移动通信第9章

1、济南大学信息科学与工程学院第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统(二)济南大学信息科学与工程学院内容 第三代移动通信概述 WCDMA体系结构 UTRAN基本结构 WCDMA无线接口 3GPP标准版本的演进 济南大学信息科学与工程学院第三代移动通信概述济南大学信息科学与工程学院AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模拟第二代 90年代数字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA2.5G:GPRS2.75G:EDGE济南大学信息科学与工程学院IM

2、T-2000的含义3G最早由ITU(ITU(国际电信联盟国际电信联盟) )在1985年提出，称为未来公众陆地移动通信系统（未来公众陆地移动通信系统（FPLMTSFPLMTS）。目标：建立全球化的，支持综合化的业务快速移动环境：144kb/s慢速移动环境：384kb/s室内环境：2Mb/s1996年更名为IMT-2000IMT-2000。 1.工作在2000Mhz左右频段 2.提供2000Kbit/s的业务速率 3.计划在2000年左右试商用济南大学信息科学与工程学院ITU IMT-2000T1P1CWTSWCDMATD-SCDMAETSITTAARIB/TTCCDMA20001xRTT/ 3x

3、RTT1xEV-DO1xEV-DVTIA3G标准化组织济南大学信息科学与工程学院3G的三大主流技术标准比较WCDMAcdma2000TD-SCDMA最小带宽需求5MHz1.25MHz1.6MHz扩频技术类型单载波宽带直接序列扩频CDMA多载波和直接扩频两种CDMA时分同步CDMA双工方式FDD/TDDFDDTDD信道间隔5MHz1.25MHz1.6MHz码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps帧长10ms20ms10ms基站间同步异步（不需GPS）同步（需GPS）同步（主从同步）调制方式（前向/反向）QPSK/BPSKQPSK/BPSKQPSK/8PSK扩频因子4-5124

4、-1281-16语音编码器自适应多码速率语音编码器，（AMR）可变速率IS-773，IS-127AMR语音编码 济南大学信息科学与工程学院WCDMA体系结构济南大学信息科学与工程学院WCDMA体系结构3G WCDMA系统包括三大部分： 终端（UE） 核心网（CN） 无线接入网（RAN）整个系统可分为两个域： UE 用户设备域 （ User Equipment Domain） CN RAN 基本架构域 （Infrastructure Domain）有时，核心网和无线接入网又合称承载网济南大学信息科学与工程学院WCDMA网络结构SGSNUERNCNode BWCDMA Access Network

5、Core NetworkBTSMSCBSCGSM Access NetworkPacketSwitchedNetworkVoice SwitchedNetworkUTRAN济南大学信息科学与工程学院WCDMA 网络基本结构网络基本结构 IPNetworkGGSNSGSNMSC/VLRRNCNode BNode BIu PSRNCNode BNode BIubUuIu CSIurGMSCMSC/VLRSGSN济南大学信息科学与工程学院UTRAN基本结构济南大学信息科学与工程学院图图9-2 UTRAN的结构的结构 数据NdatabitCSPSRNSRNSRNSIuIurIuIubIubIubIub

6、Node BNode BNode BNode B济南大学信息科学与工程学院UTRAN 基站（Node B）基站（基站（NODE B)主要功能主要功能 对用户终端： 实现Uu接口的无线接入物理信道功能，即把传输信道的信息映射到无线物理信道上，并通过空中接口（Uu）发送到终端。 对网络端：通过定义的NBAP协议来实现Iub接口的功能。 根据RNC的控制指令来管理和配置小区的公共资源以及与UE有关的专用资源。 R5及以后的版本，在NODE B中还增加了HSDPA和HSUPA功能，如快速调度、数据包重发等。济南大学信息科学与工程学院UTRAN 无线网络控制器（无线网络控制器（RNC） 无线网络控制器（

7、无线网络控制器（RNC)RNC)的主要功能的主要功能 RNC是无线接入网（UTRAN)的交换和控制中心。 它主要包括两部分功能： 1. UTRAN无线资源管理(RRM) 接入控制 切换 负载控制 功率控制（内环功控） 信道配置和重配等 2. 控制功能 小区（基站）的管理控制 无线承载（RB）数据处理和管理 业务和信令承载建立和释放 UTRAN的安全功能 数据库管理 UE定位等 济南大学信息科学与工程学院UTRAN 无线网络控制器（无线网络控制器（RNC） 无线网络控制器（无线网络控制器（RNC)RNC)的逻辑分类的逻辑分类 RNC在逻辑功能上又分为 控制RNC( Controlling RNC

8、 ,CRNC) 服务RNC（Service RNC, SRNC） 漂移RNC (Drift RNC, DRNC) RNC中用于控制基站公共传输资源的功能，称为CRNC。 RNC中针对某个用户业务数据（专用信道）的处理和控制功能，称为SRNC。 DRNC 是相对SRNC来说的，当某个移动用户从SRNC控制的小区移动到其它RNC控制的小区，并产生软切换（通过RNC之间的Iur接口进行分集合并）时，除SRNC之外的RNC就称为DRNC。 在R5和R6的版本中，RNC的功能并无太多的变化，但在内部和外部的传输网络部分增加了基于IP的选项。HSXPA的大部分功能都是增加在NODE B。 济南大学信息科学

9、与工程学院L1L1L1L1MACRLCRRCNASMAC-bRLCRRCATMNBAPFPATMNBAPIubFPMACRLCRRCRNSAPAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPATMAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPNASL1ATMNBAPFPMACRLCRRCRNSAPIur UPAAL2Iu UPMTPSCCPRANAPUuIubIuUENBSRNCDRNCCNIurIur FP济南大学信息科学与工程学院图图9-1 无线接口的分层结构无线接口的分层结构 高层高层RRC子层RLCPDCPBMC逻辑信道MAC传输信道物理层(物理信道)信令和控制控制平面用户信息语音/数据用户平面

10、无线网络层层2配置控制济南大学信息科学与工程学院 RRC(无线资源控制无线资源控制)层层位于无线接口的第三层（无线位于无线接口的第三层（无线网络层），它网络层），它主要处理主要处理UE（用户设备）（用户设备）和和UTRAN（UMTS的陆地无线接入网）的的陆地无线接入网）的第三层控制平面之间的信令第三层控制平面之间的信令，包括，包括处理连接管理功能、无线承载控制功能、处理连接管理功能、无线承载控制功能、RRC连接移动性连接移动性管理和测量功能。管理和测量功能。 MAC（媒体接入控制）层（媒体接入控制）层屏蔽了物理介质的特征，为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

11、形式高层提供了使用物理介质的手段。高层以逻辑信道的形式向向MAC层传输信息，层传输信息， MAC完成传输信息的有关变换，完成传输信息的有关变换， 通通过传输信道将信息发向物理层。过传输信道将信息发向物理层。 济南大学信息科学与工程学院 WCDMA无线接口的物理层无线接口的物理层 根据传输方式或所传输数据的特性，传输信道分为两类：根据传输方式或所传输数据的特性，传输信道分为两类： 专用信道专用信道(DCH) 公共信道公共信道公共传输信道又分为公共传输信道又分为6类：类： 广播信道广播信道(BCH) 前向接入信道前向接入信道(FACH) 寻呼信道寻呼信道(PCH) 下行共享信道下行共享信道(DSC

12、H) 随机接入信道随机接入信道(RACH) 公共分组信道公共分组信道(CPCH)济南大学信息科学与工程学院 物理层将通过信道化码（码道）、频率、正交调物理层将通过信道化码（码道）、频率、正交调制的同相（制的同相（I）和正交（）和正交（Q）分支等基本的物理资源来）分支等基本的物理资源来实现物理信道，实现物理信道， 并完成与上述传输信道的映射。并完成与上述传输信道的映射。 物理信道也分为专用物理信道和公共物理信道。物理信道也分为专用物理信道和公共物理信道。 包包括括3层结构：层结构： 超帧、超帧、 帧和时隙。帧和时隙。 超帧长度为超帧长度为720 ms， 包括包括72个帧；个帧； 每帧长为每帧长为

13、10 ms， 对应的码片数为对应的码片数为38 400 chip； 每帧由每帧由15个时隙组成，代表一个功率控制个时隙组成，代表一个功率控制周期；周期； 每时隙的比特数取决于物理信道的信息传输速每时隙的比特数取决于物理信道的信息传输速率。率。 济南大学信息科学与工程学院 1) 上行物理信道上行物理信道 上行物理信道分为专用上行物理信道和公共上行物上行物理信道分为专用上行物理信道和公共上行物理信道。理信道。 (1) 专用上行物理信道：专用上行物理信道： 专用上行物理数据信道专用上行物理数据信道(上行上行DPDCH)：DPDCH用用于传送专用传输信道于传送专用传输信道(DCH)。在每个无线链路中，

14、。在每个无线链路中，可能有可能有0、 1或若干个上行或若干个上行DPDCH。 专用上行物理控制信道专用上行物理控制信道(上行上行DPCCH)：DPCCH用用于传输物理层产生的控制信息。于传输物理层产生的控制信息。 济南大学信息科学与工程学院 物理层控制信息由为相干检测提供信道估计的物理层控制信息由为相干检测提供信道估计的导导频比特、频比特、 发送功率控制发送功率控制(TPC)命令、命令、 反馈信息反馈信息(FBI)、 可选的传输格式组合指示可选的传输格式组合指示(TFCI)等组成。等组成。 在在WCDMA无线接口中，传输的数据速率、信道无线接口中，传输的数据速率、信道数、发送功率等参数都是可变

15、的。为了使接收机能够数、发送功率等参数都是可变的。为了使接收机能够正确解调，必须将这些参数正确解调，必须将这些参数通过通过DPCCH通知接收机。通知接收机。 TFCI通知接收机在上行通知接收机在上行DPDCH的一个无线帧内的一个无线帧内同时传输的传输信道的瞬时传输格式组合参数。同时传输的传输信道的瞬时传输格式组合参数。 在每在每一个无线链路中，一个无线链路中， 只有一个上行只有一个上行DPCCH。 物理层产生的控制信息物理层产生的控制信息济南大学信息科学与工程学院图图9-3 上行专用物理信道的帧结构上行专用物理信道的帧结构 数据NdatabitDPDCHTslot2560 chip, Ndat

16、a102kbit( k06)导频NpilotbitTFCINTPCIbitFBINFBIbitTPCNTPCbitDPCCH时隙#0 时隙#1时隙#i时隙#14Tslot2560 chip, 10 bit1个无线帧： Tr 10 ms济南大学信息科学与工程学院 (2) 公共上行物理信道。公共上行物理信道。 与上行传输信道相对应，公共上行物理信道也分与上行传输信道相对应，公共上行物理信道也分为两类。为两类。 用于承载用于承载RACH的物理信道称为物理随机接的物理信道称为物理随机接入信道入信道(PRACH)， 用于承载用于承载CPCH的物理信道称为物的物理信道称为物理公共分组信道理公共分组信道(P

17、CPCH)。 物理随机接入信道物理随机接入信道(PRACH)用于移动台在发起呼用于移动台在发起呼叫等情况下发送接入请求信息。叫等情况下发送接入请求信息。 PRACH的传输基于的传输基于时隙时隙ALOHA协议，协议， 可在一帧中的任一个时隙开始传可在一帧中的任一个时隙开始传输。输。 济南大学信息科学与工程学院图图9-4 随机接入的发送格式随机接入的发送格式 123455时隙15时隙#在此开始传输用户数据20 ms前置码前置码前置码消息部分1或2个连续的10 md的帧4096 chip5120 chip(a)01时隙 N时隙 14在10ms无线帧中的时隙用户数10、20、40或80 bit导频比特

18、(8 bit)TFCI(2 bit)消息的数据部分消息的控制部分(b)2560 chip济南大学信息科学与工程学院 物理公共分组信道物理公共分组信道(PCPCH)是一条多用户接入信是一条多用户接入信道，道， 传送传送CPCH传输信道上的信息。传输信道上的信息。 接入协议基于带接入协议基于带冲突检测的时隙载波侦听多址冲突检测的时隙载波侦听多址(CSMA/CD)， 用户可以用户可以在无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输在无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输, 其传输其传输结构如图结构如图9-5所示。所示。 济南大学信息科学与工程学院图9-5 物理公共分组信道（PCPCH）上的传输结构 济南大学信息科学与工程学院WCDMA标准的版本演进济南大学信息科学与工程学院WCDMA技术规范组结构 3GPP的技术规范组 T(终端组) RAN(无线接入网组) CN(核心网组) SA(业务和系统组)济南