WCDMA基础和原理(一)

华信设计2005年5月3G无线网原理和关键技术(一)刘东升Email:[e-mail]:85455066-8500WCDMA基础WCDMA无线资源管理3G商用现状WCDMA基础课程目的了解3G发展情况理解WCDMA系统构成理解WCDMA的技术特点3G基础知识WCDMA系统概述WCDMA的特点和关键参数WCDMA信道概述3G业务和市场现状3G是什么？3G是指第三代移动通信系统，该系统能提供:–多种类型、高质量的多媒体业务;–能实现全球无缝覆盖;–具有全球漫游能力;–与因特网络相兼容;–以在任何时间、任何地点通过小型便携终端进行任何种类的通信。3G的目标能实现全球漫游能提供多种业务能适应多种环境足够的系统容量强大的多种用户管理能力高保密性能和服务质量3G无线传输的技术要求高速传输以支持多媒体业务室内环境至少2Mbps;室内外步行环境至少384kbps;室外车辆运动中至少144kbps;卫星移动环境至少9.6kbps.传输速率能按需分配上下行链路能适应不对称需求3G标准化组织3G的标准化工作实际上是由3GPP和3GPP2两个标准化组织来推动实施的我国的无线通信标准研究组（CWTS）是这两个标准化组织的正式组织成员.华为、大唐也是3GPP的独立成员.3GPP3GPP成立于1998年12月;由欧、日、韩、美等国的多个组织组成;采用WCDMA技术;核心交换侧在现有GSM网络基础上平滑过渡;无线接口标准采用UTRA.UTRA(UniversalTerrestrialRadioAccess):通用地面无线接入.UTRA(UMTSTerrestrialRadioAccess):UMTS地面无线接入3GPP21999年1月，3GPPP2也正式成立;由美、日、韩等国的组织组成;无线接入技术采用CDMA2000和UWC-136为标准，CDMA2000很大程度上采用的是高通公司的专利;核心网采用ANSI/IS-41标准;3G发展史1985年由国际电信联盟（ITU）提出，当时称为公众陆地移动通信系统（FPLMTS）；1996年更名为IMT-2000，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达到2000kbps，预期在2000年左右得到商用；1999年11月5日国际电联第18次会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范”建议，第三代移动通信系统无线接口技术规范的工作基本完成。2G9.6-14.4kbps移动通信系统的演进WCDMAGSMGPRSEDGETDMAGSMGPRSGSMPDCcdma20001xEVcdma20001xcdmaOne2.5G64-144kbps3G384-2Mbps3G+80%oftheusersUpto10Mbps3G主要标准介绍-移动通信系统的演进3种主要技术体制3G基本技术特征开环，闭环(最高200Hz)，外环开环，闭环(最高800Hz)，外环开环，闭环(最高1500Hz)，外环功率控制自适应多速率可变速率(basedonvoiceactivity)自适应多速率(basedonRFcondition)语音编码硬切换或接力切换软切换，频间切换，与IS-95间的切换软切换，频间切换，与GSM间的切换切换QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)调制方式5ms子幀20ms等10ms幀长同步同步(需GPS)异步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps码片速率TDDFDDFDD双工方式TDMA+CDMA单载波宽带直接序列扩频cdma单载波宽带直接序列扩频cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道间隔TD-SCDMAcdma20001XUMTS3G性能比较(有待验证)1xRTT目前最高153.6Kbps目前最高384Kbps可支持的数据速率适合城区组网同UMTS适合各种蜂窝组网制式，适合城区、郊县和乡村应用场合尤其适合于非对称数据业务，如Internet下载适合于对称业务，如语音，交互式实时数据业务，支持非对称业务适合于对称业务，如语音，交互式实时数据业务，支持非对称业务业务特征理论上限为24个12.2kbps话音用户/1.6MHz/扇区(实际容量尚待验证)大约105个用户/5MHz/扇区(约为IS95系统容量的1.5倍)约为100个用户/5MHz/扇区最大容量(纯话音)每信道1.6MHz，上下行共用同一个频率尤其适合于上下行非对称的数据业务成对地使用上下行频率（每信道约为1.25MHz）成对地使用上下行频率（每信道约为5MHz）频率使用方式TD-SCDMAcdma20001XUMTS3G频谱划分国际电联对第三代移动通信系统IMT-2000划分了230MHz频率:–上行1885－2025MHz–下行2110－2200MHz–上下行频带宽度不对称•上行130MHz•下行90MHz–可使用双频FDD方式和单频TDD方式。3G频谱划分3G基础知识WCDMA系统概述WCDMA的特点和关键参数WCDMA信道概述系统概念UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystems：通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口的第三代移动通信系统。通常把UMTS系统称为WCDMA通信系统。系统概念宽带直序CDMA3.84Mcps码速支持异步基站可变扩频和多码的操作，SF=4~256(上行)，SF=4~512(下行)在5MHz的带宽里可支持高速率数据传输-在广域覆盖范围内可达到384kbps-在局域范围最大可达到2Mbps(包交换业务)载频间隔4.2-5MHz帧长10ms，每帧15个时隙R99R4R5R6引入Iu接口最大速率2Mbps商用版本2001.6+后续CR2000.32001.32002.6功能冻结时间点控制与承载分离增加TD-SCDMA有待完善引入多媒体域(IMS)无线引入HSDPA有待完善研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作MBMS框架结构的研究WCDMA的进展3G主要标准介绍-WCDMA的演进UMTS系统结构无线接入网络（RAN）、核心网（CN）和用户设备（UE）一起构成了整个UMTS系统UTRAN:UMTSTerrestrialRadioAccessNetworkUMTS地面无线接入网WCDMA网络架构-R99RNCRNCIubIu-csHLR/AUCMSC/VLRPSTNTMSC/GMSC（UserEquipment）UE是用户终端设备;包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用软件模块等；UE通过Uu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种业务：普通话音、宽带话音、移动多媒体、Internet应用.UE包括ME和USIMME:TheMobileEquipment:移动设备USIM:TheUMTSSubscriberModule:UMTS用户识别模块UTRANUTRAN(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)：UMTS陆地无线接入网UTRAN分为基站(NodeB)和无线网络控制器(RNC)两部分RNCRNCIubNodeBNodeBNodeBNodeBNodeBNodeB是WCDMA系统的基站，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的lub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。完成扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，基带信号和射频信号相互转换。逻辑模块：RF收发放大，射频收发（TRX），基带部分，传输接口，基站控制部分。RNCRNC（RadioNetworkController）无线网络控制器主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。–执行系统信息广播与系统接入控制；–切换和RNC迁移等移动性管理；–宏分集合并、功控、无线承载分配等。RNC的作用和种类为用户数据的传输管理无线承载管理和优化无线网络资源控制用户的移动性ControllingRNC(控制RNC)–管理所属小区的负载和拥塞控制–为所属小区待建的无线新连接进行接纳控制和码字分配ServingRNC(服务RNC)–终止传输用户数据和来自/流向CN的RANAP信令的Iu连接.–终止无线资源控制信令–对来自/流向无线接口的数据进行L2层处理.–执行一些基本的无线资源管理操作DriftRNC(漂移RNC)–控制该移动端使用的小区–进行宏分集合并和分裂UTRAN功能小结系统接入相关–准入控制–拥塞控制–系统信息广播安全隐私相关–无线信道加密/解密–信息完整性保护无线资源管理–无线资源配置和操作–无线环境勘测–宏分集控制–无线连接建立和释放–无线承载的分配和回收–动态信道分配–无线协议–功率控制UTRAN功能小结(续)移动性相关－切换和SRNS迁移时间提前量设置无线信道编码无线信道解码信道编码控制随机接入检测和处理NAS消息的CN分发功能SRNS:服务无线网络子系统NAS:非接入层CN（CoreNetwork）CN负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。主要功能模块–MSC/VLR:是WCDMA核心网CS域的功能节点，主要功能是提供CS域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。HLR/AUCMSC/VLRTMSC/GMSCIPBackboneCGGGSN3GSGSNBGSS7SCPMSC:MobileServicesSwitchingCenter移动业务交换中心VLR:VisitorlocationRegister访问位置寄存器CN（CoreNetwork）续–GMSC(WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关结点)GMSC是可选功能结点。主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能–SGSN(WCDMA核心网PS域功能结点)SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等。GMSC:GatewayMSC网关MSCSGSN:ServingGPRSSupportNode服务GPRS支撑节点CN（CoreNetwork）续–GGSN(网关GPRS支持结点)GGSN提供数据包在WCDMA网和外部数据网之间的路由和封装。–HLR(WCDMA移动网归属位置寄存器)HLR的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。GGSN:GatewayGPRSSupportNode网关GPRS支持结点HLR:HomeLocationRegister归属位置寄存器CS域和PS域CN逻辑上分为CS域和PS域。–CS域设备是为用户业务提供电路型连接或相关信令连接的实体;–PS域为用户提供分组型数据业务CS域特有的实体：–MSC、GMSC、VLR、IWFPS域特有的实体：–SGSN、GGSNCS域和PS域共用的实体：–HLR（或HSS）、AUC、EIR等HLR/AUCMSC/VLRTMSC/GMSCIPBackboneCGGGSN3GSGSNBGSS7SCPUMTS系统主要接口Cu接口开放标准接口USIM卡和ME之间的电气接口Uu接口开放标准接口WCDMA的无线接口lu接口开放标准接口连接UTRAN和CN的接口lur接口开放标准接口连接不同的RNClub接口开放标准接口连接NodeB与RNC的接口Uu无线接口协议层ControlPlaneLayer2Layer3Layer1PhysicallayerRLCRRCPDCPBMCTransportChannelsLogicalChannelsSignalingRadioBearersUserRadioBearersUse