第1章-WCDMA移動通信緒論

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)絡規(guī)劃與優(yōu)化的重要性1.3

WCDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的特點1.4小結1.6未來無線通信網(wǎng)絡的演進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)簡介、比較

3G頻譜劃分無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化的重要性

WCDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的特點未來無線通信網(wǎng)絡的演進

本章重點三種3GCDMA技術的特點和區(qū)別

WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的特點

學習本章目的和要求了解第一代、第二代和第三代移動通信系統(tǒng)的特征了解WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA的特點和發(fā)展歷史了解3G頻譜劃分情況熟悉WCDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的特點

1.1無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程

第一代移動通信系統(tǒng)是模擬制式的蜂窩移動通信系統(tǒng)。應用時間是20世紀70年代中期至80年代中期。

第一代移動通信系統(tǒng)的典型代表是美國的AMPS先進移動電話系統(tǒng)和后來的改進型TACS（總接入通信系統(tǒng)）等。

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

第一代移動通信系統(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)務種類有限；

（3）無高速數(shù)據(jù)業(yè)務；（4）保密性差，易被竊聽和盜號；（5）設備成本高；（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缺陷，數(shù)字移動通信技術應運而生，這就是以GSM和IS-95為代表的第二代移動通信系統(tǒng)，應用時間是從20世紀80年代中期至今。

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

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

由于其諸多優(yōu)點，全世界各個運營商、制造商與廣大用戶對此產(chǎn)生了濃厚的興趣。第三代移動通信系統(tǒng)的目標可以概括為以下幾方面。

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

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

（3）能適應多種環(huán)境：可以綜合現(xiàn)有的公眾電話交換網(wǎng)（PSTN）綜合業(yè)務、數(shù)字網(wǎng)無繩系統(tǒng)、地面移動通信系統(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：強大的多種用戶管理能力、高保密性能和高質(zhì)量的服務。

為實現(xiàn)上述目標對其無線傳輸技術（RadioTransmissionTechnology，RTT）提出了以下要求。

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

②傳輸速率能夠按需分配。③上下行鏈路能適應不對稱需求。

1.2IMT-2000概述

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

國際電信聯(lián)盟（ITU）于1985年提出了當時稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem，PLMTS）。

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

目前，第三代移動通信系統(tǒng)中比較成熟的無線傳輸技術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：由美國為響應ITU無線傳輸技術方案征集活動而專門成立的無線傳輸技術評估組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：由我國電信科學技術研究院（CATT）提出，是CATT的TD-SCDMA與西門子的TD-CDMA先進技術的合并。代表廠商為CATT和西門子。

1.2.1WCDMAWCDMA是通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）的空中接口技術。UMTS的核心網(wǎng)基于GSM-MAP，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡的兼容性，同時通過網(wǎng)絡擴展方式提供在基于ANSI-41的核心網(wǎng)上運行的能力，并可以基于TDMATM和IP技術向全IP的網(wǎng)絡結構演進。

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

UMTS的陸地無線接入網(wǎng)（UTRAN）基于ATM技術，統(tǒng)一處理語音和分組業(yè)務，并向IP方向發(fā)展。MAP技術和GPRS隧道技術是WCDMA體制移動性管理機制的核心。

WCDMA具有以下特點。（1）調(diào)制方式：上行為HPSK，下行為QPSK。（2）解調(diào)方式：導頻輔助的相干解調(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）進行內(nèi)部編碼和Viterbi譯碼。

（5）適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務，并根據(jù)不同的業(yè)務質(zhì)量和業(yè)務速率分配不同的資源。同時對多速率、多媒體的業(yè)務，可通過改變擴頻比（對于低速率的32kbit/s，64kbit/s，128kbit/s的業(yè)務）和多碼并行傳送（對于高于128kbit/s的業(yè)務）的方式來實現(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，同時也降低了傳輸?shù)墓β省?/p>

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

（8）基站之間無需同步。因基站可收發(fā)異步的PN碼，即基站可跟蹤對方發(fā)出的PN碼，同時移動終端也可用額外的PN碼進行捕獲與跟蹤，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標準基礎上提出的3G標準。目前，其標準化工作由3GPP2來完成。

系統(tǒng)的核心網(wǎng)基于ANSI-41，并保持與ANSI-41網(wǎng)絡的兼容性，同時，通過網(wǎng)絡擴展方式提供在基于GSM-MAP的核心網(wǎng)上運行的能力。

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

CDMA2000具有以下特點。

（1）前反向同時采用導頻輔助相干解調(diào)。（2）在擴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)導頻方式進行相干檢測，提高系統(tǒng)容量。

（6）在下行信道傳輸中，定義直擴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。

（7）支持F-QPCH，可延長手機待機時間。（8）核心網(wǎng)絡是ANSI-41網(wǎng)絡的演進，并保持與ANSI-41網(wǎng)絡的兼容性。（9）支持軟切換和更軟切換。

（10）設計了兩類碼復用業(yè)務信道：基本信道用于傳送語音、信令和低速數(shù)據(jù)，是一個可變速率信道；補充信道用以傳送高速率數(shù)據(jù)，在分組數(shù)據(jù)傳送上應用了ALOHA技術，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標準由中國無線通信標準組織（CWTS）提出，目前已經(jīng)融合到了3GPP關于WCDMA-TDD的相關規(guī)范中。

TD-SCDMA核心網(wǎng)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡的兼容性。核心網(wǎng)絡也可以基于TDMATM和IP技術，并向全IP的網(wǎng)絡結構演進。

TD-SCDMA采用的關鍵技術有智能天線、聯(lián)合檢測、多時隙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：（1）信號帶寬為1.6MHz；（2）碼片速率為1.28Mchip/s；（3）采用智能天線技術，提高了頻譜效率；

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

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

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

1.2.4三種主要技術方案的比較

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10ms20ms10ms（含兩個子幀）表1-1 三種主要技術方案比較

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)方式導頻輔助的相干解調(diào)方式導頻輔助的相干解調(diào)聯(lián)合檢測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（對于2Mbit/s業(yè)務）

1.2.53G頻譜劃分情況

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

在無線通信網(wǎng)絡的建設和擴展過程中，需要對網(wǎng)絡的無線和有線傳輸部分進行設計和規(guī)劃，對正在運行當中的網(wǎng)絡進行優(yōu)化處理。

本書重點闡述無線部分的規(guī)劃和優(yōu)化。對于運營商來說，無線網(wǎng)絡規(guī)劃是一項至關重要的工作，往往需要花費大量的時間、物力和人力。對于制造商來說，必須提供易于規(guī)劃和優(yōu)化的產(chǎn)品和相應的工具，才能使得產(chǎn)品具有競爭力。

在初期網(wǎng)絡建設階段，運營商需要根據(jù)容量和覆蓋的目標，結合投資預算、頻譜資源、地形特征、業(yè)務需求、用戶密度等諸多因素，進行網(wǎng)絡的初始規(guī)劃。

無線網(wǎng)絡規(guī)劃的質(zhì)量和效果直接影響到整個系統(tǒng)的性能和運營商的收益。隨著全IP移動的到來，QoS保障變得尤為重要。1.4WCDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的特點

網(wǎng)絡規(guī)劃的特點是由網(wǎng)絡采用的技術特征決定的，不同的網(wǎng)絡技術在網(wǎng)絡規(guī)劃設計中有不同的重點和難點。

GSM網(wǎng)絡使用頻率復用，因此，頻率規(guī)劃是一個非常重要的問題，而IS-95網(wǎng)絡使用擾碼相位區(qū)分小區(qū)則帶來擾碼相位規(guī)劃問題。3GWCDMA網(wǎng)絡規(guī)劃和GSM網(wǎng)絡規(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)絡需要頻率規(guī)劃。

CDMA網(wǎng)絡具有頻率復用因子為1的特點，頻率規(guī)劃變得很簡單。

CDMA網(wǎng)絡一般使用1個或很少幾個頻率。

對GSM網(wǎng)絡來說，一個信道帶寬只有200kHz。在WCDMA網(wǎng)絡中，由于小區(qū)呼吸效應，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之一。

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

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