tx056第三代移动通信（3G）网络建设技术探讨

I 中文摘要 信息化是当今世界发展的重要主题 进入 20 世纪 90 年代以来 全球的信息化建设 已经拉开了序幕 只有拥有信息资源开发和网络应用优势 才能掌握信息化建设的主动 权 信息化 尤其是信息基础设施的建设 已成为各国综合国力的象征 作为信息业的 主产业移动通信的发展自然成为重中之重 第三代移动通信是当前全球信息通信产业领 域的热点 也是各方面关注的焦点 数字化和网络化已成为不可逆转的趋势 3G 网络将为 用户提供表现力更加丰富的音频 视频等多媒体内容的业务 第三代移动通信 3G 的发展经历了体制标准之争 已逐步演进到标准的完善和设 备开发之争以及未来的产业发展之争 面对激烈的竞争形势 快速提供业务 减少带宽 资费 提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素 这些关键因素 之争的焦点又集中在基础网络建设 传输网是电信网的基础网络 因此 3G 传输网的建 设在整个 3G 网络发展中扮演重要角色 全文以第三代移动通信 3G 网络建设为主题 进行分析和讨论 介绍了 3G 发展 状况和其所处的国内及国外的良好而深具挑战性的发展环境 较为系统地对 3G 网络建设 所用到的主要技术进行了全面的叙述和分析 关键词 CDMA WCDMA TD CDMA 接力切换 The Third Generation Mobile Telecommunication 3G II Network Technology Abstract The information based is the important topic that world develop nowadays which enters since 90 s in 20 centuries The information based construction of the world has already drawn back the prologue only owning the information resources development and networks to apply the advantage then can control active power of the information based construction information based has been the standard every countries The development nature that is the main industry of the information industry to move the correspondence becomes heavy to win of heavy The development of the third generation mobile communication experienced the competition of the system it have already gradually evolved the standard of perfection the development of the equipments and the competition of the future industry development Facing the vigorous competition situation it becomes a triumphant key factor in the market that is quickly providing the business reducing the cost of bandwidth and exaltating the service quantity of communication The focus of the key factor is the construction of the basal network Transport network is the foundation network so the construction of the 3G transport network play an important role in the whole network How to go to the relation between the traditional service and the burgeoning data service the relation between the existing network and the Large scale 3G network comprehensive technique cost and customer need which to choose the technique and the project all of them is the problem which we must consider This article take the third generation mobile telecommunication 3G as the topic carrying on the analysis and discussing First it introduced the development of 3G and the good and challenging environment Go deep into the technique foundation of analyze its most and the key technique The full text compares to carried on the overall description and analysis to the background that the 3G network construction and the main technique use systematically Key words CDMA WCDMA TD CDMA Connect the dint cut over 1 目录目录 中文摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 背景介绍 1 1 2 国外的发展状况 2 1 3 国内的发展状况 2 1 4 全文概述 3 第 2 章 CDMA 技术分析 4 2 1 RAKE 接收机 4 2 2 多用户检测 4 2 3 功率控制 5 2 4 软切换 6 2 4 1 软切换的实现 6 2 5 TURBO编码 7 2 6 分集技术 7 第 3 章 第三代移动通信 3G 协议标准及技术分析 9 3 1 CDMA2000 9 3 1 1 前向快速功率控制技术 9 3 1 2 前向快速寻呼信道技术 9 3 1 3 前向链路发射分集技术 9 3 1 4 反向相干解调 10 3 1 5 连续的反向空中接口波形 10 3 1 6 Turbo 码使用 10 3 1 7 灵活的帧长 10 3 1 8 增强的媒体接入控制功能 10 3 2 WCDMA 11 3 2 1 RAKE 接收 11 3 2 2 功率控制 11 3 2 3 切换 11 3 2 4 多用户检测 12 3 3 TD SCDMA 12 3 3 1 TDD 模式 12 3 3 2 低码片速率 13 3 3 3 上行同步 13 3 3 4 接力切换 13 3 3 5 智能天线 14 3 3 6 软件无线电技术 14 3 4 三种技术的比较 14 3 4 1 三大标准的技术层面比较 14 3 4 2 性能比较 15 2 3 4 2 三大标准的技术优劣势分析 17 第 4 章 无线接入网络体系结构 19 4 1 无线接入网络体系结构图 19 4 2 无线接口介绍 19 4 2 1 空中接口 19 4 2 2 MAC 20 4 3 IU接口 22 4 3 1 Iu CS 协议 22 4 3 2 Iu PS 协议 23 4 3 3 Iur 接口 23 4 3 4 Iur 接口 24 第 5 章 HSDPA 27 5 1 HSDPA 技术概述 27 5 2 快速 L1 H ARQ 技术 28 5 3 自适应调制和编码 28 5 4 快速分组调度 时序安排和调度从 RNC 转移到 NODE B 28 5 5 短帧长度 TTI 2MS 29 第 6 章 智能天线技术的接力切换控制 32 6 1 接力切换执行分析 32 6 2 接力切换信令分析 34 6 2 1 接力切换过程 采用的是移动台辅助切换方式 成功进行的信令流程 34 6 2 2 分析比较接力切换与硬切换 35 总结 37 致谢 38 参考文献 39 第三代移动通信 3G 网络建设技术探讨 1 第一章 绪论 信息化是当今世界发展的重要主题 进入 20 世纪 90 年代以来 全球的信息化建设 已经拉开了序幕 只有拥有信息资源开发和网络应用优势 才能掌握信息化建设的主动 权 信息化 尤其是信息基础设施的建设 已成为各国综合国力的象征 作为信息业的 主产业移动通信的发展自然成为重中之重 进入 21 世纪后 移动通信在全球范围内迅猛发展 数字化和网络化已经成为不可逆 转的趋势 截止到 2005 年底 我国移动电话用户已经达到 3 9 亿 每年新增用户在 5000 万左右 预计到 2010 年 我国移动用户将达到 7 亿左右 伴随着 GSM 在中国的发展和 完善 目前 它已经进入产品生命周期的成熟阶段 并开始暴露出其固有的局限性 900MHZ 网络系统容量日趋紧张 有些地区 GSM900MHz 频率资源已基本用完 1 而且 2G 只能提供话音和低速率数据业务 而在当前信息时代 图像 话音和数据相结合的多 媒体业务和高速率数据业务的业务量大大增加 为了寻找频率利用率更高 通信容量更 大 能在全球范围内更好地实现无缝漫游以及为用户提供多媒体业务的移动通信系统 第三代移动通信系统 3G 应运而生 并迅速成为全球信息界的热点话题 为推动 3G 的有利发展 我国也正在加紧步伐 信息产业部提出了 积极跟进 先行 试验 培育市场 支持发展 的指导原则 并组织了大规模的网络技术试验 包括系统 和设备功能及其互连互通 兼容性 可操作性等内容 由中国的发展改革委员会支持 从去年开始已经启用了相当大量的发展基金 而为了在 2008 年的北京奥运会时能用上 3G 服务 中国有望于今年发放 3G 牌照 且近日国家发改委高新技术斯透露信息表示 政府 已经开始着手 3G 手机核准的相关制度安排 据业内人士预测 3G 网络的建设很有可能于今年开始启动 随着我国移动通信的发 展 第三代移动通信炙手可热 3G 时代即将来临 随着 3G 牌照的发放 3G 系统的建设 将大力发展 而作为一项规模大 技术新的工程 网络建设在第三代移动通信系统的建 设中占据着主导的地位 对其网络建设进行研究是信息健康发展的需求 也是信息时代 发展的必然过程 1 1 背景介绍 移动通信是近年来通信行业中发展最为迅速的技术和业务之一 第二代移动通信系 统 促使语音业务走向了无线传输方式 在无线通信市场最为发达的一些国家 移动电 话的数量已经超过了固定电话的数量 并且移动电话的普及率超过了 80 在我国 移 动通信经历了从无到有 从第一代模拟移动通信到第二代的 GSM 和 CDMA 移动通信的 发展过程 经历了有小变大的奋斗历程 在短短十几年的时间里 中国移动市场已经发 展成为世界上最大的市场之一 然而 随着移动用户的急剧增加 第二代移动通信 福州大学本科生毕业设计 论文 2 GSM 已不能满足人们的需求 第三代移动通信 3G 系统则应市场需求 进入我国 信息市场 第三代移动通信技术是按照国际电信联盟提出的 IMT 2000 标准而设计的新一代移动 通信系统 与第一代模拟移动通信技术和第二代蜂窝移动通信系统相比较 第三代移动 通信系统采用了 CDMA 技术 基于全 IP 网络 频谱利用率高 业务承载能力强 具有支 持更多的用户数量 系统容量 支持多媒体等高速数据业务等特点 第三代移动通信技 术的发展 日新月异 正在向着 提供世界范围的覆盖和在多网络之间进行无缝漫游 的基本目标迈进 第三代移动通信是一种既有地面系统 又有卫星系统的全球覆盖的综 合系统 业务包括语音 宽带数据 图像和多媒体业务等 具有高智能度的 能支持个 人通信的全球化的先进通信系统 它的技术主要包括 CDMA 2000 WCDMA TD SCDMA 三种标准 1 2 国外的发展状况 国外 3G 业务的发展经历了标准制定 许可证颁发 基础设施网络建设等阶段后 陆 续有一些国家的运营商逐渐进入商用发展阶段 目前提供了 3G 业务的公司主要有欧美 日韩等地区 而且多采用 CDMA2000 和 WCDMA 技术 其中 2000 年 10 月 韩国使用 CDMA20001X 推出商用 CDMA20001X DO 业务的国 家 2001 年 10 月 1 日 日本的 NTT Do Co Mo 推出基于 WCDMA 的技术的商用 3G 业务 服务 随着 3G 的主要技术 CDMA 的逐渐成熟 早在 1999 年芬兰就在全球率先颁发了 3G 许可证 从此掀起了全球 3G 许可证的发放浪潮 2000 年和 2001 年是 3G 许可证发放最 集中的年份 到目前为止 绝大多数发达国家和部分发展中国家都颁发了 3G 许可证 至 2004 年一月 全球共颁发了 125 张 3G 许可证 在所有的许可证的持有者中 WCDMA 的有 117 家 选择 CDMA2000 的 3 家 2 1 3 国内的发展状况 3G 的发展已经成为我国移动通信领域的焦点所在 2002 年到 2004 年 3G 上升为关 系国家大局的一件大事 首先 国家成立了 3G 联合领导小组 由信息产业部 科技部 发改委等单位的副司长以上人员组成 共同商讨 3G 发展中的新问题 而信息产业部的工 作也更加具体 除了继续承担标准制定等工作之外 同时 在这三年里 也组织了一轮 又一轮大规模的测试 截至目前为止 已经完成了室内和室外的两次测试 第一阶段的室内测试 开始于 2002 年 根据信息产业部的要求 首先是对单系统的 功能 业务进行测试 除了测试单机之外 还做了设备之间的互操性 2G 和 3G 的之间 的漫游等功能的测试 这个测试是在一个测试平台上测试的 也是在信息产业部 MG NET 平台上面测试的 第一年的测试中 信息产业部清醒地看到 3G 距离中国还有一段 第三代移动通信 3G 网络建设技术探讨 3 距离 但是到 2003 年 9 月 当室内测试正式结束时 情况发生了相当大的变化 科技司 司长闻库曾代表信产部表示 对 这个测试结果还是比较满意的 而在紧接着进行的第二阶段外场测试 试验地点选在技术力量比较强的三个城市北 京 上海 广州 可以看出信产部对于外场测试寄予了厚望 主要包括了网络技术试验 阶段 网络和业务 包括终端 互操作 网络性能 业务应用 网管 计费进行测试 还 有无线干扰 包括 WCDMA CDMA2000 和 TD SCDMA 之间及与 GSM 和 PHS 之间的 测试 主要是为 3G 网络运营的开展积累经验 外场试验 三种技术基本上都参与其中 TD SCDMA 在北京和上海进行试验 WCDMA 在北京 上海 广州三个城市进行了试 验 CDMA2000 也在北京 上海 广州进行试验 国内六大运营商都参与了试验 整体 试验在三个城市进行的 这阶段的测试的目的是为运营商对网络规划 设计和业务提供 积累经验 同时为无线电频谱规划提供一些技术依据 对信息产业部已经制定的 3G 技术 文件 即将成为中国第三代移动技术标准的文件进行一次最后的验证 2005 年 全球 3G 市场迅速发展 截至 9 月 全球 3G 用户跨越 2 亿大关 受全球 3G 高速发展以及中国将 在 2008 年奥运会上提供 3G 业务承诺的驱动 中国 3G 市场各方紧锣密鼓 加快步伐 虽 然 3G 还未如预期那样进入大规模商用阶段 但是 技术开始成熟 市场已经初具规模 相关发展策略进入了探讨阶段 总体来看 3G 启动的时机基本上已经成熟 1 4 全文概述 本文以第三代移动通信 3G 网络建设为主题 进行分析和讨论 首先介绍了 3G 发展状况和其所处的国内及国外的良好而深具挑战性的发展环境 深入分析其最主要的 技术基础 CDMA 的主要原理和 CDMA 所应用到的关键技术 对其 CDMA 的关键技术 RAKE 接收机 多用户检测 功率控制 软切换 Turbo 编码 分集接收分别进行介绍 文中对 3G 网络建设所涉及到的三种主要的协议标准 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 进行介绍 分析了各个协议标准的关键技术 并在技术层面上对其进行重点比较 网络接口和传输问题是 3G 网络建设技术的主要部分 在网络接口中 空中接口 Uu 接口 和 Iu 接口是两个最关键接口 在传输上 介绍了高速下行链路分组接入 HSDPA 技术 HSDPA 是一种基于分组的数据服务 它增强了移动数据传输的下行部分 全面详细地分析了接力切换的整个过程 并通过流程图对其信令进行讲解了 使我 们能够更好的理解其原理及工作过程 全文较为系统地对 3G 网络建设的背景和所用的主要技术进行了全面的叙述和分析 福州大学本科生毕业设计 论文 4 第二章 CDMA 技术分析 移动通信系统按多址连接方式分 可分为频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 和码 分多址 CDMA 码分多址是第三代移动通信发展的基础主题 CDMA 是码分多址 Code Division Multiple Access 的英文缩写 它是在数字技术的分 支 扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术 3 CDMA 技术的原 理是以扩频技术为基础 即将需传送的具有一定信号带宽信息数据 用一个带宽远大于 信号带宽的高速伪随机码进行调制 使原数据信号的带宽被扩展 再经载波调制并发送 出去 接收端使用完全相同的伪随机码 与接收的带宽信号作相关处理 把宽带信号换 成原信息数据的窄带信号即解扩 以实现信息通信 码分多址利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式 不像 FDMA TDMA 那样把用户的信息从频率和时间上进行分离 而是在一个信道上同时传 输多个用户的信息 也就是说 允许用户之间的相互干扰 其关键是信息在传输以前要 进行特殊的编码 编码后的信息混合后不会丢失原来的信息 有多少个互为正交的码序 列 就可以有多少个用户同时在一个载波上通信 每个发射机都有自己唯一的代码 伪 随机码 同时接收机也知道要接收的代码 用这个代码作为信号的滤波器 从而使接收 机从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码 这个过程称为解扩 CDMA 的关键技术包括 RAKE 接收机 多用户检测 功率控制 软切换 Turbo 编 码 分集接收 2 1 RAKE 接收机 RAKE 接收机也称为多径接收机 利用多个相关器分别检测多径信号中最强的 L 个 支路信号 然后对每个相关器的输出进行加权 并把加权后的多路输出信号相加 合并 成一个信号 然后在此基础上进行解调和判决 由于无线信号传播中存在多径效应 衰 落问题尤为突出 而多径接收机 正是利用基站发出的信号经过不同的路径到达移动台 处时间的不同 当两个信号到达移动台处的时间差超过一个信号码元的宽度 则 RAKE 接收机就可将其分别成功解调 移动台将各个 RAKE 接收机收到的信号进行矢量相加 即对不同时间到达移动台的信号进行不同的时间延迟到达同相 她可以克服衰落 改 进 CDMA 接收的分集形式 2 2 多用户检测 基于 RAKE 接收机原理的 CDMA 接收机将其它用户的信号视为干扰信号 但是优化 后接收机可以将检测所有信号或从指定的信号中减去其它信号的干扰 当新的用户或干 扰源进入网络时 其它用户的服务质量会下降 网络抗干扰能力越强 可服务的用户就 第三代移动通信 3G 网络建设技术探讨 5 越多 干扰一个基站或移动台的多路接入干扰是小区内和小区间干扰的总和 多用户检测 MUD 也称为联合检测和干扰消除 它提供了降低多路接入干扰的影 响 因而增加系统容量 同时 MUD 显著降低了 CDMA 系统的远近效应 MUD 可以缓解 系统对功率控制的需求 2 3 功率控制 由于 CDMA 系统不同用户同一时间采用相同的频率 所以 CDMA 系统为自干扰系 统 如果系统采用的扩频码不是完全正交的 实际系统中使用的地址码是近似正交的 因而造成相互之间的干扰 在一个 CDMA 系统中 每一码分信道都会受到来自其它码分 信道的干扰 这种干扰是一种固有的内在干扰 由于各个用户距离基站距离不同而使得 基站接收到各个用户的信号强弱不同 由于信号间存在干扰 尤其是强信号会对弱信号 造成很大的干扰 甚至造成系统的崩溃 因此必须采用某种方式来控制各个用户的发射 功率 使得各个用户到达基站的信号强度基本一致 CDMA 系统的容量主要受限于系统 内部移动台的相互干扰 所以每个移动台的信号达到基站时都达到最小所需的信噪比 系统容量将会达到最大值 CDMA 功率控制分为 前向功率控制和反向功率控制 反向功率控制又分为开环和 闭环功率控制 1 前向功率控制 基站周期性地降低发射到移动台的发射功率 移动台测量误帧率 当误帧率超过预 定义值时 移动台要求基站对它的发射功率增加 1 每 15 20ms 进行一次调整 下行 链路低速控制调整的动态范围是 6dB 移动台的报告分为定期报告和门限报告 4 2 反向开环功率控制 反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化 迅速调节移动台发射 功率 其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率 开环 功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影 拐弯等效应 它必须有一个很大的动 态范围 IS95 空中接口规定开环功率控制动态范围是 32dB 32dB 1 刚进入接入信道时 闭环校正尚未激活 平均输出功率 dB 平均输入功率 dB 73 NOM PWR dB INIT PWR dB 其中 平均功率是相对于 1 23 MHz 标称 CDMA 信道带宽而言 INIT PWR 是对第一个接入信道序列所需作的调整 NOM PWR 是为了补偿由于前向 CDMA 信道和反向 CDMA 信道之间不相关造成的 路径损耗 3 2 其后的试探序列不断增加发射功率 步长为 PWR STEP 直到收到一个效应或 序列结束 输出的功率电平为 福州大学本科生毕业设计 论文 6 平均输出功率 dB 平均输入功率 dB 73 NOM PWR dB INIT PWR dB PWR STEP 之和 dB 3 在反向业务信道开始发送之后一旦收到一个功率控制比特 移动台的平均输出功 率变为 平均输出功率 dB 平均输入功率 dB 73 NOM PWR dB INIT PWR dB PWR STEP 之和 dB 所有闭环功率校正之和 dB 其中 NOM PWR 的范围为 8 7 dB 标称值为 0dB INIT PWR 的范围为 16 15 dB 标称值为 0dB 5 PWR STEP 的范围为 0 7 dB 3 反向闭环功率控制 闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正 以使移动台 保持最理想的发射功率 功率控制比特是连续发送的 速率为每比特 1 25ms 即 800bit s 0 比特指示移动台增加平均输出功率 1 比特指示移动台减少平均输出功 率 步长为 1dB 比特 一个功率控制比特的长度正好等于前向业务信道两个调制符号的 长度 即 104 66us 每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号 这个 技术就是通常所说的符号抽取技术 2 4 软切换 由于移动通信系统采用蜂窝结构 所以 移动台在跨越空间划分的小区时 必然要 进行越区切换 即完成移动台到基站的空中接口的转移 以及基站到网入口和网入口到 交换中心的相应的转移 在第一和第二代移动通信系统中都采用越区硬切换方式 硬切 换容易使通信中断 第三代移动系统将在使用相同载波频率的小区间实现软切换 即移 动用户在越区时可以与两个小区的基站同时接通 只相应改变扩频码 即可做到 先接通 再断开 的交换功能 从而大大改善了切换时的通话质量 软切换是指在切换过程中 在中断与旧的小区的联系之前 先用相同频率建立与新 的小区的联系 手机在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时 手机同时接收多个 基站 大多数情况下是两个 的信号 几个基站也同时接收该手机的信号 直到满足一 定的条件后手机才切断同原来基站的联系 如果两个基站之间采用的是不同频率 则这 时发生的切换是硬切换 软切换包括以下四种情况 1 同一基站的两个扇区之间 这种切换也称为更软切换 Softer Handoff 2 不同基站的两个小区之间 3 不同基站的小区和扇区之间的三方切换 4 不同基站控制器之间 2 4 1 软切换的实现 能够实现软切换的原因在于 CDMA 系统可以实现相邻小区的同频复用 手机和基 第三代移动通信 3G 网络建设技术探讨 7 站对于每个信道都采用多个 RAKE 接收机 可以同时接收多路信号 在软切换过程中各 个基站的信号对于手机来讲相当于是多径信号 手机接收到这些信号相当于是一种空间 分集 导频 指导频信道 导频集合 指所有具有相同频率但不同 PN 码相位的导频集 有效导频集 与正在联系的基站相对应的导频集合 候选导频集 当前不在有效导频集里 但是已有足够的强度表明与该导频相对应的 基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合 相邻导频集 当前不在有效导频集或候选导频集里但又根据某种算法被认为很快就 可以进入候选导频集里的导频集合 剩余导频集 不被包括在相邻导频集 候选导频集和有效导频集里的所有其它导频 的导频集合 6 软切换过程及步骤 1 当导频强度达到 T ADD 移动台发送一个导频强度测量消息 并将该导频转 到候选导频集合 2 基站发送一个切换指示消息 3 移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息 4 当导频强度掉到 T DROP 以下时 移动台启动切换去掉定时器 5 切换去掉定时器到期 移动台发送一个导频强度测量消息 6 基站发送一个切换指示消息 7 移动台把导频从有效导频集移到相邻导频集并发送切换完成消息 2 5 Turbo 编码 虽然扩频技术有利于克服多径衰落以提供高质量的传输信道 但扩频系统存在潜在 的频谱效率非常低的缺点 所以 系统中必须采用信道编码技术以进一步改善通信质量 目前 主要采用前向信道纠错编码和交织技术以进一步克服衰落效应 编码和交织 都极大地依赖于信道的特征和业务的需求 不仅对于业务信道和控制信道采用不同的编 码和交织技术 而且对于同一信道的不同业务也采用不同的编码和交织技术 Turbo 编码 是建立在卷积码基础上的信道编码方法 是目前发现的解码性能最好的编码方法 因此 在第三代无线通信中 被推荐为对较高性能要求的编码方法 Turbo 码在当前是纠错性能最好的编码 一般它比卷积码的输出信噪比提高 3dB 左右 但是它是以计算的复杂性为代价的 迭代次数越多 计算越复杂 如果能将 Turbo 编码 QAM 调制和 Trellis 结构联合应用 编码效率和信息速率都将提高 译码错误概率也将可 能减小 2 6 分集技术 福州大学本科生毕业设计 论文 8 分集技术是指系统同时接收衰落互不相关的两个或更多个输入信号后 系统分别解 调这些信号然后将他们相加 这样系统可以接收到更多有用信号 克服衰落 移动通信信道是一种多径衰落信道 发射的信号要经过直射 反射 散射等多条传 播途径才能达到接收端 而且随着移动台的移动 各条传播路径上的信号幅度 时延及 相位随时随地发生变化 所以接收到的信号的电平是起伏 不稳定的 这些多径信号相 互叠加就会形成衰落 叠加后的信号幅度变化符合瑞利分布 又称瑞利衰落 瑞利衰落 随时间急剧变化时 称为 快衰落 快衰落严重衰落深度达到 20 30dB 瑞利衰落的中值 场强只产生比较平缓的变化 称为 慢衰落 且服从对数正态分布 分集技术是克服叠加 衰落的一个有效分发 由于具有频率 时间 空间的选择性 因此分集技术包括频率分 集 时间分集 空间分集 第三章 第三代移动通信 3G 协议标准及技术分析 3G 的技术主要包括 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 三种标准 CDMA2000 是 由 IS 95B 演变而来 WCDMA 和 TD SCDMA 标准是属于 3GPP 框架 也统称 UMTS 技 术 我们将就这三种标准的关键技术及优缺点进行分析比较 3G 的技术主要包括 CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 三种标准 CDMA2000 是由 IS 95B 演变而来 WCDMA 和 TD SCDMA 标准是属于 3GPP 框架 也统称 UMTS 技术 3 1 CDMA2000 CDMA2000 的技术特点是 具有多种信道带宽 前向链路支持多载波 MC 和直扩 DS 两种方式 反向链路仅支持直扩方式 当采用多载波方式时 能支持多种射频带 宽 即射频带宽可为 N 1 25MHz N 1 3 5 9 或 12 目前技术仅支持前两种 即 1 25MHz CDMA2000 1x 和 3 75MHz CDMA2000 3x 其他的技术特点还包括 可 以更加有效地使用无线资源 可实现 CDMAone 向 CDMA2000 系统平滑过渡 核心网协 议可使用 IS 41 GSM MAP 以及 IP 骨干网标准 前向发送分集 快速前向功率控制 使 用 Turbo 码 辅助导频信道 灵活帧长 反向链路相干解调 3 1 1 前向快速功率控制技术 CDMA2000 采用快速功率控制方法 方法是移动台测量收到业务信道的 Eb Nt 并与 门限值比较 根据比较结果 向基站发出调整基站发射功率的指令 功率控制速率可以 达到 800b s 由于使用快速功率控制 可以达到减少基站发射功率 减少总干扰电平 从而降低移动台信噪比要求 最终可以增大系统容量 3 1 2 前向快速寻呼信道技术 此技术有两个用途 1 寻呼或睡眠状态的选择 因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令 决定移动台是处于监听寻呼信道还是 处于低功耗状态的睡眠状态 这样移动台便不必长时间连续监听前向寻呼信道 可减少 激活移动台激活时间和节省移动台功耗 2 配置改变 通过前向快速寻呼信道 基地台向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息 使移 动台根据此新消息作相应设置处理 3 1 3 前向链路发射分集技术 CDMA2000 1X 采用直接扩频发射分集技术 它有两种方式 1 一种是正交发射分集方式 方法是先分离数据流再用不同的正交 Walsh 码对两个数据流进行扩频 并通过高两 个发射天线发射 3 2 另一种是空时扩展分集方式 使用空间两根分离天线发射已交织的数据 使用相同原始 Walsh 码信道 使用前向链路发射分集技术可以减少发射功率 抗瑞利衰落 增大系统容量 3 1 4 反向相干解调 基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射 再用梳状 Rake 接收机实现 相干解调 与 IS 95 采用非相干解调相比 提高了反向链路性能 降低了移动台发射功率 提高了系统容量 3 1 5 连续的反向空中接口波形 在反向链路中 数据采用连续导频 使信道上数据波形连续 此措施可减少外界电 磁干扰 改善搜索性能 支持前向功率快速控制以及反向功率控制连续监控 3 1 6 Turbo 码使用 Turbo 码具有优异的纠错性能 适于高速率对译码时延要求不高的数据传输业务 并 可降低对发射功率的要求 增加系统容量 在 CDMA2000 1X 中 Turbo 码仅用于前向补 充信道和反向补充信道中 Turbo 编码器由两个 RSC 编码器 卷积码的一种 交织器和删除器组成 每个 RSC 有两路交验位输出 两个输出经删除复用后形成 Turbo 码 Turbo 译码器由两个软输入 软输出的译码器 交织器 去交织器构成 经对输入信 号交替译码 软输出多轮译码 过零判决后得到译码输出 3 1 7 灵活的帧长 与 IS 95 不同 CDMA2000 1X 支持 5ms 10ms 20ms 40ms 80ms 和 160ms 多种 帧长 不同类型信道分别支持不同帧长 前向基本信道 前向专用控制信道 反向基本 信道 反向专用控制信道采用 5ms 或 20ms 帧 前向补充信道 反向补充信道采用 20ms 40ms 或 80ms 帧 话音信道采用 20ms 帧 8 较短帧可以减少时延 但解调性