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1、1,移动通信技术 (第2版),第9章 GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用,2,第8章 GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用,内容 GSM主要技术及无线接口 GPRS无线接口和关键技术 WCDMA的无线接口和关键技术,3,第8章 GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用,重点 GSM数字信号的处理过程及无线接口的信道配置，时隙帧结构 GPRS的概念、网络结构、空中接口、用户数据的传输 WCDMA的无线接口技术 难点 GSM中数字信号的处理过程 GSM的无线接口 GPRS的无线接口 WCDMA的无线接口、信道结构,4,目的和要求 掌握GSM各类关键技术及无线接口中信道配置、时
2、隙帧结构 理解GSM系统对信号的基本处理过程 掌握GPRS网络结构、无线接口及关键技术 理解WCDMA的演进及关键技术,5,WCDMA系统,WCDMA标准的演进 WCDMA无线接入技术 WCDMA中的关键技术,6,9.1 WCDMA标准的演进,R99 核心网继承了GSM/GPRS的网络结构，即保留了GSM电路交换部分，增加了分组域部分； 无线网络部分引入了全新的、基于宽带CDMA技术的无线接入网络 R99重点考虑GSM网络向WCDMA网络的平滑演进 网络结构方面，R99核心网与GSM保持一致 网络接口和协议方面，R99进行了更多的改进和优化 业务能力方面 业务计费方面 网络设备,7,从R99到
3、R4网络的演进 R4版本只是在无线技术方面提出了一些改进来提高系统性能。 R4无线接入网正式引入TD-SCDMA技术。 演进 核心网方面，在电路域R4引入了软交换概念 网络结构的差异 承载网的差别 信令网的差别 组网模式的差异,8,从R4到R5网络的演进 R5版本的目标是构造全IP移动网络，在研究过程中分为R5、R6两个版本 R5主要定义了全IP网络的架构 R6重点集中于业务增强及与其他网络的互通方面 R5在无线接入网和核心网领域进行了重大改进 演进 无线接入网方面 核心网方面 两个重点 在无线接入网实现分组化，作为可选承载方式，实现高速数据接入功能； 在核心网增加IMS域，实施IP多媒体业务
4、和全IP网络。,9,R6版本 在网络架构方面，R6主要是增加了一些新的功能特性，及对已有功能特性的增强。 演进 引入HSDPA 多媒体广播和多播业务 增强RAN IMS第二阶段 基于不同IP连接网的IMS互通 Push业务 增强安全 网络共享 增强QoS 计费管理,10,9.1.1 R7版本,R7版本主要继续R6未完成的标准和业务制定工作 WCDMA系统的整体演进方向 网络结构向全IP化发展 业务向多样化、多媒体化和个性化方向发展 无线接口向高速传输分组数据发展 小区结构向多层次、多制式、重复覆盖方向发展 用户终端向支持多制式、多频段方向发展,11,9.2 WCDMA无线接入技术,UMTS系统
5、结构 UTRAN体系结构 主要接口 空中接口,12,9.2.1 UMTS系统结构,UMTS是采用WCDMA空中接口技术的3G，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统 由核心网CN、UMTS陆地无线接入网UTRAN和用户设备UE组成 UMTS网络在设计时遵循以下原则 RAN与CN功能尽量分离，即对无线资源的管理集中在RAN完成，而与业务和应用相关功能在CN执行 其中，CN与UTRAN的接口定义为Iu，UTRAN与UE的接口为Uu接口,13,14,9.2.2 UTRAN体系结构,UTRAN包含许多无线网络子系统RNS，一个RNS由一个RNC和一个或多个NodeB组成 一个NodeB可支持FDD
6、或TDD模式 在TDD模式中有3种可选码片速率：7.68Mchip/s TDD，3.84Mchip/s TDD和1.28Mchip/s TDD,15,RNC,RNC用于控制UTRAN无线资源，通过Iu接口与CS域MSC和PS域SGSN及广播域BC相连，在移动台和UTRAN间的无线资源控制RRC协议在此终止。 控制RNC(CRNC)：控制一个NodeB的RNC叫该NodeB的，CRNC负责对其控制小区的无线资源进行管理。 服务RNC（SRNC）：管理UE和UTRAN间的无线连接，它是对应于该UE的Iu接口和Uu接口的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数、是否进行越区切换、开环功率控制等
7、基本的无线资源管理都是由SRNC来完成的。一个UE某一时刻有且只有一个SRNC。 漂移RNC（DRNC）：除SRNC外，UE所用到的RNC为DRNC，控制着移动终端使用的小区。如有需要，DRNC可进行宏分集合并和分裂。一个UE可以没有，也可有一个或多个DRNC 一个RNC实体通常包含CRNC，SRNC和DRNC的功能,16,UTRAN功能,用户数据传输 系统接入控制功能 无线信道加密和解密 移动性功能 无线资源管理和控制功能 同步功能 广播/多播业务相关功能,17,9.2.3 主要接口,18,Iu接口： 连接RNC和CN的接口，用于传输RNC和CN间的控制信息和用户信息，主要负责传递非接入层的
8、控制信息、用户信息、广播信息及控制Iu接口上的数据传递 三个Iu接口：Iu-CS接口（面向电路交换域）、Iu-PS接口（面向分组交换域）和Iu-BC接口（面向广播域） 在分立的CN结构中，CS和PS域中存在各自的信令连接和用户数据连接，对无线网络层和传输层均如此。 在联合的CN结构中，CS和PS域中存在各自的用户数据和信令连接控制部分连接SCCP，对无线网络层和传输层均如此。 Iu接口中，高层实体控制着许多底层实体。 一个CN接入点可连接到一个或更多的UTRAN接入点； 对PS域，每个UTRAN接入点不能连接多于一个的CN接入点，除了非接入层节点选择功能NNSF被采用时，或RNC在多运营商核心
9、网结构中共享时； 对CS域，每个UTRAN接入点可连接多于一个的CN接入点； 对于BC域，每个UTRAN接入点只有连接一个CN接入点,19,9.2.4 空中接口,无线接口分层 层1(L1)物理层 层2(L2)MAC层 层3(L3)RRC层,20,物理层的数据处理过程,物理层技术的实现,21,信道结构,传输信道 逻辑信道 逻辑信道到传输信道的映射 物理信道 传输信道到物理信道的映射,22,传输信道,23,专用传输信道：传数据、信令 某一时刻对一个用户有效，只有一个用户解码 （UE通过物理信道识别 PN、时间） 公共传输信道 所有一组用户解码，即使某一时刻仅对一个用户有效 广播传输信道BCH：小区
10、特定信息 前向接入信道FACH ：知道UE所在小区时，传送控制信息或短分组（慢速功控） 寻呼信道PCH ：寻呼用户 随机接入信道RACH：传送来自UE的控制信息和短分组 下行共享信道DSCH ：传几个专用控制或业务数据的UE共享，只含数据（控制信息利用DCH） 公共分组信道CPCH ：传送少量数据分组,24,物理信道,由载波频率、码(信道码和扰码)、相位确定 物理信道包括3层结构：超帧、无线帧和时隙 超帧长720ms，包括72个无线帧 无线帧包括15个时隙的信息处理单元，时长10ms 时隙包括一组信息符号的单元，每时隙符号数取决于物理信道,25,26,专用物理信道：传送专用数据和相应的控制信息
11、 公用物理信道： PRACH：承载RACH进行终端接入 PCPCH：用来传送CPCH，作为数据传送的补充，主要用于突发数据 CPICH：不承载任何高层信息，也没有任何传输信道映射，用于区分扇区 SCH：用于小区搜索过程中的同步 根据在小区搜索中所起作用分成P-SCH和S-SCH，并行发送 P-SCH在每个小区中都使用相同的长度为256chip的主同步码PSC，在每个时隙内重复发射； 一旦UE识别出S-SCH，在得到帧同步和时隙同步的同时，也得到小区所从属的组的信息， 只有当UE开机或进入新的覆盖区时，才需在初始搜索过程中对所有的码组进行全面搜索。 SCH没有传输信道映射，采用时分方式的复用,2
12、7,CCPCH：根据承载的传输信道的不同分为P-CCPCH和S- CCPCH CCPCH与下行DPCH的主要区别在于CCPCH不支持内环功率控制 PCCPCH和S-CCPCH主要区别在于映射到P-CCPCH上的BCH的TFC是固定的，而S-CCPCH则可通过TFCI支持多种TFC P-CCPCH：承载BCH的物理信道，用于传送广播信息 S-CCPCH：承载FACH和PCH，完成接入控制和寻呼 AICH：与PRACH相配合，用于传送捕获指示AI，AI对应基站接收到的PRACH的特征标记序列 PICH：用来传送寻呼指示PI，与一个S-CCPCH（对应传输信道PCH的映射）一同配合为UE提供有效的休
13、眠工作模式 PDSCH：用于传送DSCH，与PCPCH相似，主要传送非实时的突发业务，可通过正交码由多个码分用户共享,28,传输信道到物理信道的映射,DCH经编码复用后的数据流直接顺序映射到专用物理信道 BCH、FACH、PCH经编码交织后分别按序映射到 P-CCPCH、S-CCPCH RACH编码交织后按序映射到PRACH的消息部分,29,9.3 WCDMA中的关键技术,主要技术及参数 扩频与调制技术 信道编码与复用 RAKE接收和多用户检测技术 空时码技术 物理层相关进程,30,9.3.1 主要技术及参数,基站同步方式：支持异步和同步的基站运行 信号带宽：5MHz 码片速率：3.84Mc/
14、s 发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD 信道编码：卷积码、Turbo码 调制方式：QPSK 功率控制：上下行闭环、开环功率控制 解调方式：导频辅助的相干解调方式 语音编码：AMR（自适应多速率话音编码）,31,WCDMA与GSM指标的比较,32,语音演进,WCDMA：AMR语音编码 速率：4.75Kbit/s12.2Kbit/s 软切换和发射分集，提高容量； 提供高保真的语音模式 进行快速功率控制,33,数据演进,支持最高2Mbit/s的数据业务 支持包交换（目前采用ATM平台） 提供QoS控制 公共分组信道CPCH和下行共享信道DSCH，更好地支持Internet分组业务，提供移动I
15、P业务（IP地址的动态赋值） 传输格式指示 TFCI域提供动态数据速率的确定，提供高质量的上下行不对称的数据业务的支持 如语音，可视电话，会议电视,34,9.3.2 扩频与调制技术,物理信道成帧后，需对物理信道的数据流进行扩频、加扰 扩频又叫信道化操作 发：用扩频序列与信号相乘，提高速率，增加带宽 收：用相同的扩频序列与接收信号相乘解扩 用来转换的数据序列符号叫信道化码 在WCDMA中采用OVSF作为信道化码； 每个符号被转化成的码片数目为扩频因子 第二步操作为加扰，用一个伪随机序列与扩频后的序列相乘，对信号起加密、扰乱作用。 扰码的码片速率与已扩频符号相同，因此不影响符号速率 上行链路物理信
16、道加扰的作用是区分用户，下行链路加扰可区分基站和信道，因此选择的扰码间必须有良好的自相关性。WCDMA采用Gold序列作扰码,35,上行链路物理信道的扩频与加扰,上行链路专用物理信道DPDCH、DPCCH 扩频与加扰 在扩频前，物理信道上的二进制码需转换为实值(-1,+1) DPCCH和DPDCH上的数据先与信道化码相乘，形成扩频码，再由增益系数对信号幅度进行加权 每个无线连接的专用信道最多允许1个DPCCH信道、6个DPDCH信道同时传输 用于上行链路专用信道的扰码可以是长扰码，也可是短扰码。扩频、加扰后的复值码片序列分裂为虚、实部，进行调制 混合相移键控HPSK WCDMA系统不同的信道可用不同的幅度，在完成调制后，会产生不同幅度的I、Q支路,36,DPCCH的增益系统数为c； DPDCH的增益系数为d,复值扰码SnDPCH,37,物理随机接入信道PRACH RACH由前导签名和消息两部分。RACH的前导部分不进行I/Q支路映射，但需进行复数调制 PRACH的消息部分的扩频与调制方式与上行DPCH相同 消息部分扰码的选择取决
