WCDMA报告

1WCDMA简介2主要内容•WCDMA概况•WCDMA系统结构•WCDMA系统的关键技术•切换•功率控制•HSPA＋简介•一些信令流程3WCDMA概况4WCDMA概述UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中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移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络（RadioAccessNetwork，RAN）和核心网络（CoreNetwork，CN）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从逻辑上分为电路交换域（CircuitSwitchedDomain,CS）和分组交换域（PacketSwitchedDomain,PS）。UTRAN、CN与用户设备（UserEquipment，UE）一起构成了整个UMTS系统。5WCDMA系统的技术特点更大的系统容量更多的业务种类更高的数据速率更好的无线传输更高的语音质量更低的传送功率63种3G技术体制比较7WCDMA系统结构8WCDMA网络结构图9UE（Userquipment）UE是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、浏览、FTP等）。UE包括两部分：ME（MobileEquipment）提供应用和服务USIM（UMTSSubscriberModule）提供用户身份识别10CN（CoreNetwork）CN，即核心网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。主要功能实体如下：(1)MSCMSC是WCDMA核心网CS域功能节点，它通过Iu_CS接口与UTRAN相连，通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN）等相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过E接口与其它MSC、GMSC或SMC相连，通过CAP接口与SCP相连通，过Gs接口与SGSN相连。MSC的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移动性管理等功能。(2)GMSCGMSC是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点，它通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN、其它PLMN）相连，通过C接口与HLR相连，通过CAP接口与SCP相连，GMSC的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。11(3)SGSNSGSN（服务GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连，通过Ge接口与SCP相连，通过Gd接口与SMS-GMSC/SMS-IWMSC相连，通过Ga接口与CG相连，通过Gn/Gp接口与SGSN相连。SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。(4)GGSNGGSN（网关GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Gi接口与外部数据网络相连。GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。GGSN主要功能是同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好象是可寻址WCDMA移动网络中所有用户IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息。(5)HLRHLR（归属位置寄存器）是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点，它通过C接口与MSC/VLR或GMSC相连，通过Gr接口与SGSN相连通过Gc接口与GGSN相连。HLR的主要功能是提供用户的签约信息、存放新业务、支持增强的鉴权等功能。12(6)VLRVLR（拜访位置寄存器）为电路域特有的设备，存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后，该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据；当MS漫游出控制范围后，需要删除该用户数据，因此VLR可看作为一个动态数据库。一个VLR可管理多个MSC，但在实现中通常都将MSC和VLR合为一体。(7)AuCAuC（鉴权中心）为CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AuC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR、MSC以及SGSN，以保证通信的合法和安全。每个AuC和对应的HLR关联，只通过该HLR和外界通信，通常AuC和HLR结合在同一物理实体中。(8)EIREIR（设备识别寄存器）为CS域和PS域共用设备，存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。其中移动设备被划分“白”、“灰”、“黑”三个等级，并分别存储在相应的表格中。目前中国没有用到该设备。13UTRAN（通用陆地无线接入网络）包含一个或几个无线网络子系统（RNS）。一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和一个或多个基站（NodeB）组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部无线网络控制器（RNC）之间通过Iur互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源，NodeB则完成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。UTRAN14UTRAN的结构15RNCRNC（RadioNetworkController，无线网络控制器）用于控制UTRAN的无线资源。它通过Iu接口与电路域（MSC）和分组域（SGSN）相连，在移动台和UTRAN之间的无线资源控制（RRC）协议在此终止。控制NodeB的RNC称为该NodeB的控制RNC（CRNC），CRNC负责对其控制的小区的无线资源进行管理。如果在一个移动台与UTRAN的连接中用到了超过一个RNS的无线资源那么这些涉及的RNS可以分为：一、服务RNS（SRNS）：管理UE和UTRAN之间的无线连接。它是对应于该UE的Iu接口（Uu接口）的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数，是否进行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理都是由SRNS中的SRNC（服务RNC）来完成的。一个与UTRAN相连的UE有且只能有一个SRNC。二、漂移RNS（DRNS）：除了SRNS以外，UE所用到的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。通常在实际的RNC中包含了所有CRNCSRNC和DRNC的功能16NodeBNodeB是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。NodeB由下列几个逻辑功能模块构成：RF收发放大、射频收发系统（TRX）、基带部分（BaseBand）、传输接口单元、基站控制部分。17NodeB的逻辑组成框图18系统接口1.Cu接口Cu接口是USIM卡和ME之间的电气接口，Cu接口采用标准接口。2.Uu接口Uu接口是WCDMA的无线接口，UE通过Uu接口接入到UMTS系统的固定网络部分，可以说Uu接口是UMTS系统中最重要的开放接口。3.Iu接口Iu接口是连接UTRAN和CN的接口，Iu接口是一个开放的标准接口。这也使通过Iu接口相连接的UTRAN与CN可以分别由不同的设备制造商提供。4.Iur接口Iur接口是连接RNC之间的接口，Iur接口是UMTS系统特有的接口，用于对RAN中移动台的移动管理，比如在不同的RNC之间进行软切换时移动台所有数据都是通过Iur接口从正在工作的RNC传到候选RNC，Iur是开放的标准接口。5.Iub接口Iub接口是连接NodeB与RNC的接口，Iub接口也是一个开放的标准接口，这也使通过Iub接口相连接的RNC与NodeB可以分别由不同的设备制造商提供。19WCDMA系统的关键技术20RAKE接收机由于在多径信号中含有可以利用的信息,所以,CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比.RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收多径信号中各路信号,并把它们合并在一起.21CDMA射频和中频设计原理22上图给出了CDMA射频和中频部分的原理框图，射频部分是传统的模拟结构，有用信号在这里转化为中频信号。对于WCDMA的数字下变频器而言，由于其输出的基带信号的带宽已经大于中频信号的10%，故与一般的GSM信号和第一代信号不同，称为宽带信号。CDMA的信号是宽带信号，因此射频部分必须设计成适合于宽带低功率谱密度信号。CDMA对RF前端提出了非常困难的线性和效率要求。线性约束是由于要求了严格的输出频谱的掩模（Mask）同时输出的信号包络变化幅度很大，当然为了保证功放有足够的效率，功放的工作电平一般也保持在1dB压缩点附近。中频采样可以用一个比信号频率最高低的频率进行采样，而只要求这个频率满足上面的两个条件。同时中频采样还可以完成频率的变换，将信号变换到一个较低的中频频率上。此时再经过和数字域的同频相乘就可以得到基带的I、Q分量。23分集接收原理无线信道是随机时变信道，其中的衰落特性会降低通信系统的性能，为了对抗衰落可以采用多种措施，比如信道编解码技术、抗衰落接收技术、或者扩频技术，分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并成总的接收信号，就能够大大减少衰落的影响，这就是分集的基本思路。(1)空间分集：在接收或者发射端架设几副天线，各天线的位置间要求有足够的间距（一般在10个信号波长以上），以保证各天线上发射或者获得的信号基本相互独立。(2)频率分集：用多个不同的载频传送同样的信息，如果各载频的频差间隔比较远，其频差超过信道相关带宽，则各载频传输的信号也相互不相关。(3)角度分集：利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成的一种分集方法。(4)极化分集：分别接收水平极化和垂直极化波形成的分集方法其他的分集方法还有时间分集，是利用不同时间上传播的信号的不相关性进行合并。分集方法相互是不排斥的，实际使用中可以组合。24多用户检测技术多用户检测技术（MUD）是通过去除小区内干扰来改进系统性能，增加系统容量。多用户检测技术还能有效缓解直扩CDMA系统中的远/近效应。由于信道的非正交性和不同用户的扩频码字的非正交性，导致用户间存在相互干扰，多用户检测的作用就是去除多用户之间的相互干扰。一般而言，对于上行的多用户检测，只能去除小区内各用户之间的干扰，而小区间的干扰由于缺乏必要的信息（比如相邻小区的用户情况），是难以消除的。对于下行的多用户检测，只能去除公共信道（比如导频、广播信道等）的干扰。就WCDMA上行多用户检测而言，目前最有可能实用化的技术就是并行的干扰消除，因为它需要的资源相对比较少仅仅是传统接收机的3～5倍。而数据通路的延迟也相对比较小。WCDMA下行的多用户检测技术则主要集中在消除下行公共导频、共享信道和广播信道的干扰，以及消除同频相邻基站的公共信道的干扰方面。25切换26在蜂窝结构的移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要进行的信道切换称为切换。软切换：在这种切换中，当移动台开始与一个新的基站联系时并不立即中断与原来基站之间的通信。软切换仅仅能应用于具有相同频率的直扩CDMA信道之间，软切换可提供在基站边界处的前向业务信道和反向业务信道的路径分集。更软切换：是软切换