3G和WCDMA基础知识
3G (第三代移动通信系统)
６.２ ＷＣＤＭＡ （ＦＤＤ） 技术
对于ＴＤＤ方案，分配的频段为１９００～１９２０ＭＨｚ和２０１ ０～２０２５ＭＨｚ。一个确定的载波要同时用于上行链路和下行链路， 因此不需要载波间隔。ＷＣＤＭＡ具有以下特点：
（１）调制方式：上行为ＨＰＳＫ，下行为ＱＰＳＫ。 （２）解调方式：导频辅助的相干解调。 （３）接入方式：ＤＳ－ＣＤＭＡ方式。 （４）３种编码方式：在话音信道采用卷积码（Ｒ＝１／３，Ｋ＝９）
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６.２ ＷＣＤＭＡ （ＦＤＤ） 技术
１.无线网络控制器ＲＮＣ的主要功能 （１）提供寻呼、系统信息广播、切换、功率控制等基本的业务功能。 （２）电路域数据业务和分组域数据业务的承载。 （３）动态信道分配等信道分配的管理。 （４）移动台准予接入、小区切换、软容量等的控制管理。 （５）提供手持终端和遥控网管两种方式的配置、维护、告警和性能统
计等操作维护管理功能。 ２.ＮｏｄｅＢ （相当于基站，包括无线收发信机和基带处理部件）的
主要功能
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６.２ ＷＣＤＭＡ （ＦＤＤ） 技术
（１）扩频、调制和信道编码。 （２）解扩、解调和信道解码。 （３）射频信号处理。 （４）基带信号和射频信号的相互转换功能。 （５）接受无线网络控制器ＲＮＣ传输来的信号并加以处理。 ３.移动交换中心ＭＳＣ的主要功能 电路域的呼叫接续；电路域的移动性管理、电路域部分的鉴权和加密。 ４.分组业务支持节点ＳＧＳＮ的主要功能 移动台的分组业务的移动性管理、会话管理、路由转发、鉴权和加密等。
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６.２ ＷＣＤＭＡ （ＦＤＤ） 技术
控制信道包括： （１）广播控制信道（ＢＣＣＨ）：广播系统控制信息的下行链路信道。 （２）寻呼控制信道（ＰＣＣＨ）：传输寻呼信息的下行链路信道，用
WCDMA基础知识介绍
信道编码技术
使用信道编码目的：进行前向纠错。 信道编码技术：是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力。 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）。
信道编码原则
对于不同的信道，一般如下表原则进行编码：
3G技术演进介绍及比较 数字移动通信基础 WCDMA R99系统网络架构 WCDMA R99关键技术 WCDMA无线接口 WCDMA R99测试项目介绍
发射功率 手机 设定SIR目标 基站
TPC命令
多用户检测技术
多用户检测技术目的： 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大概分为三种类型：加性白噪 声、干扰多径干扰与多用户间的多址干扰。 由于在同一个小区间同时通信的用户不是一个而是多个，在码分 多址中多个用户占用同一时隙、同一频率，当同时通信用户数较多 时，多址干扰成为最主要的干扰。CDMA 系统是一个多入多出 （MIMO ）系统，采用传统的单入单出（SISO ）检测方法，如匹配 滤波器，不能充分利用用户间的信息，而将多址干扰认为是高斯白 噪声。所以多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，而且也严格限 制了系统的容量提高。因此多用户检测的作用就是去除多用户之间 的相互干扰。
大纲提要
3G技术演进介绍及比较 数字移动通信基础 WCDMA R99系统网络架构 WCDMA R99关键技术 WCDMA无线接口 WCDMA R99测试项目介绍
功率控制
B 功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基 站的功率相同，功率控制可以补偿衰落接收功率不够时，要求发射方增大发射功率。
智能天线原理
原理：降低来自其他干扰方向的干扰 ， 提高所需信号方向的接 收灵敏度，扩大基站的覆盖范围 ，改善信号的传输质量。
WCDMA主流3G标准概述
WCDMA主流3G标准概述目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种：WCDMA、CDMA2000与TD-S CDMA。
CDMA是Code Division Multiple Access（码分多址）的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。
CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。
一．WCDMA概述全称为Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带C DMA技术基本相同，目前正在进一步融合。
该标准提出了GSM（2G）—GPRS—E DGE—WCDMA（3G）的演进策略。
GPRS是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution （增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。
目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GP RS网络。
WCDMA可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2 Mbps的传输速率。
而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
二．WCDMA技术的主要特点•扩频与调制技术：支持多种扩频因子，采用QPSK调制技术，码资源产生方法容易，抗干扰性好，且提供的码资源充足。
•采用编码效率高纠错能力强的卷积编码和Turbo编码方法：语音和低速信令采用卷积码，数据采用Turbo码，其性能已逼近Shannon极限，Turbo码是编码领域里具有里程碑意义的方法•Rake接收技术：因WCDMA带宽更大，码片速率可达3.84M，因此可以分离更多的多径，提高了解调性能。
3G介绍
2) 补充工作频段 补充工作频段 (1) 频分双工 频分双工(FDD)方式 1755~1785 MHz、 方式: 方式 、 1850~1880 MHz。 。 (2) 时分双工(TDD)方式 2300~2400 MHz, 与无线 时分双工 方式: 方式 电定位业务共用, 均为主要业务, 共用标准另行制定。 电定位业务共用 均为主要业务 共用标准另行制定。 3) 卫星移动通信系统工作频段 卫星移动通信系统工作频段 1980~2010 MHz、 2170~2200 MHz。 、 。
2. 实现目标 第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面: 第三代移动通信系统的目标包括以下几个主要方面 (1) 与第二代移动通信系统及其他各种通信系统 固定电话系统、 无绳电 与第二代移动通信系统及其他各种通信系统(固定电话系统 固定电话系统、 话系统等)相兼容。 话系统等 相兼容。 (2) 全球无缝覆盖和漫游。 全球无缝覆盖和漫游 无缝覆盖和漫游。 (3) 支持高速率 高速移动环境 支持高速率(高速移动环境144 kb/s; 室外步行环境 高速移动环境 室外步行环境 环境384 kb/s; 室内环境 2 Mb/s)的多媒体 话音、 数据、 图像、 音频、 视频等 业务。 的多媒体(话音 业务。 的多媒体 话音、 数据、 图像、 音频、 视频等)业务
服 务 质 量 控 制 无线资源管理算法 QoS 频率分集 分组数据 下行发分集 可采用Rake接收机 接收机 可采用 进行多径分集 基于负载的分组调度 支持， 支持，以提高下行链 路的容量
主要技术标准－ 主要技术标准－WCDMA
基站同步方式： 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行 信号带宽： 信号带宽：5MHz 码片速率： 码片速率：3.84Mc/s 发射分集方式： 发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD 、 、 信道编码：卷积码、Turbo码 信道编码：卷积码、 码 调制方式： 调制方式：QPSK 功率控制：上下行闭环、 功率控制：上下行闭环、开环功率控制 解调方式： 解调方式：导频辅助的相干解调方式 语音编码： 语音编码：AMR
WCDMA基础知识培训
WCDMA基础知识培训通信系统的基本组成部分信源信源编码器信道编码器调制器信道信源译码器信道译码器解调器输出变换器信号输出移动通信的发展1、第一代移动通信系统典型代表是美国AMPS系统和后来改进型系统TACS。
为模拟制式，以FDMA 技术为基础。
2、第二代移动通信系统（2G）以传送语音和数据为主的数字通信系统。
典型的系统有GSM （采用TDMA 方式)、DAMPS 、IS-95 CDMA (Code Division Multiple Access)和日本的JDC（现在改名为PDC）。
3、第三代移动通信系统（3G）国际电联称为IMT-2000 （International MobileTelecommunications in the year 2000 ），欧洲的电信业巨头们则称其为UMTS （通用移动通信系统）。
它能够将语音通信和多媒体通信相结合，其可能的增值服务将包括图像、音乐、网页浏览、视频会议以及其他一些信息服务。
3G 系统与现有的2G 系统有根本的不同，3G 系统采用CDMA 技术和分组交换技术，而不是2G系统通常采用的TDMA 技术和电路交换技术。
在电路交换的传输模式下无论通话双方是否说话，线路在接通期间保持开通，并占用带宽。
与现在的2G 系统相比3G 将支持更多的用户，实现更高的传输速率。
目前主流的有3个系统：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。
WCDMA的标准化情况▪IMT-2000 CDMA DS 或称WCDMA最早由欧洲和日本提出，其核心网基于演进的GSM/GPRS网络技术，空中接口采用直扩DS 的宽带CDMA ，目前这种方式得到欧洲、北美、亚太地区各GSM运营商和日本韩国多数运营商的广泛支持是第三代移动通信最具竞争力的技术之一。
▪3GPP WCDMA技术的标准化工作十分规范，从1999年12月开始，每三个月更新一次。
2001年3月份的版本是目前最为完善的版本，并将与今后的版本兼容。
WCDMA基础原理知识介绍
I
X25 + X3 + 1
225-1 chip 长序列
X25 + X3 + X2 + X + 1
Q
共有 224 个长38,400 chips的 长扰码
－23－
下行扰码
• 大概有262,143( 218－1)个不同的下行扰码
• 规范从中选取 8192 个扰码来应用
下行扰码分配
主扰码
Cell #1
辅扰码 #1 辅扰码 #2
-1
1
1
*
1 1 Ck -1 -1 -1 -1 1 1
*
1
-1
1
-1 +1 Nhomakorabea-1
1
-1
=0
1
1
1
-1 +
1
1
1
-1
=4
无相关性
正交
小的相关性
不正交
2个码由同一个发射机发射
2个码由不同UE或者BTS发射
需要扰码
码字越短，轻微不同步下正交性越差！
－18－
信道化码的分配
信道化码的上下行分配：动态、静态
SF = 8 to 512
SF = 1
SF = 2
SF = 4
SF代表本身可用SF码的个数；
－17－
码字正交性
To synchronization -1 -1 1 -1 1 1 no To synchronization 1 -1 -1 1 -1 1 1 Cj
1 Cj
-1
-1
1 Ck
1
-1
-1
-1
信道化码 (OVSF codes):
上行：在同一UE进行多码道传输时，区分不同的物理信道； 下行：区分同一小区下的不同物理信道；
3G技术之WCDMA教程
3G技术之WCDMA教程WCDMA全名是WidebandCDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps 不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。
而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分包交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因特网，这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得我们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
WCDMA-概述WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access )：WCDMA源于欧洲和日本几种技术的融合。
WCDMA采用直扩（MC）模式，载波带宽为5MHz，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）。
它采用MC FDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。
作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。
因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。
WCDMA采用最新的异步传输模式（ATM）微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不在容易堵塞。
另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。
此外，在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分包交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因特网，这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得人们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
在费用方面，WCDMA因为是借助分包交换的技术，所以，网络使用的费用不是以接入的时间计算，而是以消费者的数据传输量来定。
1、3G-WCDMA介绍
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3G W-CDMA 介绍
1. 移动通信发展历程 2. W-CDMA 标准的演进 3. W-CDMA 的网络结构 4. W-CDMA 的业务 5. W-CDMA 的无线技术 6. W-CDMA 的接口和协议
区群 Cluster
1980 - 2000: Growth Rates cellular networks > 50%/year
第一代移动通信 1G 系统介绍 Introduction (1G)
frequency系统 频段 [MHz] [MHz] system range AMPS 800 AMPS 800 NTT-MTS NTT-MTS 800 800 NMT 450, 900 NMT 450, 900 TACS 900 TACS 900 C450 450 C450 450
业务智能化
e.g. UMTS, MC-CDMA, TDSCDMA
IP 分组化 传输宽带化
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3G W-CDMA 介绍
1. 移动通信发展历程 2. W-CDMA 标准的演进
GSM 和 WCDMA 演进
性能
GSM 局限：
? 窄带无线接入 ? 资源效率 ? 需要额外的频率波段
WCDMA
版本 3 版本 4 版本 5
版本 6
GSM
阶段 2+ 阶段 2 阶段 1
版本 ¡96
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继承2G（GSM和GPRS） 所有的业务和功能 核心网分CS电路域和 PS分组域 接入网引入WCDMA UTRAN 核心网和接入网之间 的Iu接口基于ATM
3G标准发展历程
3G标准化过程中形成两大组织
3GPP
GSM->WCDMA 2001年接纳TD-SCDMA
3GPP2
CDMA->cdma2000
2008年WiMax也被纳入IMT-2000的3G技 术体系
2013-7-28
3G标准发展历程
1997年ITU-R （International Telecommunication UnionRadio： 国际电信联盟无线部门）向世界各国征集RTT方案 1998年年终15种候选RTT(无线传输技术Radio Transfers Technology）方案。 1999年确定5种方案
CDMA IS-95又叫 cdma one
3G发展概述
第三代移动通信的提出 IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟ITU （ International Telecommunication Union ） 1985年提 出，考虑到该系统将于2000年左右进 入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高 业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为 IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000） 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高 质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全 球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携 式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信 的通信系统
•
CRNC
–
–
控制 Node B的RNC称为该Node B的控制 RNC 负责对其控制的小区的无线资源进行管 23 理。
RNS
• •
SRNS\DRNS
–
一个移动台与UTRAN的连接中用到了超过一个RNS的无线资源 无线接入承载的参数映射到传输信道的参数，越区切换，开环功率 控制等基本的无线资源管理都是由SRNS 中的SRNC完成 一个与UTRAN相连的UE有且只能有一个SRNS 除了SRNS以外，UE所用到的其它RNS称为DRNS 其对应的RNC则是DRNC 一个用户可以没有，也可以有一个或多个DRNS
CDMA系统的缺点：
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无线传输技术－RTT需求
•
Data：
– – –
144 kbps 高速运动 384 kbps 步行运动 2 Mbps 室内运动 4.75Kb/s -- 12.2Kb/s
•
Voice
–
•
•
根据带宽需求可变速率信息传递； 满足不同业务的延时要求。
UMTS基本结构
通用移动通讯系统（Universal Mobile Telecommunications System，缩写：UMTS）是当前最广泛采用的一种第三代 （3G） 移动电话技术。它的无线接口使用WCDMA技术， 由 3GPP定型，代表欧洲对ITU IMT-2000 关于3G蜂窝无线系统需 求的回应。 UMTS有时也叫3GSM，强调结合了3G技术而且是GSM标准的后 续标准。UMTS 分组交换系统是由 GPRS 系统所演进而来，故系 统的架构颇为相像。 WCDMA（Wide band Code Division Multiple Access 宽带码分多址） 是一种3G蜂窝网络。WCDMA使用的部分协议与2G GSM 标准一 致。 具体一点来说，WCDMA是一种利用码分多址复用（或者 CDMA 通用 复用技术，不是指CDMA标准）方法的宽带扩频3G移 动通信空中接口。
C接口
Gr接口
UTRAN基本结构
•
UTRAN（UMTS陆地无线接入网（UMTS Terrestrial Radio Access Network））
–
一个或几个无线网络子系RNS 无线网络子系统（Radio Network Subsystem ）； 一个RNC（无线网络控制器（Radio Network Controller）） 一个或者多个基站Node B Iu-CS Iu-PS Node B和RNC
R99，R4，R5，R6，R7，R8，R9 每个版本都包含相应的功能，又包含相应的小版本 各个版本的标准化工资是同步进行的，每3个月会输出 一个更新版 R99于2000年功能冻结，但修订工作仍在进行
2013-7-28
WCDMA协议版本的演进
WCDMA标准规划清晰，制定严谨 WCDMA支持HSDPA技术，顺应未来高速无线数据业务 的需求 WCDMA将分阶段引入IP，目标是实现全网的IP化，标 准比较完善 WCDMA 2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容
码分多址（CDMA）
多用户同时共享同一频率，频谱利用率大大提高； 用户间通过伪随机码识别 CDMA系统的用户容量是软容量：
当用户数目增加时，对所有用户而言，系统性能下降；相应当用户数 目减少时，系统性能提高 或者可以说：CDMA系统可以通过牺牲部分系统性能来换取更大的容量
占用带宽较大 CDMA系统是自干扰系统－系统内用户互相干扰 技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等
WCDM网络中,业务一般分为会话，流类，交互， 背景。
误码
conversational
不同业务QOS要求
streaming
interactive
background
时延
1会话型业务类别
语音业务 实时会话要求端到端的时延很低且业务是对称或近似对称 使用AMR(自适应多速率)技术 12.2, 10.2, 7.95, 7.40(IS-41), 6.70(PDC), 5.90, 5.15 和 4.75kbps. AMR的比特率可由无线接入网根据空中接口的负荷和 话音连接的质量控制。 AMR可在网络容量，覆盖和话音质量之间根据运营商 的要求进行权衡交易
移动通信发展简史
第一代 80年代 第二代 90年代 第三代
AMPS
GSM 模 数 字 拟 技术驱动 技 技 术 术 TDMA IS-136 CDMA IS-95 PDC
TACS NMT
宽 WCDMA 语 音 需求驱动 带 业 cdma 业 务 务 2000
TDSCDMA
其它
模拟 Analog
数字 digital
视频电话 时延要求与语音业务类似 对于CS连接：采用ITU-T Rec. H.324M 对于PS连接： 采用IETF SIP
2数据流型业务类别
多媒体数据流 在数据流的信息实体之间保持时间的联系 数据被处理成稳定和连续的流 非对称业务
3交互式业务类别
在一定时间内响应 基于定位的业务 网络计算机游戏 网页浏览
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•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
R7网络的主要特性
– –
•
R8网络的主要特性
–
–
–
3G技术体制
WCDMA由标准化组织3GPP（ the 3rd Generation Partnership Project ）所制定，在3GPP中，WCDMA 被称为UTRA（ Universal Terrestrial Radio Access ） 的FDD（ Frequency Division Duplex ）和TDD（ Time Division Duplex ） cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G 标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成 TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出， 目前已经融合到3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中
WCDMA宽带码分多址系统（Wideband Code Division Multiple Access） cdma2000 TD-SCDMA（ Time Division-Code Division Multiple Access ） SC-TDMA MC-TDMA
2013-7-28
继承WCDMA R99所有 的业务和功能 电路域结构的变化：控 制和承载相分离，MSC 可以用合一或SERVER、 MGW分离结构实现 电路域引入分组话音， 支持多种传输技术： TDM，ATM，IP
继承WCDMA R4所有的 业务和功能 核心网增加IM（IP多媒 体域） RAN向IP方向发展 增强的IP QoS能力，支 持端到端的IP多媒体业 务
•
一个RNS
– –
•
Iu接口
– –
• • • •
Iub
–
Iur
–
RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接
RNC :分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。 Node B:Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无 线资源管理。
22
RNC
•
作用 :
– – –
控制UTRAN的无线资源 Iu接口与MSC和SGSN及BC相连 UE和UTRAN之间的无线资源控制协议在 此终止
R99
R4
R5
2001
• GSM/GPRS核心网 • WCDMA FDD
• • • • 电路域IP话音承载 电路域CS/MGW TD-SCDMA VoIP QoS是关键