移动通信(第六版)(章坚武)课件章 -002.pptx

1、第7章 第三代移动通信系统()第7章 第三代移动通信系统(3G)7.1 引言 7.2 WCDMA 7.3 CDMA2000 7.4 TDSCDMA 7.5 3G三种主流标准的方案性能比较第7章 第三代移动通信系统()7.1 引言 早在1985年,国际电信联盟(ITU)就提出了第三代移动通信系统的概念,当时称为未 来公用陆地移动通信系统(FPLMTS),后考虑到该系统预计在2000年左右商用,且工作 于2000MHz频段,1996年更名为国际移动电信系统IMT 2000(InternationalMobile Telecomunication 2000)。第7章 第三代移动通信系统()其主要特性

2、有:(1)全球化。IMT 2000是一个全球性的系统,它包括多种系统,在设计上具有高度 的通用性,该系统中的业务以及它与固定网之间的业务可以兼容,能提供全球漫游业务。(2)多媒体化。IMT 2000提供高质量的多媒体业务,如话音、可变速率数据、视频 和高清晰图像等多种业务。(3)综合化。IMT 2000能把现存的各类移动通信系统综合在统一的系统中,以提供 多种服务。第7章 第三代移动通信系统()(4)智能化。IMT 2000主要表现在引入智能网,移动终端和基站采用软件无线电技术。(5)个人化。用户可用唯一个人电话号码(PTN)在终端上获取所需要的电信业务,这 就超越了传统的终端移动性,真正实现

3、了个人移动性。第7章 第三代移动通信系统()图71描述了第三代移动通信系统的运行环境。从图中可以看出,各种不同的操作环境,从 具 有 极 高 容 量 的 室 内 微 蜂 窝 结 构 到 室 外 的 蜂 窝 结 构 以 及 卫 星 覆 盖 都 包 括 在 IMT 2000 系统中,同时该系统还具有提供各种业务(从话音、数据到多媒体)的能力。总 而言之,IMT 2000系统具有很强的灵活性。第7章 第三代移动通信系统()图71 IMT2000系统的运行环境第7章 第三代移动通信系统()7.1.1 IMT 2000和我国3G的三大标准1.各种规定的基本原则 为了方便迅速地接入各种通信业务,保证公开竞

4、争,促进各国通信市场的发展,可以 方便地增加新的通信业务。WARC 92的ITU RM.1036建议给出了IMT 2000频带使 用原则,如表71所示。第7章 第三代移动通信系统()第7章 第三代移动通信系统()2.频率划分 1987年,ITU 世界无线电行政大会针对移动业务(WMOB 81)通过了265号决议,此决议为 FPLMTS 国 际 化 选 择 了 13 GHz的 工 作 频 段,最 小 带 宽 为 230 MHz。在 WARC 92会议上,ITU 会员一致同意IMT 2000的频段为2GHz,即18852025MHz 和21102200 MHz,其 中 19802010 MHz和

5、21702200 MHz用 于 移 动 卫 星 业 务(MSS)。第7章 第三代移动通信系统()随后在 WRC 95会议上对 WARC 92的决议进行了修改,主要是移动卫星业务(MSS)的2GHz频段,具体修改为:此频段在2000年投入使用,届时不能使用的区域 改用 19902025 MHz和 21602200 MHz。表 7 2 是IMT 2000 卫星的频段划分。WRC 95 会议第46号决议给出了IMT 2000卫星的主要标准,整个标准将分两步实施:确定整个网络的频率分配,协调可能受到影响的系统。第7章 第三代移动通信系统()第7章 第三代移动通信系统()3.卫星技术 容量与覆盖是无线系

6、统的两个关键的技术指标。对于人口较密集的地区,移动系统的 容量(每单位面积的负荷)是最重要的;而对于一些边远地区,覆盖问题占了主要地位。卫 星移动系统是实现全球覆盖的有效方法。作为陆地系统的补充,卫星移动通信系统具有覆 盖面积大、信号稳定、不受地形地貌影响、不受距离限制等特点。IMT2000将是综合陆 地与卫星系统的一个有机整体。第7章 第三代移动通信系统()卫星轨道的选择是卫星系统要考虑的首要问题之一。卫星轨道可以分为地球同步轨道(GEO)和非地球同步轨道(NGEO)两类。IMT2000趋向于使用非地球同步轨道,因为 NGEO 可以较好地实现全球覆盖,时延较小。同时,可以使用小口径的天线减小

7、波束的投 射范围,从而获得更好的全球频率重用系数。但 NGEO 的一个缺点是所需使用的卫星数目 要比 GEO 的多,并且卫星相对于地区不是静止的。3G的三大标准 WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA的主要技术参数比较见表73第7章 第三代移动通信系统()第7章 第三代移动通信系统()第7章 第三代移动通信系统()7.1.2 3G的三大标准的演进路径 1.WCDMA和TDSCDMAWCDMA 和 TD SCDMA 网 络 在 原 先 GSM 的 基 础 上 演 进,其 核 心 网 基 于 GSM MAP。GSM 自1992年投入商用以来,其标准得到不断验证,而且稳步发展,在截至2001年

8、的第一个十年中,用户数量已经达到5亿。2006年全球 GSM 用户数超20亿。2011年 GSM 进入第二个十年,全球的234个国家与地区已经拥有838个 GSM 网络,用户数量超 过44亿。GSM 网络采用电路交换(CS)的方式,主要用于话音通话,而因特网上的数据传 递则采用分组交换(PS)的方式。第7章 第三代移动通信系统()由于这两种网络具有不同的交换体系,导致彼此间的网络 几乎都是独立运行的。制定 GPRS标准的目的就是要改变这两种网络互相独立的现状。通 过采用 GPRS 技 术,可 使 现 有 GSM 网 络 方 便 地 实 现 与 高 速 数 据 分 组 的 简 便 接 入。WCD

9、MA 和 TD SCDMA 网络保留了 GSM 的PS和CS的主要结构,兼容 GSM 原有的手 机终端设备,使 GSM 网络平稳演进至3G。第7章 第三代移动通信系统()2.CDMA2000 CDMA2000主要由IS95和IS41标准发展而来。它与 AMPS、DAMPS和IS95 都有较好的兼容性。它在反向信道也使用了导频,同时又采用了一些新技术,因此满足 IMT2000的要求。CDMA2000可分为 CDMA20001X(单载波,带宽是IS95A 的1 倍)和 CDMA20003X(多载波,带宽是IS 95A 的3倍)两个系统。第7章 第三代移动通信系统()IS 95A 是 CDMA 网络

10、的第一个标准,支持8kb/s编码话音服务。其后又分别出版 了13kb/s话音编码器的 TSB74标准,支持1.9GHz的 CDMAPCS系统的STD008标 准,其中13kb/s话音编码器的服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长,1998年2月,美国高通公司宣布将IS 95B标 准用于 CDMA 基础平台。IS 95B提供了对64kb/s数据业务的支持。第7章 第三代移动通信系统()CDMA2000 1X 是 CDMA2000第三代无线通信系统的第一个阶段,是1999年6月 由ITU 确立的标准,有人称之为2.75G 移动通信系统。其主要特点是:与IS95A/B

11、完全 兼容,并可与IS95B系统的频段共享或重叠。CDMA20001X与IS 95A/B是通过不同 的无线 配 置(RC)来 区 别 的,通 过 设 置 RC,可 以 同 时 支 持 CDMA20001X 终 端 和 IS 95A/B 终端。因此,IS95A/B 和 CDMA20001X可以同时存在于同一载波中。第7章 第三代移动通信系统()CDMA20001X 网 络 部 分 则 引 入 了 分 组 交 换 方 式,支 持 移 动IP 业 务,可 以 提 供 144kb/s的数据业务,容量比 CDMAOne(IS95A/B网络的简称)高一倍,而且增加了辅 助码分信道等,可以对一个用户同时承载

12、多个数据流和多种业务。因此,CDMA20001X 提供的业务比IS95A/B有很大的提高,为支持各种多媒体分组业务打下了基础。第7章 第三代移动通信系统()北美有关运营商在2000年6月开始CDMA20001X的现场试验,2001年年底已提供 商用。韩国已在2000年10月开通了 CDMA20001X网络。目前,美洲、亚洲和大洋洲的 众多运营商采用了CDMA20001X进行商用运行。中国联通的CDMA20001X网络已于 2003年下半年开始商用。第三代合作伙伴计划2(3GPP2)从2000年初开始在 CDMA20001X的基础上制定了 1X的演进技术,即1XEV 的标准。第7章 第三代移动通

13、信系统()第一阶段:1X EV DO(DataOnly)。1XEVDO 基于 Qualcomm 公司提出的 HDR(HighDataRate)技术,采用与话音 分离的信道传输数据,支持平均速率为650kb/s、峰值速率为2.4 Mb/s的高速数据业务,不支持话音业务。1XEV DO 的空中接口标准 已 经 由 3GPP2 完 成,并 由 TIA 发 布 IS856,目前已经商用。1X EVDO 需要一个单独的载波用于承载数据,但如果系统需 要同时提供话音和数据服务,则这个载波将能切换到1X 载波上。运营商通过分配一个用 于数据的单独载波,能为用户提供超过2Mb/s的传输速率。第7章 第三代移动

14、通信系统()第二阶段:1X EV DV(DataandVoice)。1XEVDV 是在1XEVDO 的基础上提出的技术方案,目标是在一个载波的宽 度(1.25MHz)内,不仅实现高速的话音和非实时的分组数据业务,而且能够提供实时的多 媒体业务,最高数据速率大于5Mb/s。因此,CDMA2000演进发展过程如图72所示。第7章 第三代移动通信系统()图72 CDMA2000演进发展过程第7章 第三代移动通信系统()7.1.3 3G业务 3G 业务可分为以下四类:(1)交互式业务:包括电话、移动银行、可视电话和可视会议等。(2)点对点业务:包括短信、电子邮件、话音邮件、Web、视频邮件、远程医院等

15、。(3)单向信息业务:包括数字报纸/出版、远程教育/视频购物、移动音频播放器、移动 视频播放器、视频点播和卡拉 OK 等。(4)多点广播业务:包括文本数字信息传送、话音信息传送、先进汽车导航、视频信息 传送、移动收音机和移动电视等。第7章 第三代移动通信系统()具体有以下业务:(1)无线一键通(PoC或 PTT)业务。PoC是一种半双工的通信方式,通过 PoC技术,用户只需按一下按钮,就能以类似对讲机的方式使用手机进行通信。PoC业务规范主要由开放移动联盟(OMA)指定。OMA 于2003年4月正式成立了 OMAPOC工作组,并于2005年年初正式发布PoC1.0版本规范,目前已经推出了PoC

16、2.0。第7章 第三代移动通信系统()(2)彩 E业务。互联网信息接入协议(IMAP)是一种收/发电子邮件的协议。Mobile IMAP(M IMAP)业务允许一个移动台存取和操作 MIMAP服务器上的电子邮件消息。该协议确定了移动台和服务器之间的通信方法。其业务通过一个 MIMAP客户端和一个 MIMAP服务器实现。IMAP任务包含两部分:Mailer和LowLevelAPIs。其中,Mailer实现邮件收/发等和 网络交互的核心功能;LowLevelAPIs则实现 Mailer的手机本地移植功能,包括文件访 问、图形处理、事件处理、定时器/日历、电话、通信处理、状态处理、字符输入、地址簿访

17、 问、调试信息输出、附件处理、Web、邮件发送历史访问、粘贴板、短消息启动、用户目录、邮件过滤、LOCK NO 输入、双语言、按键限制等功能。第7章 第三代移动通信系统()(3)MMS业务。MMS为多媒体短信业务,是按照3GPP标准和 WAP论坛标准有关 多媒体信息标准开发的最新业务。MMS传输的内容包括文本、图片、声音和视频,其应用 更广泛、更方便、更新潮。它最大的特色就是在 EDGE 的基础上支持多媒体功能,也被称 为 GSM384,因为这种技术能使“全球通”的数据速率由目前的9.6kb/s提高到384kb/s。多媒体短信业务在 GPRS/WCDMA 网络或 CDMA2000 1X网络的支

18、持下,以 WAP无线 应用协议为载体传送视频片段、图片、声音和文字,支持话音、因特网浏览、电子邮件、会 议电视等多种高速数据业务,可实现即时的手机端到端、手机终端到互联网或互联网到手 机终端的多媒体信息传送。第7章 第三代移动通信系统()(4)DRM 业务。移动数字版权管理技术要求在一种受控方式下提供数字内容的传送 和使用方法。内容只能在提供商授权的移动终端上传播和使用。移动数字版权管理技术要 求涉及移动数字版权管理系统的各个技术方面,由内容格式、协议和版权表达语言规范构成。具体实现是:媒体对象在一种保护和受控方式下被打包和发送到用户,内容中心从一 个门户网站将受保护的内容发送到移动终端,然后

19、版权中心在对移动终端认证之后提供必 要的版权对象,以便移动终端能够使用内容。为了遵循版权对象对媒体内容的使用描述,移动终端 DRM Agent必须执行认证协议,并且具备必要的安全和信任要素。第7章 第三代移动通信系统()(5)空中下载(OTA,Over The Air)业务。OTA 是通过移动通信的空中接口对 SIM 卡数据及应用进行远程管理的技术。OTA 定义了一种有确认的下载技术,用于发送 数据内容。下载的另外一个重要的应用就是终端个性化,用户可以根据个人的选择和生活 方式设置终端。一些具体的目标包括:实现不同的支付模式来支持电子商务体系的建立。满足具有不同能力的移动终端的内容,能够使用统

20、一的模式发布第7章 第三代移动通信系统()在所有媒体类型(如游戏、铃声和图片)的下载处理过程中创建公共性部分。实现自动能力协商和手动能力协商。允许初始下载方案在属性和功能方面有扩展的能力。创建一种简单、快速的实现和应用方案,便于缩短市场化时间。基本体系结构逻辑上分为三个部分:索引(内容)服务器、下载服务器和内容存储库。该结构允许索引服务器非常简单,可以不包括实现电子商务的特殊功能。第7章 第三代移动通信系统()(6)IMPS(InstantMessagingandPresenceServices,即时消息业务)。移动通信的即 时消息业务基于 Web的概念,把手机的短信和手机移动互联网完美地结合

21、起来,使用户通 过手机即可方便地与他人以短信、移动互联网来进行即时的信息交流。腾讯 QQ、ICQ 和 MSN Messager等广泛使用的即时通信(IM,InstantMessenger)工具已经成为上网人群必 不可少的上网工具。第7章 第三代移动通信系统()另一方面,随着移动增值业务的发展,特别是SMS、MMS分别在我国 和韩国的成功商业化以及Imode业务在日本的成功,大大拓展了即时消息业务的使用领 域。目前,无线村论坛已经并入 OMA 联盟,IMPS规范的制定工作由无线村工作组来完 成。该规范已经进入了应用测试阶段(Phase2)。OMA 中的IMPS规范主要定位在移动设 备、移动业务和

22、基于Internet的即时消息业务之间交换信息和图像等内容方面。微信是一种更快速的即时通信工具,具有零资费、跨平台沟通、显示实时输入状态等 功能,与传统的短信沟通方式相比,更灵活、智能,且节省资费。第7章 第三代移动通信系统()7.2 WCDMA7.2.1 WCDMA系统的网络结构 3GPP(第三代合作伙伴项目)的第一个标准是 W CDMA 系统的 R99版本。R99版采用全新的 W CDMA 无线空中接口标准,支持2Mb/s的传输速率;核心网(CN)包括 PS 域和 CS域两部分。3GPP制订了多个 CN 网络结构的版本:R99、R4、R5、R6、R7等。从 R99到 R7版本,均采用相同的

23、无线接入网UTRAN,主要对核心网进行演进。第7章 第三代移动通信系统()R99核 心网仍然采用 GSM/GPRS 的网络体系结构,CS域与 GSM 的相同,PS域采用 GPRS的 网络结构。R4版是移动网络向下一代网络演进的第一步。R4核心网仍分为电路交换域和 分组交换域,但电路域引入基于软交换的承载与控制相分离的架构,原来的 MSC被 MSC 服务器(Server)和电路交换 媒体网关(CS MGW)代替。MSC服务器(Server)用于处理信 令,电路交换 媒体网关(CS MGW)用于处理用户数据。第7章 第三代移动通信系统()R4 分组交换域与 R99的相同。R4支持 TDM、ATM

24、及IP方式的核心网络承载技术。R5版在 R4版的基础上增加了IP 多媒体域(IMS)来支持 VoIP,IMS域的引入实际上是在分组交换域引入了承载和控制相 分离的架构,实现了语音、数据、多媒体业务的融合,实现了端到端的IP多媒体业务。同 时在无线传输中引入了高速下行链路分组接入(HSDPA)。第7章 第三代移动通信系统()HSDPA 是 WCDMA 下行链路 针对分组业务的优化和演进,支持高达10Mb/s的下行分组数据传输。与 HSDPA 类似,高速上行链路分组接入(HSUPA)是上行链路针对分组业务的优化和演进。HSUPA 是继 HSDPA 后,WCDMA 标准的又一次重要演进,具体体现在

25、R6 的规范中。利用 HSUPA 技术,上行用户的峰值传输速率可以提高25倍。HSUPA 还可以使小区上行的吞吐量比 R99的 WCDMA 多出20%50%。此外,R6中引入了多媒体广播和组播业务,无线资源 得到了优化,实现了3G 与 WLAN 的互联。R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制 定,要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。第7章 第三代移动通信系统()1.CS域的接口 A 接口和 A Bis 接 口 定 义 在 GSM08series 技 术 规 范 中;IuCS 接 口 定 义 在 UMTS25.4xx技术规范中;B、C、D、E、F和 G 接口则以7号信令方式实现相

26、应的移动应 用部分(MAP),用于完成数据交换。H 接口未提供标准协议。第7章 第三代移动通信系统()2.PS域的接口 PS域的网络结构基于 GPRS的网络结构(见图521)。Gb接口定义在 GSM08.14、GSM08.16和 GSM08.18技术规范中;Iu PS接口定义在 UMTS25.4xx series技术规范中;Gc、Gr、Gf、Gd接口则是基于7号信令的 MAP协议;Gs实现SGSN 与 MSC之间的 联合操作,基于SCCP/BSSAP+协议;Ge基于CAP协议;Gn/Gp协议由 GTPV0升级到 GTPV1版本;Ga/Gi协议没有太大改动。第7章 第三代移动通信系统()图7 4

27、所示为支持 CS和 PS业务的 PLMN 的基本网络结构(R4版本)。R4版本中 PS域的功能实体SGSN 和 GGSN 没有改变,与外界的接口也没有改变。但为了支持全IP 网发展,R4版本中 CS域实体有所变化,如 MSC根据需要可分成两个不同的实体:MSC 服务器(MSCServer,仅用于处理信令)和电路交换 媒体网关(CS MGW,用于处理用户 数据)。MSC服务器和 CS MGW 共同完成 MSC功能。对应地,GMSC也分成 GMSC服 务器和 CS MGW。第7章 第三代移动通信系统()图7 4 支持 CS和 PS业务的 PLMN 的基本网络结构(R4版本)第7章 第三代移动通信系

28、统()图74中各实体的功能如下:(1)MSC服务器(MSCServer)主要由 MSC 的呼叫控制和移动控制组成,负责完成 CS域的呼叫处理等功能。MSC服务器将用户 网络信令转换成网络 网络信令。MSC服务器也可包含 VLR 以处理移动用户的业务 数 据 和 CAMEL(Customized Applicationsfor MobilenetworkEnhancedLogic)的相关数据。第7章 第三代移动通信系统()(2)电路交换媒体网关(CSMGW)是 PSTN/PLMN 的传输终点,并且通过Iu接口 连接核心网和 UTRAN。CS MGW 可以是从电路交换网络来的承载通道的终点,也可以

29、 是从分组网来的媒体流(例如IP网中的 RTP流)的终点。在Iu上,CSMGW 可支持媒体 转换、承载控制和有效载荷处理(例如多媒体数字信号编解码器、回音消除器、会议桥等),可支持 CS业务的不同Iu选项(基于 AAL2/ATM 或基于 RTP/UDP/IP)。第7章 第三代移动通信系统()(3)GMSC服务器(GMSCServer)主要由 GMSC的呼叫控制和移动控制组成。图75是 R5版本的 PLMN 基本网络结构(没有包括IP 多媒体(IM)子系统部分)。R5版本的网络结构和接口形式同 R4版本基本一致,主要差别是:当PLMN 包括IM 子系 统时,HLR和 AuC被归属用户服务器(HS

30、S)所替代。第7章 第三代移动通信系统()图75 R5版本的 PLMN 基本网络结构第7章 第三代移动通信系统()归属用户服务器(HSS)是指定用户的主数据库,包含支持网络实体处理呼叫/会话的 相关签约信息。HSS包括 HLR和鉴权中心(AuC)。R5新增了漫游信令网关(R SGW)和传输信令网关(T SGW),并新增了IP多媒体 核心网子系统(IMS)。IP多媒体核心网子系统(IMS)的实体配置如图76所示。第7章 第三代移动通信系统()图76 IP多媒体核心网子系统的实体配置第7章 第三代移动通信系统()该子系统的各实体功能简述如下:(1)呼叫服务器控制功能(CSCF)。CSCF可起到代理

31、 CSCF(PCSCF)、服务 CSCF(SCSCF)和询问 CSCF(ICSCF)的作用。PCSCF是IP多媒体核心网子系统(IMS)内的第一个接触点,接收请求并进行内 部处理或在翻译后接着转发。SCSCF实现 UE的会话控制功能,维持网络运营商支持该业务所需的会话状态。ICSCF是运营网络内关于所有到用户的IMS连接的主要接触点,用于所有与该 网络内签约用户或当前位于该网络业务区内漫游用户相关的连接。第7章 第三代移动通信系统()(2)媒体网关控制功能(MGCF)。MGCF的主要功能包括:负责控制适于媒体信道连 接控制的呼叫状态部分,与 CSCF 通信,根据来自传统网络的入局呼叫的路由号码

32、选择 CSCF,执行ISUP与IMS网络呼叫控制协议间的转换,并能将其所收到的频段信息转发 给 CSCF/IM MGW。(3)IP多媒体 媒体网关功能(IMMGW)。IMMGW 能够支持媒体转换,承载控制 和有效负荷的处理,并能提供支持 UMTS/GSM 传输媒体的必需资源。第7章 第三代移动通信系统()(4)多媒体资源功能控制器(MRFC)。MRFC负责控制 MRFP中的媒体流资源,解释 来自应用服务器和SCSCF的信息并控制 MRFP。(5)多媒 体 资 源 功 能 处 理 器(MRFP)。MRFP 负 责 控 制 Mb 参 考 点 上 的 承 载,为 MRFC 的控制提供资源,产生、合成

33、并处理媒体流。(6)签约位置功能(SLF)。在注册和会话建立期间,SLF用于I CSCF询问并获得包 含所请求用户特定数据的 HSS的名称。另外,SCSCF也可以在注册期间询问SLF。第7章 第三代移动通信系统()(7)突破网关控制功能(BGCF,BreakoutGatewayControlFunction)。BGCF的主要 功能是选择在哪个网络中将发生PSTN 突破。如果将发生突破的网络与BGCF所在的网络 相同,则 BGCF会选择一个 MGCF,负责与 PSTN 进行互操作。如果突破发生在其他网络 内,则 BGCF将会话信令转发给其他 BGCF或 MGCF(这将根据所选网络内的实体配置来确

34、定),与 PSTN 进行互操作。第7章 第三代移动通信系统()7.2.2 WCDMA空中接口的物理信道结构传输信道是物理层提供给高层(MAC)的业务。根据其传输方式或所传输数据的特性,传输信道分为两类:专用信道(DCH)和公共信道(CCH)。公共信道又分为六类:广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)、公共分组信 道(CPCH)和 下 行 共 享 信 道(DSCH)。其 中,RACH、CPCH 为 上 行 公 共 信 道,BCH、FACH、PCH 和 DSCH 为下行公共信道。第7章 第三代移动通信系统()物理层通过码分信道(码道)、频率、正交

35、调制的同相(I)和正交(Q)分支等基本的物理 资源来实现不同的物理信道,并完成与上述传输信道的映射。与传输信道相对应,物理信 道也分为专用物理信道和公共物理信道。一般的物理信道包括3层结构:超帧、帧和时隙。第7章 第三代移动通信系统()1.下行物理信道 下行物理信道分为下行专用物理信道(DPCH)和下行公共物理信道(包括公共导频信 道(CPICH)、基本公共控制物理信道(PCCPCH)、辅助公共控制物理信道(SCCPCH)、同 步信道(SCH)、捕获指示信道(AICH)和寻呼指示信道(PICH)。第7章 第三代移动通信系统()1)下行专用物理信道(DPCH)DPCH 由数据传输部分(DPDCH

36、)和控制信息(导频比特、FBI比特、TPC命令和可选 的 TFCI)传输部分(DPCCH)组成,这两部分以时分复用的方式发送,如图77所示。下 行信道也采用可变扩频因子的传输方式,每个 DPCH 时隙中可传输的总比特数由扩频因 子SF=512/2k 决定,扩频因子的范围是4512。第7章 第三代移动通信系统()图77 DPCH 的帧结构第7章 第三代移动通信系统()2)公共导频信道(CPICH)CPICH 是固定速率(30kb/s,SF=256)的下行物理信道,携带预知的20bit(10个符 号)导频序列(且没有任何物理控制信息)。公共导频信道有两类,即基本 CPICH 和辅助 CPICH,它

37、们的用 途 不 同,物 理 特 征 也 有 所 不 同。每 小 区 只 有 一 个 基 本 公 共 导 频 信 道(PCPICH),使用该小区的基本扰码进行加扰。所有小区的 PCPICH 均使用同样的信道化 码进行扩频。基本 CPICH 是 SCH、PCCPCH、AICH、PICH 等下行信道的相位参考,也 是其他下行物理信道的缺省相位参考。第7章 第三代移动通信系统()3)基本公共控制物理信道(PCCPCH 或基本 CCPCH)基本 CCPCH 为固定速率(SF=256)的下行物理信道,用于携带 BCH。在每个时隙的 前256个码片不发送任何信息(Txoff),因而可携带18bit的数据。基

38、本CCPCH 与DPCH 的不同之处是:没有 TPC命令、TFCI和导频比特。在每一时隙的前256个码片,即基本 CCPCH 不发送期间,发送基本SCH 和辅助SCH。第7章 第三代移动通信系统()4)辅助公共控制物理信道(SCCPCH 或辅助 CCPCH)辅助 CCPCH 用 于 携 带 FACH 和 PCH。有 两 类 辅 助 CCPCH:包 括 TFCI的 辅 助 CCPCH 和不包括 TFCI的辅助 CCPCH。是否发送 TFCI由 UTRAN 决定。辅助 CCPCH 可能的速率集和下行 DPCH 相同。辅助 CCPCH 的帧结构如图78所示,扩频因子的范 围为4256。第7章 第三代

39、移动通信系统()图78 辅助公共控制物理信道(SCCPCH)的帧结构第7章 第三代移动通信系统()5)同步信道(SCH)同步信道是用于小区搜索的下行信道。SCH 由两个子信道组成:基本 SCH 和辅助 SCH。SCH 无线帧的结构如图79所示。第7章 第三代移动通信系统()图79 同步信道(SCH)无线帧的结构第7章 第三代移动通信系统()6)捕获指示信道(AICH)捕获指示信道(AICH)为用于携带捕获指示(AI)的物理信道,它给出移动终端是否已 得到一条 PRACH 的指示。AICH 的帧结构如图710所示,包括由15个连续接入时隙(AS)组成的重复序列,每一个 AS的长度为40个比特间隔

40、,每个 AS包括32个比特和 1024个码片长度的空部分,采用固定的扩频因子128。第7章 第三代移动通信系统()图710 捕获指示信道(AICH)的帧结构第7章 第三代移动通信系统()7)寻呼指示信道(PICH)寻呼指示信道(PICH)是固定速率的物理信道(SF=256),用于携带寻呼指示(PI)。PICH 总是与SCCPCH 相关联的。PICH 的帧结构如图711所示。一个长度为10ms的 PICH 由300bit组成,其中 288bit用于携带寻呼指示,剩下的 12bit未用。在每一个 PICH 帧中发送 N 个寻呼指示,N=18、36、72或144。如果在某一帧中寻呼指示置为“1”,则

41、表示与该寻呼指示有关的移动台应读取SCCPCH 的对应帧。第7章 第三代移动通信系统()图711 寻呼指示信道(PICH)的帧结构第7章 第三代移动通信系统()8)下行链路的扩频和调制 除了SCH 外,所有下行物理信道的扩频和调制过程如图712所示。数字调制方式是 QPSK。每一组两个比特经过串/并变换之后分别映像到I 和Q 支路。I 和Q 支路随后用相 同的信道码扩频至码片速率(实数扩频),然后用复数的扰码Sdl,n对其进行扰码。不同的物 理信道使用不同的信道码,而同一个小区的物理信道则使用相同的扰码。信道化扩频码与上行链路中所用的信道化扩频码相同,为正交可变扩频因子(OVSF)码。第7章

42、第三代移动通信系统()图712 下行 DPCH 的扩频和调制过程第7章 第三代移动通信系统()SCH 和其他下行物理信道的时分多路复用如图713所示。基本SCH 和辅助SCH 是 码分多路的,并且在每个时隙的第1个256码片中同时传输。SCH 的传输功率可以通过增 益因子GP 和GS 来分别加以调节,与 PCCPCH 的传输功率是不相关的。第7章 第三代移动通信系统()图713 SCH 和下行物理信道的时分多路复用第7章 第三代移动通信系统()9)下行链路发射分集 下行链路发射分集是指在基站方通过两根天线发射信号,每根天线被赋予不同的加权 系数(包括幅度、相位等),从而使接收方增强接收效果,改

43、进下行链路的性能。发射分集 包括开环发射分集和闭环发射分集。开环发射分集不需要移动台的反馈,基站的发射先经 过空间时间块编码,再在移动台中进行分集接收解码,改善接收效果。闭环发射分集需要 移动台的参与,移动台实时监测基站的两个天线发射的信号幅度和相位等,然后在上行信 道里通知基站下一次应发射的幅度和相位,从而改善接收效果。第7章 第三代移动通信系统()开环发射分集主要包括 TSTD(TimeSwitchedTransmitDiversity,时间切换发射分 集)和STTD(SpaceTimeTransmitDiversity,空时发射分集)。STTD的编码过程如图714所示,输入的信道比特分为

44、4bit一组(b0,b1,b2,b3),经过STTD编码后实际发往天线1的比特与原比特同为(b0,b1,b2,b3),实际发往天线2 的比特为(-b2,b3,b0,-b1)。第7章 第三代移动通信系统()图714 STTD编码过程第7章 第三代移动通信系统()下面以 DPCH 为例说明STTD编码的应用。DPCH 的 STTD 编码过程如图715所 示,其中信道编码、速率匹配和交织与在非分集模式下相同。为了使接收端能够确切地估 计每个信道的特性,需要在每个天线上插入导频。第7章 第三代移动通信系统()图715 DPCH 的STTD编码过程第7章 第三代移动通信系统()闭环发射分集实质上是一种需

45、要移动台参与的反馈模式发射分集。只有 DPCH 采用 闭环发射分集方式,需要使用上行信道的 FBI域。DPCH 采用反馈模式发射分集的发射机 结构如图716所示,其与通常的发射机结构的主要不同在于有两个天线的加权因子 w1 和w2(复数)。加权因子由移动台决定,并用上行 DPCCH 的 FBI域中的 D域来传送。第7章 第三代移动通信系统()图716 DPCH 采用反馈模式发射分集的发射机结构第7章 第三代移动通信系统()2.上行物理信道 上行物理信道分为上行专用物理信道和上行公共物理信道。1)上行专用物理信道 上行专用物理信道有两类,即上行专用物理数据信道(DPDCH)和上行专用物理控制 信

46、道(DPCCH)。DPDCH 用于为 MAC层提供专用信道(DCH)。在每个无线链路中,可能 有0、1或若干个 DPDCH。DPCCH 用于传输物理层产生的控制信息。第7章 第三代移动通信系统()上行专用物理数据信道(DPDCH)的帧结构如图717所示。每一长度为10ms的帧 分为15个时隙,每一时隙的长度 Tslot=2560个码片(Chi DPDCH 和 DPCCH 通过并行码分复用的方式进行传输。p),对应于一个功率控制周期。图717中,参数k 决定了 DPDCH 中每时隙的比特数,它对应于物理信道的扩频系 数SF=256/2k,k=0,6,对应的扩频因子为2564,对应的信道比特速率为

47、15 960kb/s。第7章 第三代移动通信系统()图717 上行专用物理数据信道的帧结构第7章 第三代移动通信系统()2)上行公共物理信道 与上行专用物理信道相对应,上行公共物理信道也分为两类。用于承载随机接入信道(RACH)的物理信道称为物理随机接入信道(PRACH),用于承载公共分组信道(CPCH)的物理信道称为物理公共分组信道(PCPCH)。物理随机接入信道(PRACH)用于移动台在 发起呼叫等情况下发送接入请求信息。PRACH 的传输基于时隙 ALOHA 的随机多址协 议,接入请求信息可在一帧中的任一个时隙开始传输。第7章 第三代移动通信系统()随机接入请求消息的发送格式如图718所

48、示。它由一个或几个长度为4096Chi 前置序列和10ms或20ms的消息部分组成。随机接入突发前置部分中,长为4096Cphi的p 的序列由长度为16的扩频(特征)序列的256次重复组成,进行传输时占两个物理时隙。随 机接入消息部分的物理传输结构与上行专用物理信道的结构完全相同,但扩频比仅有256、128、64和32几种形式,占用15或30个时隙,每个时隙内可以传送10、20、40、80bit。第7章 第三代移动通信系统()其控制部分的扩频比与专用信道的相同,但其导频比特仅有8bit一种形式,导频比特图案 与专用信道中 Npilot=8的情况完全相同。在10ms的消息部分中,随机接入消息中的

49、 TF-CI的总比特数为152=30bit。无线帧中 TFCI的值对应于当前随机接入信道消息部分的 传输格式。在使用20ms消息部分的情况下,TFCI在第二个无线帧重复。第7章 第三代移动通信系统()图718 随机接入请求消息的发送格式第7章 第三代移动通信系统()物理公共分组信道(PCPCH)是一条多用户接入信道,用于传送 CPCH 上的信息。在 该信道上采用的多址接入协议是基于带冲突检测的载波检测多址/冲突检测(CSMA/CD),用户可以将无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输,其传输结构如图719所示。PCPCH 的格式与 PRACH 类似,但增加了一个冲突检测前置码和一个可选的功率控制

50、前 置码,消息部分可能包括一个 或 多 个 10 ms长 的 帧。与 PRACH 类 似,消 息 有 两 个 部 分高层用户数据部分和物理层控制部分。数据部分采用和 DPDCH 一样的扩频因子,即4、8、16、32、64、128和256;控制部分的扩频因子为256。第7章 第三代移动通信系统()图719 物理公共分组信道(PCPCH)上的传输结构第7章 第三代移动通信系统()3)上行信道的扩频与调制 上行专用物理数据信道和上行专用物理控制信道的扩频和调制如图720所示。在 DPDCH/DPCCH 的扩频与调制中,1个 DPCCH 最多可以和6个并行的 DPDCH 同时发 送。所有的物理信道数据