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9.4cdma2000系统的无线传输技术9.3TD-SCDMA系统的无线传输技术9.2WCDMA系统的无线传输技术9.1概述第9章宽带CDMA移动通信系统第9章宽带CDMA移动通信系统§9.1概述实现一种能够提供更高比特率的数据业务和更好的频谱利用率,使终端能够在全世界不同的网络间无缝漫游的系统以取代第一、二代移动通信系统，是推动宽带CDMA移动通信系统发展的主要动力。1996年，由于预期该系统在2000年左右投入使用，一期主频段位于2GHz附近，最高数据速率为2Mbit/s，ITU正式将其命名为IMT-2000，即第三代移动通信系统（3G）。表9-1所示为ITU对IMT-2000业务的最低性能要求。表9-1IMT-2000业务的最低性能要求第9章宽带CDMA移动通信系统实时（固定延迟）非实时（可变延迟）应用环境峰值比特率BER/最大传输时延峰值比特率BER/最大传输时延卫星（终端相对地面速度可以达到1000km/h）最少9.6kbit/s（最好更高）最大传输时延400msBER=10−3～10−7最少9.6kbit/s（最好更高）最大传输时延1300msBER=10−5～10−8农村室外（终端相对地面速度可以达到500km/h）最少144kbit/s（最好384kbit/s）最大传输时延20～30msBER=10−3～10−7最少144kbit/s（最好384kbit/s）最大传输时延150msBER=10−5～10−8城市/郊区室外（终端相对地面速度可以达到130km/h）最少384kbit/s（最好512kbit/s）最大传输时延20～30msBER=10−3～10−7最少384kbit/s（最好512kbit/s）最大传输时延150msBER=10−5～10−8室内/小范围室外（终端相对地面速度可以达到10km/h）最少2048kbit/s最大传输时延20～30msBER=10−3～10−7最少2048kbit/s最大传输时延150msBER=10−5～10−8IMT-2000空中接口的主要目标如下：●全球同一频段、统一标准、无缝隙覆盖、全球漫游；●提供多媒体业务：车速环境144kbit/s；步行环境384kbit/s；室内环境2Mbit/s；●便于过渡、演进：由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代网络第九章宽带CDMA移动通信系统一定要能在第二代网络的基础上逐步灵活演进而成，并应与固定网兼容；●高服务质量；●高频谱利用率；●低成本：袖珍手机，价格低；●高保密性能。第九章宽带CDMA移动通信系统第9章宽带CDNA移动通信系统相比于2G的IS-95，3GCDMA标准采用了较宽的带宽（如WCDMA最小带宽为5MHz），故称为宽带CDMA系统。选择这一带宽的原因：1）对于第三代系统，5MHz带宽可以获得144kbit/s和384kbit/s的数据速率，并且可以提供合理的容量，即使2Mbit/s的峰值速率也可以在有限的条件下提供；2）较宽的5MHz带宽比较窄的带宽更能解决多径问题，从而增加分集，改进性能。IMT-2000系统的构成如图9-1所示，它主要由三个功能子系统：即核心网（CN）、无线接入网（RAN）、用户设备（UE）构成，第9章宽带CDNA移动通信系统图9-1IMT-2000的功能模型及接口三种主流第三代移动通信系统标准的主要技术性能比较如表9-2所示。表9-2三种主流第三代移动通信系统标准主要技术性能比较第9章宽带CDNA移动通信系统WCDMATD-SCDMAcdma2000基本带宽/MHz51.61.25/3.75码片速率/（Mchip/s）3.841.281.2288/3.6864多址方式DS-CDMATD-CDMADS-CDMA和MC-CDMA帧长/ms1010（子帧5ms）采用技术类型直接序列扩频DSTC多载波MC双工方式FDDTDDFDD信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码扩频方式QPSKQPSKQPSK交织卷积码：帧内交织Turbo码：帧内交织卷积码：帧内交织Turbo码：帧内交织块交织数据调制QPSK（上行链路）BPSK（上行链路）QPSK和8PSK（高速率）QPSK（上行链路）BPSK（上行链路）第9章宽带CDMA移动通信系统语音编码固定速率固定速率可变速率前向扩频Walsh（信道化码）+Glod码218（区分小区）Walsh（信道化码）+PN码（区分小区）Walsh（信道化码）+M序列215（区分小区）反向扩频Walsh（信道化码）+Glod码225（区分用户）Walsh（信道化码）+PN码（区分用户）Walsh（信道化码）+m序列242−1（区分用户，不同用户相移不同）相干解调前向：专用信道采用导频符号与业务码时间复用（TM），并采用公共连续导频（CM）反向：专用导频信道（TM）前向和反向都采用专用导频信道（TM）前向：采用独立连续导频复用（CM）反向：专用导频信道（CM）功率控制开环+快速闭环功控（1.5kHz）控制步长：用户设备1dB、2dB或3dB；基站0.5或15dB开环+快速闭环功控（200Hz）控制步长1dB、2dB或3dB开环+快速闭环功控（800Hz）控制步长1dB（可选0.5/0.25dB）核心网GSM-MAPGSM-MAPASNI-41基站间同步异步、同步（可选）同步（GPS）同步（GPS或其他方式）3G主流标准—WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000的主要区别在于空中接口的无线传输技术上。第三代移动通信系统的无线传输采用了多种新技术，其关键技术包括：1）初始同步技术2）多径分集接收技术3）信道编译码技术4）智能天线技术5）多用户检测技术：6）功率控制技术第9章宽带CDMA移动通信系统第9章宽带CDMA移动通信系统1.第三代移动通信系统网络架构UMTS（UniversalMobileTelecommunication，通用移动通信系统）系统中UMTS网络由用户设备（UE）、无线接入网（UMTSTerrestrialRAN，UTRAN）和核心网（CN）三部分构成。高层系统结构如图9-2所示。图9-2UMTS高层系统结构第9章宽带CDMA移动通信系统一个典型的UMTSPLMN（UMTSPublicLandMobileNetwork，通用移动通信系统公众陆地移动网）组成如图9-3所示，为了便于说明网络连接的情况，图中也包含了诸如ISDN、PSTN、Internet等其他类型的外部网络。图9-3UMTSPLMN组成第9章宽带CDMA移动通信系统2.空中接口协议结构WCDMA的总体协议结构如图9-4所示。从UE经接入网UTRAN至核心网之间的协议栈，整体上可以分为非接入层（Non-AccessStratum，NAS）和接入层（AccessStratum，AS）。图9-4WCDMA协议栈总体结构第9章宽带CDMA移动通信系统根据所传数据内容的不同，协议分为用户平面和控制平面。用户平面：传输用户业务数据；控制平面：用于传输信令。空中接口协议分为三层：（1）物理层：物理层通过传输信道向MAC层提供服务。（2）数据链路层：MAC层和RLC层是数据链路层的两个重要组成部分。（3）网络层：负责将数据从物理连接的一端传到另一端第9章宽带CDMA移动通信系统WCDMA空中接口（Uu）的协议结构如图9-5所示。图9-5空中接口协议结构第9章宽带CDMA移动通信系统§9.2WCDMA系统的无线传输技术1.概述WCDMA主要由欧洲ETSI和日本ARIB提出，是IMT-2000的一个重要分支，是目前全球范围内应用最广泛的一种3G技术。WCDMA系统的基本特点如表9-3所示。WCDMA还可采用一些先进的技术，如自适应天线、多用户检测、分集接收、分层式小区结构等，来提高整个系统的性能。第9章宽带CDMA移动通信系统表9-3WCDMA系统的基本特点码片速率/Mchip/s3.84多址方式直扩码分多址（DS-CDMA）系统带宽/MHz5帧长/ms10扩频因子上行4～256下行4～512调制方式上行链路采用HPSK调制，下行链路采用QPSK调制，同时采用了复加扰技术，上下行链路采用了相干解调扩频方式上行链路采用225−1的Glod码来区分不同用户，下行链路采用218−1的Glod码来区分不同基站。同时，上下行均采用可变扩频因子正交码区分不同信道编码方式除采用码率为1/2和1/3的卷积编码外，还增加了用于高速率数据业务传输的Turbo编码技术多速率方式采用可变扩频因子和多码传输功率控制方式上下行同时采用了开环和快速闭环功控，功控速率达到1.5kHz切换方式软切换和硬切换第9章宽带CDMA移动通信系统2.传输信道及物理信道(1)传输信道：分为公共传输信道（多个UE共用的传输信道资源）和专用传输信道（只为一个用户使用的传输信道资源）。1）公共传输信道：①广播信道（BCH②寻呼信道（PCH）③前向接入信道（FACH④随机接入信道（RACH）⑤下行共享信道（DSCH）⑥公共分组信道（CPCH）第9章宽带CDMA移动通信系统2）专用传输信道：专用信道（DCH）(2)物理信道1）上行链路物理信道：分为上行公共物理信道和上行专用物理信道两大类，每类包括的信道类型如表9-4所示。表9-4上行链路物理信道类型物理信道类型缩写上行链路公共物理信道随机接入物理信道PRACH公共分组物理信道PCPCH上行链路专用物理信道专用物理数据信道DPDCH专用物理控制信道DPCCH第9章宽带CDMA移动通信系统2）下行链路物理信道：下行链路物理信道分为下行公共物理信道和下行专用物理信道两大类，每类包括的信道类型如表9-5所示。表9-5下行链路物理信道类型下行链路公共物理信道物理信道类型缩写公共导频信道CPICH主公共控制物理信道P-CCPCH辅公共控制物理信道S-CCPCH同步信道SCH物理下行共享信道PDSCH捕获指示信道AICH接入前导请求指示信道AP-AICH冲突检测/信道分配指示信道CD/CA-ICH寻呼指示信道PICHCPCH状态指示信道CSICH下行链路专用物理信道专用物理数据信道DPDCH专用物理控制信道DPCCH第9章宽带CDMA移动通信系统（3）传输信道向物理信道的映射图9-6传输信道到物理信道的映射(,)(,)12,kikinnbb,第9章宽带CDMA移动通信系统（4）物理信道帧结构在物理信道上，每个时隙传送一个数据块。若干个时隙构成一个帧(物理信道的基本结构)。WCDMA系统的帧长为10ms，分为15个时隙。时隙长度为0.667ms，含2560个码片，对应于一个功率控制指令周期。上、下行专用物理信道的帧结构如图9-7、9-8所示。(,)kind第9章宽带CDMA移动通信系统图9-7上行专用物理信道的帧结构第9章宽带CDMA移动通信系统图9-8下行专用物理信道的帧结构下行链路可能采用多码传输，此时，物理层的控制信息仅放在第一个下行DPCH上，其他附加的DPCH相应的控制信息的传输时间没才发送任何信息。即第9章宽带CDMA移动通信系统采用不连续发射（DTX）,如图9-9所示：图9-9多码传输时下行链路的时隙格式第9章宽带CDMA移动通信系统3.WCDMA信道编码与复用◆目的：在无线传输链路上提供可靠的数据传输服务◆物理层的编码和复用处理包括：●差错检测和纠正●信道编码●速率匹配●交织●传输信道和物理信道之间的映射高层的信息在经过编码和复用处理后，成为以10ms无线帧为周期、按物理信道分类的成帧信息比特序列。第9章宽带CDMA移动通信系统1)编码和复用涉及的基本概念◆相关概念：●传输块（TransportBlock，TB）——数据交换的基本单元●传输块大小（TransportBlockSize）——传输块所含比特数●传输时间间隔（TransmissionTimeInterval，TTI）——传输信道的参数，在集合{10ms，20ms，40ms，80ms}中取值。第9章宽带CDMA移动通信系统●传输格式（TransportFormat，TF）——用于指示在传输信