第2章移動通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1GSM網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.2CDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.3WCDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.4TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.5LTE網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.6WLAN網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.7LTE-A網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.1.1GSM網(wǎng)絡(luò)概述

20世紀80年代初，第一代移動電話技術(shù)開始應(yīng)用。當時存在眾多互不兼容的標準，僅在歐洲，就有北歐的NMT、英國的TACS、西德等國使用的C-450、法國的Radiocom2000和意大利的RTMI等，某一標準下用戶的手機無法在其他標準的網(wǎng)絡(luò)上使用，造成很大的不便。因此，西歐國家開始考慮制定一個統(tǒng)一的下一代移動電話標準，以便能夠提供更多樣的功能并使用戶漫游更加容易。最開始的標準起草和制定的準備工作由歐洲郵電行政大會（CEPT）負責管理，具體工作由1982年起成立的一系列“移動專家組”負責。GSM的名字即是移動專家組（法語：groupespécialmobile）的縮寫，后來這一縮寫的含義被改變?yōu)槿蛞苿油ㄐ畔到y(tǒng)GSM（globalsystemformobilecommunication），以方便GSM向全世界的推廣。2.1GSM網(wǎng)絡(luò)的基本原理

全球移動通信是1992年歐洲標準化委員會統(tǒng)一推出的標準，它采用數(shù)字通信技術(shù)，相對于模擬移動通信技術(shù)是第二代移動通信技術(shù)，所以簡稱2G。中國于20世紀90年代初引進采用GSM技術(shù)標準，目前中國移動、中國聯(lián)通各擁有一個GSM網(wǎng)絡(luò)。

GSM系統(tǒng)在無線接口上采用時分復用技術(shù)（TDMA），語音或數(shù)據(jù)信號采用高斯最小頻移鍵控（GMSK）方式進行調(diào)制，信道編碼主要采用卷積碼。每個GSM載頻的帶寬為200kHz，在時間上以4.615ms(更準確地說是60/13ms）為一幀，每一幀又順序劃分為8個時隙。時隙是GSM無線接口上資源的最小單位。圖2.1GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)

1.交換子系統(tǒng)SSS

交換子系統(tǒng)由移動交換中心MSC、歸屬位置寄存器HLR、拜訪位置寄存器VLR、設(shè)備識別寄存器EIR、鑒權(quán)中心AUC和短消息中心SMC等功能實體構(gòu)成。SSS主要完成交換功能以及用戶數(shù)據(jù)管理、移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。

(1)MSC。MSC是GSM系統(tǒng)的核心，它完成最基本的交換功能，即完成移動用戶和其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接；完成移動用戶尋呼接入、信道分配、呼叫接續(xù)、話務(wù)量控制、計費、基站管理等功能；提供面向系統(tǒng)其他功能實體的接口、到其他網(wǎng)絡(luò)的接口以及與其他MSC互連的接口。

（2）HLR。HLR是GSM通信系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫，存放與用戶有關(guān)的所有信息，包括用戶的漫游權(quán)限、基本業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)及當前位置信息等，從而為MSC提供建立呼叫所需的路由信息。一個HLR可以覆蓋幾個MSC服務(wù)區(qū)甚至整個移動網(wǎng)絡(luò)。

（3）VLR。VLR存儲了進入其覆蓋區(qū)的所有用戶的信息，為已經(jīng)登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的條件。VLR是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，需要與有關(guān)的歸屬位置寄存器HLR進行大量的數(shù)據(jù)交換以保證數(shù)據(jù)的有效性。當用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將刪除臨時記錄的該移動用戶的數(shù)據(jù)。在物理上，MSC和VLR通常合為一體。

（4）AUC。AUC是一個受到嚴格保護的數(shù)據(jù)庫，存儲用戶的鑒權(quán)信息和加密參數(shù)。在物理實體上，AUC和HLR共存。

（5）EIR。EIR存儲與移動臺設(shè)備有關(guān)的參數(shù)，可以對移動設(shè)備進行識別、監(jiān)視和閉鎖等，防止未經(jīng)許可的移動設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)。

2.基站子系統(tǒng)BSS

基站子系統(tǒng)BSS是交換子系統(tǒng)SSS和移動臺MS之間的橋梁，主要完成無線信道管理和無線收發(fā)功能。BSS主要包括基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺BTS兩部分。

（1）BSC。BSC位于MSC與BTS之間，具有對一個或多個BTS進行控制和管理的功能，主要完成無線信道的分配、BTS和MS發(fā)射功率的控制以及越區(qū)信道切換等功能。BSC也是一個小交換機，它把局部網(wǎng)絡(luò)匯集后通過A接口與MSC相連。

（2）BTS。BTS是基站子系統(tǒng)的無線收發(fā)設(shè)備，由BSC控制，主要負責無線傳輸功能，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。BTS通過Abis接口與BSC相連，通過空中接口Um與MS相連。

此外，BSS系統(tǒng)還包括碼變換和速率適配單元TRAU。TRAU通常位于BSC和MSC之間，主要完成16kb/s的RPE-LTP編碼和64kb/s的A律PCM編碼之間的碼型變換。

3.操作維護子系統(tǒng)OMS

OMS是GSM系統(tǒng)的操作維護部分，GSM系統(tǒng)的所有功能單元都可以通過各自的網(wǎng)絡(luò)連接到OMS，通過OMS可以實現(xiàn)GSM網(wǎng)絡(luò)各功能單元的監(jiān)視、狀態(tài)報告和故障診斷等功能。

OMS分為兩部分：OMC-S（操作維護中心-系統(tǒng)部分）和OMC-R（操作維護中心-無線部分）。OMC-S用于SSS系統(tǒng)的操作和維護；OMC-R用于BSS系統(tǒng)的操作和維護。

4.移動臺MS

移動臺MS是GSM系統(tǒng)的用戶設(shè)備，可以是車載臺、便攜臺和手持機。它由移動終端和用戶識別卡SIM兩部分組成。移動終端主要完成語音信號處理和無線收發(fā)等功能。

SIM卡存儲了認證用戶身份所需的所有信息以及與安全保密有關(guān)的重要信息，以防非法用戶入侵，移動終端只有插入了SIM卡后才能接入GSM網(wǎng)絡(luò)。2.1.2DCS1800技術(shù)

在我國最早使用的是GSM900，隨著移動通信用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)規(guī)模的迅速發(fā)展，原有的GSM900網(wǎng)絡(luò)頻段資源明顯不足，為更好地滿足用戶增長的需求，我國逐步引入了DCS1800（digitalcellularsystemat1800MHz），并且采用以GSM900網(wǎng)絡(luò)為依托，DCS1800網(wǎng)絡(luò)為補充的組網(wǎng)方式，構(gòu)成GSM900/DCS1800雙頻網(wǎng)，以緩和話務(wù)密集區(qū)無線信道日趨緊張的狀況。

DCS1800系統(tǒng)遵循GSM標準，除頻段和射頻技術(shù)外，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、語音編碼、調(diào)制技術(shù)、信令規(guī)程等絕大部分都與GSM完全相同。DCS1800系統(tǒng)的基站通過Abis接口與GSM的基站控制器BSC相連，并進一步通過A接口與GSM交換機相連。只要用戶使用的是雙頻手機，就可在GSM900/DCS1800兩者之間自由切換，自動選擇最佳信道進行通話；即使在通話中，手機也可在兩個網(wǎng)絡(luò)之間自動切換。2.1.3GSM基站的關(guān)鍵射頻性能指標

1.發(fā)射機的性能

1)基站最大輸出功率

在正常條件下，基站的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2dB的范圍內(nèi)；在極端條件下，基站的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2.5dB的范圍內(nèi)。

GSM規(guī)范對GSM900的宏基站定義了八類功率，微基站定義了三類功率；對DCS1800的宏基站定義了四類功率，微基站定義了三類功率。GSM基站發(fā)射功率及等級見表2.1。表2.1GSM基站發(fā)射功率及等級

2)發(fā)射雜散

GSM規(guī)范定義了發(fā)射雜散的兩種測試條件及其應(yīng)滿足的要求，見表2.2。表2.2GSM發(fā)射雜散的兩種測試條件及其要求

3)發(fā)射互調(diào)

GSM要求從偏離載頻6MHz至相關(guān)發(fā)射頻帶邊緣的范圍內(nèi)，互調(diào)產(chǎn)物的功率不超過-70dBc與-36dBm中的較大值。

2.接收機的性能

1)接收機靈敏度

GSM基站接收機靈敏度的要求如表2.3所示。表2.3GSM基站接收機靈敏度要求

2)

阻塞特性

接收機的阻塞特性分為帶內(nèi)阻塞和帶外阻塞。系統(tǒng)的頻率劃分見表2.4。

表2.4GSM接收機阻塞要求的帶內(nèi)外頻率劃分

在用戶信號和干擾信號如表2.5所示的條件下，基站接收機應(yīng)滿足參考靈敏度的要求。表2.5GSM接收機的阻塞要求

3)互調(diào)特性

在表2.6的所示的參數(shù)設(shè)置下，接收機接收有用信號的抗干擾能力應(yīng)能滿足接收靈敏度的要求。表2.6GSM接收機的互調(diào)要求

4)雜散要求

接收機雜散是指在天線口產(chǎn)生或者放大的雜散功率。GSM規(guī)范定義了兩種測試條件下，雜散功率應(yīng)滿足的要求，見表2.7。表2.7GSM接收機的接收雜散要求2.1.4GPRS技術(shù)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(generalpacketradioservice)的英文簡稱，是GSMPhase2.1規(guī)范實現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比GSM網(wǎng)絡(luò)9.6kb/s更高的數(shù)據(jù)速率。用戶通過GPRS可以在移動狀態(tài)下使用各種分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)郵件、進行Internet瀏覽等。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標準、跳頻規(guī)則和TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。

GPRS與GSM語音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是：GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。GPRS的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2GPRS的邏輯結(jié)構(gòu)

GPRS網(wǎng)絡(luò)的主要實體包括GPRS支持節(jié)點、本地位置寄存器（HLR）、短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動交換中心(SMS-GMSC)和短消息業(yè)務(wù)互通移動交換中心(SMS-IWMSC)、移動臺（MS）、移動交換中心(MSC)/拜訪位置寄存器(VLR)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)等。

簡單地講，GPRS是在GSM的網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加SGSN和GGSN兩種網(wǎng)絡(luò)實體和在無線側(cè)的BSC中增加PCU分組控制單元以及相應(yīng)的接口而實現(xiàn)的。

SGSN是為移動臺提供業(yè)務(wù)的節(jié)點(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS業(yè)務(wù)時，SGSN建立起一個移動性管理環(huán)境，包含關(guān)于這個移動臺的移動性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是記錄移動臺的當前位置信息，并且在移動臺和SGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

GGSN通過配置一個PDP地址被分組數(shù)據(jù)網(wǎng)接入。它存儲屬于這個節(jié)點的GPRS業(yè)務(wù)用戶的路由信息，并根據(jù)該信息將PDU利用隧道技術(shù)發(fā)送到MS的當前的業(yè)務(wù)接入點，即SGSN。GGSN可以經(jīng)Gc接口從HLR查詢該移動用戶當前的地址信息。GGSN主要起網(wǎng)關(guān)的作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN和LAN等。另外，GGSN又被稱做“GPRS路由器”。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。SGSN與GGSN的功能既可以由一個物理節(jié)點全部實現(xiàn)，也可以在不同的物理節(jié)點上分別實現(xiàn)。

需要強調(diào)的是，GPRS采用了與GSM不同的信道編碼方案，定義了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四種編碼方案。在CS-1和CS-2信道編碼方案時，GPRS的用戶數(shù)據(jù)速率僅為8kb/s和12kb/s，原因是CS-1和CS-2編碼方案RLC（無線鏈路控制）塊中的半速率和1/3速率比特用于前向糾錯FEC，因此降低了C/I要求（同頻道干擾C/I≥9dB）。CS-3和CS-4編碼方案數(shù)據(jù)速率分別為14.4kb/s和20kb/s，它通過減少和取消糾錯比特而換取數(shù)據(jù)速率的提高，因此CS-3和CS-4編碼方案要求較高的C/I值，僅適合能滿足較高的C/I值的特殊地區(qū)或場景使用。如果一個載波的8個時隙都分配給一個用戶，則下行用戶數(shù)據(jù)速率最高可達到160kb/s（無線數(shù)據(jù)速率為182.4kb/s）。2.1.5EDGE技術(shù)

EDGE是英文enhanceddatarateforGSMevolution的縮寫，即增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術(shù)。Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出了EDGE的概念。同年，ETSI批準了EDGE的可行性研究，這為以后EDGE的發(fā)展鋪平了道路。

EDGE的主要技術(shù)為：

（1）8PSK調(diào)制方式。

（2）增強型AMR編碼方式。

（3）MCS1～MCS9九種信道調(diào)制編碼方式。

（4）鏈路自適應(yīng)(LA)。

（5）遞增冗余傳輸(IR)。

（6）RLC窗口大小自動調(diào)整。

EDGE技術(shù)仍然使用GSM/GPRS的載波帶寬、時隙結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但由于采用了上述新技術(shù)，因此必須對GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的移動臺、收發(fā)基站（BTS）和基站控制器（BSC）等網(wǎng)元進行升級改造，核心網(wǎng)可利用原來的SGSN和GGSN節(jié)點，無需新增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

由于8PSK可將GSM網(wǎng)絡(luò)采用的GMSK調(diào)制技術(shù)的符號攜帶信息比特從1擴展到3，從而使每個符號所包含的信息是原來的3倍，即無線數(shù)據(jù)速率提高了3倍。如圖2.3所示，如果一個載波的8個時隙都分配給一個用戶，則下行用戶數(shù)據(jù)速率最高可達到473.6kb/s（無線數(shù)據(jù)速率為553.6kb/s）。

為了讓EDGE網(wǎng)絡(luò)提供更高的系統(tǒng)容量，同時也為了提高話音和視頻多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，3GPP進一步提出了EDGE的演進方案。EDGE演進方案的總體需求是期望在EDGE的基礎(chǔ)上，將下行接收靈敏度提高3dB，峰值速率提高1倍，達到接近1Mb/s，典型比特率達到400kb/s，頻譜利用率至少提高1倍，同時降低承載面延時，使RTT低于100ms。

EDGE演進方案采用了如下主要技術(shù)：

（1）移動臺接收分集（MSRD）。

（2）下行雙載波（DCDL）。

（3）下行更高符號速率（由EDGE系統(tǒng)的271ksym/s提高到325ksym/s）。

（4）更高階調(diào)制（QPSK、16QAM和32QAM）和Turbo編碼（REDHOT）。

（5）上行性能增強（HUGE）。

（6）改進ACK/NAK（FANR）。

（7）減小TTI（RTTI）。圖2.3各種編碼單時隙對應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)速率

2.2CDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理2.2.1CDMA網(wǎng)絡(luò)概述

CDMA蜂窩系統(tǒng)最早由美國高通（Qualcomm）公司開發(fā)，采用頻分雙工（FDD）和碼分多址（code

divisionmultipleaccess,CDMA）的通信方式。IS-95是CDMAOne系列標準中最先發(fā)布的標準。真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個CDMA標準是IS-95A，這一標準支持8K編碼話音服務(wù)。隨著移動通信對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長，1998年2月，美國高通公司發(fā)布了IS-95B標準，可提供對64kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，CDMA2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過渡的標準。

碼分多址技術(shù)是數(shù)字移動通信進程領(lǐng)域的一種先進無線擴頻通信技術(shù)，該技術(shù)具有頻譜利用率高、語音質(zhì)量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點，能夠滿足市場對移動通信容量和品質(zhì)的高要求。

為了進一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能，CDMA通信系統(tǒng)中還采用了如下的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外，CDMA通信系統(tǒng)還采用了時間分集方式。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時在基站和移動臺采用了RAKE接收機技術(shù)，這相當于時間分集的作用。

（2）話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因為CDMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，使整個系統(tǒng)的容量增大。

（3）移動臺輔助的軟切換。通過移動臺輔助的軟切換可以實現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以降低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向鏈路的容量和覆蓋范圍。

（4）功率控制技術(shù)。功率控制技術(shù)使得基站和移動臺均以適當?shù)墓β拾l(fā)射信號，既克服了遠近效應(yīng)，也降低了系統(tǒng)的互干擾，提升了網(wǎng)絡(luò)性能。

（5）軟容量特性。軟容量特性可以在話務(wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可用的信道數(shù)。當相鄰小區(qū)的負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)可以通過減少導頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導頻強度的不足而切換到相鄰小區(qū)，從而起到分擔負荷的作用。

（6）擴頻通信技術(shù)。由于CDMA屬于擴頻通信的一種，所以它的抗干擾性強，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶傳輸，也具有很好的抗衰落能力。另外，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柟β时雀蓴_信號的功率低，因此能夠?qū)⑿盘柡芎玫仉[藏在噪聲中，保密性較好。

CDMA20001x的正向和反向信道結(jié)構(gòu)主要采用的碼片的速率為1.2288Mb/s，數(shù)據(jù)調(diào)制用64陣列正交碼調(diào)制方式，擴頻調(diào)制采用平衡四相擴頻方式，頻率調(diào)制采用OQPSK方式。

CDMA20001x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2.4。CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)主要由BTS、BSC和PCF、PDSN等節(jié)點組成。圖2.4CDMA20001x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

移動臺是為用戶提供服務(wù)的設(shè)備，通過空中接口Um，給用戶提供接入移動網(wǎng)絡(luò)的物理能力，來實現(xiàn)具體的服務(wù)。它由移動設(shè)備ME和用戶識別模塊UIM兩部分組成，ME完成語音或數(shù)據(jù)信號在空中的接收和發(fā)送；UIM記錄與用戶業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，用于識別唯一的移動臺使用者。

基站子系統(tǒng)BSS由基站收發(fā)信機（BTS）、基站控制器（BSC）和分組控制功能（PCF）組成。其中，BTS收發(fā)空中接口的無線信號；BSC對其所管轄的多個BTS進行管理，將話音和數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)發(fā)給MSC和PCF，接收來自MSC和PCF的話音和數(shù)據(jù)；PCF完成與分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有關(guān)的無線資源控制。

CDMA20001x電路域核心網(wǎng)主要承載話音業(yè)務(wù)，所以其與IS-95基本相同。CDMA2000電路交換部分的標準以ANSI-41D為核心，主要完成移動臺登記、管理移動臺的狀態(tài)、管理用戶業(yè)務(wù)信息、交換機間的切換、用戶接入網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)和認證、移動臺的語音業(yè)務(wù)的主叫和被叫、各種語音業(yè)務(wù)的補充業(yè)務(wù)和傳輸短消息等功能。

CDMA2000系統(tǒng)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)建立在IP技術(shù)基礎(chǔ)上，其作用是為移動用戶提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的管理與控制。使用簡單IP協(xié)議時的分組域包括分組控制功能（PCF）、分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點（PDSN）和AAA服務(wù)器。而使用移動IP協(xié)議時的分組域在簡單IP基礎(chǔ)上，增加歸屬代理（HA），負責將分組數(shù)據(jù)通過隧道技術(shù)發(fā)送給移動用戶，并實現(xiàn)PDSN之間的宏移動管理；同時在PDSN增加外地代理（FA），負責提供隧道出口，并將數(shù)據(jù)解封裝后發(fā)往移動臺。

PDSN的主要功能包括：建立、維護與終止與移動臺的PPP連接；為簡單IP用戶指定IP地址；為移動IP業(yè)務(wù)提供FA的功能；與鑒權(quán)、授權(quán)、計費AAA服務(wù)器通信，為移動用戶提供不同等級的服務(wù)，并將服務(wù)信息通知AAA服務(wù)器；與靠近基站側(cè)的PCF共同建立、維護及終止第二層的連接。

HA的主要功能包括：為移動用戶提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動性管理和安全認證；對移動臺發(fā)出的移動IP的注冊信息進行認證；在外部公共數(shù)據(jù)網(wǎng)與FA之間轉(zhuǎn)發(fā)分組數(shù)據(jù)包；建立、維護和終止與PDSN的通信并提供加密服務(wù)；從AAA服務(wù)器獲取用戶身份信息；為移動用戶指定動態(tài)的歸屬IP地址。

AAA服務(wù)器是鑒權(quán)、授權(quán)與計費服務(wù)器的簡稱，也可以叫做RADIUS服務(wù)器。其主要功能包括：業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)的AAA服務(wù)器負責在PDSN和歸屬網(wǎng)絡(luò)之間傳遞認證和計費信息；歸屬網(wǎng)絡(luò)的AAA服務(wù)器對移動用戶進行鑒權(quán)、授權(quán)與計費；中介網(wǎng)絡(luò)的AAA服務(wù)器在歸屬網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)之間進行消息的傳遞與轉(zhuǎn)發(fā)。2.2.2CDMA基站關(guān)鍵射頻性能指標

接入終端模擬器輸出功率≤3dB，PER＜1.5%（f1和f2分別為被測反向信道的最低和最高頻率）

表2.8-2CDMA800基站接收機的主要射頻性能指標表2.9-1CDMA2000基站發(fā)射機的主要射頻性能指標表2.9-2CDMA2000基站接收機主要射頻性能指標2.2.3EV-DO技術(shù)

EV-DO是英文evolution

dataoptimized或者evolution

dataonly的縮寫，其全稱為CDMA2001xEV-DO。EV-DO是為了提供非對稱的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計的。在中國，EV-DO空中接口標準經(jīng)歷了Release0和ReleaseA兩個版本，對應(yīng)的TIA/EIA標準分別是IS-856-0和IS-856-A。

IS-856-0于2000年10月發(fā)布，它支持的前向單用戶峰值速率為2.4576Mb/s，反向單用戶峰值速率為153.6kb/s，適合提供基于文件下載、網(wǎng)頁瀏覽和電子郵件等非對稱的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

隨著多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，各種新的業(yè)務(wù)形式不斷出現(xiàn)，對系統(tǒng)帶寬和QoS保證等方面的要求也不斷提高。2004年3月，3GPP2發(fā)布了EV-DOReleaseA版本，并被TIA/EIA接納為IS-856-A。IS-856-A支持的單用戶反向峰值速率為1.8Mb/s，前向峰值速率進一步提高到3.1Mb/s。IS-856-A中采用了多用戶分組和更小的分組封裝，提供實時業(yè)務(wù)所需要的快速接入、快速尋呼及低延遲傳送特性，以滿足不同業(yè)務(wù)的不同QoS要求。同時，IS-856-A引入了多天線發(fā)射分集技術(shù)，有效地改善了高速分組數(shù)據(jù)在惡劣的無線環(huán)境中的可靠性傳送問題。

為了在不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)話音通信的前提下支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，EV-DO采用了將語音信道和數(shù)據(jù)信道分離的方法。EV-DO與現(xiàn)有IS-95和CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)兼容，從而很好地保護了IS-95及CDMA20001x運營商的原有投資。其中，EV-DO的碼片速率、功率需求、信道帶寬與IS-95及CDMA20001x相同；EV-DO可沿用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及射頻部件，基站可與IS-95或CDMA20001x合一，成本低廉。但EV-DO的功率控制與軟切換的方式與IS-95及CDMA20001x不同，其核心思想是通過動態(tài)控制數(shù)據(jù)速率而非功率，使每個用戶以可能得到的最高速率通信。

前向鏈路使用可變時隙的方式時分復用。在EV-DO中，接入點總以最高功率發(fā)送數(shù)據(jù)，使處于有利位置的用戶得到非常高的速率。前向信道上，EV-DO采用虛擬軟切換機制，移動臺在同一時刻只接收來自同一接入點的數(shù)據(jù)。根據(jù)實時的DRC（動態(tài)速率控制）信息，基站可快速地相互切換。同時，基站測量業(yè)務(wù)信道載干比，并在DRC信道向移動臺指示最佳接入點；移動臺不斷測量導頻強度，并不斷要求一個與當前信道條件相符合的數(shù)據(jù)速率。接入點按當時移動臺所能支持的最大速率進行編碼。當用戶需求改變或信道條件改變時，基站動態(tài)地確定數(shù)據(jù)速率。

在反向上，EV-DO用與IS-95及CDMA20001x相同的軟切換技術(shù)，移動臺發(fā)送的信息被多個接入點接收。另外，EV-DO支持高速分組數(shù)據(jù)突發(fā)。EV-DO采用Turbo編碼技術(shù)，反向具有連續(xù)的導頻，使解調(diào)性能得到改善。此外，EV-DO采用增強的無線鏈路協(xié)議（RLP）與TCP協(xié)議共同減少誤幀率。

CDMA20001xEV-DO的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2.5。EV-DO標準中定義的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對原有的1x網(wǎng)絡(luò)改變不大，在接口上增加了A12和A13兩個接口，這兩個接口都是從AN中新增加的SC/MM(會話控制/移動性管理)模塊中發(fā)出的，分別與ANAAA和其他AN連接，用于EV-DO終端的鑒權(quán)認證和切換。因此要從1x網(wǎng)絡(luò)升級到EV-DO，只需在原來的BSC中增加SC/MM模塊即可。公開的A13接口比較重要，它可以支持AT在不同設(shè)備廠家之間的切換和漫游。如果沒有A13接口，那么在AT從一個AN切換到另一個AN時，將需要重新進行協(xié)商、登記（即重新建立session），這不僅會使AT的響應(yīng)速度變慢，還會增加系統(tǒng)的負荷。圖2.5CDMA20001xEV-DO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3WCDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理

2.3.1WCDMA網(wǎng)絡(luò)概述

WCDMA系統(tǒng)是IMT-2000家族中的一員，它采用寬帶直擴碼分多址（DS-CDMA）技術(shù)，頻道帶寬為5MHz，碼片速率為3.84Mchip/s，雙工方式為頻分雙工（FDD），支持異步基站。WCDMA網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計遵循了網(wǎng)絡(luò)承載和業(yè)務(wù)應(yīng)用相分離、承載和控制相分離、控制和用戶平面相分離的原則，使得整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，實體功能獨立，便于實現(xiàn)模塊化。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由核心網(wǎng)（CN）、UMTS陸地無線接入網(wǎng)（UTRAN）和用戶終端設(shè)備（UE）組成，如圖2.6所示。CN與UTRAN的接口定義為Iu接口，UTRAN與UE的接口定義為Uu接口。圖2.6WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（含GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)）

WCDMA核心網(wǎng)包括電路交換(CS)域和分組交換(PS)域，分別處理電路交換業(yè)務(wù)和分組交換業(yè)務(wù)。在混合組網(wǎng)時，WCDMA核心網(wǎng)的CS域是指GSM的核心網(wǎng)，PS域是指GPRS的支持節(jié)點，各網(wǎng)元功能與GSM/GPRS中相同。

UTRAN包括許多通過Iu接口連接到CN的RNS（radionetworksubsystem）。一個RNS包括一個RNC（radionetworkcontroller）和一個或多個NodeB。RNC執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制功能、切換和RNC遷移等移動性管理功能、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。NodeB是WCDMA系統(tǒng)的基站，通過Iub接口與RNC互連，完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。其主要功能是擴頻調(diào)制信道編碼及解擴解調(diào)信道解碼，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉(zhuǎn)換等。NodeB包括一個或多個小區(qū)。

UE通過Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行數(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。UE包括ME和USIM兩部分。2.3.2WCDMA基站的關(guān)鍵射頻性能指標

1.發(fā)射機性能

1)基站最大輸出功率

在正常條件下，NodeB的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2dB范圍內(nèi)；在極端條件下，NodeB的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2.5dB范圍內(nèi)。

2)發(fā)射頻譜

占用帶寬是指以指定的信道頻率為中心，包含了總發(fā)射功率99%的帶寬。在基帶速率為3.84Mchip/s條件下，占用帶寬要求小于5MHz。

鄰道泄漏比（ACLR）是指發(fā)射功率與其落在鄰道功率的比值。其最低要求是：相鄰的第一鄰道ACLR不小于40dB；第二鄰道ACLR不小于45dB。

頻譜輻射模板體現(xiàn)了射頻輸出信號的頻譜包絡(luò)要求，模板要求見表2.10。表2.10WCDMA基站頻譜輻射模板

3)發(fā)射雜散

3GPP主要規(guī)定了基站的A類雜散輻射限制和B類雜散輻射限制，見表2.11。表2.12WCDMA規(guī)定的在其他系統(tǒng)頻段內(nèi)的雜散要求

4)發(fā)射互調(diào)

當一個比有用信號小30dB（頻率偏移分別是±5MHz、±10MHz和±15MHz）的互調(diào)信號產(chǎn)生的發(fā)射機互調(diào)產(chǎn)物的功率不超過規(guī)定的雜散發(fā)射要求。

2.接收機性能

1)接收機靈敏度

數(shù)字通信系統(tǒng)的接收機參考靈敏度是指在一定誤碼率要求下接收機需要輸入的信號的最小功率。對于12.2kb/s的AMR語音業(yè)務(wù)，接收機靈敏度要求如表2.13所示。表2.13WCDMA接收機靈敏度要求

2)接收機動態(tài)范圍

按照3GPP的要求，當接收機動態(tài)范圍如表2.14所示時，系統(tǒng)能夠正常工作。

表2.14WCDMA接收機動態(tài)范圍要求

3)鄰道選擇性

鄰道選擇性（ACS）反映了基站接收濾波器對相鄰頻道的干擾信號的抑制能力。WCDMA〖JP〗接收機鄰道選擇要求如表2.15所示。表2.15WCDMA接收機鄰道選擇要求

4)阻塞特性

3GPP對3G頻段和其他系統(tǒng)共存時提出了阻塞要求，見表2.16。表2.16WCDMA接收機阻塞要求

5)互調(diào)特性

3GPP要求的互調(diào)抑制能力是-48dBm，即當有用信號電平在-115dBm，干擾如表2.17所示時，BER不超過0.1%。表2.17WCDMA接收機互調(diào)要求

6)雜散要求

接收機雜散是指在天線口產(chǎn)生或者放大的雜散功率。3GPP對接收機雜散要求如表2.18所示。表2.18WCDMA接收機雜散要求2.3.3HSPA技術(shù)

為了能夠與CDMA20001xEV-DO抗衡，WCDMA在R5規(guī)范中引入了HSDPA(highspeeddownlinkpacketaccess)，在R6規(guī)范中引入了HSUPA(highspeeduplinkpacketaccess)。HSDPA和HSUPA合稱為HSPA（highspeedpacketaccess）。

WCDMAR5版本高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增強方案充分參考了CDMA20001xEV-DO的設(shè)計思想與經(jīng)驗，新增了一條高速共享信道（HS-DSCH），同時采用了一些更高效的自適應(yīng)鏈路層技術(shù)。高速共享信道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統(tǒng)一利用，并根據(jù)用戶實際情況動態(tài)分配，從而提高了資源的利用率。自適應(yīng)鏈路層技術(shù)（如快速鏈路調(diào)整技術(shù)、結(jié)合軟合并的快速混合重傳（HARQ）技術(shù)、集中調(diào)度技術(shù)等）根據(jù)當前信道的狀況對傳輸參數(shù)進行調(diào)整，從而盡可能地提高系統(tǒng)的吞吐率。HSDPA還采用了高階調(diào)制（16QAM）和固定擴頻碼等技術(shù)，使HSDPA在下行鏈路上能夠?qū)崿F(xiàn)高達14.4Mb/s的速率。

與HSDPA相比，HSUPA不支持自適應(yīng)調(diào)制，因為它不支持任何高階調(diào)制。HSUPA最顯著的特征是在上行增加了新的傳輸信道E-DCH。E-DCH傳輸信道支持基于NodeB的快速調(diào)度、具有增量冗余的快速物理層HARQ機制和可選的2ms的傳輸時間間隔(transmissiontimeinterval，TTI）。與HSDPA不同的是，HSUPA不是共享信道，而是專用信道，即每個UE都具有它自己與NodeB相連的專用E-DCH傳輸信道，該通路與其他用戶的DCH和E-DCH都是相互獨立的?；局懈咝У纳闲墟溌氛{(diào)度以及更快捷的重傳控制成就了HSUPA的優(yōu)越性能，HSUPA在上行鏈路中能夠?qū)崿F(xiàn)高達5.76Mb/s的速度。2.3.4HSPA+技術(shù)

WCDMA演進到R5版本的HSDPA和R6版本的HSUPA并沒有結(jié)束，3GPP組織又在R7、R8和R9版本中引入了HSPA+標準。

HSPA+（也被稱為HSPAevolution）是HSPA技術(shù)的進一步演進，能夠使頻譜效率進一步提高，其目標是在相同帶寬內(nèi)達到與LTE相近的頻譜利用效率。HSPA+是對現(xiàn)有的WCDMA系統(tǒng)的平滑演進，主要是通過引入一些新的技術(shù)，對基于CDMA多址方式的HSDPA和HSUPA進行改進。HSPA+和現(xiàn)有的WCDMA有較強的兼容性，其網(wǎng)絡(luò)部署的帶寬同樣為5MHz，采用的頻段也是與現(xiàn)有WCDMA相同的頻段，但在5MHz帶寬下要達到和LTE相仿的性能。

具體而言，HSPA+在R7、R8、R9版本階段分別引入的主要關(guān)鍵技術(shù)見表2.19。

在3GPPR5協(xié)議版本中定義的HSDPA技術(shù)引入了新的下行共享信道HS-DSCH及相關(guān)的物理層處理過程，在滿足一定無線質(zhì)量的環(huán)境中，該信道可以使用16QAM的高階調(diào)制方式，從而使小區(qū)的峰值速率達到14.4Mb/s。為了進一步提高小區(qū)下行峰值速率，提升系統(tǒng)的頻譜效率，在3GPPR7協(xié)議版本中新定義了HS-PDSCH信道，使用64QAM調(diào)制方式的技術(shù)。64QAM采用了6個連續(xù)符號的表征方式，相對于16QAM調(diào)制的4個連續(xù)符號，其調(diào)制效率提高了50%，從而使得理論上單用戶峰值速率達到21.6Mb/s。表2.19HSPA+分段引入的主要關(guān)鍵技術(shù)

64QAM的引入可有效提升小區(qū)的吞吐率，但對使用場景有所限制，只有在信號質(zhì)量較好的情況下才有一定增益，一般在信號質(zhì)量較好的場景優(yōu)先使用，如微小區(qū)和室內(nèi)分布系統(tǒng)。高階調(diào)制只在SNR好的條件下，才能獲得比低階調(diào)制更高的頻率效率，在SNR差的環(huán)境下，強行采用高階調(diào)制反而會降低頻譜效率。

層二增強包括HSPA+（R7）階段主要針對下行的層二增強和HSPA+（R8）階段針對上行的層二增強。層二增強屬于軟特性，主要通過軟件實現(xiàn)，無需更換硬件。

層二增強（下行）是和64QAM調(diào)制技術(shù)、MIMO、增強Cell-FACH相關(guān)聯(lián)的，隨著64QAM調(diào)制技術(shù)、MIMO技術(shù)的使用，空口速率得到很大提高。64QAM和2×2MIMO分別可以使下行峰值速率達到21Mb/s和28Mb/s，但前提是必須支持層二增強，保證下行鏈路層支持更高數(shù)據(jù)速率，具體包括：RLC支持可變大小的PDU模式和引入增強的MAC-hs實體。

CPC（連續(xù)性分組連接，continuouspacketconnectivity）意為分組用戶的“永遠在線”。CPC通過改進R5、R6版本的HSPA功能，使得有連續(xù)連接需求的分組用戶能夠避免頻繁的重建而由此帶來的開銷和時延（從無數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆羌せ顮顟B(tài)到激活狀態(tài)的遷移時延小于50ms），以達到提高cell-DCH態(tài)（使用HS-DSCH/E-DCH信道）分組用戶數(shù)量、提高VoIP用戶容量和提高系統(tǒng)效率的目的。為了實現(xiàn)CPC的目標，主要從空口物理層進行改進，最終選擇以下4項技術(shù)：DTX/DRX（UE）、新的上行DPCCH時隙格式、減少CQI報告和HS-SCCH-less操作。對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)CPC只需通過軟件升級即可，無需硬件升級，但需要終端支持此功能。

在R7版本之前，UE處于cell-FACH狀態(tài)下傳輸數(shù)據(jù)時，承載數(shù)據(jù)的邏輯信道BCCH、CCCH、DCCH或者DTCH一般映射到傳輸信道FACH，傳輸速率通常低于32kb/s。為提高用戶在cell-FACH狀態(tài)下的傳輸速率，HSPA+引入了增強cell-FACH技術(shù)，UE在cell-FACH、cell-PCH和URA-PCH狀態(tài)時能夠同時接收HSDPA信道的數(shù)據(jù)傳輸，也就是將HS-DSCH作為一個公共信道使用，可以用來承載BCCH、PCCH和CCCH的信息。

增強的cell-FACH技術(shù)的傳輸速率可以達到甚至超過1Mb/s。對于小文件下載而言，如進行Web頁面瀏覽，UE可以直接在cell-FACH狀態(tài)下接收，而不用切換到cell-DCH狀態(tài)，避免了從cell-FACH狀態(tài)遷移到cell-DCH狀態(tài)的小區(qū)更新過程，減小了狀態(tài)轉(zhuǎn)換時延。

F-DPCH是R6版本協(xié)議為了提高下行信道化碼利用率、作為下行伴隨DPCCH的替代而引入的，可以在每個時隙為10個UE傳輸上行功控命令。但由于軟切換的存在，每個UE可能需要接收來自多個小區(qū)的F-DPCH的信號。因此網(wǎng)絡(luò)中平均每條F-DPCH服務(wù)的UE數(shù)就會減小。

在R7版本的協(xié)議中，CPC的研究進展使得更多用戶同時保持在cell-DCH狀態(tài)成為可能。但是，F(xiàn)-DPCH接納的用戶數(shù)相當有限，由此帶來的大用戶量情況下F-DPCH的資源消耗就是一個必須解決的關(guān)鍵問題。在保證系統(tǒng)性能的前提下，R7版本的F-DPCH的增強確定在放寬時間偏移限制上，即允許激活集中的多條F-DPCH使用不同的時間偏移，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)進行配置。增強的F-DPCH使得更多用戶同時保持在cell-DCH狀態(tài)。

DC（dual-cell）就是把兩個載波捆綁，實現(xiàn)兩倍于單載波速率的技術(shù)；HSPA+是通過64QAM、層二增強傳輸?shù)燃夹g(shù)，實現(xiàn)更高的調(diào)制方式，達到單載波21Mb/s的下行速率的技術(shù)。DC-HSPA就是雙載波的HSPA，可實現(xiàn)28.8Mb/s的理論下行速率；DC-HSPA+可實現(xiàn)42Mb/s的下行速率。

DC是3GPPR8版本的功能之一，R8版本協(xié)議規(guī)定了HSDPA可以捆綁兩個相鄰的信道共10MHz來提供業(yè)務(wù)（以前的版本限制HSDPA的信道帶寬為5MHz），下行有兩個HSDPA服務(wù)小區(qū)——主服務(wù)小區(qū)和輔服務(wù)小區(qū)，上行仍然是一個小區(qū)。在R9版本中，DC將允許與MIMO組合，并允許捆綁兩個非相鄰的信道提供業(yè)務(wù)。

2.4TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的基本原理

2.4.1TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)概述

1998年6月30日，經(jīng)國家有關(guān)主管部門批準，大唐電信代表中國向國際電信聯(lián)盟提交了中國第三代移動通信標準TD-SCDMA。2000年5月，TD-SCDMA被國際電信聯(lián)盟接納并成為3G的三大主流標準之一。

TD-SCDMA具有如下的技術(shù)特色：

（1）采用TDD雙工方式，便于頻譜劃分，并能更好地滿足未來移動多媒體業(yè)務(wù)非對稱特性的發(fā)展趨勢和需求。

（2）利用DS-CDMA技術(shù)，采用TDMA和CDMA混合多址方式，有利于無線資源的合理分配和高效利用。

（3）以1.28Mchip/s的低chip速率傳輸，使設(shè)備復雜度和成本較低。

（4）采用聯(lián)合檢測、智能天線、上行同步、接力切換等先進技術(shù)，抗干擾能力強，掉話率低。

（5）適合軟件無線電的應(yīng)用。

TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和UMTS（WCDMA）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一樣的，各網(wǎng)元的基本功能也大致相同，其基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。圖2.7TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Uu接口是UTRAN與用戶設(shè)備的接口，也稱無線接口或者空中接口，其主要功能是建立、重配置和釋放各種3G無線承載業(yè)務(wù)。不同的空中接口協(xié)議使用各自的無線傳輸技術(shù)，Uu接口是TD-SCDMA系統(tǒng)區(qū)別于其他3G系統(tǒng)的關(guān)鍵。

TD-SCDMA系統(tǒng)的無線幀結(jié)構(gòu)見圖2.8。圖2.8TD-SCDMA系統(tǒng)的無線幀結(jié)構(gòu)

TD-SCDMA的5ms無線子幀的每幀有兩個上/下行轉(zhuǎn)換點，第一個轉(zhuǎn)換點位于特殊時隙GP，第二個轉(zhuǎn)換點位于常規(guī)時隙間。TS0為下行時隙，TS1為上行時隙，三個特殊時隙分別為DwPTS、GP和UpPTS，其余時隙可根據(jù)用戶需要進行靈活的UL/DL配置。

DwPTS用于下行同步和小區(qū)初搜。該時隙由96個chips組成——前32個chips用于保護；后64個chips用于導頻序列。該時隙時長為75μs，32個不同的SYNC-DL碼，用于區(qū)分不同的基站。DwPTS為全向或扇區(qū)傳輸，不進行波束賦形。

UpPTS用于建立上行初始同步和隨機接入，以及越區(qū)切換時鄰近小區(qū)的測量。該時隙由160個chips組成——前128個chips用于SYNC-UL；后32個chips用于保護。SYNC-UL有256種不同的碼，可分為32個碼組，以對應(yīng)32個SYNC-DL碼，每組有8個不同的SYNC-UL碼，即每一個基站對應(yīng)于8個確定的SYNC-UL碼。BTSC從終端上行信號中獲得初始波束賦形參數(shù)。

GP保護時隙用于下行到上行轉(zhuǎn)換的保護。該時隙共96個chips，時長為75μs。在小區(qū)搜索時，確保DwPTS可靠接收，防止干擾UL工作；在隨機接入時，確保UpPTS可以提前發(fā)射，防止干擾DL工作；確定基本的基站覆蓋半徑為11.25km。2.4.2TD基站關(guān)鍵射頻性能指標

1.發(fā)射機性能

1)基站最大輸出功率

在正常條件下，NodeB的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2dB范圍內(nèi)；在極端條件下，NodeB的最大輸出功率應(yīng)保持在額定輸出功率±2.5dB范圍內(nèi)。

2)發(fā)射頻譜

發(fā)射機射頻輸出頻譜包括占用帶寬、帶外輻射和雜散發(fā)射等指標。

占用帶寬是指以指定的信道頻率為中心，包含了總發(fā)射功率99%的帶寬。在基帶速率為1.28Mchip/s條件下，占用帶寬要求小于1.6MHz。

帶外輻射限制是由頻譜輻射模板和鄰道泄漏功率比（ACLR）來規(guī)定的。

頻譜輻射模板體現(xiàn)了射頻輸出信號的頻譜絡(luò)要求，模板要求見表2.20。表2.20TD基站頻譜輻射模板表2.21TD基站的A類雜散輻射限制和B類雜散輻射限制表2.22TD規(guī)定的在其他系統(tǒng)頻段內(nèi)的雜散要求

3)發(fā)射互調(diào)

當一個比有用信號小30dB（頻率偏移分別是±1.6MHz、±3.2MHz和±4.8MHz）的互調(diào)信號產(chǎn)生的發(fā)射機互調(diào)產(chǎn)物的功率不超過規(guī)定的雜散發(fā)射要求。

2.接收機性能

1)接收機靈敏度

數(shù)字通信系統(tǒng)的接收機參考靈敏度是指在一定誤碼率要求下接收機需要輸入的信號最小功率。對于12.2kb/s的AMR語音業(yè)務(wù)，接收機靈敏度要求如表2.23表示。

2)接收機動態(tài)范圍

按照3GPP的要求，當接收機動態(tài)范圍符合表2.24的要求時，系統(tǒng)能正常工作。表2.24TD基站接收機動態(tài)范圍要求

3)鄰道選擇性

鄰道選擇性（ACS）反映了基站接收濾波器對相鄰頻道的干擾信號的抑制能力。TD基站關(guān)于鄰道選擇性的要求如表2.25所示。

表2.25TD基站接收機鄰道選擇要求

4)阻塞特性

3GPP對3G頻段和其他系統(tǒng)共存時提出了阻塞要求，見表2.26。表2.26TD基站接收機阻塞特性要求

5)互調(diào)特性

3GPP要求的互調(diào)抑制能力是-48dBm，即當有用信號電平在-104dBm，干擾如表2.27所示時，BER不超過0.1%。表2.27TD基站接收機互調(diào)特性要求

6)雜散要求

接收機雜散是指在天線口產(chǎn)生或者放大的雜散功率。3GPP對接收機雜散要求如表2.28所示。表2.28TD基站接收機雜散特性要求2.4.3TD-HSPA技術(shù)

TD-SCDMA單載波提供高速業(yè)務(wù)的能力相對不足，面對WCDMA和cdma2000都采用了增強技術(shù)以提高下行數(shù)據(jù)速率的挑戰(zhàn)，TD-SCDMA在R5版本中也采用了HSDPA技術(shù)。TD-HSDPA所采用的增強技術(shù)主要有共享信道、高階調(diào)制16QAM、自適應(yīng)調(diào)制編碼、混合自動重傳和快速小區(qū)選擇等，使單載波數(shù)據(jù)傳輸速率提高到2.8Mb/s。

中國通信標準化協(xié)會(CCSA)還提出了針對TD-SCDMA系統(tǒng)的多載波HSDPA技術(shù)，將多載波捆綁以提高TD-SCDMA系統(tǒng)中單用戶峰值速率。即多個載波上的信道資源可以為同一個用戶服務(wù)，該用戶可以同時接收本小區(qū)多個載波發(fā)送的信息。因此，如果采用N個載波同時為一個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，理論上該用戶可以獲得原來N倍的數(shù)據(jù)速率。例如，3載波的HSDPA(5MHz帶寬)的理論峰值速率可以達到8.4Mb/s；6載波的HSDPA(10MHz帶寬)的理論峰值速率則可以達到16.8Mb/s。

在WCDMA的3GPPR6版本中已經(jīng)有了HSUPA，而TD的HSUPA在3GPPR7版本中引入。從TD-SCDMA的數(shù)據(jù)傳輸角度來分析，TD-HSDPA和TD-HSUPA采用的關(guān)鍵技術(shù)基本相同，只是在實現(xiàn)細節(jié)上各有特點。TD-HSUPA采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼、NodeB快速調(diào)度、高階調(diào)制、5msTTI和HARQ等關(guān)鍵技術(shù)，為上行性能的提升提供保證。

由于自適應(yīng)調(diào)制編碼和高階調(diào)制方式的使用，TD-HSUPA系統(tǒng)的峰值速率在4∶2的上下行時隙配比下可達到2.24Mb/s，其吞吐率與僅使用QPSK調(diào)制相比可提高接近一倍；NodeB快速調(diào)度、HARQ和5msTTI的使用使系統(tǒng)平均時延降低將近三分之一。這些性能的提升可通過大部分軟件升級和少量的硬件改造來獲得。

在TD-HSUPA技術(shù)中，單載波最多使用4個上行時隙的全部資源，不同的上下行時隙配比下，TD-HSUPA的上行峰值速率也不同，具體如下：

(1)上下行時隙配比為1∶5，上行峰值速率為560kb/s（16QAM）。

(2)上下行時隙配比為2∶4，上行峰值速率為1.12Mb/s（16QAM）。

(3)上下行時隙配比為3∶3，上行峰值速率為1.68Mb/s（16QAM）。

(4)上下行時隙配比為4∶2，上行峰值速率為2.24Mb/s（16QAM）。

2.5

LTE網(wǎng)絡(luò)的基本原理

2.5.1LTE的性能目標與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LTE（longtermevolution）是新一代寬帶無線移動通信技術(shù)。LTE項目的啟動一是為了應(yīng)對其他無線通信標準的競爭，特別是WiMAX技術(shù)；二是迅速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需要。與3G系統(tǒng)采用的CDMA技術(shù)不同，LTE以O(shè)FDM（正交頻分多址）和MIMO（多輸入多輸出天線）技術(shù)為基礎(chǔ)，頻譜效率是3G增強技術(shù)的2～3倍。LTE包括FDD和TDD兩種制式。LTE的增強技術(shù)（LTE-Advanced）是國際電聯(lián)認可的第四代移動通信標準。

3GPPLTE項目的主要性能目標包括以下內(nèi)容：

（1）在20MHz頻譜帶寬條件下，能夠提供下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率。

（2）改善小區(qū)邊緣用戶的性能。

（3）提高小區(qū)容量。

（4）降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms；控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms；從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms。

（5）支持100km半徑的小區(qū)覆蓋。

（6）能夠為350km/h高速移動用戶提供>100kb/s的接入服務(wù)。

（7）支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25MHz到20MHz的多種帶寬。

整個LTE系統(tǒng)由演進型分組核心網(wǎng)（evolvedpacketcore，EPC）、演進型基站（eNodeB）和用戶終端設(shè)備（UE）三部分組成。其中，EPC負責核心網(wǎng)部分，EPC控制處理部分稱為MME，數(shù)據(jù)承載部分稱為SAEGateway(S-GW)；eNodeB負責接入網(wǎng)部分，也稱E-UTRAN。

LTE系統(tǒng)架構(gòu)如圖2.9所示，eNodeB與EPC通過S1接口連接；eNodeB之間通過X2接口連接；eNodeB與UE之間通過Uu接口連接。與UMTS相比，由于NodeB和RNC融合為網(wǎng)元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口類似于Iur接口，S1接口類似于Iu接口，但都有較大簡化。相應(yīng)地，其核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的功能劃分也有所變化，如圖2.10所示。圖2.9LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖2.10核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的功能劃分2.5.2LTE物理層技術(shù)與空中接口

TD-LTE物理層在技術(shù)上實現(xiàn)了重大革新與性能增強。關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）以O(shè)FDMA為基本多址技術(shù)和TDD為雙工技術(shù)實現(xiàn)時頻資源的靈活配置。

（2）通過采用MIMO技術(shù)實現(xiàn)了頻譜效率的大幅度提升。

（3）通過采用AMC、功率控制、HARQ等自適應(yīng)技術(shù)以及多種傳輸模式的配置進一步提高了對不同應(yīng)用環(huán)境的支持和傳輸性能優(yōu)化。

（4）通過采用靈活的上下行控制信道為充分優(yōu)化資源管理提供了可能。

LTE在空中接口上支持兩種幀結(jié)構(gòu)：Type1和Type2。其中Type1用于FDD模式；Type2用于TDD模式。兩種無線幀長度均為10ms。

在FDD模式下，10ms的無線幀分為10個長度為1ms的子幀（subframe），每個子幀由兩個長度為0.5ms的時隙（slot）組成，如圖2.11所示。圖2.11幀結(jié)構(gòu)類型1

在TDD模式下，10ms的無線幀包含兩個長度為5ms的半幀（halfframe），每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成，其中有4個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀包含兩個0.5ms的常規(guī)時隙，特殊子幀由3個特殊時隙（UpPTS、GP和DwPTS）組成，如圖2.12所示。圖2.12幀結(jié)構(gòu)類型2

在Type2TDD幀結(jié)構(gòu)中，特殊子幀的三個特殊時隙總長度為1ms，如圖2.13所示。DwPTS的長度為3～12個OFDM符號，UpPTS的長度為1～2個OFDM符號，相應(yīng)的GP長度為1～10個OFDM符號（70～700μs/10～100km）。UpPTS中，最后一個符號用于發(fā)送上行sounding導頻。

DwPTS用于正常的下行數(shù)據(jù)發(fā)送。其中，主同步信道位于第三個符號，同時，該時隙中下行控制信道的最大長度為兩個符號（與MBSFNsubframe相同）。

除了TDD固有的特性之外（上下行轉(zhuǎn)換、GP等），Type2TDD幀結(jié)構(gòu)與Type1FDD幀結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于同步信號的設(shè)計，如圖2.14所示。LTE同步信號的周期是5ms，分為主同步信號（PSS）和輔同步信號（SSS）。LTETDD和FDD幀結(jié)構(gòu)中，同步信號的位置/相對位置不同。在Type2TDD中，PSS位于DwPTS的第三個符號，SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號；在Type1FDD中，主同步信號和輔同步信號位于5ms第一個子幀內(nèi)前一個時隙的最后兩個符號。圖2.13TDD幀結(jié)構(gòu)特殊時隙設(shè)計圖2.14TDD幀結(jié)構(gòu)同步信號設(shè)計

利用主、輔同步信號相對位置的不同，終端可以在小區(qū)搜索的初始階段識別系統(tǒng)是TDD還是FDD。

FDD依靠頻率區(qū)分上下行，其單方向的資源在時間上是連續(xù)的；TDD依靠時間來區(qū)分上下行，所以其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進行了分配，如圖2.15所示。圖2.15TDD幀結(jié)構(gòu)上下行配比

LTETDD中支持5ms和10ms的上下行子幀切換周期，7種不同的上、下行時間配比包括從將大部分資源分配給下行的“9∶1”到上行占用資源較多的“2∶3”，具體配置見圖2.16。在實際使用時，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)量的特性靈活地選擇配置。圖2.16TDD上下行時間配比

TD-LTE和TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別有：

（1）時隙長度不同。TD-LTE的子幀（相當于TD-SCDMA的時隙概念）長度為1ms，而TD-SCDMA常規(guī)時隙的長度為0.675μs。TD-LTE的子幀長度和FDDLTE保持一致，有利于產(chǎn)品實現(xiàn)以及借助FDD的產(chǎn)業(yè)鏈。

（2）TD-LTE的特殊時隙有多種配置方式，DwPTS，GP，UpPTS可以改變長度，以適應(yīng)覆蓋、容量、干擾等不同場景的需要；而TD-SCDMA的特殊時隙配置是固定的，DwPTS、GP、UpPTS長度不可變。

（3）在某些配置下，TD-LTE的DwPTS可以傳輸數(shù)據(jù)，能夠進一步增大小區(qū)容量；而TD-SCDMA的DwPTS只能傳送下行同步碼，不能傳輸數(shù)據(jù)。

（4）TD-LTE的調(diào)度周期為1ms，即每1ms都可以指示終端接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，保證更短的時延；而TD-SCDMA的調(diào)度周期為5ms。2.5.3TD-LTE基站關(guān)鍵射頻性能指標

1.發(fā)射機性能

1)基站輻射模板

表2.29TD-LTE基站頻譜輻射模板

2)鄰道選擇性

LTE基站定義了基本ACLR要求和與UTRA共存的ACLR要求，見表2.30。其中，ACLR要求適用于-13dBm/1MHz（A類要求）或-15dBm/1MHz（B類要求）要求中的較寬松者。表2.30TD-LTE基站鄰道選擇性要求

3)雜散發(fā)射

TD-LTE定義了基站的A類雜散輻射限制和B類雜散輻射限制，見表2.31。

表2.31TD-LTE基站雜散發(fā)射要求

4)發(fā)射互調(diào)

當基站工作在所支持的最大頻道帶寬和最大輸出功率時，在如表2.32所示的干擾配置下，發(fā)射機所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物的功率不應(yīng)該超過非期望輻射的限值。表2.32TD-LTE基站發(fā)射互調(diào)要求

2.接收機性能

基站接收機指標要求是基于單天線接收制定的。當基站采用多天線接收分集時，該指標要求針對每一根天線單獨適用。

1)接收機靈敏度

基站參考靈敏度的最低要求見表2.33，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.33TD-LTE基站接收機靈敏度要求

2)接收機動態(tài)范圍

接收機動態(tài)范圍指標用來評估當接收信道內(nèi)存在一個高斯白噪聲的干擾信號時，接收機接收有用信號的能力。TD-LTE基站的接收動態(tài)范圍見表2.34，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.34TD-LTE基站接收機動態(tài)范圍要求

3)信道內(nèi)選擇性

對于TD-LTE基站，當接收一個用戶的有用信號時，在同一載波帶寬內(nèi)其他RB上的用戶發(fā)射信號會對本用戶接收造成干擾，這就要求設(shè)備在存在帶內(nèi)干擾的時候能夠解調(diào)期望用戶的信號。信道內(nèi)選擇性用來評估當存在一個強干擾信號時，接收機在所分配的RB上接收有用信號的能力。信道內(nèi)選擇性的要求見表2.35，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.35TD-LTE基站接收機信道內(nèi)選擇性要求

4)鄰道選擇性

鄰道選擇性的要求見表2.36，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.36TD-LTE基站接收機鄰道選擇性要求

5)窄帶阻塞

根據(jù)TD-LTE系統(tǒng)的特點，鄰道信號也有可能是一個RB的干擾信號，故引入了窄帶阻塞的要求。窄帶阻塞是指當相鄰信道上存在窄帶干擾信號時，在本信道頻率上接收有用信號的能力。窄帶阻塞的要求見表2.37，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.37TD-LTE基站接收機窄帶阻塞要求表2.38TD-LTE基站接收機阻塞要求7)雜散輻射表2.39TD-LTE基站接收機雜散輻射要求

8)接收機互調(diào)

由于TD-LTE終端上行發(fā)射存在寬帶發(fā)射和窄帶發(fā)射兩種情況，故規(guī)定了寬帶和窄帶兩種性能要求，見下表，基站的吞吐量不應(yīng)低于其理論峰值的95%。表2.40TD-LTE基站接收機互調(diào)要求

2.6WLAN網(wǎng)絡(luò)的基本原理

2.6.1802.11協(xié)議簇

無線局域網(wǎng)WLAN（wirelesslocalareanetwork）利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN（localareanetwork）的功能，能夠使用戶真正實現(xiàn)隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。

WLAN起初是作為有線局域網(wǎng)絡(luò)的延伸而存在的，各團體、企事業(yè)單位廣泛地采用了WLAN技術(shù)來構(gòu)建其辦公網(wǎng)絡(luò)，用戶通過CSMA/CA方式共享帶寬。隨著應(yīng)用的進一步發(fā)展，WLAN正逐漸從傳統(tǒng)意義上的局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成為公共無線局域網(wǎng)，成為國際互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入手段。WLAN具有易安裝、易擴展、易治理、易維護、高移動性、保密性強、抗干擾等特點。

WLAN是基于IEEE802.11系列標準建立的，802.11協(xié)議的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個主要階段。

1.IEEE802.11

1990年，IEEE802標準化委員會成立了IEEE802.11WLAN標準工作組。IEEE802.11是在1997年6月由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標準，該標準定義了物理層和媒體訪問控制(MAC)規(guī)范。物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制，以及兩個RF傳輸方法和一個紅外線傳輸方法。兩個RF傳輸標準分別采用跳頻擴頻技術(shù)和直接序列擴頻技術(shù)，工作頻段相同，為2.4～2.4835GHz。IEEE802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準，速率最高只能達到2Mb/s。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足發(fā)展的需要，所以IEEE802.11標準被IEEE802.11b所取代。

2.IEEE802.11b

1999年9月，IEEE802.11b被正式批準成為新一代無線局域網(wǎng)標準。該標準規(guī)定WLAN工作頻段為2.4~2.4835GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到11Mb/s，傳輸距離控制在50~100米。該標準是對IEEE802.11的一個補充，采用補償編碼鍵控調(diào)制方式，擁有點對點模式和基本模式兩種運作模式，在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實際情況在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率間自動切換，它改變了WLAN的設(shè)計狀況，擴大了WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.IEEE802.11a

1999年，IEEE802.11a標準制定完成。該標準規(guī)定WLAN工作頻段為5.15~5.825GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到54Mb/s/72Mb/s(Turbo)，傳輸距離控制在10~100米。該標準也是IEEE802.11的一個補充，擴充了標準的物理層。它采用正交頻分復用（OFDM）的獨特擴頻技術(shù)和QFSK調(diào)制方式，可提供25Mb/s的無線ATM接口和10Mb/s的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口；支持多種業(yè)務(wù)如話音、數(shù)據(jù)和圖像等；一個扇區(qū)可以接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。

IEEE802.11a標準是IEEE802.11b的后續(xù)標準，其設(shè)計初衷是取代IEEE802.11b標準。然而，IEEE802.116工作于2.4GHz頻帶是不需要執(zhí)照的，而IEEEE802.11a工作于5.15~8.825GHz頻帶是需要執(zhí)照的；另外，5.15~8.256Hz頻段的電磁波遭受的路徑損耗更多。因此，IEEEE802.11a并沒有得到普及。

4.IEEE802.11g

IEEE802.11g是為了解決IEEE802.11a與IEEE802.11b的產(chǎn)品因為頻段與物理層調(diào)制方式不同而無法互通的問題于2003年提出的。IEEE802.11g既適應(yīng)傳統(tǒng)的IEEE802.11b標準，在2.4GHz頻率下提供每秒11Mb/s的傳輸速率，也符合IEEE802.11a標準，在5GHz頻率下提供54Mb/s的傳輸速率。IEEE802.11g中規(guī)定的調(diào)制方式包括IEEE802.11a中采用的OFDM與IEEE802.11b中采用的CCK。

5.IEEE802.11n

IEEE802.11n于2009年9月11日獲得IEEE標準委員會正式批準。IEEE802.11n專注于在WLAN中實現(xiàn)數(shù)據(jù)高吞吐量，將無線局域網(wǎng)的傳輸速率從IEEE802.11a和IEEE802.11g的54Mb/s增加至108Mb/s以上，最高速率可達320Mb/s甚至600Mb/s以上。IEEE802.11n采用了多種新技術(shù)，其中包括MIMO、20/40MHz信道帶寬和雙頻帶(2.4GHz和5GHz)，以便形成很高的速率，同時又能與之前的IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g設(shè)備兼容通信。

6.IEEE802.11ac/ad

IEEE802.11ac是IEEE802.11n的繼承者，工作于5GHz頻