移动通信技术与网络优化——第7章 第三代移动通信

1、2021-12-251移动通信技术移动通信技术第7章 第三代移动通信7.1第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述7.2 第三代移动通信新技术第三代移动通信新技术7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-252 第三代移动通信系统最早是由国际电信联盟于第三代移动通信系统最早是由国际电信联盟于1985年提出的，当时称为未来公众陆地移动通信年提出的，当时称为未来公众陆地移动通信系统（系统（FPLMTS），后改为），后改为IMT-2000，意指在，意指在2000年左右开始商用并工作在年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的频段上的国际移动通信系统。国

2、际移动通信系统。 1997年年4月，月，ITU向各成员国征集向各成员国征集IMT-2000的无线的无线接口候选传输技术。这引发了长达近四年的接口候选传输技术。这引发了长达近四年的3G技技术标准之争和技术融合的进程。最终在术标准之争和技术融合的进程。最终在2001年确年确定了定了cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA这三种这三种主流主流3G技术标准。技术标准。7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-253 第三代移动通信的标准化概况第三代移动通信的标准化概况主要标准及提案 序号提交技术双工方式应用环境提交者1J：W-CDMAFDD、TDD所有环境所有环境日本

3、：日本：ARIB2ETSI-UTRA-UMTSFDD、TDD所有环境所有环境欧洲：欧洲：ETSI3WIMS W-CDMAFDD所有环境所有环境美国：美国：TIA4WCDMA/NAFDD所有环境所有环境美国：美国：T1P15Global CDMA FDD所有环境所有环境韩国：韩国：TTA6TD-SCDMATDD所有环境所有环境中国：中国：CATT7cdma2000FDD、TDD所有环境所有环境美国：美国：TIA8Global CDMA FDD所有环境所有环境韩国：韩国：TTA9UWC-136FDD所有环境所有环境美国：美国：TIA10EP-DECTTDD室内、室室内、室外到室内外到室内欧：欧：E

4、TSI DECT计划计划7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-254 IMT-2000的主要目标是全球一网，全球漫游；多层小区的主要目标是全球一网，全球漫游；多层小区结构，适应多种环境；提供多媒体业务，有足够大的系统结构，适应多种环境；提供多媒体业务，有足够大的系统容量；高的保密性和高的服务质量。容量；高的保密性和高的服务质量。 IMT-2000对无线传输技术的要求是：支持高速传输多媒对无线传输技术的要求是：支持高速传输多媒体业务，室内至少体业务，室内至少2Mbit/s，室外步行至少，室外步行至少384kbit/s，车辆，车辆行驶环境至少行驶环境至少144kbi

5、t/s；传输速率能根据业务按需分配。；传输速率能根据业务按需分配。 后后3G（Beyond 3G）技术已显露端倪。由于人们希望能在）技术已显露端倪。由于人们希望能在移动环境中数据传输速率更高，即从移动环境中数据传输速率更高，即从2Mbit/s提高到提高到100Mbit/s，因此还需要研究更高传输速率的调制技术、，因此还需要研究更高传输速率的调制技术、软件无线电技术、智能天线技术和广带（软件无线电技术、智能天线技术和广带（Broad band）IP网络技术，这就是网络技术，这就是4G移动通信技术研究。移动通信技术研究。 7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-255

6、7.1.1 IMT-2000系统的特点系统的特点 高速率。数据速率可从几高速率。数据速率可从几kbps到到2 Mbps；高速移动时为；高速移动时为144 kbps；慢速移动时为；慢速移动时为384 kbps；静止时为；静止时为2 Mbps。 多媒体化。提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率多媒体化。提供高质量的多媒体业务，如话音、可变速率数据、活动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息数据、活动视频和高清晰图像等多种业务，实现多种信息一体化。一体化。 全球性。采用公用频段全球性。采用公用频段, 全球漫游。是一个覆盖全球的、全球漫游。是一个覆盖全球的、具有高度智能和个人服务特色的移动通信系统

7、。具有高度智能和个人服务特色的移动通信系统。 平滑过渡和演进。与第二代系统的共存和互通，开放结构，平滑过渡和演进。与第二代系统的共存和互通，开放结构，易于引入新技术。易于引入新技术。7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-256 综合化。多环境、灵活性，能把现存的寻呼、无绳电话、综合化。多环境、灵活性，能把现存的寻呼、无绳电话、蜂窝（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝）、移动卫星等通信系蜂窝（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝）、移动卫星等通信系统综合在统一的系统中（具有从小于统综合在统一的系统中（具有从小于50米的微微小区到大米的微微小区到大于于500公里的卫星小区），与不同网络互

8、通，提供无缝漫游公里的卫星小区），与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性。和业务一致性。 业务终端具有多样化的特征。终端既是通信工具，又是一业务终端具有多样化的特征。终端既是通信工具，又是一个计算工具和娱乐工具。个计算工具和娱乐工具。 智能化。主要表现在优化网络结构方面（引入智能网概念）智能化。主要表现在优化网络结构方面（引入智能网概念）和收发信机的软件无线电化。和收发信机的软件无线电化。 个人化。用户可用唯一个人电信号码（个人化。用户可用唯一个人电信号码（PTN）在任何终端）在任何终端上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性，上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性，真

9、正实现个人移动性。真正实现个人移动性。7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2577.1 第三代移动通信概述第三代移动通信概述7.1.2 IMT-2000系统的系统的结构 系统组成：四个功能子系统：核心网系统组成：四个功能子系统：核心网CN、无线接入网无线接入网RAN、移动终端移动终端MT和用户识别模块和用户识别模块UIM。图7.1 IMT-2000系统结构 2021-12-2587.1 第三代移动通信概述第三代移动通信概述图7.1I MT-2000系统结构 2021-12-259 核心网络的主要作用是提供信息交换和传输，将采用分组核心网络的主要作用是提供信息交

10、换和传输，将采用分组交换或交换或ATM 网络，最终过渡到全网络，最终过渡到全IP 网络，并且与当前的网络，并且与当前的2 G 网络后向兼容网络后向兼容 业务控制网络是为移动用户提供附加业务和控制逻辑，将业务控制网络是为移动用户提供附加业务和控制逻辑，将基于增强型智能网来实现基于增强型智能网来实现 接入网络包括与无线技术有关的部分，主要实现无线传输接入网络包括与无线技术有关的部分，主要实现无线传输功能。功能。 系统标准接口系统标准接口 网络与网络接口网络与网络接口NNI； 无线接入网与核心网之间的接口无线接入网与核心网之间的接口RAN-CN； 无线接口无线接口UNI； 用户识别模块和移动台之间的

11、接口用户识别模块和移动台之间的接口UIM-MT。7.1 第三代移动通信概述第三代移动通信概述2021-12-2510 结构分层结构分层物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。物理层：由一系列下行物理信道和上行物理信道组成。 链路层：由链路层：由MAC子层和链路接入控制子层和链路接入控制LAC子层组成。子层组成。 MAC子层根据子层根据LAC子层的要求对物理层资源管理与控制，并子层的要求对物理层资源管理与控制，并提供提供LAC子层所需的子层所需的QoS级别；级别；LAC子层采用与物理层相对独立子层采用与物理层相对独立的链路管理与控制，并通过的链路管理与控制，并通过ARQ等方式提供等方式提

12、供MAC子层所不能提子层所不能提供的更高级别的供的更高级别的QoS控制，以满足高层业务实体的传输可靠性。控制，以满足高层业务实体的传输可靠性。高层：集高层：集OSI模型中的网络层、传输层、会话层、表示层和应用模型中的网络层、传输层、会话层、表示层和应用层为一体；主要负责各种业务的呼叫信令处理，话音业务和数据层为一体；主要负责各种业务的呼叫信令处理，话音业务和数据业务的控制与处理等。业务的控制与处理等。7.1 第三代移动通信概述第三代移动通信概述2021-12-25117.1.3 IMT-2000的频带划分的频带划分 1992年世界无线电行政大会（年世界无线电行政大会（WARC）根据）根据ITU

13、-R对对IMT-2000的业务量和所需频谱的估计，划的业务量和所需频谱的估计，划分了分了230MHz带宽给带宽给IMT-2000。18852025MHz及及21102200MHz频带为全球基础上可用于频带为全球基础上可用于IMT-2000的业务；的业务；19802010MHz和和21702200MHz为卫星移动业务频段共为卫星移动业务频段共60MHz；其余；其余170MHz为陆为陆地移动业务频段，其中对称频段是地移动业务频段，其中对称频段是260MHz，不对称的频段是不对称的频段是50MHz。 7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2512图7.2 WRC200

14、0对IMT-2000的频谱安排 7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2513图7.3 我国IMT-2000频谱分配 7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2514图7.1 蜂窝移动通信系统的演进 7.1.4 3G网络的演进网络的演进 7.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2515图7.13 IMT-2000物理结构模型 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征7.1.5 IMT-2000物理结构模型物理结构模型2021-12-25161 用户设备域：用户用来接入用户设备

15、域：用户用来接入UMTS业务的设备，用户设备业务的设备，用户设备通过无线接口与基本结构相连接。通过无线接口与基本结构相连接。 移动设备域：功能是完成无线传输和应用移动设备域：功能是完成无线传输和应用 用户业务识别单元域：包含清楚而安全地确定身份的数用户业务识别单元域：包含清楚而安全地确定身份的数据和过程据和过程 2 基本结构域：由物理节点组成，这些物理节点完成终止无基本结构域：由物理节点组成，这些物理节点完成终止无线接口和支持用户通信业务需要的各种功能。基本结构是线接口和支持用户通信业务需要的各种功能。基本结构是共享的资源，它为其覆盖区域内的所有授权用户提供服务。共享的资源，它为其覆盖区域内的

16、所有授权用户提供服务。（1） 接入网域：由管理接入网资源的物理实体组成，并向用户提供接入到核心网域的机制7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2517（2 2） 核心网域：由提供网络支持特性和通信业务的物理实核心网域：由提供网络支持特性和通信业务的物理实体组成。提供的功能包括用户位置信息的管理、网络特性体组成。提供的功能包括用户位置信息的管理、网络特性和业务的控制、信令和用户信息的传输机制等和业务的控制、信令和用户信息的传输机制等 服务网域：与接入网域相连接，其功能是呼叫的寻路和将服务网域：与接入网域相连接，其功能是呼叫的寻路和将用户数据与信息从源

17、传输到目的。它既和原籍网域联系以用户数据与信息从源传输到目的。它既和原籍网域联系以获得和用户有关的数据与业务，也和传输网域联系以获得获得和用户有关的数据与业务，也和传输网域联系以获得与用户无关的数据和业务。与用户无关的数据和业务。 原籍网域：管理用户永久的位置信息。用户业务识别单元原籍网域：管理用户永久的位置信息。用户业务识别单元和原籍网域有关；和原籍网域有关； 传输网域：是服务网域和远端用户间的通信路径。传输网域：是服务网域和远端用户间的通信路径。 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-25187.1.5 三种标准的区别三种标准的区别 WCDMA

18、基于基于GSM；cdma2000基于基于IS-95CDMA；TD-SCDMA。 WCDMA与与cdma2000的三个区别。的三个区别。 码片速率：码片速率： cdma2000，1.2288Mc/s或或3.6864Mc/s ； WCDMA，3.84Mc/s 。 基站同步方式：基站同步方式： cdma2000，用，用GPS使基站间严格同步；使基站间严格同步； WCDMA，同步，同步/异步相结合的方式。异步相结合的方式。 导频信道方式：导频信道方式：cdma2000,公共导频方式公共导频方式 ；WCDMA，专用，专用 时分导频上引入公共连续导频。时分导频上引入公共连续导频。 7.1 第三代移动通信系

19、统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-2519WCDMA与cdma2000的区别参数WCDMAcdma2000最小带宽(MHz)51.25/5采用技术类型直接序列扩频(DS)多载波(MC)码片速率(Mchip/s)3.841.2288/3.6864基站间同步异步/同步同步下行信道导频专用信道采用导频符号与业务数据流时分复用(TM)，并采用公共连续导频采用独立的连续导频业务码道共用(CM)帧长(ms)1020话音编码固定速率可变速率功率控制速度(Hz)16008007.1 第三代移动通信系统概述第三代移动通信系统概述 2021-12-25207.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代

20、移动通信新技术（关键技术） 1高效信道编译码技术高效信道编译码技术 在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。码两种纠错编码。 在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用用Turbo码以利于其优异的纠错性能；考虑到码以利于其优异的纠错性能；考虑到Turbo码译码的复杂度、时延的原因，在语音和码译码的复杂度、时延的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道中也使用卷积码。使用卷积码，在其他逻辑信道中也使用卷积码。

21、 2021-12-25212软件无线电技术软件无线电技术 软件无线电技术的基本思想是高速模软件无线电技术的基本思想是高速模/数（数（A/D）和数和数/模（模（D/A）转换器尽可能靠天线处理，所有）转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。 软件无线电系统的关键部分为宽带多频段天线、软件无线电系统的关键部分为宽带多频段天线、高速高速A/D和和D/A转换器以及高速信号处理部分。转换器以及高速信号处理部分。 软件无线电技术最大的优点是基于同样的硬件环软件无线电技术最大的优点是基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其境，针

22、对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。软件无线电能实现多模式通信系统的无缝连接。软件无线电能实现多模式通信系统的无缝连接。7.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代移动通信新技术（关键技术） 2021-12-25223智能天线技术智能天线技术 无线覆盖范围、系统容量、业务质量、阻塞和掉话等问题无线覆盖范围、系统容量、业务质量、阻塞和掉话等问题一直困扰着蜂窝移动通信系统。一直困扰着蜂窝移动通信系统。 采用智能天线阵（采用智能天线阵（Adaptive Antenna Arrays）技术可以提）技术可以提高第三代移

23、动通信系统的容量及服务质量。高第三代移动通信系统的容量及服务质量。 智能天线阵技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵智能天线阵技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（C/I），以增加系），以增加系统的容量和频谱效率。统的容量和频谱效率。 其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围

24、、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。 智能天线阵由智能天线阵由N单元天线阵、单元天线阵、A/D转换器、波束形成器转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。7.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代移动通信新技术（关键技术） 2021-12-25234 多用户检测和干扰消除技术多用户检测和干扰消除技术 多用户检测的基本思想是把所有用户的信号都当做有用信多用户检测的基本思想是把所有用户的信号都当做有用信号，而不是当做干扰信号。号，而不是当做干扰信号。 经过近经过近2

25、0年的发展，年的发展，CDMA系统多址干扰抑制或多用户检系统多址干扰抑制或多用户检测技术，已慢慢走向成熟及实用。测技术，已慢慢走向成熟及实用。 考虑到复杂度及成本等的原因，目前的多用户检测实用化考虑到复杂度及成本等的原因，目前的多用户检测实用化研究，主要围绕基站进行。研究，主要围绕基站进行。 7.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代移动通信新技术（关键技术） 2021-12-25245 初始同步与初始同步与Rake多径分集接收技术多径分集接收技术 cdma2000：通过对导频信道的捕获建立通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号码同步和符号同步，通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。同

26、步，通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。 WCDMA：“三步捕获法三步捕获法”，通过对基本同步信道的捕获，通过对基本同步信道的捕获建立建立PN码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收，确定扰码组号等，通过对扰码穷举扩频码的非相干接收，确定扰码组号等，通过对扰码穷举搜索，建立扰码同步。搜索，建立扰码同步。 WCDMA系统采用用户专用的导频信号；在系统采用用户专用的导频信号；在cdma2000下下行链路采用公用导频信号，上行信道采用用户专用的导频行链路采用公用导频信号，上行信道采用用户专用的导频信道。信道。 Rake多径分集技术的另

27、一种体现形式是宏分集及越区切多径分集技术的另一种体现形式是宏分集及越区切换技术。换技术。7.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代移动通信新技术（关键技术） 2021-12-25256向全向全IP网过渡网过渡 全全IP网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络网络可节约成本，提高可扩展性、灵活性和使网络运作更有效率等；支持运作更有效率等；支持IPv6，解决，解决IP地址的不足和移动地址的不足和移动IP。 由于由于IP技术在移动通信中的引入，将改变移动通信的业技术在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务方式。务模式和服务方式。 基于移动基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部

28、署丰富技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能的应用服务成为可能。 移动IP技术视频7IMT-2000无线协议分层模型无线协议分层模型 在在IMT-2000中将中将Um接口分成接口分成4层：物理层、介质接入层、层：物理层、介质接入层、链路接入层和网络层（包括呼叫控制、移动性管理和无链路接入层和网络层（包括呼叫控制、移动性管理和无线电资源管理）线电资源管理）。7.2 第三代移动通信新技术（关键技术）第三代移动通信新技术（关键技术） 2021-12-2526 7.3.1 WCDMA网络网络UMTS（Universal Mobile Telecommunications System

29、、通、通用移动通信系统）是采用用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把动通信系统，通常也把UMTS系统称为系统称为WCDMA通信系统。通信系统。UMTS是是IMT-2000的重要成员，主要由欧洲和日本等国家和的重要成员，主要由欧洲和日本等国家和地区的移动通信设备供应商提出的。地区的移动通信设备供应商提出的。 如图如图7.7所示。所示。图7.7 UMTS的系统结构 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-25271 GSM网络向网络向WCDMA的演进的演进7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三

30、代移动通信系统结构及其特征2021-12-2528 建立在GSM和和GPRS网络基础上，由经改造的后的网络基础上，由经改造的后的MSC/VLR（3G MSC/VLR）支撑。）支撑。 3G MSC/VLR与无线接入网与无线接入网RAN的接口被定义为的接口被定义为 ，其底层采用控制协议其底层采用控制协议Q2630，而不是传统，而不是传统MSC的的 及七号及七号信令（信令（A接口）。接口）。 分组业务由演进型分组业务由演进型GPRS网关支持节点（网关支持节点（3GGSN)所支撑，所支撑， 3GGSN与与RAN的接口被定义为的接口被定义为 。其底层采用。其底层采用ATM/STM1的的 Q2630，而不

31、是，而不是GPRS所采用的帧中继协议所采用的帧中继协议（ ）。）。 为支持软切换为支持软切换 ， RNC与与RNC的接口的接口 。CSIu1EbGurIPSIu7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2529 2G MSC/VLR与与3G RAN因为因为 接口与接口与A接口差别太大，接口差别太大，不能连接。不能连接。 对对2G MSC/VLR改造使其适应改造使其适应 是不可能。是不可能。 但使用但使用3G MSC/VLR连接连接2G基站分系统则是可能的，仅基站分系统则是可能的，仅需要在需要在3G MSC/VLR上增加上增加A接口和接口和 接口。接口。

32、uIubIbG7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2530（1） WCDMA的语音演进的语音演进 WCDMA采用采用AMR语音编码语音编码 速率：速率：4.75 12.2Kbit/s 采用软切换和发射分集，提高容量采用软切换和发射分集，提高容量 提供高保真的语音模式，并进行快速功率控制提供高保真的语音模式，并进行快速功率控制 （2） WCDMA的数据演进的数据演进 WCDMA支持最高支持最高2Mbit/s的数据业务，支持包交换的数据业务，支持包交换 目前采用目前采用ATM平台平台 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行基站同步方式：支持异步和同步

33、的基站运行 信号带宽：信号带宽：5MHz 码片速率：码片速率：3.84Mc/s 发射分集方式：发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD 信道编码：卷积码、信道编码：卷积码、Turbo码码 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2531 调制方式：调制方式：QPSK 功率控制：上下行闭环、开环功率控制功率控制：上下行闭环、开环功率控制 解调方式：导频辅助的相干解调方式解调方式：导频辅助的相干解调方式 语音编码：语音编码：AMR 无线接入网络（无线接入网络（ Radio Access Network ，RAN）：用）：用于处理所有与无线有关的功能于处

34、理所有与无线有关的功能 核心网络（核心网络（ Core Network，CN）：处理）：处理UMTS系统内系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能换和路由功能 。CN从逻辑上分为电路交换域从逻辑上分为电路交换域（Circuit Switched Domain, CS）和分组交换域）和分组交换域（ Packet Switched Domain, PS） 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2532 用户设备（用户设备（User Equipment，UE）: UE和和UTRAN（U

35、MTS的陆地无线接入网络）由全新的协议构成，的陆地无线接入网络）由全新的协议构成， 其设其设计基于计基于WCDMA无线技术。而无线技术。而CN则采用了则采用了GSM/GPRS的的定义，这样可以实现网络的平滑过度定义，这样可以实现网络的平滑过度. 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2533（3）技术指标）技术指标 WCDMAGSM载波间隔5MHz200KHz频率重用系数1118功率控制频率1500Hz2Hz或更低服务质量控制QoS无线资源管理算法网络规划（频率规划）频率分集可采用Rake接收机进行多径分集跳频分组数据基于负载的分组调度GPRS中基

36、于时隙的调度下行发分集支持，以提高下行链路的容量不支持，但可应用7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-25347.3 第三代移动通信系统结构及其特征 图7.14 WCDMA网络单元构成示意图 2 WCDMA系统网络结构系统网络结构2021-12-25357.3 第三代移动通信系统结构及其特征 图7.14 WCDMA网络单元构成示意图 2021-12-2536（1） 用户终端设备（用户终端设备（ UE，User Equipment） 用户终端设备它主要包括射频处理单元、基带处理单元、用户终端设备它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用

37、层软件模块等；协议栈模块以及应用层软件模块等；UE通过通过Uu接口与网接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通语音、数据通信、移动多媒体、种业务功能，包括普通语音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如应用（如E-mail、WWW浏览、浏览、FTP等）等） 。用户。用户设备（设备（ME，The Mobile Equipment），提供应用和服务；），提供应用和服务；用户业务识别单元（用户业务识别单元（USIM，The UMTS Subsriber Module），提供用户身份识别。），提供用户身份识

38、别。 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2537（2） 无线接入网（无线接入网（UTRAN，UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS）包含一个或几个无线网络子系统）包含一个或几个无线网络子系统（RNS）。一个）。一个RNS由一个无线网络控制器（由一个无线网络控制器（RNC）和一个）和一个或多个基站（或多个基站（Node B）组成。）组成。 基站（基站（Node B）7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 图7.14 基站（基站（Node B）2021-12-2538无线网络控制器（无线网络控制器（RNC，Radio Networ

39、k ontroller） 执行系统信息广播与系统接入控制功能；执行系统信息广播与系统接入控制功能； 切换和切换和RNC迁移等移动性管理功能；迁移等移动性管理功能； 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。控制功能。(3) 核心网络（核心网络（CN，Core Network） 移动交换中心移动交换中心/访问位置寄存器（访问位置寄存器（MSC/VLR）。）。MSC/VLR是是WCDMA核心网核心网CS域功能节点，主要功能是提供域功能节点，主要功能是提供CS域的域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能呼叫控制、移动性管理、鉴权和

40、加密等功能 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2539 网关网关MSC节点（节点（GMSC）。）。GMSC是是WCDMA移动网移动网CS域与外部网络之间的网关节点，主要功能是完成域与外部网络之间的网关节点，主要功能是完成VMSC功功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。结算功能。 服务服务GPRS支持节点（支持节点（SGSN）。）。SGSN是是WCDMA核心网核心网PS域功能节点，主要功能是提供域功能节点，主要功能是提供PS域的路由转发、移动域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能性管理、

41、会话管理、鉴权和加密等功能 网关网关GPRS支持节点（支持节点（GGSN）。）。GGSN是是WCDMA核心核心网网PS域功能节点，主要功能是同外部域功能节点，主要功能是同外部IP分组网络的接口分组网络的接口功能。功能。 原籍位置寄存器（原籍位置寄存器（HLR）。）。HLR是是WCDMA核心网核心网CS域域和和PS域共有的功能节点，主要功能是提供用户的签约信域共有的功能节点，主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2540 操作维护中心（操作维护中心（OMC）。）。OMC功能实体

42、包括设备管理系功能实体包括设备管理系统和网络管理系统统和网络管理系统 外部网络（外部网络（External networks） 。 电路交换网络（电路交换网络（CS networks ）：提供电路交换的连接，）：提供电路交换的连接，象通话服务。象通话服务。ISDN和和PSTN均属于电路交换网络；分组交换均属于电路交换网络；分组交换网络（网络（PS networks）：提供数据包的连接服务，）：提供数据包的连接服务，Internet属属于分组数据交换网络。于分组数据交换网络。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-25413 系统接口系统接口 Cu 接口。接口。Cu接口是接口是U

43、SIM卡和卡和ME之间的电气接口，之间的电气接口，Cu接口接口采用标准接口。采用标准接口。 Uu接口。接口。Uu接口是接口是WCDMA的无线接口。的无线接口。UE通过通过Uu接口接接口接入到入到UMTS系统的固定网络部分，可以说系统的固定网络部分，可以说Uu接口是接口是UMTS系系统中最重要的开放接口。统中最重要的开放接口。 Iu接口。接口。Iu接口是连接接口是连接UTRAN和和CN的接口。类似于的接口。类似于GSM系系统的统的A接口和接口和Gb接口。接口。Iu接口是一个开放的标准接口。接口是一个开放的标准接口。 Iur接口。接口。Iur接口是连接接口是连接RNC之间的接口，之间的接口，Iur

44、接口是接口是WCDMA系统特有的接口，用于对系统特有的接口，用于对RAN中移动台的移动管理。中移动台的移动管理。比如在不同的比如在不同的RNC之间进行软切换时，移动台所有数据都是之间进行软切换时，移动台所有数据都是通过通过Iur接口从正在工作的接口从正在工作的RNC传到候选传到候选RNC。Iur是开放的是开放的标准接口。标准接口。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2542 Iub接口。接口。Iub接口是连接接口是连接Node B与与RNC的接口，的接口，Iub接口也接口也是一个开放的标准接口。是一个开放的标准接口。 这也使通过这也使通过Iub接口相连接的接口相连接的RNC

45、与与Node B可以分别由不同的设备制造商提供。这也使通过可以分别由不同的设备制造商提供。这也使通过Iu接口相连接的接口相连接的UTRAN与与CN可以分别由不同的设备制造商提可以分别由不同的设备制造商提供。供。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-25434 WCDMA的网络接口特点的网络接口特点 所有接口具有开放性；所有接口具有开放性； 将无线网络层与传输层分离；将无线网络层与传输层分离； 控制面和用户面分离。控制面和用户面分离。 电路域（电路域（CS域）：指为用户提供域）：指为用户提供“电路型业务电路型业务”，或提，或提供相关信令连接的实体。供相关信令连接的实体。CS域特

46、有的实体包括：域特有的实体包括： MSC、GMSC、VLR、IWF 分组域分组域 （PS域）：为用户提供域）：为用户提供“分组型数据业务分组型数据业务”，PS域特有的实体包括：服务域特有的实体包括：服务GPRS支持节点（支持节点（SGSN）和网）和网关关GPRS支持节点（支持节点（GGSN）。其他设备如）。其他设备如HLR（或（或HSS）、）、AUC、EIR等为等为CS域与域与PS域共用。域共用。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2544 5 WCDMA分层和信道结构分层和信道结构 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征 图7.16 WCDM

47、A分层和信道结构 2021-12-2545（1）无线接口的分层）无线接口的分层 各移动通信系统基本区别在于无线接口的物理层各移动通信系统基本区别在于无线接口的物理层 无线接口：用户设备无线接口：用户设备UE和网络之间的和网络之间的Um接口；由层接口；由层1、2和和3组成：层组成：层1(L1)是物理层，层是物理层，层2(L2)和层和层3(L3)描述描述MAC、RLC和和RRC等子层。等子层。无线资源控制层无线资源控制层RRC 位于无线接口的第三层位于无线接口的第三层 处理处理UE和和UTRAN的第三层控制平面之间的信令。处理连的第三层控制平面之间的信令。处理连接管理功能、无线承载控制功能、接管理

48、功能、无线承载控制功能、RRC连接移动性管理和连接移动性管理和测量功能测量功能 媒体接入控制层媒体接入控制层MAC MAC层屏蔽了物理介质的特征，为高层提供了使用物理层屏蔽了物理介质的特征，为高层提供了使用物理介质的手段。高层以逻辑信道的形式传输信息。介质的手段。高层以逻辑信道的形式传输信息。MAC完完成传输信息的变换，以信道形式将信息发向物理层。成传输信息的变换，以信道形式将信息发向物理层。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-2546物理层物理层 是是OSI参考模型的最底层，支持在物理介质上传输比特流参考模型的最底层，支持在物理介质上传输比特

49、流所需的操作所需的操作 与层与层2的的MAC子层和层子层和层3的的RRC子层相连子层相连 物理层为物理层为MAC层提供不同的传送信道，传送信道定义了层提供不同的传送信道，传送信道定义了信息是如何在无线接口上进行传送的信息是如何在无线接口上进行传送的 MAC层为层层为层2的无线链路控制的无线链路控制RLC子层提供不同逻辑信道，子层提供不同逻辑信道，逻辑信道定义了所传送的信息的类型逻辑信道定义了所传送的信息的类型 物理信道在物理层进行定义，物理信道是承载信息的物理物理信道在物理层进行定义，物理信道是承载信息的物理媒介媒介 物理层的数据处理过程。物理层接收来自物理层的数据处理过程。物理层接收来自MA

50、C层的数据层的数据后，进行信道编码和复用，通过扩频和调制，送入天线发后，进行信道编码和复用，通过扩频和调制，送入天线发射射 物理层技术的实现，如图所示。物理层技术的实现，如图所示。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征 2021-12-25477.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征物理层技术的实现物理层技术的实现物理层的数据处理过程物理层的数据处理过程2021-12-2548（2） 信道结构信道结构 从不同协议层次讲，承载用户各种业务的信道分为三类：从不同协议层次讲，承载用户各种业务的信道分为三类：逻辑信道，传输信道，物理信道。逻辑信

51、道，传输信道，物理信道。物理信道：通过频率，信道编码，扩频码，调制以及时物理信道：通过频率，信道编码，扩频码，调制以及时隙（隙（TDD）来区分的。这些信道提供实际数据位的传输）来区分的。这些信道提供实际数据位的传输 逻辑信道：逻辑信道直接承载用户业务，分为控制信道逻辑信道：逻辑信道直接承载用户业务，分为控制信道和业务信道，这些逻辑信道通过和业务信道，这些逻辑信道通过MAC（Medium Access Control）层影射到传输信道）层影射到传输信道 传输信道：传输信道是无线接口二层和物理层的接口，传输信道：传输信道是无线接口二层和物理层的接口，是物理层对是物理层对MAC层提供的服务，分为专用

52、信道和公共层提供的服务，分为专用信道和公共信道。信道。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2549传输信道传输信道 定义数据是怎样在空中接口中传输的定义数据是怎样在空中接口中传输的 两类：专用传输信道和公共传输信道两类：专用传输信道和公共传输信道 信道结构如图信道结构如图7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2550A A专用传输信道专用传输信道DCH DCH包括上行和下行传输信道包括上行和下行传输信道 用来传送网络和特定用来传送网络和特定UE之间的数据信息或控制信息之间的数据信息或控制信息 DCH可

53、在整个小区中进行全向传输，也可采用智能天线可在整个小区中进行全向传输，也可采用智能天线技术进行波束成型，针对某用户进行传输技术进行波束成型，针对某用户进行传输 DCH可进行快速信息速率改变、快速功率控制和宏分集、可进行快速信息速率改变、快速功率控制和宏分集、软切换等软切换等B B 公共传输信道公共传输信道(a) 广播信道广播信道BCH:下行传输信道下行传输信道,广播系统及小区的特定信广播系统及小区的特定信息息 。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2551(b) 前向接入信道前向接入信道FACH:下行传输信道下行传输信道,在系统知道在系统知道UE

54、所处所处小区时，用来给小区时，用来给UE传送控制信息，传送控制信息，FACH同时也能传送同时也能传送短的用户分组短的用户分组;FACH在整个小区中传输在整个小区中传输;或采用波束成型或采用波束成型天线在小区进行波束传输天线在小区进行波束传输;FACH采用慢速功率控制，并采用慢速功率控制，并要求带有要求带有UE的的ID.( )寻呼信道寻呼信道PCH：下行传输信道，系统不知：下行传输信道，系统不知UE所处小区所处小区时，用时，用PCH给给UE传送控制信息，传送控制信息，PCH总在整个小区中发总在整个小区中发送。送。(d) 随机接入信道随机接入信道RACH:上行传输信道上行传输信道,用来传送来自用来

55、传送来自UE的的控制信息，也可用来传送较短的用户分组数据。用户在控制信息，也可用来传送较短的用户分组数据。用户在RACH信道发送数据时，可能发生碰撞信道发送数据时，可能发生碰撞,RACH采用开环采用开环功率控制功率控制.(e)下行共享信道下行共享信道DSCH:上行传输信道上行传输信道,用来传送数据量较小用来传送数据量较小的分组的分组.7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2552(f) 公共分组信道公共分组信道CPCH:下行传输信道下行传输信道.几个传送专用控制或几个传送专用控制或业务数据的业务数据的UE共享一个共享一个DSCH,DSCH信道只包含

56、数据信息，信道只包含数据信息，不包含控制信息，必须利用不包含控制信息，必须利用DCH中的控制信息。中的控制信息。7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2553 物理信道物理信道 由某一载波频率、码由某一载波频率、码(信道码和扰码信道码和扰码)、相位确定、相位确定 在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码任何一种在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码任何一种不同，都可确定为不同的信道不同，都可确定为不同的信道 物理信道包括物理信道包括3层结构：超帧、无线帧和时隙。层结构：超帧、无线帧和时隙。 超帧长超帧长720ms，包括包括72个无线帧。无线帧包括

57、个无线帧。无线帧包括15个时隙个时隙的信息处理单元，时长的信息处理单元，时长10ms。时隙包括一组信息符号。时隙包括一组信息符号的单元，每时隙符号数取决于物理信道，每个符号的码的单元，每时隙符号数取决于物理信道，每个符号的码片数量与物理信道的扩频因子相同。片数量与物理信道的扩频因子相同。 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-25547.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2555A 上行物理信道上行物理信道 两种：上行专用物理数据信道两种：上行专用物理数据信道DPDCH和上行专用物理控制和上行专用物理控

58、制信道信道DPCCH，DPDCH和和DPCCH在无线帧通过在无线帧通过I/Q复用复用 DPDCH用来传输层用来传输层2及更高层产生的专用数据；及更高层产生的专用数据；DPCCH用用来传输层来传输层1的控制信息的控制信息 上行上行DPDCH和和DPCCH的作用：的作用： 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2556B上行公共物理信道上行公共物理信道(a) 物理随机接入信道物理随机接入信道PRACH:用来传送用来传送RACH,传输基于快速传输基于快速捕获指示的时隙捕获指示的时隙ALOHA方式方式.(b) 物理分组信道物理分组信道PCPCH:用来传送用

59、来传送CPCH,传输基于传输基于CSMA-CD方法方法C 下行专用物理信道下行专用物理信道DPCH 可看作下行可看作下行DPDCH和下行和下行DPCCH的时分复用的时分复用 DPCH包括专用的数据及控制信息。专用数据用于传输层包括专用的数据及控制信息。专用数据用于传输层2或更高层产生的数据，控制信息用于传输层或更高层产生的数据，控制信息用于传输层1的控制信号的控制信号 下行下行DPDCH和下行和下行DPCCH作用：作用：7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2021-12-2557D 下行公共物理信道下行公共物理信道(a)公共控制物理信道公共控制物理信道CCPCH

60、:分为分为P-CCPCH(基本基本CCPCH)和和S-CCPCH(辅助辅助CCPCH) ,S-CCPCH：用来传送用来传送FACH和和PCH.(b）同步信道）同步信道SCH 用于小区搜索用于小区搜索 分成基本同步信道分成基本同步信道P-SCH和辅助同步信道和辅助同步信道S-SCH(c) 物理下行共享信道物理下行共享信道PDSCH 用于传送用于传送DSCH 与一个与一个DPCH相联系，所需控制信息在相联系，所需控制信息在DPCH上传送上传送(d) 捕获指示信道捕获指示信道AICH 用于传送捕获指示信号用于传送捕获指示信号AI 7.3 第三代移动通信系统结构及其特征第三代移动通信系统结构及其特征2