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第18章W-CDMA/3GPP通信系统设计•3GPP关键技术•ADS3GPP工具箱使用•W-CDMA/3GPP通信系统仿真【本章重点】第18章W-CDMA/3GPP通信系统设计移动通信在经历了两代发展之后，第三代移动通信技术(3G)已经成熟并开始商用。3G的目标是为用户提供质量更佳的移动语音、宽带移动数据和移动多媒体业务，提供更大的系统容量和更高的频谱利用率，满足人们对通信个性化的需求。为了适应移动数据业务和多媒体业务的发展，3G核心网络也在随之不断地演进。毫无疑问，新一代移动核心网络将凭借其先进的网络架构及技术，确保快速、高质量地提供语音、数据及多媒体业务。W-CDMA、CDMA2000和TD-SDMA是国际第三代移动通信技术的三大主流标推。W-CDMA是基于GSM/GPRS基础演进而来的，并且由于GSM和GPRS网络的普及程度以及WCDMA自身的特点而得到了广泛的支持和应用。本章主要介绍基于W-CDMA的3GPP核心技术，并利用ADS完成W-CDMA/3GPP通信系统的仿真。18.13GPP关键技术概述随着数据业务的飞速发展，数据接入的可移动性要求不断突现，支持高带宽、可移动无线数据接入的第三代移动通信技术（TheThirdGeneration，3G）浮出水面。第三代移动通信系统IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication2000）是国际电信联盟(InternationalTelecommunicationsUnion，ITU)在1985年提出的，当时称为未来公共陆地移动电话系统(FuturePublicLandMobileTelephoneSystem，FPLMTS)，1996年正式更名为IMT-2000。与现有的第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括为：全球普及和全球无缝漫游；具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet的能力；便于过渡和演进；高频谱利用率；能够传送高达2Mbit/s的高质量图像。3G标准化组织主要有3GPP(3rdGenerationPartnershipProject)和3GPP2，以CDMA（CodeMultipleAccess，码分多址）技术为核心。国际上第三代移动通信技术的主流标准有三种，它们分别是CDMA200、W-CDMA（WideCDMA）和TD-SCDMA（Time-DivisionSynchronizationCDMA）。W-CDMA和TD-SCDMA是由3GPP组织制订的，而CDMA200是由3GPP2制订的。WCDMA标准目前已经有四个版本，即Release99（简写为R9）、R4、R5和R6，以及正在制订的R7；CDMA2000向3G技术演进上出现两个方向，CDMA20001x的升级版本CDMA20001xEV-DV（Evolution-DataandVoice）（即版本C、D）和支持数据业务的CDMA2001xEV-DO(Evolution-DataOnly)。TD_SCDMA标准目前采用的是中国无线通信标准组织（ChinaWirelessTelecommunicationStand，CWTS）制订的TSM（TD_SCDMAoverGSM)标推。18.1.13G通信网络发展趋势及特点1.发展趋势（1）宽带化宽带化体现为对无线传输能力的要求。3G系统要求能够支持高达2Mbit/s的传输速率。随着新型多媒体业务的发展、话务量的提升等，对3G系统及下—代无线网络的无线传输速率要求会越来越高，即宽带化是3G网络的基本发展趋势之一。（2）网络融合为了保护2G网络投资，降低3G网络业务运营的风险，在3G标准的制定中，要求考虑从多种标准的2G网络向3G网络的平滑演进。为了实现移动业务与固网业务的融合，实现业务无缝覆盖和多种网络资源共享，降低业务运营和网络维护成本，在3G标准制定中，要求考虑3G网络与固网互通问题。尽管目前存在多种3G技术标准，但不同3G技术标准网络之间，以及各种3G技术标准网络与固网之间的互通仍需逐步解决。2.特点（1）全IP的核心网络核心网采用IP交换机制，其主要目标是采用基于IP组网的传输技术，以方便设备的部署，节省建网投资；将信令控制与业务处理分离，便于业务的升级，扩大应用范围；用媒体网关和信令网关完成与传统网络的隔离和互通；系统内部的拓扑结构、安全性等对外部网络而言是不可见的，外部网络实体对其不产生干扰；在具备流量工程保证环境的条件下，使用以太网交换机和路由器，使整个系统的技术和经济性与国际最新水平同步，并不断提高。（2）智能化的网元3G的智能网可以是从2G的智能网演进而来，3GPP在制定协议时已经最大可能地重用传统的2G智能网协议，这样可以降低建设成本。对于CSE（CAMELServiceEnvironment，CAMEL业务环境），只需做较少的改进就可以在3G全IP网络中支持传统的智能业务，如预付费、VPN（VirtualPrivateNetwork，虚拟专网）等，当然，CSE需要提供基于IP的CAP/TCAP。在3G网络中，智能网的功能分布在各个网元中，各网元具有SSP（ServiceSwitchingPoint，业务交换结点）功能。对于2G的网元（例如2G的MSC），可以通过升级的方式使其具有SSP功能，对于3G的网元，在网络的建设初期就应该考虑到智能应用。在构成3G的核心网络中，SGSN（ServiceGPRSSupportingNode，服务GPRS支持结点）应具有GPRSSSSF功能，CSCF（CallSessionControlFunction，呼叫状态控制功能）应具有softSSF功能。可以说，智能网功能可以看作是3G核心网一个不可分割的部分。（3）核心网络与业务分离3G的业务可以由第三方运营商或厂家来提供，它通过将自己的业务服务器与3G核心网相连接以便向用户提供3G新业务。终端可以从第三方运营商的业务服务器下载业务应用程序，以便使用所提供的业务。由于3G核心网与业务是分离的，所以3G可以为用户提供各类丰富的、极具个性化业务。18.1.23G主流标准概述2000年5月，ITU在土耳其召开全会，经对IMT-2000无线接口技术标准的10个候选方案的频谱效率、网络接口、Qos、技术复杂性、覆盖率、灵活性和设备体积等诸多方面的全面评估，正式确认了五种标准，分别是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CDMA和SC—TDMA、MC-TDMA，这是一个以CDMA技术为主体，兼顾IDMA技术，包含FDD（FrequencyDivisionDuplex，频分双工)和TDD(TimeDivisionDuplex，时分双工)两种双工方式的多元化体系标准。从移动通信技术发展趋势和可实现业务功能分析，基于CDMA制式的三种标准被普遍看好，分别对应WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种技术，它们被认为是3G的三大主流应用技术标准。1.W-CDMAW-CDMA的主要技术指标是：支持高速数据传输（慢速移动时384Kbit/s，室内走动时2Mbit/s)，异步BS，支持可变速传输，帧长10ms，码片速率3.84Mbit/s。其主要特点如下：基站同步方式，支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活；调制方式，上行为BPSK，下行为QPSK，解调方式为导频辅助的相干解调；接入方式为DS-CDMA方式；采用三种编码方式，在语音信道采用卷积码（R=1/3，k=9）进行内部编码和Veterbi解码，在数据信道采用ReedSolomon编码，在控制信道采用卷积码（R=1/2，k=9）进行内部编码和Veterbi解码；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，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比（对于低速率的32Kbit/s、64Kbit/s、128Kbit/s的业务）和多码并行传送（对于高于128Kbit/s的业务）的方式来实现；上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性；BTS（BaseTransceiverStation，基站收发台）之间无需同步，因为BS（BaseStation，基站）可收发异步的PN码，即BS可跟踪对方发出的PN码，同时MS也可用额外的PN码进行捕获与跟踪，因此可获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在BTS之间无需进行同步；支持软切换和硬软切换，切换方式包括三种，即扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。W-CDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，W-CDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利，网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务，培育数据业务消费群体，逐步过渡到3G。2.CDMA2000CDMA2000是从CDMAOne演进而来的第三代移动通信技术。事实上，CDMA2000标准是一个体系结构，称为CDMA2000family，它同样还包含一系列的子标准，由CDMAOne向3G演进的途径为CDMAOne、CDMA20001X、CDMA20003x和CDMA20001xEV。其中从CDMA20001x之后均属于第三代技术。其技术特点如下：前反向同时采用导频辅助相干解调；扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户；射频带宽从1.25MHz到20MHz可调；快速前向和反向功率控制；下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量；在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mchip/s和1.22Mchip/s，多载波方式能很好地兼容IS-95网络；支持F-QPCH，可延长手机待机时间；核心网络基于ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性；支持软切换和硬软切换；设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能；在同步方式上CDMA2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。CDMA2000的发起者主要是美国和韩国为主的以IS-95CDMA为标准的制造两和运营公司，CDMA2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点，网络运营商同样可以通过在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。3.TD-SCDMATD-SCDMA是采用时分双工模式（TDD）的第三代移动通信系统，其主要技术特点如下：信号带宽为1.6MHz；码片速率为1.28Mchip/s；采用智能天线技术，提高了频谱效率：采用同步CDMA技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度；接收机和发射机采用软件无线电技术；采用联合检测技术，降低多址干扰；多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务；采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率；语音编码AMR与GSM兼容；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性：基站间采用GPS或者网络同步方式，降低基站间干扰。TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天线的第三代移动通信系统。因其采用TDD模式，上、下行链路采用同一频率，在同一时刻上下行链路的空间物理特性是完全相同的，故可以充分发挥智能天线的作用。TD-SCDMA系统比较适合用于人口密度高，频率资源紧张，移动速度要求不是很高，但需要大量小半径、高容量的小区覆盖的地区。同时在这些地区数据业务，特别是Internet等非对称数据业务的需求比较大时，TD-SCDMA更能够充分发挥其技术优势。18.2W-CDMA/3GPP通信系统仿真概述本章针对W-CDMA标准，利用ADS的W-CDMA/3GPP工具箱对3G系统进行仿真，仿真包括以下5部分内容如下：•直接序列展频（DirectSequenceSpreadSpectrum）•基站信号源（BaseStationSi