第9章 第三代(3G)移动通信系统.ppt

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1、第第9章章 第三代第三代(3G)移动通信系统移动通信系统9.1 第三代第三代(3G)移动通信系统概述移动通信系统概述9.2 第三代第三代(3G)移动通信系统标准移动通信系统标准9.2 WCDMA系统系统 9.3 TD-SCDMA系统系统 9.4 CDMA2000系统系统移动通信从产生到现在的历史并不长，然而其发展速度却远远超出了人们的预料。尤其是最近十几年来，随着微电子技术、计算机和软件工程的发展，移动通信设备在质量、功能、使用方便和可靠性等方面的发展日新月异。9.1 第三代第三代(3G)移动通信系统概述移动通信系统概述移动通信的发展历程可分为四个阶段：移动通信的发展历程可分为四个阶段：（1）

2、第一代（1G）移动通信以模拟调频、频分多址为主体技术，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话,主要向用户提供模拟话音业务。9.1.1 移动通信系统发展历程移动通信系统发展历程(2)第二代（2G）移动通信以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，简称数字移动通信，包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等，主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。(3)第三代(3G)移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务。(4)超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，

3、将向用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率。9.1.2 移动通信发展目标（移动通信发展目标（5W）长期以来，人们一直有一种美好的愿望，希望有一天会做到：无无论论任任何何人人(Whoever)在任任何何时时候候(Whenever)和任任何何地地点点(Wherever)都能和另另外外任任何何一一个个人人(Whomever)进行任任何何方式方式(Whatever)的通信。以往，人们曾把这种愿望称之为幻想，然而随着科学技术的发展，这种愿望已经不是幻想，而即将成为现实了。人们把这种向往中的通信称为“个个人人通通信信”，而把实现个人通信的网络称之为个人通信网(PCN)。9.1.3 实现个人通信目标

4、的途径实现个人通信目标的途径个人通信的设想激发了人们的浓厚兴趣。从1988年以来，人们对如何实现个人通信曾提出过各种各样的方案。归纳来说，实现个人通信目标的途径有以下几种。(1)规划、设计和开发一种覆盖世界范围的全新个人通信网。这种方法可以按照个人通信的理想目标，自由地精选先进技术和优化网络结构，而不受现有通信设施和现用技术体制的影响和约束。(2)选择现有的某一种移动通信网络进行扩充和改造，实现一个遍及全球、功能齐全和适应各种运行环境的个人通信网。这种办法对现有各种通信设备的开发者、制造商和运营公司特别有吸引力。（3）利用中、低轨道移动通信卫星实现个人通信网络。因为移动卫星通信在海上、空中和地

5、形复杂而人口稀疏的环境中应用具有独特的优点，不仅覆盖范围大，而且不受地形的限制，对于解决边远地区的通信和形成陆海空联合的立体通信系统而言是最有效的办法。(4)综合利用现有各种通信网络，发挥各自的优点，取长补短，在统一要求和统一标准的条件下，突破关键技术，解决各种网络之间的互连互通，加强通信网络的智能化管理功能，以实现全球性的个人通信网。9.2 第三代移动通信系统标准第三代移动通信系统标准第三代移动通信系统的理论研究、技术开发和标准制定工作早在20世纪80年代中期就已经开始了。开始主要是由国际电信联盟(ITU)主导。最初提出时使用的系统名称为“未未来来公公共共陆陆上上移移动动通通信信系系统统”(

6、FPLMTS)，后改名为“国国际际移移动动通通信信2000”(IMT-2000)。1998年12月，世界各国已向ITU提交的无线传输技术无线传输技术(RTT)建议建议有：(1)以以TDMA为基础的两种为基础的两种：DECT，来自ETSI计划(EP)DECT。UWC-136(UniversalWirelessCommunications)，来自美国TIATR45.3。(2)以以CDMA为基础的八种：为基础的八种：WINSW-CDMA(WirelessMultimediaandMessagingServiceWidebandCDMA)，来自美国TR46.1。TD-SCDMA(TimeDivisio

7、nSynchronousCDMA)，来自中国电信技术研究院(CATT)。W-CDMA(WidebandCDMA)，来自日本ARIB。CDMA(AsynchronousDS-CDMA)，来自韩国TTA。UTRA(UMTSTerrestrialRadioAccess)，来自ESTISMG2。NA：W-CDMA(North American Wideband CDMA)来自美国TIPI-ATIS。cdma2000(WidebandCDMA(IS-95)来自美国TIATR45.5。CDMA(MultibandSynchronousDS-CDMA)来自韩国TTA。(3)用于卫星系统的五种：用于卫星系统的

8、五种：SAT-CDMA，轨道高度2000km，轨道平面7个，总共49颗低轨道卫星，来自韩国TTA。SW-CDMA(SatelliteWidebandCDMA)，来自ESA。SW-CTDMA(SatelliteWidebandHybridCDMATDMA)，来自ESA。ICO-RTT，轨道高度10390km，轨道平面2个，总共10颗中轨道卫星，来自ICOGlobalCommunication。Horizons(HorizonsSatelliteSystem)，来自Inmarsat。1999年11月赫尔辛基TG81会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范”建议，该建议中最终确定下来的第三代移动

9、通信系统无线传输技术分为CDMA和TDMA两类，具体包括：CDMADS：UTRAFDD(WCDMA)；CDMAMC：cdma2000MC；CDMATDD：UTRATDD及TD-SCDMA；TDMASC：UWC-136；TDMAMC：DECT。继2006年1月20日第三代移动通信（3）中国标准成为我国通信行业标准后，2007年5月17日，信息产业部又将欧洲提出的和美国提出的2000颁布为我国通信行业标准。这意味着，我国3市场化进程又有了实质性突破。一直以来被称为3的“中国标准”，、2000则分别由欧洲和美国提出。我国将、2000列为通信行业标准，意味着我国政府正在履行“技术中立”的承诺，给各种通

10、信技术以更加开放和充分竞争的市场。目前，第三代移动通信标准有四种目前，第三代移动通信标准有四种：美国的CDMA2000，欧洲的WCDMA，我国的TD-SCDMA与LAS-CDMA。ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求是：在室内、在室内、手持机及移动三种环境下，支持话音和各种多媒体数据业手持机及移动三种环境下，支持话音和各种多媒体数据业务（速率达务（速率达2Mb/s），实现高质量、高频谱利用率、低成），实现高质量、高频谱利用率、低成本的无线传输技术以及全球兼容的核心网络本的无线传输技术以及全球兼容的核心网络。3G的主要特性有三个：的主要特性有三个：其一就是可以使用同一部手机实现全球漫游，使任

11、意时间、任意地点、任何人之间的交流成为可能；其二是具有高速传输速率，在静止或步行情况下，数据传输速率能达到2Mbit/s，在车速情况下，数据传输速率达到384kbit/s；高速情况下，数据传输速率达到144kbit/s。其三就是能提供各项标准的通信业务。对第三代移动通信系统应用的具体要求是：对第三代移动通信系统应用的具体要求是：1、能提供高质量业务，能提供高质量业务，包括话音、包括话音、低速和高速数据低速和高速数据(从从几几kbs到到2 Mbs)，并具有多媒体接口；并具有多媒体接口；2、能支持面向电路和面向分组业务；能支持面向电路和面向分组业务；3、能能工工作作在在各各种种通通信信环环境境，包

12、包括括城城市市和和乡乡村村、丘丘陵陵和和山山地、空中和海上以及室内场所；地、空中和海上以及室内场所；4、具有更高的频谱效率，能提供更大的通信容量；、具有更高的频谱效率，能提供更大的通信容量；5、能能与与固固定定网网络络兼兼容容，和和现现有有移移动动通通信信网网互互连连互互通通并并实实现全球漫游；现全球漫游；6、网网络络结结构构可可配配置置成成不不同同形形式式，以以适适应应各各种种服服务务需需要要，如公用、专用、商用和家用；如公用、专用、商用和家用；7、具具有有高高级级的的移移动动性性管管理理，能能保保证证大大量量用用户户数数据据的的存存储储、更新、交换和实时处理等。更新、交换和实时处理等。移动

13、通信的阶段发展目标：移动通信的阶段发展目标：是面向高速数据和多媒体应用。使用时，终端在室内使用时，终端在室内可达可达2Mb/s，步行时速率为，步行时速率为384kb/s，高速车辆行走时为，高速车辆行走时为144kb/s。第三代移动通信在国际电信联盟IMT-2000的技术标准要求下，目前已通过了3项主要的3G标准。在发展3G的同时，全球已开始研究开发第四代移动通信（4G）和第五代移动通信（5G）。4G的传输速率可达10Mb/s，可以把蓝牙、无线局域网和3G技术等结合在一起组成无缝的通信解决方案及相应的产品。5G的手机除了通话，接收丰富的多媒体信息外，还可以演示三维立体游戏，参与三维立体电视会议。

14、根据预测：根据预测：在21世纪前十几年，第三代移动通信的市场发展可能至少分为如下三个阶段：初期初期，2001-2004年。其特点为：第二代移动通信继续发展和扩大，在第二代移动通信网络的基础上，在局部地区（城市等用户集中地区）提供第三代移动通信业务，数据业务速率限制在384kbps及以下，地区或国际漫游依赖于第二代移动通信系统：中期中期，2004-2010年。它是第三代移动通信系统的高速成长期，其特点为：第二代移动通信网络和系统停止发展，建设成功全国或全球覆盖的第三代移动通信网络，全面达到IMT2000的各项要求。后期后期，2010年以后，全球25以上人口使用第三代移动通信系统，第四代移动通信设

15、备开始进入市场，提供更高速率的多媒体业务。3G发展面临的问题发展面临的问题：1、3G的两个主要标准WCDMA（由3GPP制定）和CDMA2000（由3GPP2制定）都有3个版本，每个版本内容都有一定差别，还有TD-SCDMA。2、3G标准的不稳定势必带来产品不成熟的后果。目前已经推向市场的3G系统都是低版本的，要不了多久就需要更新。3、3G手机产品的滞后现已成为困扰3G发展的重要问题之一。4、3G走向商用需要大量资金。仅在欧洲，移动运营商要为3G频率支付近2000亿美元的许可证费，这使一些主要电信运营商普遍陷入了财务危机，很难在短时间内再花费数千亿美元去建设3G网络。5、3G是定位于移动数据和

16、移动多媒体业务的。迄今我们还很难回答：人们真正的宽带需求是什么？移动宽带多媒体业务中最具吸引力的是什么？不同国家的不同切入点又是什么？什么能使人们愿意为宽带付钱，使运营商获利？回答这些问题是3G目前遇到的最大困难。9.3 WCDMA 系系 统统 9.3.1 WCDMA系统结构系统结构UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统通用移动通信系统)是采用WCDMA(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)无线接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代

17、移动通信系统类似的结构，包括UMTS的陆陆地地无无线线接接入入网网络络(UTRAN，UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)和核核心心网网络络(CN，CoreNetwork)。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电电路路交交换换(CS，Circuit Switched)域域和分组交换分组交换(PS，Packet Switched)域域。用户设备用户设备(UE)+UTRAN+CN构成一个完整的WCDMA移动通信系统。UE与UTRAN之间的接口称为Uu接口（无线接口

18、），UTRAN与CN之间的接口称为Iu接口。WCDMA是一种直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）系统。WCDMA无线接口的基本参数如表9-1所示。WCDMA的无线帧长为10ms，分成15个时隙。信道的信息速率将根据符号率变化，而符号率取决于不同的扩频因子(SF)。SF的取值与具体的双工模式有关，对于FDD模式，其上行扩频因子为4256，下行扩频因子为4512；对于TDD模式，其上行和下行扩频因子均为116。表9-1WCDMA无线接口基本参数图9-1无线接口的分层结构无线空中接口指用户设备(UE)和网络之间的U接口，它分为控制平面和用户平面。控制平面由物理层、媒体接入控制层（MAC）、无线链路

19、控制层（RLC）和无线资源控制（RRC）等子层组成。在用户平面的RLC子层之上有分组数据汇聚协议（PDCP）和广播/组播控制（BMC）。整个无线接口的协议结构如图9-1所示。RRC(无线资源控制)层位于无线接口的第三层，它主要处理UE和UTRAN的第三层控制平面之间的信令，包括处理连接管理功能、无线承载控制功能、RRC连接移动性管理和测量功能。媒体接入控制层屏蔽了物理介质的特征，为高层提供了使用物理介质的手段。高层以逻辑信道的形式向MAC层传输信息，MAC完成传输信息的有关变换，通过传输信道将信息发向物理层。UTRAN的结构如图9-2中的虚线框所示。图9-2UTRAN的结构9.3.2 WCDM

20、A无线接口无线接口1.WCDMA无线接口的物理层无线接口的物理层 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。公共传输信道又分为6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。物理层将通过信道化码（码道）、频率、正交调制的同相（I）和正交（Q）分支等基本的物理资源来实现物理信道，并完成与上述传输信道的映射。与传输信道相对应，

21、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。超帧长度为720ms，包括72个帧；每帧长为10ms，对应的码片数为38400chip；每帧由15个时隙组成，一个时隙的长度为2560chip；每时隙的比特数取决于物理信道的信息传输速率。1)上行物理信道上行物理信道上行物理信道分为专用上行物理信道和公共上行物理信道。(1)专用上行物理信道。专用上行物理信道。专用上行物理信道有两类，即专用上行物理数据信道(上行DPDCH)和专用上行物理控制信道(上行DPCCH)。DPDCH用于传送专用传输信道(DCH)。在每个无线链路中，可能有0、1或若干个上行DPDCH。D

22、PCCH用于传输物理层产生的控制信息。在WCDMA无线接口中，传输的数据速率、信道数、发送功率等参数都是可变的。为了使接收机能够正确解调，必须将这些参数在物理层控制信息中通知接收机。物理层控制信息由为相干检测提供信道估计的导频比特、发送功率控制(TPC)命令、反馈信息(FBI)、可选的传输格式组合指示(TFCI)等组成。TFCI通知接收机在上行DPDCH的一个无线帧内同时传输的传输信道的瞬时传输格式组合参数。在每一个无线链路中，只有一个上行DPCCH。上行专用物理信道的帧结构如图9-3所示。每一长度10ms的帧分为15个时隙，每一时隙的长度为Tslot=2560个码片(chip)，对应于一个功

23、率控制周期。DPDCH和DPCCH是并行码分复用传输的。图9-3上行专用物理信道的帧结构 (2)公共上行物理信道。公共上行物理信道。与上行传输信道相对应，公共上行物理信道也分为两类。用于承载RACH的物理信道称为物理随机接入信道(PRACH)，用于承载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协议，可在一帧中的任一个时隙开始传输。随机接入的发送格式示于图9-4。随机接入发送由一个或几个长度为4096chip的前置序列和10ms或20ms的消息部分组成。随机接入突发前置部分长

24、为4096chip，由长度为16的特征序列的256次重复组成。图9-4随机接入的发送格式图9-5PCPCH上的传输结构物理公共分组信道(PCPCH)是一条多用户接入信道，传送CPCH传输信道上的信息。接入协议基于带冲突检测的时隙载波侦听多址(CSMA/CD)，用户可以在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9-5所示。(3)上行信道的扩频与调制。上行信道的扩频与调制。上行专用物理信道和上行公共物理信道的扩频和调制分别如图9-6和9-7所示。图9-6上行DPDCHDPCCH的扩频与调制图9-7PRACH消息部分的扩频和调制复数扰码是采用下列方法产生的：(7-1)其中,w0和w1是

25、码片速率的序列，定义为w0=(+1+1)(+1+1)(+1+1)(+1+1)(7-2)w1=(+1-1)(+1-1)(+1-1)(+1-1)(7-3)用下式给出：k=0，1，2，(7-4)图9-8产生正交可变扩频因子码的码树图9-9上行链路短扰码生成器2)下行物理信道下行物理信道(1)下行专用物理信道（下行专用物理信道（DPCH）。）。下行DPCH由传输数据部分的DPDCH和传输控制信息(导频比特、TPC命令和可选的TFCI)部分（DPCCH）组成，以时分复用的方式发送,如图9-10所示。每个下行DPCH时隙的总比特数由扩频系数SF=5122k决定，扩频系数的范围由512到4。在不同的下行时隙

26、格式中，下行链路DPCH中Npilot的比特数为2到16，NTPC为2到8比特，NTFCI为0到8比特，Ndata1和Ndata2的确切比特数取决于传输速率和所用的时隙格式。下行链路使用哪种时隙格式由高层设定。图9-10下行DPCH的帧结构下行链路可能采用多码传输，一个或几个传输信道经编码复接后，组成的组合编码传输信道(CCTrCH)使用几个并行的扩频系数相同的下行DPCH进行传输。此时，物理层的控制信息仅放在第一个下行DPCH上，其他附加的DPCH相应的控制信息的传输时间不发送任何信息，即采用不连续发射(DTX)，如图9-11所示。图9-11多码传输时下行链路的时隙格式 (2)公共下行导频信

27、道（公共下行导频信道（CPICH）。CPICH是固定速率(30kbs，SF=256)的下行物理信道，携带预知的20比特(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：基本CPICH和辅助CPICH，它们的用途不同，物理特征上也有所不同。(3)基本公共控制物理信道（基本公共控制物理信道（PCCPCH）。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CCPCH的任何信息（Txoff），因而可携带18比特的数据。图9-12辅助公共控制物理信道的帧结构(4)辅助公共控制物理信道（辅助公共控制物理信道（SCCPCH）。辅 助

28、 CCPCH用 于 携 带 FACH和 PCH。有 两 类 辅 助CCPCH：包括TFCI的和不包括TFCI的，由UTRAN决定是否发送TFCI。辅助CCPCH可能的速率集和下行DPCH相同。辅助CCPCH的帧结构如图9-12所示，扩频系数的范围为4256。图9-13同步信道(SCH)结构 (5)同步信道同步信道(SCH)。同步信道(SCH)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9-13所示。(6)捕获指示信道（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PRA

29、CH的指示。AIi对应于PRACH或PCPCH上的特征码i。AICH的帧结构如图9-14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，每个AS包括32个比特和1024个码片长度的空部分，采用固定的扩展因子128。图9-14捕获指示信道(AICH)的结构(7)寻呼指示信道（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。PICH的帧结构如图9-15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。

30、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”，则表示与该寻呼指示有关的移动台应读取SCCPCH的对应帧。图9-15寻呼指示信道(PICH)的结构(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9-16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)，然后再用复数的扰码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。图9-16下行DPCH的扩频和调制图9-16中使用的信道化扩

31、频码与上行中所用的信道化扩频码相同，为正交扩频因子(OVSF)码。基本CPICH使用c256,0，PCCPCH使用c256,1,其余信道的扩频码由网络决定。图9-17SCH和下行物理信道的时分多路复用SCH和其它下行物理信道的时分多路复用如图9-17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。扰码的长度为38400码片，共有218-1=262143个扰码，序号为0，262142，但实际上只用序号为k=0,1,8191的扰码，共8192个，分成512个集合。每个

32、集合有16个码，其中一个是基本扰码，码序号为n=16i，i=0,511，其它15个为辅助扰码，第i个集合中的码序号为16i+k,k=1,15。在一个CCTrCH上可以混合使用基本扰码和辅助扰码。扰码序列是通过将两个实数序列合并为一个复数序列构成的。每一个实数序列由如下两个x和y序列的对应位模2加而成，它实际上是一个Gold序列：x序列用本原多项式1+x7+x18,y序列用多项式1+x5+x7+x10+x18。(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，改进下行链路的性能。发射分集包括开环发

33、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，然后在反向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。开环发射分集开环发射分集主要包括TSTD(TimeSwitchedTransmitDiversity，时间切换发射分集)和STTD(SpaceTimeblockcodingbasedTransmitantennaDiversity，空空间时间发射分集间时间发射分集)。图9-18STTD编码过程下面以DPCH为例说明ST

34、TD编码的应用，其过程如图9-19所示，其中的信道编码、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。图9-19DPCH的STTD编码过程闭环发射分集实质上是一种需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9-20所示，其与通常的发射机结构的主要不同在于这里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。图9-20DPCH采用反馈模式发射分集的发射机结构3)业务信道的复接传输信道到物理

35、信道的映射关系如图9-21所示。如图所示，DCH经编码和复用后，形成的数据流串行地映射(先入先映射)到物理信道；BCH、FACH和PCH的数据流经编码、交织后分别直接映射到基本和辅助CCPCH上；对RACH，编码和交织后的比特映射到PRACH的随机接入突发的消息部分。下面讨论具体的编码和复用过程。图9-21传输信道到物理信道的映射(1)物理层数据传输格式。在物理层和MAC间交互的所有传输信道规定为单向链路，即上行或下行，移动终端可以同时具有一个或多个传输信道。在物理层和MAC间信息交换的基本单元定义为传输块。典型的传输块为RLC的一个协议数据单元(PDU)，物理层为每一个传输块添加CRC。在同

36、一时间使用同一个传输信道，在物理层和MAC间交换的一组传输块称作传输块集。传输块中的比特数定义为传输块的大小。在一个给定的传输块集中，传输块的大小总是固定的，也就是说，在一个传输块集中的所有传输块应是相同大小的。MAC层是按照固定的传输时间间隔向物理层传输数据块的。传输时间间隔(TTI)定义为传输块集的到达间隔，它等于物理层在无线接口中发送传输块集的周期。TTI总是最小交织周期(10ms)的倍数，MAC层每个TTI向物理层发送一次传输块集。图9-22为在物理层与MAC间通过三个并行的传输信道同时交换传输块集的示例。每一个传输块集由大量的传输块组成。图中同时也示出了不同TTI的大小，可能的TTI

37、大小为10、20、40和80ms。图9-22MAC和物理层间数据的交换传输格式定义为在一个传输信道上，在一个TTI中发送传输块集的格式。传输格式由两部分组成，分别称作动态部分和半静态部分。动态部分的属性包括传输块大小、传输块集大小。半静态部分的属性包括传输时间间隔、使用的差错保护方案（差错保护类型（Turbo编码、卷积编码或不编码）、纠错编码速率、静态速率匹配参数、凿孔极限）以及CRC大小。动态部分：320bit，640bit。它表示传输块大小为320bit；传输块集由两个传输块组成，其大小为640bit。半静态部分：10ms，卷积编码，静态速率匹配参数=1。它表示传输时间间隔为10ms，采用

38、的纠错编码为卷积编码，静态速率匹配参数为1。传输格式组合集定义为在编码组合传输信道上的传输格式组合的集合。动态部分：组合1DCH1：20bit，20bit；DCH2：320bit，1280bit；DCH3：320bit，320bit；组合2DCH1：40bit，40bit；DCH2：320bit，1280bit；DCH3：320bit，320bit；组合3DCH1：160bit，160bit；DCH2：320bit，320bit；DCH3：320bit，320bit。半静态部分：DCH1：10ms，卷积编码，静态速率匹配参数=1；DCH2：10ms，卷积编码，静态速率匹配参数=1；DCH3：4

39、0ms，Turbo编码，静态速率匹配参数=2。(2)信道编码与复接。上行和下行信道编码复接分别如图9-23和图9-24所示。其基本的过程包括：添加CRC校验比特、传输块级联和码组分段、信道编码、速率匹配、交织、无线帧分段、传输信道复接、物理信道分段、交织和物理信道映射等。在下行信道中还需插入不连续发送指示比特(DTX)。图9-23上行传输信道复接结构图9-24下行传输信道复接结构CRC为24、16、12、8或0bit，其生成多项式分别为gCRC24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1gCRC16(D)=D16+D12+D5+1gCRC12(D)=D12+D11+D3+D2+D+1gCRC

40、8(D)=D8+D7+D4+D3+D+1传输块级联和码块分段的功能是将一个TTI中的所有传输块级联到一起。如果级联后的比特数大于一个信道编码单元（码块）的最大允许比特数Z，那么要将级联后的比特进行分段，分段后的码块具有相同的长度。码块的最大长度取决于TrCH的编码方式(卷积编码时，Z=504；Turbo编码时，Z=5114；不编码时，Z不受限)。分段后的码块送给信道编码模块进行信道编码操作,从而形成无线帧。TrCH可用的信道编码方案为卷积编码、Turbo编码、不编码。不同类型的TrCH上使用的编码方案和编码速率如表9-2所示。表9-2编码方案和编码速率2.WCDMA无线接口的MAC层MAC层负

41、责将逻辑信道映射到传输信道，为每个传输信道选择合适的传输格式(TF)。MAC向上层提供以下业务：(1)数据传输。通过该服务，可以实现端到端MAC层实体间MACSDU的无分段、非确认的传输。(2)无线资源和MAC层参数的重新分配。该服务是由RRC来控制执行的。(3)测量报告。该服务向RRC报告本地测量结果。MAC层通过逻辑信道向高层提供服务，或者说逻辑信道是MAC层向上层提供数据传输服务的接口。逻辑信道类型是由其传输的信息类别来定义的。所有逻辑信道可分为两大类：控制信道和业务信道。控制信道包括同步控制信道（SCCH）、广播控制信道（BCCH）、寻呼控制信道（PCCH）、专用控制信道（DCCH）、

42、公共控制信道（CCCH）以及共享控制信道（SHCCH）。业务信道包括专用业务信道（DTCH）和公共业务信道（CTCH）。逻辑信道的信息经过MAC层后，将映射至相应的传输信道。以下列出了逻辑信道至传输信道的映射关系，反之亦然：BCCH可映射至BCH，也可映射至FACH；PCCH可映射至PCH；CCCH可映射至RACH和FACH；DCCH和DTCH可映射至RACH和FACH，或 CPCH和 FACH，或 RACH和 DSCH，或 DCH和DSCH，或DCH；DCCH还可映射至FAUSCH；CTCH映 射 至 FACH；SHCCH映 射 至 RACH和USCH/FACH以及DSCH。MAC层的主要功

43、能有：进行逻辑信道和传输信道间的映射，为每一传输信道选择合适的传输格式，对每一移动终端（UE）的不同数据流进行优先级处理，对不同UE进行优先级处理，在DSCH和FACH上对不同用户的数据流进行优先级处理，在公用传输信道上识别不同移动终端（UE），复用和解复用，业务流量监控，动态传输信道类型切换，对透明RLC进行加密和解密，为RACH和CPCH进行ASC选择。3.WCDMA无线接口的链路层控制协议1)无线链路控制（RLC）协议无线链路控制（RLC）协议主要完成对数据单元的分割和组装，加密和解密，用判决反馈重传实现对数据单元的差错控制，并通过收、发窗口进行流量控制等。RLC有三种工作模式：透明模式

44、(TransparentMode)、非确认模式(UnacknowledgedMode)和确认模式(AcknowledgedMode)。RLC的建立、释放和重新配置由RRC控制。(1)透明模式(Tr)。对于透明模式，发射端从高层接收业务数据单元，RLC将业务数据单元分割成一定大小的RLC协议数据单元而不附加任何RLC开销。(2)非确认模式(UM)。对于非确认模式，发射端从高层接收业务数据单元，RLC将业务数据单元分割成一定大小的RLC协议数据单元。与非确认模式类似，发射端通过AM-SAP从高层接收业务数据单元。RLC将业务数据单元(SDU)分段级联为固定长度的有效载荷单元(PU)。一个AM协议数

45、据单元（PDU）内有一个有效载荷单元(PU)，MUX决定在什么时候将哪一个协议数据单元送给MAC，通常控制协议数据单元在一个逻辑信道里传输，而数据协议数据单元在另外一个逻辑信道里传输，如图9-25所示。(3)确认模式(AM)。确认模式比较复杂，它包含反馈重传机制ARQ。通过ARQ，可以实现RLC层的差错控制。图9-25应答模式实体模型2)分组数据汇聚协议分组数据汇聚协议(PDCP)目前，最常见的高层数据业务的传输协议有：网络层的IPv4与IPv6、传输层的用户数据报协议(UDP)和传输控制协议(TCP)等。为了有效支持上述协议和其他新型的协议，而不需对RLC或MAC层作任何改动，在WCDMA中

46、引入了分组数据汇聚协议(PDCP)。PDCP以三种不同的RLC传输方式(确认、非确认和透明方式)来提供对网络协议数据单元(PDU)的发送和接收。PDCP负责协议数据单元(PDU)从一种网络协议到一种RLC实体间的映射，并且完成了在传输实体端对网络PDU的冗余控制信息的压缩和在接收实体端的解压缩。3）广播广播/组播组播(BMC)协议协议广播/组播(BMC)协议子层负责传输来自网络的需要广播或组播给小区内所有移动台的信息。BMC子层仅存在于无线空中接口的用户平面上，它暂时存放从高层来的用户数据，直到将它们调度好后准备发送。它在一条公用业务信道（CTCH）上使用RLC的非确认模式来传输信息。对不希望

47、在小区内广播的用户数据，BMC对其进行透明传递。BMC还完成其他一些功能，如在网络侧周期性地估计小区广播的业务量大小，并用一个指示原语将此信息转给RRC层。4.WCDMA无线接口的无线资源控制RRC协议是UTRAN中高层协议的核心规范，其中包括了UE和UTRAN之间传递的几乎所有的控制信令，以及UE在各种状态下无线资源的使用情况、测量任务和执行的操作。系统中无线资源包含WCDMA频率、不同信道类型、信道码、扩频因子、扰码和控制发射功率的能力等。图9-26RRC与低层的交互动作RRC层的主要功能有：广播由非接入层(核心网)提供的信息；广播与接入层相关的信息；建立、维持及释放UE和UTRAN之间的

48、一个RRC连接；建立、重新配置及释放无线承载；分配、重新配置及释放用于RRC连接的无线资源；RRC连接移动功能；控制所需的QoS；UE测量的报告和对报告模式的控制；外环功率控制；安全模式控制；慢速动态信道分配；寻呼；初始小区选择和重选；上行链路DCH上无线资源的仲裁；RRC消息完整性保护；定时提前；CBS控制。RRC的连接建立过程如图7-27所示。图9-27RRC的连接建立过程9.3.3 WCDMA系统的网络系统的网络 1.WCDMA系统的网络结构系统的网络结构R99版本中的网络结构如图9-28所示。图9-28R99网络结构R99网络结构的设计中充分考虑了第二代（2G）/第三代（3G）移动通信

49、系统的兼容，以支持GSMGPRS3G的平滑过渡。因此，在核心网络中，CS域和PS域是并列的。R99中CS域的功能实体包括MSC、VLR、GMSC等。PS域特有的功能实体包括SGSN和GGSN，为用户提供分组数据业务。HLR、AuC、EIR为CS域和PS域共用设备，在无线接入网中可支持GSM的BSS以及UTRAN的RNS。图9-28中所有功能实体都可作为独立的物理设备。1)CS域的接口域的接口A接口和Abis接口定义在GSM08-series技术规范中；Iu-CS接口定义在UMTS25.4xx-series技术规范中；B、C、D、E、F和G接口则是以7号信令方式实现相应的移动应用部分(MAP)，

50、用于完成数据交换。H接口未提供标准协议。2)PS域的接口域的接口Gb接口定义在GSM08.14、08.16和08.18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V1版本；GaGi协议没有太大改动。图7-29所示为R4版本的PLMN基本网络结构。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网发展需要，R4版本中CS域实体有所变化，如M