《3G移动通信系统概述 教学课件 ppt 作者 刘宝玲 付长东 张轶凡 第2章 WCDMA系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3G移动通信系统概述 教学课件 ppt 作者 刘宝玲 付长东 张轶凡 第2章 WCDMA系统（153页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 WCDMA系统,本章内容, WCDMA系统概述 WCDMA核心网技术 WCDMA无线接口技术 UTRAN技术 WCDMA无线网络规划,本章重点, WCDMA系统概述 WCDMA核心网技术 WCDMA无线接口技术 UTRAN技术 WCDMA无线网络规划,学习本章目的和要求, 掌握WCDMA的网络结构 了解核心网演进思想，并掌握R99，R4，R5和R6各标准的特点及性能优势 掌握OSA及VHE概念 掌握下一代网络（NGN）的概念和特点 了解3G业务类型及特点并理解业务产业链的变化,2.1 WCDMA系统概述,2.1.1 WCDMA网络结构 2.1.2 WCDMA核心网标准和演进 2.1.3
2、 WCDMA业务简介,2.1.1 WCDMA网络结构,1移动台,移动台即UMTS手机。 由USIM（User Service Identity Module）卡和用户设备（User Equipment，UE）组成。,UMTS系统核心网络部分是基于GSM/GPRS核心网络的演进，保持了与GSM/GPRS系统的兼容性，可以提供现有GSM系统的相关服务。 核心网络可以将用户接入各种外部网络以及业务平台，如电路交换语音网、包交换话音网（IP语音网）、数据网、Internet、Intranet、电子商务系统、短信中心等。,2接入网,UMTS核心网的功能为： （1）呼叫（包括语音和数据）的处理和控制； （
3、2）信道的管理和分配； （3）越区切换和漫游的控制； （4）用户位置信息的登记与管理； （5）用户号码和移动设备号码的登记和管理； （6）对用户实施鉴权； （7）互连功能； （8）计费功能。,2.1.2 WCDMA核心网标准和演进,1R99 2R4 3R5 4R6,2.1.3 WCDMA业务简介,1UMTS QoS体系,UMTS系统既支持语音业务又支持数据业务，所以语音将按照MS-NodeB-RNC-MSC-PSTN传输；数据将按照MS-NodeB-RNC-SGSN-GGSN-Internet传输。 UMTS支持四种业务类型：会话类型，数据流类型，互动类型和后台类型。 UMTS系统允许在服务网
4、络中对连接到此服务网络的不同移动台的业务进行有效的统计复用。 另外，还希望UMTS基于统一的传输网。,WCDMA业务分为电路型业务与分组型业务两类，其中电路型业务又分为电信业务（包括基本语音业务、紧急呼叫业务、补充业务）和电路型承载业务（包括电路型多媒体业务和IP数据承载业务），分组型业务包括Internet业务与MMS业务。,2WCDMA业务结构,WCDMA业务也可按如下方式划分： （1）移动互联网：移动Internet业务；移动门户业务。 （2）移动多媒体：移动视频电话业务；移动视频广告业务；移动音频业务。 （3）移动消息：MMS；统一消息；多媒体邮件业务；短消息。 （4）移动理财：移动银
5、行；移动证券；移动经纪业务。,（5）移动办公：移动企业门户；移动PIM；移动企业群件。 （6）移动娱乐业务：网络游戏；LOGO/TONE下载；移动算命。 （7）移动定位业务：移动黄页；城市导航；移动交通；车辆跟踪。 （8）移动电子商务：移动支付；移动销售；移动票务；移动拍卖业。,WCDMA业务的价值链发生了如下变化： （1）价值链变长：网络运营商；内容提供商；增值业务提供商；终端设备商。 （2）各个环节必须均衡发展是发展移动数据业务的关键。 （3）价值链的各个环节需要建立起一种新的合作体系。 （4）3G较2.5G业务提供能力更强，业务提供方式更多，价值链更丰富，需要以运营商为中心的紧密合作的商
6、业模式。,WCDMA标准由3GPP组织制定，它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网分为电路域和分组域，分别支持语音业务和数据业务，并提出了开放业务接入（OSA）的概念。,3OSA的概念,通过对网络/协议的抽象理解设计出一系列API，这些API屏蔽了访问网络资源和信息的具体细节，对应用呈现统一的接口，从而利用这些API可以对现有的通信网络进行安全、公开的访问，使业务能够通过标准的接口在通信网内部得以实现。 此方案使第三方业务供应商能够根据市场的需求设计出丰富多彩的通信新业务。,（1）API的提出和目标。,OSA模型有两组API：内部API和提供给业务的API。 提供给业务的API又分
7、为用于业务加载的API和用于提供网络信息（SCF）的API。,（2）API的构成。,在WCDMA移动网络中，用户希望能够在任何时间、任何地点，用任意移动终端获得所需的服务，从而实现用户的移动性。 用户移动性的研究划分为两个领域：终端移动性（在网络中定位一个终端的能力）和个人移动性（在网络中使用任意终端访问个人定制服务的能力，在此过程中会保持用户的个人环境配置）。,4VHE的概念,近年来，针对终端移动性的研究比较多，而且提出了许多新技术，例如Mobile IP，IPv6等，而针对个人移动性的研究要相对滞后一些。 因此，针对个人移动性的研究将成为WCDMA移动通信系统研究和设计的重点。 随着人们对
8、WCDMA移动通信系统的深入研究，一些标准化组织，如ITU-T，UMTS，IMT-2000等已经制定了一些个人移动性的规范。 UMTS和IMT-2000都在个人移动性的实现方面提出了虚拟本地环境（VHE）的概念。 个人移动性的实现大体上有以下几种方式。,（1）智能网络（IN）为终端及个人的移动性和多样化的业务提供了主体框架。 网络划分为与传输相关的和与业务控制相关的功能体，呼叫处理过程同呼叫种类相分离，且独立于呼叫处理的具体实施细节，以便业务种类变化和修改相对容易。 同时确保终端或个人相关参数迅速准确的查询和传递，实现终端及个人的移动性。 （2）TINA提出了一些解决个人移动性的方法，能同时支
9、持个人和终端的移动。 但它对个人服务定制有较大的限制。 （3）利用移动代理技术实现个人移动,2.2 WCDMA核心网技术,2.2.1 R99核心网 2.2.2 R4核心网,2.2.1 R99核心网,R99核心网络逻辑上划分为CS电路域和PS分组域，其主要的特点是：核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM技术，其中语音基于ATM AAL2，数据基于ATM AAL5/GTP；核心网络电路域基于TDM承载技术；核心网络分组域基于GPRS技术。 UMTS核心网络（CN）由一系列完成用户位置管理、网络功能和业务控制等功能的物理实体组成，其基本组件包括：GMSC、MSC、GGSN、SGSN、HLR、VLR、
10、EIR、AC、IWF、EC。,从构成的角度讲，UMTS R99网络的核心网（Core Network，CN）由三部分组成：核心网-电路交换（Core Network-Circuit Switched，CN-CS）；核心网-包交换（Core Network-Packet Switched，CN-PS）以及两者共有的部分。 核心网-电路交换（CN-CS）包括网关交换中心（GMSC）、移动交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、互连单元（IWF）和回声抑制（EC）等功能设备，是原GSM网络中NSS的一部分，主要处理语音信息。,核心网-分组交换（CN-PS）包括GGSN，SGSN，与原GPRS网
11、络中的核心网部分相同，主要处理数据信息。 CN-CS与CN-PS的公共部分，包括归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AC）、设备识别寄存器（EIR），主要完成注册，鉴权功能。,图2-1 UMTS核心网的电路域和分组域的功能划分结构,图2-2 计费中心与其他网络组件的接口,图2-3 核心网和无线接入子系统的接口,图2-4 Iu-CS传输面,图2-5 Iu-PS传输面,图2-6 R4核心网结构,2.2.2 R4核心网,在核心网方面，R4网络相对于R99最大的变化是在电路域引入了软交换的概念，将控制和载体分开，如图2-7所示为控制和载体分离的电路域结构，原来的MSC变为MSC服务器和媒体网关（MGW
12、），语音通过MGW由分组域来传送。,图2-7 控制和载体分离的电路域结构,（1）R4信令网。 （2）R4MSC服务器。 （3）R4GMSC服务器。 （4）R4MGW。 （5）R4信令网关。,1R4核心网的基本组成功能实体,表2-1 R4核心网的主要信令接口承载,（1）漫游信令网关功能（R-SGW）。 （2）呼叫状态控制功能（CSCF）。 （3）归属用户服务器（HSS）。 （4）媒体网关控制功能（MGCF）。 （5）多媒体资源功能（MRF）。 （6）传输信令网关功能（T-SGW）。,2WCDMA R4其新增设备及功能,（1）灵活的组网方式。 （2）承载网络融合。 （3）可扩展性。 （4）可管理性
13、。 （5）向NGN的演进。,3R4核心网的优势,2.3 WCDMA 无线接口技术,2.3.1 WCDMA基本原理 2.3.2 WCDMA物理层原理与技术 2.3.3 物理层过程,2.3.1 WCDMA基本原理,1地址码与扩频码,（1）OVSF码 OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor，正交可变速率扩频增益）在第三代移动通信中用于区分不同类型速率的业务。 因为第三代移动通信已由单一速率的语音拓广为不同速率的语音、数据与图像的多媒体业务。,这样在通信中不同的业务信源给出的信息速率是不一样的，它是变速率的，然而信道传输带宽是固定的。 OVSF Code称为
14、正交可变速率扩频增益码，在WCDMA系统中，这种码字保证了下行链路不同用户信道或同一用户不同业务信道的正交性，对于不同的数据速率，这种正交性仍然存在，保证了WCDMA适应多种业务的要求。, 伪随机噪声。 伪随机序列。,（2）GOLD码,图2-8 反馈移存器的原理示意图,（1）扩频。 （2）扰码。 有尖锐的自相关特性；尽可能小的互相关值；足够多的序列数；尽可能大的序列复杂度；序列平衡。 （3）调制。,2WCDMA的扩频、扰码和调制,图2-9 通信系统的模型,2.3.2 WCDMA物理层原理与技术,1物理层功能,物理层给MAC层和更高层提供信息传输能力，其功能有以下几点：宏分集的合并和分发，软切换
15、的执行；传输信道的错误检测并且上报给高层；传输信道的前向编码和译码，交织和解交织；,传输信道的复用、编码组合传输信道的解复用；速率匹配；编码组合传输信道向物理信道的映射；物理信道的功率加权和合并；物理信道的扩频、调制以及解扩和解调；频率和时间（chip，bit，slot，frame，码片、比特、时隙、帧）同步；测量并向高层指示；闭环功率控制；射频处理。,物理信道是有自己特定的载波频率、扰码、信道化码、开始和停止的时间、在上行并且有相对相位的实体。 时间段由开始和停止的时刻定义，是码片（chip）的整数倍。 下面介绍几个重要的相关概念。,2物理信道简介,无线帧（radio frame）：一个无线
16、帧是由15个时隙组成的一段处理时间，无线帧的长度对应于38 400chip，绝对时间是10ms。 时隙（slot）：时隙是包含bit的时间段，时隙的长度对应于2 560chip。码片（chip）：WCDMA中的码片速率（chip rate）是3.84Mbit/s，所以一个码片所对应的时间是260ns。,（1）上行物理信道种类和功能 上行专用物理信道。,图2-10 上行专用物理信道的帧结构, 随机接入物理信道（Physical Random Access Channel，PRACH）。,图2-11 随机接入信道的传输结构,图2-12 随机接入信道消息部分的帧结构, 公共分组物理信道（Physical Common Packet Channel，PCPCH）。,图2-13 公共分组信道接入传送的结构,图2-14 PCPCH信道消息部分的帧结构, 专用下行物理信道（Dedicated Downlink Phys
