第1章-WCDMA移動(dòng)通信緒論

第1章緒論

無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程1.1

IMT-2000概述1.2無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的重要性1.3

WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)1.4小結(jié)1.6未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)1.5

本章內(nèi)容無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程

IMT-2000系統(tǒng)概述三種3G系統(tǒng)簡(jiǎn)介、比較

3G頻譜劃分無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的重要性

WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)

本章重點(diǎn)三種3GCDMA技術(shù)的特點(diǎn)和區(qū)別

WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)

學(xué)習(xí)本章目的和要求了解第一代、第二代和第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特征了解WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA的特點(diǎn)和發(fā)展歷史了解3G頻譜劃分情況熟悉WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)

1.1無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是模擬制式的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。應(yīng)用時(shí)間是20世紀(jì)70年代中期至80年代中期。

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型代表是美國(guó)的AMPS先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)和后來的改進(jìn)型TACS（總接入通信系統(tǒng)）等。

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用頻分復(fù)用（FDMA）模擬制式，語音信號(hào)使用模擬調(diào)制，每隔30kHz/25kHz為一個(gè)模擬用戶信道。

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功，但其如下的弊端也日漸顯露出來：（1）頻譜利用率低；（2）業(yè)務(wù)種類有限；

（3）無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；（4）保密性差，易被竊聽和盜號(hào)；（5）設(shè)備成本高；（6）終端體積大、重量大。

為了解決模擬系統(tǒng)中存在的這些根本性技術(shù)缺陷，數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是以GSM和IS-95為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，應(yīng)用時(shí)間是從20世紀(jì)80年代中期至今。

第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型代表是美國(guó)的DAMPS系統(tǒng)IS-95和歐洲的GSM系統(tǒng)。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種能提供多種類型高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)、進(jìn)行任何種類通信的系統(tǒng)。

由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，全世界各個(gè)運(yùn)營(yíng)商、制造商與廣大用戶對(duì)此產(chǎn)生了濃厚的興趣。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的目標(biāo)可以概括為以下幾方面。

（1）能實(shí)現(xiàn)全球漫游：用戶可以在整個(gè)系統(tǒng)甚至全球范圍內(nèi)漫游，且可以在不同速率、不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下獲得有質(zhì)量保證的服務(wù)。

（2）能提供多種業(yè)務(wù)：提供話音、可變速率的數(shù)據(jù)、活動(dòng)視頻會(huì)話等業(yè)務(wù)，特別是多媒體業(yè)務(wù)。

（3）能適應(yīng)多種環(huán)境：可以綜合現(xiàn)有的公眾電話交換網(wǎng)（PSTN）綜合業(yè)務(wù)、數(shù)字網(wǎng)無繩系統(tǒng)、地面移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)來提供無縫隙的覆蓋。

（4）足夠的系統(tǒng)容量：強(qiáng)大的多種用戶管理能力、高保密性能和高質(zhì)量的服務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)對(duì)其無線傳輸技術(shù)（RadioTransmissionTechnology，RTT）提出了以下要求。

①高速傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)：室內(nèi)環(huán)境至少2Mbit/s；室內(nèi)外步行環(huán)境至少384kbit/s；室外車輛運(yùn)動(dòng)中至少144kbit/s；衛(wèi)星移動(dòng)環(huán)境至少9.6kbit/s。

②傳輸速率能夠按需分配。③上下行鏈路能適應(yīng)不對(duì)稱需求。

1.2IMT-2000概述

第三代移動(dòng)通信將為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸、Internet訪問、移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)和多媒體服務(wù)，同時(shí)支持全球漫游特性。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）于1985年提出了當(dāng)時(shí)稱為未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem，PLMTS）。

1996年更名為國(guó)際移動(dòng)通信-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000，IMT-2000），意即該系統(tǒng)工作在2?000MHz頻段，最高業(yè)務(wù)速率可達(dá)2?000kbit/s，預(yù)期在2000年左右得到商用。

目前，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中比較成熟的無線傳輸技術(shù)主要有以下三種方案。

（1）WCDMA：由ARIB在日本建立的方案和歐洲ETSI的CDMA方案融合而成，在1998年1月28～29日在巴黎召開的ETSISMG2的24次會(huì)議上獲得通過。代表廠商為愛立信、諾基亞和NTT等。

（2）CDMA2000：由美國(guó)為響應(yīng)ITU無線傳輸技術(shù)方案征集活動(dòng)而專門成立的無線傳輸技術(shù)評(píng)估組TIATR45.5提出。代表廠商為高通、摩托羅拉、北方電訊、朗訊和三星電子等。

（3）TD-SCDMA：由我國(guó)電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）提出，是CATT的TD-SCDMA與西門子的TD-CDMA先進(jìn)技術(shù)的合并。代表廠商為CATT和西門子。

1.2.1WCDMAWCDMA是通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）的空中接口技術(shù)。UMTS的核心網(wǎng)基于GSM-MAP，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于ANSI-41的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力，并可以基于TDMATM和IP技術(shù)向全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進(jìn)。

核心網(wǎng)絡(luò)邏輯上分為電路域和分組域兩部分，分別完成電路型業(yè)務(wù)和分組型業(yè)務(wù)。

UMTS的陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN）基于ATM技術(shù)，統(tǒng)一處理語音和分組業(yè)務(wù)，并向IP方向發(fā)展。MAP技術(shù)和GPRS隧道技術(shù)是WCDMA體制移動(dòng)性管理機(jī)制的核心。

WCDMA具有以下特點(diǎn)。（1）調(diào)制方式：上行為HPSK，下行為QPSK。（2）解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)。

（3）接入方式：

DS-CDMA方式。

（4）三種編碼方式：在話音信道采用卷積碼（R=1/3，K=9）進(jìn)行內(nèi)部編碼和Viterbi譯碼；在數(shù)據(jù)信道采用ReedSolomon編碼；在控制信道采用卷積碼（R=1/2，K=9）進(jìn)行內(nèi)部編碼和Viterbi譯碼。

（5）適應(yīng)多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務(wù)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)速率分配不同的資源。同時(shí)對(duì)多速率、多媒體的業(yè)務(wù)，可通過改變擴(kuò)頻比（對(duì)于低速率的32kbit/s，64kbit/s，128kbit/s的業(yè)務(wù)）和多碼并行傳送（對(duì)于高于128kbit/s的業(yè)務(wù)）的方式來實(shí)現(xiàn)。

（6）上下行快速、高效的功率控制大大減少了系統(tǒng)的多址干擾，提高了系統(tǒng)容量，同時(shí)也降低了傳輸?shù)墓β省?/p>

（7）核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性。

（8）基站之間無需同步。因基站可收發(fā)異步的PN碼，即基站可跟蹤對(duì)方發(fā)出的PN碼，同時(shí)移動(dòng)終端也可用額外的PN碼進(jìn)行捕獲與跟蹤，因此可獲得同步，支持越區(qū)切換及宏分集，而在基站之間無需進(jìn)行同步。

（9）支持軟切換和更軟切換，切換方式包括三種，即：扇區(qū)間軟切換、小區(qū)間軟切換和載頻間硬切換。

1.2.2CDMA2000CDMA2000體制是在IS-95標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出的3G標(biāo)準(zhǔn)。目前，其標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP2來完成。

系統(tǒng)的核心網(wǎng)基于ANSI-41，并保持與ANSI-41網(wǎng)絡(luò)的兼容性，同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于GSM-MAP的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力。

CDMA2000的電路域繼承2GIS-95CDMA網(wǎng)絡(luò)，引入以WIN為基本架構(gòu)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。分組域是基于MobileIP技術(shù)的分組網(wǎng)絡(luò)。無線接入網(wǎng)以ATM交換機(jī)為平臺(tái)提供豐富的適配層接口。

CDMA2000具有以下特點(diǎn)。

（1）前反向同時(shí)采用導(dǎo)頻輔助相干解調(diào)。（2）在擴(kuò)頻碼的選擇中采用相同M序列，通過不同的相位偏置區(qū)分不同的小區(qū)和用戶。

（3）射頻帶寬從1.25MHz～20MHz可調(diào)。（4）快速前向和反向功率控制。

（5）下行信道中采用公共連續(xù)導(dǎo)頻方式進(jìn)行相干檢測(cè)，提高系統(tǒng)容量。

（6）在下行信道傳輸中，定義直擴(kuò)和多載波傳輸兩種方式，碼片速率分別為3.6864Mchip/s和1.22Mchip/s；多載波方式能很好地兼容IS-95網(wǎng)絡(luò)。

（7）支持F-QPCH，可延長(zhǎng)手機(jī)待機(jī)時(shí)間。（8）核心網(wǎng)絡(luò)是ANSI-41網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與ANSI-41網(wǎng)絡(luò)的兼容性。（9）支持軟切換和更軟切換。

（10）設(shè)計(jì)了兩類碼復(fù)用業(yè)務(wù)信道：基本信道用于傳送語音、信令和低速數(shù)據(jù)，是一個(gè)可變速率信道；補(bǔ)充信道用以傳送高速率數(shù)據(jù)，在分組數(shù)據(jù)傳送上應(yīng)用了ALOHA技術(shù)，改善傳輸性能。（11）在同步方式上CDMA2000與IS-95相同，基站間同步采用GPS方式。

1.2.3TD-SCDMATD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)無線通信標(biāo)準(zhǔn)組織（CWTS）提出，目前已經(jīng)融合到了3GPP關(guān)于WCDMA-TDD的相關(guān)規(guī)范中。

TD-SCDMA核心網(wǎng)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性。核心網(wǎng)絡(luò)也可以基于TDMATM和IP技術(shù)，并向全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進(jìn)。

TD-SCDMA采用的關(guān)鍵技術(shù)有智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、多時(shí)隙CDMA、DS-CDMA、同步CDMA、信道編譯碼、交織和接力切換等。

TD-SCDMA具有以下特點(diǎn)：（1）信號(hào)帶寬為1.6MHz；（2）碼片速率為1.28Mchip/s；（3）采用智能天線技術(shù)，提高了頻譜效率；

（4）采用同步CDMA技術(shù)，降低上行用戶間的干擾和保持時(shí)隙寬度；（5）接收機(jī)和發(fā)射機(jī)采用軟件無線電技術(shù)；

（6）采用聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，降低多址干擾；（7）多時(shí)隙，具有上下行不對(duì)稱信道分配能力，適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；（8）用接力切換，降低掉話率，提高切換的效率；

（9）核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與它們的兼容性；（10）基站間采用GPS或者網(wǎng)絡(luò)同步方式，降低基站間干擾。

1.2.4三種主要技術(shù)方案的比較

WCDMACDMA2000TD-SCDMA多址接入方式DS-CDMAMC-CDMADS-CDMA雙工方式FDD/TDDFDDTDD載頻間隔（MHz）51.25/3.751.6碼片速率（Mchip/s）3.841.2288/3.68641.28幀長(zhǎng)10ms20ms10ms（含兩個(gè)子幀）表1-1 三種主要技術(shù)方案比較

WCDMACDMA2000TD-SCDMA基站同步方式不需要GPS/GLONASS同步方式GPS或者網(wǎng)絡(luò)同步方式功率控制快速閉環(huán)功控：1500Hz；外環(huán)功控快速閉環(huán)功控：800Hz；外環(huán)功控閉環(huán)功控：0～200Hz；外環(huán)功控切換方式扇區(qū)間軟切換、小區(qū)間軟切換和載頻間硬切換支持軟切換和更軟切換

接力切換語音編碼AMR8k/13kQCELP/8kEVRCAMR

WCDMACDMA2000TD-SCDMA解調(diào)方式導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)方式導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)聯(lián)合檢測(cè)方式編碼方式卷積碼/Turbo碼卷積碼/Turbo碼卷積碼/Turbo碼調(diào)制方式上行：HPSK下行：QPSK上行：BIT/SK下行：QPSKQPSK和8PSK（對(duì)于2Mbit/s業(yè)務(wù)）

1.2.53G頻譜劃分情況

圖1-13G頻譜劃分1.3無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的重要性

在無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和擴(kuò)展過程中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的無線和有線傳輸部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，對(duì)正在運(yùn)行當(dāng)中的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化處理。

本書重點(diǎn)闡述無線部分的規(guī)劃和優(yōu)化。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作，往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間、物力和人力。對(duì)于制造商來說，必須提供易于規(guī)劃和優(yōu)化的產(chǎn)品和相應(yīng)的工具，才能使得產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)力。

在初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，運(yùn)營(yíng)商需要根據(jù)容量和覆蓋的目標(biāo)，結(jié)合投資預(yù)算、頻譜資源、地形特征、業(yè)務(wù)需求、用戶密度等諸多因素，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的初始規(guī)劃。

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的質(zhì)量和效果直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和運(yùn)營(yíng)商的收益。隨著全I(xiàn)P移動(dòng)的到來，QoS保障變得尤為重要。1.4WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的特點(diǎn)是由網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù)特征決定的，不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中有不同的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

GSM網(wǎng)絡(luò)使用頻率復(fù)用，因此，頻率規(guī)劃是一個(gè)非常重要的問題，而IS-95網(wǎng)絡(luò)使用擾碼相位區(qū)分小區(qū)則帶來擾碼相位規(guī)劃問題。3GWCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有許多相似之處，但也有一些根本性的差異。

1.4.1頻率規(guī)劃

GSM網(wǎng)絡(luò)需要頻率規(guī)劃。

CDMA網(wǎng)絡(luò)具有頻率復(fù)用因子為1的特點(diǎn)，頻率規(guī)劃變得很簡(jiǎn)單。

CDMA網(wǎng)絡(luò)一般使用1個(gè)或很少幾個(gè)頻率。

對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)來說，一個(gè)信道帶寬只有200kHz。在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，由于小區(qū)呼吸效應(yīng)，小區(qū)的大小是隨容量的變化而變化的。

1.4.2干擾受限系統(tǒng)

WCDMA系統(tǒng)的頻率復(fù)用度為1，其容量不再受限于頻率，而主要受系統(tǒng)內(nèi)部干擾的限制，即WCDMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，其容量主要由干擾決定。

WCDMA提供了許多無線資源管理方法來避免或減輕干擾，如功率控制、接入控制、軟切換等。有效控制干擾，是WCDMA無線資源管理的重要目標(biāo)之一。

1.4.3多業(yè)務(wù)特征為了利用WCDMA系統(tǒng)的多種業(yè)務(wù)信道承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，在資源配置過程中，應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性、數(shù)據(jù)量大小選擇承載的業(yè)務(wù)信道。

在資源分配上，應(yīng)在公平性和系統(tǒng)吞吐量之間進(jìn)行平衡和取舍，選擇合理的資源調(diào)度算法。在資源的配置過程中，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)延的