頻。

7.3WCDMA系統(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)33WCDMA網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成如圖所示：

7.3WCDMA系統(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)單元包括如下部分：1.UE（UserEquipment）UE是用戶終端設(shè)備，它通過Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務(wù)功能，包括普通話音、數(shù)據(jù)通信、移動多媒體、Internet應(yīng)用（如E-mail、WWW瀏覽、FTP等）。UE包括兩部分：ME（TheMobileEquipment），提供應(yīng)用和服務(wù)USIM（TheUMTSSubscriberModule），提供用戶身份識別2.UTRAN（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UMTS）UTRAN，即陸地?zé)o線接入網(wǎng)，分為基站（NodeB）和無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）兩部分。NodeB是WCDMA系統(tǒng)的基站（即無線收發(fā)信機(jī)），通過標(biāo)準(zhǔn)的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。它的主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉(zhuǎn)換等功能。RNC（RadioNetworkController）是無線網(wǎng)絡(luò)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(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)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(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)353.CN（CoreNetwork）CN，即核心網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和對UE的通信和管理。在WCMDA系統(tǒng)中，不同協(xié)議版本的核心網(wǎng)設(shè)備有所區(qū)別。從總體上來說，R99版本的核心網(wǎng)分為電路域和分組域兩大塊，R4版本的核心網(wǎng)也一樣，只是把R99電路域中的MSC的功能改由兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體：MSCServer和MGW來實(shí)現(xiàn)。R5版本的核心網(wǎng)相對R4來說增加了一個(gè)IP多媒體域，其他的與R4基本一樣。R99版本核心網(wǎng)的主要功能實(shí)體如下：1)MSC/VLRMSC/VLR是WCDMA核心網(wǎng)CS域功能節(jié)點(diǎn)，它通過Iu-CS接口與UTRAN相連，通過PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)（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(quán)和加密等功能。2)GMSCGMSC是WCDMA移動網(wǎng)CS域與外部網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，是可選功能節(jié)點(diǎn)，它通過PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)（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(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間結(jié)算功能。

7.3WCDMA系統(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)363)SGSNSGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點(diǎn)，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(zhuǎn)發(fā)、移動性管理、會話管理、鑒權(quán)和加密等功能。4)GGSNGGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點(diǎn)，通過Gn/Gp接口與SGSN相連，通過Gi接口與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Internet/Intranet）相連。GGSN提供數(shù)據(jù)包在WCDMA移動網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的路由和封裝。GGSN主要功能是同外部IP分組網(wǎng)絡(luò)的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分組網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口功能，從外部網(wǎng)的觀點(diǎn)來看，GGSN就好象是可尋址WCDMA移動網(wǎng)絡(luò)中所有用戶IP的路由器，需要同外部網(wǎng)絡(luò)交換路由信息。5)HLRHLR（歸屬位置寄存器）是WCDMA核心網(wǎng)CS域和PS域共有的功能節(jié)點(diǎn)，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(yè)務(wù)支持、增強(qiáng)的鑒權(quán)等功能。

7.3WCDMA系統(tǒng)的空中接口37WCDMA系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)部分，可以說Uu接口是UMTS系統(tǒng)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(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RNC之間進(jìn)行軟切換時(shí)，移動臺所有數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(tǒng)的A接口和Gb接口。Iu接口是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)38

本節(jié)主要從原理的角度介紹WCDMA收發(fā)信機(jī)的各個(gè)組成部分，包括RAKE接收機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，射頻和中頻處理技術(shù)，信道編解碼技術(shù)和多用戶檢測的技術(shù)。

如圖為一般意義上的數(shù)字通信系統(tǒng)，WCDMA的收發(fā)信機(jī)就建立在這個(gè)基本的框圖上，其中信道編譯碼采用卷積碼或者Turbo碼，調(diào)制解調(diào)采用碼分多址的直接擴(kuò)頻通信技術(shù)，信源編碼部分根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的不同，對語音采用AMR自適應(yīng)多速率編碼，對圖像和多媒體業(yè)務(wù)采用ITURec.H.324系列協(xié)議。

7.3WCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)391、RAKE接收機(jī)在WCDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾，WCDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時(shí)延擴(kuò)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(shí)超過了一個(gè)碼片的長度，那么它們將被WCDMA接收機(jī)看作是非相關(guān)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(jī)可以通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實(shí)RAKE接收機(jī)所作的就是：通過多個(gè)相關(guān)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(gè)RAKE接收機(jī)，它是專為WCDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時(shí)延超過一個(gè)碼片周期時(shí)，多徑信號實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。