第6章WCDMA移动通信系统

第6章WCDMA移动通信系统WCDMA移动通信系统的特点6.1WCDMA网络结构与接口6.2移动通信系统的演进线路图第三代（3G）移动通信系统（IMT-2000）是国际电信联盟（ITU）制订的一个能够提供移动综合电信业务的通信系统。3G将把移动无线接入技术以及蜂窝移动通信系统提供的业务功能提高到一个前所未有的水平。3G系统无论在技术还是业务应用上，对于运营商来说都是一个全新的课题，3G系统与现有的2G系统有着根本的不同。

第三代移动通信系统本质上，3G系统采用CDMA和分组交换技术，而2G系统则通常采用的TDMA和电路交换技术。在电路交换的传输模式下，无论通话双方是否说话，线路在接通期间保持开通，并占用带宽，因此与现在的2G系统相比，3G系统将支持更多的用户，实现更高的传输速率。在当今Internet数据业务不断升温、固定宽带接入速率（HDSL、ADSL、VDSL）不断提升的背景下，第三代移动通信系统也从市场应用需求上得到了极大的催动，从而越来越被电信运营商、通信设备制造商和普通用户所关注。

第三代移动通信系统概述比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip)输入含有信息的数据称为比特（bit）在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被称为符号(symbol)经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)前向(Forward)（正向）：从基站到移动台反向(Reverse)（后向）：从移动台到基站补充1—常见术语补充2功率控制技术在CDMA系统中，功率控制是所有关键技术的核心。如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服远近效应，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。反向开环功率控制：CDMA系统的每一个移动台都一直在计算从基站到移动台的路径衰耗，当移动台接收到的信号很强时，表明要么离基站很近，要么有一个特别好的传播路径。这时移动台可降低它的发射功率，而基站依然可以正常接收；相反当移动台接收到的来自基站的信号很弱时，它就增加发射功率，以抵消衰耗，这就是开环功率控制。反向开环功率控制反向闭环功率控制：CDMA系统的前向、反向信道分别占用不同的频段，收、发间隔为45MHz，使得这两个频道衰减的相关性很弱。在整个测试过程中，两个信道衰减的平均值应该相等，但在具体某一时刻，则很可能不等。这就需要基站根据目前所需信噪比与实际接收的信噪比之差随时命令移动台调整发射功率（即闭环调整）。反向闭环功率控制前向功率控制：前向信道总功率是按一定比例分配给导频信道、同步信道、寻呼信道以及所有的前向业务信道的。因为不同移动台可能处在不同的距离和不同的环境，基站到每一个移动台的传输损耗都不一样，因此基站必须控制发射功率，给每个用户的前向业务信道都分配以适当的功率。这种基站视具体情况对不同业务信道分配不同功率的方法称为前向功率控制。前向开环功率控制前向功率控制可避免基站向距离近的移动台辐射过大的信号功率，也可防止或减小由于移动台进入传播条件恶劣或背景干扰过大的地区但信号较弱而产生较大的误码率，引起通信的质量下降。基站通过移动台发送的前向误帧率FER的报告决定增加或减小发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。定期报告就是每隔一定时间汇报一次，门限报告就是当FER达到一定门限值时才报告。这两种报告方式可同时使用，也可只使用其中一种，或两种都不用，可根据运营者的具体要求来设定。前向功率控制的最大调整范围为±6dB。6.1WCDMA移动通信系统的特点

图6-1所示为从GSM到WCDMA的演进示意图。 WCDMA网络的主要特点如下。图6-1GSM到WCDMA的演进1．工作频段和双工方式 WCDMA支持两种基本的双工工作方式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。

在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz的载频，发射和接收频率间隔分别为190MHz和80MHz。

在TDD模式下只使用一个5MHz的载频，上下行信道不是成对的，上下行链路之间分时共享同一载频。载频的中心频率为200kHz的整数倍，发射和接收同在一个频率上。2．多址方式 WCDMA是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统，通过用户数据与

扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上去。3．语音编码 WCDMA中的声码器采用自适应多速率（AdaptiveMulti-Rate，AMR）技术。

多速率声码器是一个带有8种信源速率的集成声码器。4．信道编码 WCDMA系统中使用的信道编码类型有两种：卷积编码和Turbo编码。

很多移动通信系统均采用卷积码作为信道编码，比如GSM系统、IS-95系统以及第三代移动通信系统。 Turbo编码在低信噪比条件下具有优

越的纠错性能，能够有效降低数据传输的误码率，适于高速率且对译码时延要求不高的分组数据业务。 WCDMA系统中，当业务信道（公用和专用传输信道上）的数据传输速率小于或等于32kbit/s时，采用卷积编码，码率1/2或1/3，约束长度K

=

9；数据传输速率大于或等于64kbit/s时，采用Turbo编码。5．功率控制

功率控制解决的基本问题是远近效应，即解决接收机接收到近距离发射机的信号比较容易，而接收到远距离发射机的信号比较困难的问题。6．切换

切换的目的是为了当UE在网络中移动时保持无线链路的连续性和无线链路的质量。7．同步方式 WCDMA不同基站间可选择同步和异步两种方式。8．可变数据速率 WCDMA系统支持各种可变的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。图5-2WCDMA可变数据速率示意图5.2WCDMA网络结构与接口图5-3UMTS网元和接口无线网络子系统RNS包含无线网络控制器RNC和NodeB。RNC在逻辑上对应于GSM系统中的基站控制器BSC，NodeB在逻辑上对应于GSM系统中的基站BTS。无线网络控制器RNC的主要功能为：

（1）提供寻呼、系统信息广播、切换、功率控制等基本的业务功能。

（2）电路域数据业务和分组域数据业务的承载。

（3）动态信道分配等信道分配的管理。

（4）移动台准予接入、小区切换、软容量等的控制管理。

（5）提供手持终端和遥控网管两种方式的配置、维护、告警和性能统计等操作维护管理功能。NodeB（相当于基站）包括无线收发信机和基带处理部件，主要功能为：

（1）扩频、调制和信道编码。

（2）解扩、解调和信道解码。

（3）射频信号处理。

（4）基带信号和射频信号的相互转换功能。

（5）接受无线网络控制器RNC传输来的信号并加以处理。核心网CN由电路域部分的设备和分组域部分的设备两部分组成。电路域部分设备是移动交换中心MSC及移动台归属位置寄存器HLR和移动台访问位置寄存器VLR。分组域部分设备是分组业务支持节点SGSN和分组网关支持节点GGSN。移动交换中心MSC的主要功能：电路域的呼叫接续；电路域的移动性管理、电路域部分的鉴权和加密。分组业务支持节点SGSN的主要功能：移动台的分组业务的移动性管理、会话管理、路由转发、鉴权和加密等。分组网关支持节点GGSN的主要功能：为移动台提供IP地址分配；配合进行用户验证和分组业务支持节点SGSN之间传输用户数据包和承载IP数据包；完成与外部数据网络之间的数据包收发功能，计费信息的收集和话单的保存。归属位置寄存器HLR的主要功能：移动用户签约信息的存储；电路域和分组域的移动性管理与呼叫路由选择、鉴权等。访问位置寄存器VLR的主要功能：进入所属服务区域的移动台的信息存储、电路域和分组域的移动性管理与呼叫路由选择等。外部网络

核心网的电路交换域（CS）通过GMSC与外部网络（EN）相连，如公用电话交换网（PSTN）、综合业务数据网（ISDN）及其他公共陆地移动网（PLMN）。

核心网的分组交换域（PS）通过GGSN与外部的Internet网及其他分组数据网（PDN）

等相连。6.2.2基于R99、R4、R5/R6的核心网结构 R99网络中核心网完全继承了GSM/GPRS的结构，包括电路域和分组域两部分，引入了新的无线接入技术（WCDMA），兼容GSM/GPRS无线终端接入。 R4网络中的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念，引入了软交换技术。而在无线接入网没有太多变化。

在R5网络中，核心网叠加了IP多媒体子系统（IMS），无线接入网引入了HSDPA技术，无线接入网和核心网中采用全IP传输。

在R6网络中，网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能或对已有功能的增强。R5网络结构及接口

（1）R5网络结构 R5版本在无线接入网方面的改进如下。

①提出高速下行分组接入（HSDPA）技术，使下行数据速率峰值可达14．4Mbit/s。

②Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可选择传输方式，保证无线接入网实现全IP化。（2）IMS特点图6-7R5网络结构图6-8含IMS子系统的R5版本网络结构 IMS主要特点如下。

①实现了会话控制实体和承载控制实体在功能上的分离，体现了“业务与控制分离”、“控制与接入和承载分离”的原则，网络构架层次化为不同网络的互通和业务的融合奠定了基础。

②IMS继承了移动通信