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1、WA000010 WCDMA系统基本原理 ISSUE1.0WCDMA系统概述第1章 WCDMA系统概述1.1 移动通信的发展现代的移动通信发展至今，主要走过了两代，而第三代现在正处于预商用阶段，不少厂家已经在欧洲、亚洲进行实验网的商用试运行。第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期。 这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS，以及NMT和NTT等。AMPS（先进的移动电话系统）使用模拟蜂窝
2、传输的800MHz频带，在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用；TACS（总接入通信系统）使用900MHz频带，分ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔30KHz/25KHz一个模拟用户信道。其主要弊端有：(1) 频谱利用率低(2) 业务种类有限(3) 无高速数据业务(4) 保密性差，易被窃听和盗号(5) 设备成本高(6) 体积大，重量大为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统，时间是从八十年代中
3、期开始。第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。GSM（全球移动通信系统）发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的，支持64Kbps的数据速率，可与ISDN互连。GSM使用900MHz频带，使用1800MHz频带的称为DCS1800。GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每载频支持8个信道，信号带宽200KHz。DAMPS （先进的数字移动电话系统）也称IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频带，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，指定使用TDMA多址方式。IS-95是北美的另一种数字蜂窝标准，使用800MHz
4、或1900MHz频带，指定使用CDMA多址方式，已成为美国PCS（个人通信系统）网的首先技术。由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS和IS-95B。CDMA系统容量大，相当于模拟系统的10到20倍，与模拟系统的兼容性好。美国、韩国、香港等地已经开通了窄带CDMA系统，对用户提供服务。由于窄带CDMA技术比GSM成熟晚等原因，使得其在世界范围内的应用远不及GSM，只在北美、韩国和中国等地有较大规模商用。移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。由于网络的发展，数据和多媒体通信的发展
5、势头很快，所以，第三代移动通信的目标就是宽带多媒体通信。第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、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， 与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU） 于1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS，Future Public Land Mobile Telecommunication System），1996年更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000，国际移动通信-2000）
6、。主要体制有WCDMA、cdma2000和UWC-136。1999年11月5日，国际电联ITU-R TG8/1第18次会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范”建议，其中我国提出的TD-SCDMA技术写在了第三代无线接口规范建议的IMT-2000 CDMA TDD部分中。“IMT-2000无线接口技术规范”建议的通过表明TG8/1制定第三代移动通信系统无线接口技术规范方面的工作已经基本完成，第三代移动通信系统开发和应用将进入实质阶段。1.1.1 标准组织3G的标准化工作实际上是由3GPP（3th Generation Partner Project，第三代伙伴关系计划）和3GPP2两个标准
7、化组织来推动和实施的。3GPP成立于1998年12月，由欧洲的ETSI、日本ARIB、韩国TTA和美国的T1等组成。采用欧洲和日本的WCDMA技术，构筑新的无线接入网络，在核心交换侧则在现有的GSM移动交换网络基础上平滑演进，提供更加多样化的业务。UTRA（Universal Tetrestrial Radio Access）为无线接口的标准。1999年的1月，3GPP2也正式成立，由美国的TIA、日本ARIB、韩国TTA等组成。无线接入技术采用cdma2000和UWC-136为标准，cdma2000这一技术在很大程度上采用了高通公司的专利。核心网采用ANSI/IS-41。我国的无线通信标准研
8、究组（CWTS）是这两个标准化组织的正式组织成员，华为公司、大唐集团也都是3GPP的独立成员。1.1.2 3G演进策略3GPP和3GPP2制定的演进策略总体上都是渐进式的。l 保证现有投资和运营商利益l 有利于现有技术的平滑过渡从发展的角度说，由现有的第二代移动通信系统向IMT-2000演进的过程是一个至关重要的问题。它关系到现有网的再使用（另建新网络不应是最佳方案）和多种第二代数字网络体制向同一规范发展这两个主要问题。1. GSM向WCDMA的演进策略GSM向WCDMA的演进策略应是：目前的GSMHSCSD（高速电路交换数据，速率14.464kbps）GPRS（通用分组无线业务，速率144k
9、bpss）最终以网络业务覆盖再度平滑无缝隙地演进至IMT-2000 WCDMA（DS）。(1) 高速电路交换数据，HSCSD：High Speed Circuit Switched DataHSCSD是能将多个全速率话音信道共同分配给HSCSD结构的特性。HSCSD的目的是以单一的物理层结构提供不同空间接口用户速率的多种业务的混合。HSCSD的好处在于更高的数据速率（高达64 kbps，最大数据速率取决于生产厂家）并仍使用现有GSM数据技术，现有GSM系统稍加改动就可使用。(2) 通用分组交换无线业务，GPRS：General Packet Radio ServiceGPRS的主要优点是：l
10、标准的无线分组交换Internet/Intranet接入，适用于所有GSM覆盖的地方。l 可变的数据速率峰值，从每秒几个比特到171.2kbps（最大数据速率取决于生产厂家）。l 由于按实际数据量记费，使用户可能全天在线上而只付实际传输数据量的费用。l 现有业务的使用性以及新的应用。l 无线接口上打包，优化无线资源共享。l 网络构成的分组交换技术，优化网络资源共享。l 可延伸到未来无线协议的能力。在现有GSM部分的基础上，以分组交换为基础的GPRS网络结构增加了新的网络功能部分：(3) 宽带码分多址，WCDMA：Wideband Code Division Multi AccessWCDMA成
11、为以UMTS/IMT-2000为目标的成熟的新技术。其能够满足ITU所列出的所有要求，提供非常有效的高速数据，具有高质量的语音和图象业务。在GSM向WCDMA的演进过程中，仅核心网部分是平滑的。而由于空中接口的革命性变化，无线接入网部分的演进也将是革命性的。2. IS-95向cdma2000的演进策略从IS-95A（速率9.6/14.4Kbps）IS-95B（速率115.2kbps）cdma2000 1X，cdma2000 1X能提供更大容量和高速数据速率（144kbps），支持突发模式并增加新的补充信道。采用增强技术后的cdma2000 1X EV可以提供更高的性能。IS-95B与IS-95
12、A的区别重要在于可以捆绑多个信道，IS-95B与IS-95A本质上是基本相同的，可以共存于同一载波中。cdma2000 1X则有较大的改进，cdma2000 1X系统设备可以同时支持1X终端和IS-95A/B终端。因此，IS-95A/B/1X可以同时存在于同一载波中。对cdma2000系统来说，从2G到3G过渡，可以采用逐步替换的方式。即压缩2G系统的1个载波，转换为3G载波，开始向用户提供中高速速率的业务。随着3G系统中用户量增加，可以逐步减少2G系统使用的载波，增加3G系统的载波。网络运营商通过这种平滑升级，不仅可以向用户提供各种最新的业务，而且很好地保护了已有设备的投资。在向第三代演进的
13、过程中，需要注意的问题是BTS和BSC等无线设备的演进问题。在制定cdma2000标准的时候，已经充分考虑了保护运营商的投资，很多无线指标在2G和3G中是相同的。对BTS来说，天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分是可以再利用的，而基带信号处理部分则必须更换。cdma2000 1X EV的演进方向目前包括2个分支：仅支持数据业务的分支cdma2000 1X EV-DO和同时支持数据和话音业务的分支cdma2000 1X EV-DV。在仅支持数据业务方面目前已经确定采用Qualcomm公司提出的HDR(High Data Rate)，而在同时支持数据和话音业务分支方面目前的提案已有几家，包括我国
14、已经提交的一项技术LAS-CDMA，这些改进技术目前还处于评审过程中。3. DAMPS向UWC-136的演进策略IS-136（DAMPS）向UWC-136的演进的第一步是实现GPRS-136。第二步是实现UWC-136 （Universal Wireless Communications）。UWCC和TIA TR-45.3决定选用以EDGE为基础的技术。这同时意味着以GPRS网络结构来支持136+的高速数据传输。GPRS-136是136+包交换数据业务的官方称呼，由于考虑到实现的经济性问题，高层协议（指第三层以上）与GPRS完全相同。它提供了与GSM的GPRS同样的容量，用户可接入IP和X.2
15、5两种格式的数据网。其主要目的是减少TIA/EIA-136与GSM GPRS之间的技术差别。以便用户在GPRS-136和GSM GPRS网络间的漫游。美国TIA发展第三代的策略之一是通过向第三代的演进实现与同样为TDMA接入方式的GSM的趋同（convergence）。这对于全球性漫游和产品的经济性极有好处，也实现了UWCC和ETSI的合作协议。更重要的是，这使TDMA在第三代系统中的角色更为重要。1.2 3G的体制种类及区别1.2.1 多种体制的由来目前ITU对3G的研究工作主要有3GPP和3GPP2这两个组织来承担。而在3G上，ITU的目标是：建立ITM-2000系统家族，求同存异，实现不
16、同3G系统上的全球漫游。家族概念（Family Concept）(1) 网络部分在1997年3月ITU-T SG11的一次中间会议上，通过了欧洲提出的“ITM-2000家族概念”。此概念是基于现有的网络已经 有至少两种主要标准，即GSM MAP和IS-41。(2) 无线接口在1997年9月ITU-R TG8/1会议上，开始讨论无线接口的家族概念。在1998年1月TG8/1特别会议上，提出并开始采用“套”的概念，不再使用“家族概念”。其含义是无线接口标准可能多于一个，但并没有承认可以多于一个，而是希望最终能统一成一个标准。造成技术不同的原因主要有下面两个：(1) 与第二代关系网络部分一定要与第二代的兼容性，即第三代的网络是基于第二代的网络逐步发展
