1、第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础2.1 GSM网络的基本原理网络的基本原理2.2 CDMA网络的基本原理网络的基本原理2.3 WCDMA网络的基本原理网络的基本原理2.4 TD-SCDMA网络的基本原理网络的基本原理2.5 LTE网络的基本原理网络的基本原理2.6 WLAN网络的基本原理网络的基本原理2.7 LTE-A网络的网络的基本原理基本原理第2章 移动通信网络基础2.1.1 GSM网络概述网络概述 20世纪80年代初，第一代移动电话技术开始应用。当时存在众多互不兼容的标准，仅在欧洲，就有北欧的NMT、英国的TACS、西德等国使用的C-450、法国的Radiocom2000
2、和意大利的RTMI等，某一标准下用户的手机无法在其他标准的网络上使用，造成很大的不便。因此，西欧国家开始考虑制定一个统一的下一代移动电话标准，以便能够提供更多样的功能并使用户漫游更加容易。最开始的标准起草和制定的准备工作由欧洲邮电行政大会（CEPT）负责管理，具体工作由1982年起成立的一系列“移动专家组”负责。GSM的名字即是移动专家组（法语：groupespcialmobile）的缩写，后来这一缩写的含义被改变为全球移动通信系统GSM（globalsystemformobilecommunication），以方便GSM向全世界的推广。2.1 GSM网络的基本原理网络的基本原理第2章 移动通
3、信网络基础 全球移动通信是1992年欧洲标准化委员会统一推出的标准，它采用数字通信技术，相对于模拟移动通信技术是第二代移动通信技术，所以简称2G。中国于20世纪90年代初引进采用GSM技术标准，目前中国移动、中国联通各拥有一个GSM网络。GSM系统在无线接口上采用时分复用技术（TDMA），语音或数据信号采用高斯最小频移键控（GMSK）方式进行调制，信道编码主要采用卷积码。每个GSM载频的带宽为200kHz，在时间上以4.615ms(更准确地说是60/13ms）为一帧，每一帧又顺序划分为8个时隙。时隙是GSM无线接口上资源的最小单位。第2章 移动通信网络基础图2.1 GSM网络系统的架构第2章
4、移动通信网络基础1.交换子系统交换子系统SSS交换子系统由移动交换中心MSC、归属位置寄存器HLR、拜访位置寄存器VLR、设备识别寄存器EIR、鉴权中心AUC和短消息中心SMC等功能实体构成。SSS主要完成交换功能以及用户数据管理、移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。(1)MSC。MSC是GSM系统的核心，它完成最基本的交换功能，即完成移动用户和其他网络用户之间的通信连接；完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能；提供面向系统其他功能实体的接口、到其他网络的接口以及与其他MSC互连的接口。第2章 移动通信网络基础（2）HLR。HLR是GSM通信系统的中央数
5、据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息。一个HLR可以覆盖几个MSC服务区甚至整个移动网络。（3）VLR。VLR存储了进入其覆盖区的所有用户的信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的条件。VLR是一个动态数据库，需要与有关的归属位置寄存器HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将删除临时记录的该移动用户的数据。在物理上，MSC和VLR通常合为一体。第2章 移动通信网络基础（4）AUC。AUC是一个受到严格保护的数据库，存储用户的鉴权信息
6、和加密参数。在物理实体上，AUC和HLR共存。（5）EIR。EIR存储与移动台设备有关的参数，可以对移动设备进行识别、监视和闭锁等，防止未经许可的移动设备使用网络。第2章 移动通信网络基础2.基站子系统基站子系统BSS基站子系统BSS是交换子系统SSS和移动台MS之间的桥梁，主要完成无线信道管理和无线收发功能。BSS主要包括基站控制器BSC和基站收发信台BTS两部分。（1）BSC。BSC位于MSC与BTS之间，具有对一个或多个BTS进行控制和管理的功能，主要完成无线信道的分配、BTS和MS发射功率的控制以及越区信道切换等功能。BSC也是一个小交换机，它把局部网络汇集后通过A接口与MSC相连。第
7、2章 移动通信网络基础（2）BTS。BTS是基站子系统的无线收发设备，由BSC控制，主要负责无线传输功能，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BTS通过Abis接口与BSC相连，通过空中接口Um与MS相连。此外，BSS系统还包括码变换和速率适配单元TRAU。TRAU通常位于BSC和MSC之间，主要完成16kb/s的RPE-LTP编码和64kb/s的A律PCM编码之间的码型变换。第2章 移动通信网络基础3.操作维护子系统操作维护子系统OMSOMS是GSM系统的操作维护部分，GSM系统的所有功能单元都可以通过各自的网络连接到OMS，通过OMS可以实现GSM网络各功能单元的监视
8、、状态报告和故障诊断等功能。OMS分为两部分：OMC-S（操作维护中心-系统部分）和OMC-R（操作维护中心-无线部分）。OMC-S用于SSS系统的操作和维护；OMC-R用于BSS系统的操作和维护。第2章 移动通信网络基础4.移动台移动台MS移动台MS是GSM系统的用户设备，可以是车载台、便携台和手持机。它由移动终端和用户识别卡SIM两部分组成。移动终端主要完成语音信号处理和无线收发等功能。SIM卡存储了认证用户身份所需的所有信息以及与安全保密有关的重要信息，以防非法用户入侵，移动终端只有插入了SIM卡后才能接入GSM网络。第2章 移动通信网络基础2.1.2 DCS1800技术技术在我国最早使
9、用的是GSM900，随着移动通信用户数量和业务规模的迅速发展，原有的GSM900网络频段资源明显不足，为更好地满足用户增长的需求，我国逐步引入了DCS1800（digitalcellularsystemat1800MHz），并且采用以GSM900网络为依托，DCS1800网络为补充的组网方式，构成GSM900/DCS1800双频网，以缓和话务密集区无线信道日趋紧张的状况。DCS1800系统遵循GSM标准，除频段和射频技术外，其网络结构、语音编码、调制技术、信令规程等绝大部分都与GSM完全相同。DCS1800系统的基站通过Abis接口与GSM的基站控制器BSC相连，并进一步通过A接口与GSM交换
10、机相连。只要用户使用的是双频手机，就可在GSM900/DCS1800两者之间自由切换，自动选择最佳信道进行通话；即使在通话中，手机也可在两个网络之间自动切换。第2章 移动通信网络基础2.1.3 GSM基站的关键射频性能指标基站的关键射频性能指标1.发射机的性能发射机的性能1)基站最大输出功率在正常条件下，基站的最大输出功率应保持在额定输出功率2dB的范围内；在极端条件下，基站的最大输出功率应保持在额定输出功率2.5dB的范围内。GSM规范对GSM900的宏基站定义了八类功率，微基站定义了三类功率；对DCS1800的宏基站定义了四类功率，微基站定义了三类功率。GSM基站发射功率及等级见表2.1。
11、第2章 移动通信网络基础表表2.1 GSM基站发射功率及等级基站发射功率及等级第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础2)发射杂散GSM规范定义了发射杂散的两种测试条件及其应满足的要求，见表2.2。第2章 移动通信网络基础表2.2 GSM发射杂散的两种测试条件及其要求第2章 移动通信网络基础3)发射互调GSM要求从偏离载频6MHz至相关发射频带边缘的范围内，互调产物的功率不超过-70dBc与-36dBm中的较大值。第2章 移动通信网络基础2.接收机的性能接收机的性能1)接收机灵敏度GSM基站接收机灵敏度的要求如表2.3所示。第2章 移动通信网络基础表表2.3 GSM基站接收机灵敏度要求
12、基站接收机灵敏度要求第2章 移动通信网络基础2)阻塞特性接收机的阻塞特性分为带内阻塞和带外阻塞。系统的频率划分见表2.4。表表2.4 GSM接收机阻塞要求的带内外频率划分接收机阻塞要求的带内外频率划分第2章 移动通信网络基础在用户信号和干扰信号如表2.5所示的条件下，基站接收机应满足参考灵敏度的要求。表2.5 GSM接收机的阻塞要求第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础3)互调特性在表2.6的所示的参数设置下，接收机接收有用信号的抗干扰能力应能满足接收灵敏度的要求。第2章 移动通信网络基础表2.6 GSM接收机的互调要求第2章 移动通信网络基础4)杂散要求接收机杂散是指在天线口产生或
13、者放大的杂散功率。GSM规范定义了两种测试条件下，杂散功率应满足的要求，见表2.7。第2章 移动通信网络基础表2.7 GSM接收机的接收杂散要求第2章 移动通信网络基础2.1.4 GPRS技术技术GPRS是通用分组无线业务(generalpacketradioservice)的英文简称，是GSMPhase2.1规范实现的内容之一，能提供比GSM网络9.6kb/s更高的数据速率。用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种分组数据业务，包括收发邮件、进行Internet浏览等。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则和TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建G
14、PRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。GPRS与GSM语音系统最根本的区别是：GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。GPRS的逻辑结构如图2.2所示。第2章 移动通信网络基础图2.2 GPRS的逻辑结构第2章 移动通信网络基础GPRS网络的主要实体包括GPRS支持节点、本地位置寄存器（HLR）、短消息业务网关移动交换中心(SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(SMS-IWMSC)、移动台（MS）、移动交换中心(MSC)/拜访位置寄存器(VLR)、分组数据网络(PDN)等。简单地讲，GPRS是在GSM的网络侧增加SGSN和GGSN
15、两种网络实体和在无线侧的BSC中增加PCU分组控制单元以及相应的接口而实现的。SGSN是为移动台提供业务的节点(即Gb接口由SGSN支持)。在激活GPRS业务时，SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动台的移动性和安全性方面的信息。SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。第2章 移动通信网络基础GGSN通过配置一个PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将PDU利用隧道技术发送到MS的当前的业务接入点，即SGSN。GGSN可以经Gc接口从HLR查询该移动用户当前的地址信息。
16、GGSN主要起网关的作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。另外，GGSN又被称做“GPRS路由器”。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。SGSN与GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。第2章 移动通信网络基础需要强调的是，GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。在CS-1和CS-2信道编码方案时，GPRS的用户数据速率仅为8kb/s和12kb/s，原因是CS-1和CS-2编码方案RLC（无
17、线链路控制）块中的半速率和1/3速率比特用于前向纠错FEC，因此降低了C/I要求（同频道干扰C/I9dB）。CS-3和CS-4编码方案数据速率分别为14.4kb/s和20kb/s，它通过减少和取消纠错比特而换取数据速率的提高，因此CS-3和CS-4编码方案要求较高的C/I值，仅适合能满足较高的C/I值的特殊地区或场景使用。如果一个载波的8个时隙都分配给一个用户，则下行用户数据速率最高可达到160kb/s（无线数据速率为182.4kb/s）。第2章 移动通信网络基础2.1.5 EDGE技术技术EDGE是英文enhanceddatarateforGSMevolution的缩写，即增强型数据速率GS
18、M演进技术。Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出了EDGE的概念。同年，ETSI批准了EDGE的可行性研究，这为以后EDGE的发展铺平了道路。EDGE的主要技术为：（1）8PSK调制方式。（2）增强型AMR编码方式。（3）MCS1MCS9九种信道调制编码方式。（4）链路自适应(LA)。（5）递增冗余传输(IR)。（6）RLC窗口大小自动调整。第2章 移动通信网络基础EDGE技术仍然使用GSM/GPRS的载波带宽、时隙结构和网络架构，但由于采用了上述新技术，因此必须对GSM/GPRS网络的移动台、收发基站（BTS）和基站控制器（BSC）等网元进行升级改造，核心网可利用原来的SGS
19、N和GGSN节点，无需新增网络设备。由于8PSK可将GSM网络采用的GMSK调制技术的符号携带信息比特从1扩展到3，从而使每个符号所包含的信息是原来的3倍，即无线数据速率提高了3倍。如图2.3所示，如果一个载波的8个时隙都分配给一个用户，则下行用户数据速率最高可达到473.6kb/s（无线数据速率为553.6kb/s）。第2章 移动通信网络基础为了让EDGE网络提供更高的系统容量，同时也为了提高话音和视频多媒体业务的服务质量，3GPP进一步提出了EDGE的演进方案。EDGE演进方案的总体需求是期望在EDGE的基础上，将下行接收灵敏度提高3dB，峰值速率提高1倍，达到接近1Mb/s，典型比特率达
20、到400kb/s，频谱利用率至少提高1倍，同时降低承载面延时，使RTT低于100ms。第2章 移动通信网络基础EDGE演进方案采用了如下主要技术：（1）移动台接收分集（MSRD）。（2）下行双载波（DCDL）。（3）下行更高符号速率（由EDGE系统的271ksym/s提高到325ksym/s）。（4）更高阶调制（QPSK、16QAM和32QAM）和Turbo编码（REDHOT）。（5）上行性能增强（HUGE）。（6）改进ACK/NAK（FANR）。（7）减小TTI（RTTI）。第2章 移动通信网络基础图2.3 各种编码单时隙对应的用户数据速率第2章 移动通信网络基础2.2 CDMA网络的网络的
21、基本原理基本原理2.2.1 CDMA网络概述网络概述CDMA蜂窝系统最早由美国高通（Qualcomm）公司开发，采用频分双工（FDD）和码分多址（codedivisionmultipleaccess,CDMA）的通信方式。IS-95是CDMAOne系列标准中最先发布的标准。真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司发布了IS-95B标准，可提供对64kb/s数据业务的支持。其后，CDMA2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。第2章 移动通信网络基础码分多址技术是数字移动通信
22、进程领域的一种先进无线扩频通信技术，该技术具有频谱利用率高、语音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求。为了进一步提高网络的性能，CDMA通信系统中还采用了如下的关键技术：（1）多种分集方式。除了传统的空间分集外，CDMA通信系统还采用了时间分集方式。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，这相当于时间分集的作用。第2章 移动通信网络基础（2）话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，使整个系统的容量增大。（3）移动台辅助的软
23、切换。通过移动台辅助的软切换可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以降低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向链路的容量和覆盖范围。（4）功率控制技术。功率控制技术使得基站和移动台均以适当的功率发射信号，既克服了远近效应，也降低了系统的互干扰，提升了网络性能。第2章 移动通信网络基础（5）软容量特性。软容量特性可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相邻小区，从而起到分担负荷的作
24、用。第2章 移动通信网络基础（6）扩频通信技术。由于CDMA属于扩频通信的一种，所以它的抗干扰性强，能够实现宽带传输，也具有很好的抗衰落能力。另外，在信道中传输的有用信号功率比干扰信号的功率低，因此能够将信号很好地隐藏在噪声中，保密性较好。CDMA20001x的正向和反向信道结构主要采用的码片的速率为1.2288Mb/s，数据调制用64阵列正交码调制方式，扩频调制采用平衡四相扩频方式，频率调制采用OQPSK方式。CDMA20001x系统结构见图2.4。CDMA20001x网络主要由BTS、BSC和PCF、PDSN等节点组成。第2章 移动通信网络基础图2.4 CDMA20001x系统结构图第2章
25、 移动通信网络基础移动台是为用户提供服务的设备，通过空中接口Um，给用户提供接入移动网络的物理能力，来实现具体的服务。它由移动设备ME和用户识别模块UIM两部分组成，ME完成语音或数据信号在空中的接收和发送；UIM记录与用户业务有关的数据，用于识别唯一的移动台使用者。基站子系统BSS由基站收发信机（BTS）、基站控制器（BSC）和分组控制功能（PCF）组成。其中，BTS收发空中接口的无线信号；BSC对其所管辖的多个BTS进行管理，将话音和数据分别转发给MSC和PCF，接收来自MSC和PCF的话音和数据；PCF完成与分组数据业务有关的无线资源控制。第2章 移动通信网络基础CDMA20001x电路
26、域核心网主要承载话音业务，所以其与IS-95基本相同。CDMA2000电路交换部分的标准以ANSI-41D为核心，主要完成移动台登记、管理移动台的状态、管理用户业务信息、交换机间的切换、用户接入网络的鉴权和认证、移动台的语音业务的主叫和被叫、各种语音业务的补充业务和传输短消息等功能。CDMA2000系统的分组数据网建立在IP技术基础上，其作用是为移动用户提供分组数据业务的管理与控制。使用简单IP协议时的分组域包括分组控制功能（PCF）、分组数据服务节点（PDSN）和AAA服务器。而使用移动IP协议时的分组域在简单IP基础上，增加归属代理（HA），负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户，并实现
27、PDSN之间的宏移动管理；同时在PDSN增加外地代理（FA），负责提供隧道出口，并将数据解封装后发往移动台。第2章 移动通信网络基础PDSN的主要功能包括：建立、维护与终止与移动台的PPP连接；为简单IP用户指定IP地址；为移动IP业务提供FA的功能；与鉴权、授权、计费AAA服务器通信，为移动用户提供不同等级的服务，并将服务信息通知AAA服务器；与靠近基站侧的PCF共同建立、维护及终止第二层的连接。HA的主要功能包括：为移动用户提供分组数据业务的移动性管理和安全认证；对移动台发出的移动IP的注册信息进行认证；在外部公共数据网与FA之间转发分组数据包；建立、维护和终止与PDSN的通信并提供加密服
28、务；从AAA服务器获取用户身份信息；为移动用户指定动态的归属IP地址。第2章 移动通信网络基础AAA服务器是鉴权、授权与计费服务器的简称，也可以叫做RADIUS服务器。其主要功能包括：业务提供网络的AAA服务器负责在PDSN和归属网络之间传递认证和计费信息；归属网络的AAA服务器对移动用户进行鉴权、授权与计费；中介网络的AAA服务器在归属网络与业务提供网络之间进行消息的传递与转发。第2章 移动通信网络基础2.2.2 CDMA基站关键射频性能指标基站关键射频性能指标第2章 移动通信网络基础 接入终端模拟器输出功率3dB，PER1.5%（f1和f2分别为被测反向信道的最低和最高频率）表2.8-2
29、CDMA800基站接收机的主要射频性能指标第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础表2.9-1 CDMA2000基站发射机的主要射频性能指标第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础表2.9-2 CDMA2000基站接收机主要射频性能指标第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础2.2.3 EV-DO技术技术EV-DO是英文evolutiondataoptimized或者evolutiondataonly的缩写，其全称为CDMA2001xEV-DO。EV-DO是为了提供非对称的高速分组数据业务而设计的。在中国，EV-DO空中接口标准经历了Release0和ReleaseA两
30、个版本，对应的TIA/EIA标准分别是IS-856-0和IS-856-A。IS-856-0于2000年10月发布，它支持的前向单用户峰值速率为2.4576Mb/s，反向单用户峰值速率为153.6kb/s，适合提供基于文件下载、网页浏览和电子邮件等非对称的分组数据业务。第2章 移动通信网络基础随着多媒体数据业务的发展，各种新的业务形式不断出现，对系统带宽和QoS保证等方面的要求也不断提高。2004年3月，3GPP2发布了EV-DOReleaseA版本，并被TIA/EIA接纳为IS-856-A。IS-856-A支持的单用户反向峰值速率为1.8Mb/s，前向峰值速率进一步提高到3.1Mb/s。IS-
31、856-A中采用了多用户分组和更小的分组封装，提供实时业务所需要的快速接入、快速寻呼及低延迟传送特性，以满足不同业务的不同QoS要求。同时，IS-856-A引入了多天线发射分集技术，有效地改善了高速分组数据在恶劣的无线环境中的可靠性传送问题。第2章 移动通信网络基础为了在不影响现有网络话音通信的前提下支持高速数据业务，EV-DO采用了将语音信道和数据信道分离的方法。EV-DO与现有IS-95和CDMA20001x网络兼容，从而很好地保护了IS-95及CDMA20001x运营商的原有投资。其中，EV-DO的码片速率、功率需求、信道带宽与IS-95及CDMA20001x相同；EV-DO可沿用现有网
32、络规划及射频部件，基站可与IS-95或CDMA20001x合一，成本低廉。但EV-DO的功率控制与软切换的方式与IS-95及CDMA20001x不同，其核心思想是通过动态控制数据速率而非功率，使每个用户以可能得到的最高速率通信。第2章 移动通信网络基础前向链路使用可变时隙的方式时分复用。在EV-DO中，接入点总以最高功率发送数据，使处于有利位置的用户得到非常高的速率。前向信道上，EV-DO采用虚拟软切换机制，移动台在同一时刻只接收来自同一接入点的数据。根据实时的DRC（动态速率控制）信息，基站可快速地相互切换。同时，基站测量业务信道载干比，并在DRC信道向移动台指示最佳接入点；移动台不断测量导
33、频强度，并不断要求一个与当前信道条件相符合的数据速率。接入点按当时移动台所能支持的最大速率进行编码。当用户需求改变或信道条件改变时，基站动态地确定数据速率。第2章 移动通信网络基础在反向上，EV-DO用与IS-95及CDMA20001x相同的软切换技术，移动台发送的信息被多个接入点接收。另外，EV-DO支持高速分组数据突发。EV-DO采用Turbo编码技术，反向具有连续的导频，使解调性能得到改善。此外，EV-DO采用增强的无线链路协议（RLP）与TCP协议共同减少误帧率。第2章 移动通信网络基础CDMA20001xEV-DO的网络架构见图2.5。EV-DO标准中定义的网络结构对原有的1x网络改
34、变不大，在接口上增加了A12和A13两个接口，这两个接口都是从AN中新增加的SC/MM(会话控制/移动性管理)模块中发出的，分别与ANAAA和其他AN连接，用于EV-DO终端的鉴权认证和切换。因此要从1x网络升级到EV-DO，只需在原来的BSC中增加SC/MM模块即可。公开的A13接口比较重要，它可以支持AT在不同设备厂家之间的切换和漫游。如果没有A13接口，那么在AT从一个AN切换到另一个AN时，将需要重新进行协商、登记（即重新建立session），这不仅会使AT的响应速度变慢，还会增加系统的负荷。第2章 移动通信网络基础图2.5 CDMA20001xEV-DO系统结构图第2章 移动通信网络
35、基础2.3 WCDMA网络的基本原理网络的基本原理2.3.1 WCDMA网络概述网络概述WCDMA系统是IMT-2000家族中的一员，它采用宽带直扩码分多址（DS-CDMA）技术，频道带宽为5MHz，码片速率为3.84Mchip/s，双工方式为频分双工（FDD），支持异步基站。WCDMA网络的设计遵循了网络承载和业务应用相分离、承载和控制相分离、控制和用户平面相分离的原则，使得整个网络结构清晰，实体功能独立，便于实现模块化。网络架构由核心网（CN）、UMTS陆地无线接入网（UTRAN）和用户终端设备（UE）组成，如图2.6所示。CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为
36、Uu接口。第2章 移动通信网络基础图2.6 WCDMA系统结构（含GSM/GPRS网络）第2章 移动通信网络基础WCDMA核心网包括电路交换(CS)域和分组交换(PS)域，分别处理电路交换业务和分组交换业务。在混合组网时，WCDMA核心网的CS域是指GSM的核心网，PS域是指GPRS的支持节点，各网元功能与GSM/GPRS中相同。UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS（radionetworksubsystem）。一个RNS包括一个RNC（radionetworkcontroller）和一个或多个NodeB。RNC执行系统信息广播与系统接入控制功能、切换和RNC迁移等移动性管理功能、
37、宏分集合并功率控制无线承载分配等无线资源管理和控制功能。NodeB是WCDMA系统的基站，通过Iub接口与RNC互连，完成Uu接口物理层协议的处理。其主要功能是扩频调制信道编码及解扩解调信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等。NodeB包括一个或多个小区。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功能。UE包括ME和USIM两部分。第2章 移动通信网络基础2.3.2 WCDMA基站的关键射频性能指标基站的关键射频性能指标1.发射机性能发射机性能1)基站最大输出功率在正常条件下，NodeB的最大输出功率应保持在额定输出功率2dB范围内；在极端条件下，No
38、deB的最大输出功率应保持在额定输出功率2.5dB范围内。第2章 移动通信网络基础2)发射频谱占用带宽是指以指定的信道频率为中心，包含了总发射功率99%的带宽。在基带速率为3.84Mchip/s条件下，占用带宽要求小于5MHz。邻道泄漏比（ACLR）是指发射功率与其落在邻道功率的比值。其最低要求是：相邻的第一邻道ACLR不小于40dB；第二邻道ACLR不小于45dB。频谱辐射模板体现了射频输出信号的频谱包络要求，模板要求见表2.10。第2章 移动通信网络基础表2.10 WCDMA基站频谱辐射模板第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础3)发射杂散3GPP主要规定了基站的A类杂散辐射限制
39、和B类杂散辐射限制，见表2.11。第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础表2.12 WCDMA规定的在其他系统频段内的杂散要求第2章 移动通信网络基础4)发射互调当一个比有用信号小30dB（频率偏移分别是5MHz、10MHz和15MHz）的互调信号产生的发射机互调产物的功率不超过规定的杂散发射要求。第2章 移动通信网络基础2.接收机性能接收机性能1)接收机灵敏度数字通信系统的接收机参考灵敏度是指在一定误码率要求下接收机需要输入的信号的最小功率。对于12.2kb/s的AMR语音业务，接收机灵敏度要求如表2.13所示。表2.13 WCDMA接收机灵敏度要求第2章
40、移动通信网络基础2)接收机动态范围按照3GPP的要求，当接收机动态范围如表2.14所示时，系统能够正常工作。表2.14 WCDMA接收机动态范围要求第2章 移动通信网络基础3)邻道选择性邻道选择性（ACS）反映了基站接收滤波器对相邻频道的干扰信号的抑制能力。WCDMAJP接收机邻道选择要求如表2.15所示。第2章 移动通信网络基础表2.15 WCDMA接收机邻道选择要求第2章 移动通信网络基础4)阻塞特性3GPP对3G频段和其他系统共存时提出了阻塞要求，见表2.16。第2章 移动通信网络基础表2.16 WCDMA接收机阻塞要求第2章 移动通信网络基础第2章 移动通信网络基础5)互调特性3GPP
41、要求的互调抑制能力是-48dBm，即当有用信号电平在-115dBm，干扰如表2.17所示时，BER不超过0.1%。表2.17 WCDMA接收机互调要求第2章 移动通信网络基础6)杂散要求接收机杂散是指在天线口产生或者放大的杂散功率。3GPP对接收机杂散要求如表2.18所示。第2章 移动通信网络基础表2.18 WCDMA接收机杂散要求第2章 移动通信网络基础2.3.3 HSPA技术技术为了能够与CDMA20001xEV-DO抗衡，WCDMA在R5规范中引入了HSDPA(highspeeddownlinkpacketaccess)，在R6规范中引入了HSUPA(highspeeduplinkpac
42、ketaccess)。HSDPA和HSUPA合称为HSPA（highspeedpacketaccess）。第2章 移动通信网络基础WCDMAR5版本高速数据业务增强方案充分参考了CDMA20001xEV-DO的设计思想与经验，新增了一条高速共享信道（HS-DSCH），同时采用了一些更高效的自适应链路层技术。高速共享信道使得传输功率、PN码等资源可以统一利用，并根据用户实际情况动态分配，从而提高了资源的利用率。自适应链路层技术（如快速链路调整技术、结合软合并的快速混合重传（HARQ）技术、集中调度技术等）根据当前信道的状况对传输参数进行调整，从而尽可能地提高系统的吞吐率。HSDPA还采用了高阶调
43、制（16QAM）和固定扩频码等技术，使HSDPA在下行链路上能够实现高达14.4Mb/s的速率。第2章 移动通信网络基础与HSDPA相比，HSUPA不支持自适应调制，因为它不支持任何高阶调制。HSUPA最显著的特征是在上行增加了新的传输信道E-DCH。E-DCH传输信道支持基于NodeB的快速调度、具有增量冗余的快速物理层HARQ机制和可选的2ms的传输时间间隔(transmissiontimeinterval，TTI）。与HSDPA不同的是，HSUPA不是共享信道，而是专用信道，即每个UE都具有它自己与NodeB相连的专用E-DCH传输信道，该通路与其他用户的DCH和E-DCH都是相互独立的
44、。基站中更高效的上行链路调度以及更快捷的重传控制成就了HSUPA的优越性能，HSUPA在上行链路中能够实现高达5.76Mb/s的速度。第2章 移动通信网络基础2.3.4 HSPA+技术技术WCDMA演进到R5版本的HSDPA和R6版本的HSUPA并没有结束，3GPP组织又在R7、R8和R9版本中引入了HSPA+标准。HSPA+（也被称为HSPAevolution）是HSPA技术的进一步演进，能够使频谱效率进一步提高，其目标是在相同带宽内达到与LTE相近的频谱利用效率。HSPA+是对现有的WCDMA系统的平滑演进，主要是通过引入一些新的技术，对基于CDMA多址方式的HSDPA和HSUPA进行改进
45、。HSPA+和现有的WCDMA有较强的兼容性，其网络部署的带宽同样为5MHz，采用的频段也是与现有WCDMA相同的频段，但在5MHz带宽下要达到和LTE相仿的性能。第2章 移动通信网络基础具体而言，HSPA+在R7、R8、R9版本阶段分别引入的主要关键技术见表2.19。在3GPPR5协议版本中定义的HSDPA技术引入了新的下行共享信道HS-DSCH及相关的物理层处理过程，在满足一定无线质量的环境中，该信道可以使用16QAM的高阶调制方式，从而使小区的峰值速率达到14.4Mb/s。为了进一步提高小区下行峰值速率，提升系统的频谱效率，在3GPPR7协议版本中新定义了HS-PDSCH信道，使用64Q
46、AM调制方式的技术。64QAM采用了6个连续符号的表征方式，相对于16QAM调制的4个连续符号，其调制效率提高了50%，从而使得理论上单用户峰值速率达到21.6Mb/s。第2章 移动通信网络基础表2.19 HSPA+分段引入的主要关键技术第2章 移动通信网络基础64QAM的引入可有效提升小区的吞吐率，但对使用场景有所限制，只有在信号质量较好的情况下才有一定增益，一般在信号质量较好的场景优先使用，如微小区和室内分布系统。高阶调制只在SNR好的条件下，才能获得比低阶调制更高的频率效率，在SNR差的环境下，强行采用高阶调制反而会降低频谱效率。层二增强包括HSPA+（R7）阶段主要针对下行的层二增强和
47、HSPA+（R8）阶段针对上行的层二增强。层二增强属于软特性，主要通过软件实现，无需更换硬件。第2章 移动通信网络基础层二增强（下行）是和64QAM调制技术、MIMO、增强Cell-FACH相关联的，随着64QAM调制技术、MIMO技术的使用，空口速率得到很大提高。64QAM和22MIMO分别可以使下行峰值速率达到21Mb/s和28Mb/s，但前提是必须支持层二增强，保证下行链路层支持更高数据速率，具体包括：RLC支持可变大小的PDU模式和引入增强的MAC-hs实体。第2章 移动通信网络基础CPC（连续性分组连接，continuouspacketconnectivity）意为分组用户的“永远在
48、线”。CPC通过改进R5、R6版本的HSPA功能，使得有连续连接需求的分组用户能够避免频繁的重建而由此带来的开销和时延（从无数据传输的非激活状态到激活状态的迁移时延小于50ms），以达到提高cell-DCH态（使用HS-DSCH/E-DCH信道）分组用户数量、提高VoIP用户容量和提高系统效率的目的。为了实现CPC的目标，主要从空口物理层进行改进，最终选择以下4项技术：DTX/DRX（UE）、新的上行DPCCH时隙格式、减少CQI报告和HS-SCCH-less操作。对于网络设备，实现CPC只需通过软件升级即可，无需硬件升级，但需要终端支持此功能。第2章 移动通信网络基础在R7版本之前，UE处于
49、cell-FACH状态下传输数据时，承载数据的逻辑信道BCCH、CCCH、DCCH或者DTCH一般映射到传输信道FACH，传输速率通常低于32kb/s。为提高用户在cell-FACH状态下的传输速率，HSPA+引入了增强cell-FACH技术，UE在cell-FACH、cell-PCH和URA-PCH状态时能够同时接收HSDPA信道的数据传输，也就是将HS-DSCH作为一个公共信道使用，可以用来承载BCCH、PCCH和CCCH的信息。增强的cell-FACH技术的传输速率可以达到甚至超过1Mb/s。对于小文件下载而言，如进行Web页面浏览，UE可以直接在cell-FACH状态下接收，而不用切换
50、到cell-DCH状态，避免了从cell-FACH状态迁移到cell-DCH状态的小区更新过程，减小了状态转换时延。第2章 移动通信网络基础F-DPCH是R6版本协议为了提高下行信道化码利用率、作为下行伴随DPCCH的替代而引入的，可以在每个时隙为10个UE传输上行功控命令。但由于软切换的存在，每个UE可能需要接收来自多个小区的F-DPCH的信号。因此网络中平均每条F-DPCH服务的UE数就会减小。在R7版本的协议中，CPC的研究进展使得更多用户同时保持在cell-DCH状态成为可能。但是，F-DPCH接纳的用户数相当有限，由此带来的大用户量情况下F-DPCH的资源消耗就是一个必须解决的关键问
