第6章WCDMA移動通信系統(tǒng)

第6章WCDMA移動通信系統(tǒng)WCDMA移動通信系統(tǒng)的特點6.1WCDMA網絡結構與接口6.2移動通信系統(tǒng)的演進線路圖第三代（3G）移動通信系統(tǒng)（IMT-2000）是國際電信聯盟（ITU）制訂的一個能夠提供移動綜合電信業(yè)務的通信系統(tǒng)。3G將把移動無線接入技術以及蜂窩移動通信系統(tǒng)提供的業(yè)務功能提高到一個前所未有的水平。3G系統(tǒng)無論在技術還是業(yè)務應用上，對于運營商來說都是一個全新的課題，3G系統(tǒng)與現有的2G系統(tǒng)有著根本的不同。

第三代移動通信系統(tǒng)本質上，3G系統(tǒng)采用CDMA和分組交換技術，而2G系統(tǒng)則通常采用的TDMA和電路交換技術。在電路交換的傳輸模式下，無論通話雙方是否說話，線路在接通期間保持開通，并占用帶寬，因此與現在的2G系統(tǒng)相比，3G系統(tǒng)將支持更多的用戶，實現更高的傳輸速率。在當今Internet數據業(yè)務不斷升溫、固定寬帶接入速率（HDSL、ADSL、VDSL）不斷提升的背景下，第三代移動通信系統(tǒng)也從市場應用需求上得到了極大的催動，從而越來越被電信運營商、通信設備制造商和普通用戶所關注。

第三代移動通信系統(tǒng)概述比特(bit)、符號(Symbol)與碼片(Chip)輸入含有信息的數據稱為比特（bit）在經過卷積編碼器、符號重復與交織后的數據被稱為符號(symbol)經過最終擴頻后得到的數據被稱為碼片(chip)前向(Forward)（正向）：從基站到移動臺反向(Reverse)（后向）：從移動臺到基站補充1—常見術語補充2功率控制技術在CDMA系統(tǒng)中，功率控制是所有關鍵技術的核心。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(tǒng)，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功率控制的目的就是克服遠近效應，使系統(tǒng)既能維持高質量通信，又不對占用同一信道的其他用戶產生不應有的干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分為僅由移動臺參與的開環(huán)功率控制和移動臺、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。反向開環(huán)功率控制：CDMA系統(tǒng)的每一個移動臺都一直在計算從基站到移動臺的路徑衰耗，當移動臺接收到的信號很強時，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(fā)射功率，而基站依然可以正常接收；相反當移動臺接收到的來自基站的信號很弱時，它就增加發(fā)射功率，以抵消衰耗，這就是開環(huán)功率控制。反向開環(huán)功率控制反向閉環(huán)功率控制：CDMA系統(tǒng)的前向、反向信道分別占用不同的頻段，收、發(fā)間隔為45MHz，使得這兩個頻道衰減的相關性很弱。在整個測試過程中，兩個信道衰減的平均值應該相等，但在具體某一時刻，則很可能不等。這就需要基站根據目前所需信噪比與實際接收的信噪比之差隨時命令移動臺調整發(fā)射功率（即閉環(huán)調整）。反向閉環(huán)功率控制前向功率控制：前向信道總功率是按一定比例分配給導頻信道、同步信道、尋呼信道以及所有的前向業(yè)務信道的。因為不同移動臺可能處在不同的距離和不同的環(huán)境，基站到每一個移動臺的傳輸損耗都不一樣，因此基站必須控制發(fā)射功率，給每個用戶的前向業(yè)務信道都分配以適當的功率。這種基站視具體情況對不同業(yè)務信道分配不同功率的方法稱為前向功率控制。前向開環(huán)功率控制前向功率控制可避免基站向距離近的移動臺輻射過大的信號功率，也可防止或減小由于移動臺進入傳播條件惡劣或背景干擾過大的地區(qū)但信號較弱而產生較大的誤碼率，引起通信的質量下降。基站通過移動臺發(fā)送的前向誤幀率FER的報告決定增加或減小發(fā)射功率。移動臺的報告分為定期報告和門限報告。定期報告就是每隔一定時間匯報一次，門限報告就是當FER達到一定門限值時才報告。這兩種報告方式可同時使用，也可只使用其中一種，或兩種都不用，可根據運營者的具體要求來設定。前向功率控制的最大調整范圍為±6dB。6.1WCDMA移動通信系統(tǒng)的特點

圖6-1所示為從GSM到WCDMA的演進示意圖。 WCDMA網絡的主要特點如下。圖6-1GSM到WCDMA的演進1．工作頻段和雙工方式 WCDMA支持兩種基本的雙工工作方式：頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）。

在FDD模式下，上行鏈路和下行鏈路分別使用兩個獨立的5MHz的載頻，發(fā)射和接收頻率間隔分別為190MHz和80MHz。

在TDD模式下只使用一個5MHz的載頻，上下行信道不是成對的，上下行鏈路之間分時共享同一載頻。載頻的中心頻率為200kHz的整數倍，發(fā)射和接收同在一個頻率上。2．多址方式 WCDMA是一個寬帶直擴碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)，通過用戶數據與

擴頻碼相乘，從而把用戶信息比特擴展到寬的帶寬上去。3．語音編碼 WCDMA中的聲碼器采用自適應多速率（AdaptiveMulti-Rate，AMR）技術。

多速率聲碼器是一個帶有8種信源速率的集成聲碼器。4．信道編碼 WCDMA系統(tǒng)中使用的信道編碼類型有兩種：卷積編碼和Turbo編碼。

很多移動通信系統(tǒng)均采用卷積碼作為信道編碼，比如GSM系統(tǒng)、IS-95系統(tǒng)以及第三代移動通信系統(tǒng)。 Turbo編碼在低信噪比條件下具有優(yōu)

越的糾錯性能，能夠有效降低數據傳輸的誤碼率，適于高速率且對譯碼時延要求不高的分組數據業(yè)務。 WCDMA系統(tǒng)中，當業(yè)務信道（公用和專用傳輸信道上）的數據傳輸速率小于或等于32kbit/s時，采用卷積編碼，碼率1/2或1/3，約束長度K

=

9；數據傳輸速率大于或等于64kbit/s時，采用Turbo編碼。5．功率控制

功率控制解決的基本問題是遠近效應，即解決接收機接收到近距離發(fā)射機的信號比較容易，而接收到遠距離發(fā)射機的信號比較困難的問題。6．切換

切換的目的是為了當UE在網絡中移動時保持無線鏈路的連續(xù)性和無線鏈路的質量。7．同步方式 WCDMA不同基站間可選擇同步和異步兩種方式。8．可變數據速率 WCDMA系統(tǒng)支持各種可變的用戶數據速率，適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務，并根據不同的業(yè)務質量和業(yè)務速率分配不同的資源。圖5-2WCDMA可變數據速率示意圖5.2WCDMA網絡結構與接口圖5-3UMTS網元和接口無線網絡子系統(tǒng)RNS包含無線網絡控制器RNC和NodeB。RNC在邏輯上對應于GSM系統(tǒng)中的基站控制器BSC，NodeB在邏輯上對應于GSM系統(tǒng)中的基站BTS。無線網絡控制器RNC的主要功能為：

（1）提供尋呼、系統(tǒng)信息廣播、切換、功率控制等基本的業(yè)務功能。

（2）電路域數據業(yè)務和分組域數據業(yè)務的承載。

（3）動態(tài)信道分配等信道分配的管理。

（4）移動臺準予接入、小區(qū)切換、軟容量等的控制管理。

（5）提供手持終端和遙控網管兩種方式的配置、維護、告警和性能統(tǒng)計等操作維護管理功能。NodeB（相當于基站）包括無線收發(fā)信機和基帶處理部件，主要功能為：

（1）擴頻、調制和信道編碼。

（2）解擴、解調和信道解碼。

（3）射頻信號處理。

（4）基帶信號和射頻信號的相互轉換功能。

（5）接受無線網絡控制器RNC傳輸來的信號并加以處理。核心網CN由電路域部分的設備和分組域部分的設備兩部分組成。電路域部分設備是移動交換中心MSC及移動臺歸屬位置寄存器HLR和移動臺訪問位置寄存器VLR。分組域部分設備是分組業(yè)務支持節(jié)點SGSN和分組網關支持節(jié)點GGSN。移動交換中心MSC的主要功能：電路域的呼叫接續(xù)；電路域的移動性管理、電路域部分的鑒權和加密。分組業(yè)務支持節(jié)點SGSN的主要功能：移動臺的分組業(yè)務的移動性管理、會話管理、路由轉發(fā)、鑒權和加密等。分組網關支持節(jié)點GGSN的主要功能：為移動臺提供IP地址分配；配合進行用戶驗證和分組業(yè)務支持節(jié)點SGSN之間傳輸用戶數據包和承載IP數據包；完成與外部數據網絡之間的數據包收發(fā)功能，計費信息的收集和話單的保存。歸屬位置寄存器HLR的主要功能：移動用戶簽約信息的存儲；電路域和分組域的移動性管理與呼叫路由選擇、鑒權等。訪問位置寄存器VLR的主要功能：進入所屬服務區(qū)域的移動臺的信息存儲、電路域和分組域的移動性管理與呼叫路由選擇等。外部網絡

核心網的電路交換域（CS）通過GMSC與外部網絡（EN）相連，如公用電話交換網（PSTN）、綜合業(yè)務數據網（ISDN）及其他公共陸地移動網（PLMN）。

核心網的分組交換域（PS）通過GGSN與外部的Internet網及其他分組數據網（PDN）

等相連。6.2.2基于R99、R4、R5/R6的核心網結構 R99網絡中核心網完全繼承了GSM/GPRS的結構，包括電路域和分組域兩部分，引入了新的無線接入技術（WCDMA），兼容GSM/GPRS無線終端接入。 R4網絡中的主要變化是在核心網電路域提出了承載和控制獨立的概念，引入了軟交換技術。而在無線接入網沒有太多變化。

在R5網絡中，核心網疊加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），無線接入網引入了HSDPA技術，無線接入網和核心網中采用全IP傳輸。

在R6網絡中，網絡架構變化不大，考慮更多的是增加了新的功能或對已有功能的增強。R5網絡結構及接口

（1）R5網絡結構 R5版本在無線接入網方面的改進如下。

①提出高速下行分組接入（HSDPA）技術，使下行數據速率峰值可達14．4Mbit/s。

②Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可選擇傳輸方式，保證無線接入網實現全IP化。（2）IMS特點圖6-7R5網絡結構圖6-8含IMS子系統(tǒng)的R5版本網絡結構 IMS主要特點如下。

①實現了會話控制實體和承載控制實體在功能上的分離，體現了“業(yè)務與控制分離”、“控制與接入和承載分離”的原則，網絡構架層次化為不同網絡的互通和業(yè)務的融合奠定了基礎。

②IMS繼承了移動通信