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1、1,WCDMA系统（一）,徐国鑫,北京邮电大学无线通信新技术研究室,X,WCDMA系统概述、体系结构、高层信令介绍,2,内容提要,WCDMA系统概述WCDMA标准制订情况WCDMA业务概述WCDMA系统结构与功能WCDMA接口高层规范WCDMA的下行高速解决方案HSDPA二代向三代过渡的策略,3,WCDMA系统概述,全球普及和全球无缝漫游的系统第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。第三代移动通信系统将使用共同的频段，全球统一标准。,WCDMA系统概述,第一部分,4,3GPP规定的UTRA TDD的频段（共35MHz）a）19001920
2、MHz 20102025MHzb）18501910MHz 19301990MHzc）19101930MHz注：b、c在ITU region 2使用,WCDMA的频段,WCDMA系统概述,5,3GPP规定的UTRA FDD的频段（上下行各60MHz）a）上行：19201980MHz 下行：21102170MHzb）上行：18501910 MHz 下行：19301990MHz注：b在ITU region 2使用,WCDMA的频段,WCDMA系统概述,6,具有支持多媒体业务的能力它应能支持从话音到分组数据到多媒体业务；应能根据需要，提供带宽。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满
3、足以下三种要求。即：快速移动环境，最高速率达144kb/s室外到室内或步行环境，最高速率达到384kb/s室内环境，最高速率达到2Mb/s,WCDMA系统概述,7,便于过渡、演进 由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。高频谱效率高服务质量低成本高保密性,WCDMA系统概述,8,可适应多种速率的传输，灵活地提供多种业务 BTS之间无需同步 优化的分组数据传输方式 支持不同载频之间的切换 上、下行快速功率控制 反向采用导频辅助的相干检测(提高反向解调增益，提高功率控制准确性)充分考虑了信号设计对EMC的影
4、响,WCDMA的技术特点,WCDMA系统概述,9,WCDMA的业务特点,WCDMA系统概述,10,WCDMA技术的主要参数,最小带宽需求 5MHz 采用技术类型单载波宽带直接序列扩频CDMA 双工方式FDD/TDD 码片速率3.84Mcps 帧长10ms 基站间同步异步(不需GPS)调制方式(前向/反向)QPSK/BPSK 上/下行信道结构I/Q复用 检测与导频信号相干 下行信道导频公共与专用导频 功率控制速度1500 Hz 信道编码卷积码与Turbo码,WCDMA系统概述,11,WCDMA协议结构,WCDMA系统概述,12,GSM网络向WCDMA网络过渡,WCDMA系统概述,13,Integ
5、rated Mobile Network:GSM/GPRS/UMTS,VLRMSC,VLRMSC,SGSN,GMSC,BSC,BTS,BTS,Abis,BSS,BSC,BTS,BTS,Abis,BSS,AUC,HLR,EIR,PSTN,E,D,C,F,H,A,GSM,PSTN,GGSN,PDN,Gb,Gp,Gc,Gf,Gn,Gr,Gs,GPRS,Other PLMN,RNC,NodeB,NodeB,Iub,RNS,RNC,NodeB,NodeB,Iub,RNS,Iur,Iu-CS,Iu-PS,Iu-PS,Iu-CS,UMTS,Gi,PLMN:Public land mobile network
6、 UMTS:Universal Mobile Telecommunication System,WCDMA系统概述,14,WCDMA标准制定情况,3GPP的技术规范组T(终端组)RAN(无线接入网组)CN(核心网组)SA(业务和系统组),WCDMA 标准制定情况,第二部分,15,3G Release 5 3G Release 4 3G Release 1999 GSM/EDGE Release 5 GSM/EDGE Release 4 GSM/EDGE Release 1999 Earlier GSM releases,3GPP的技术规范,WCDMA 标准制定情况,16,除少数规范外都在200
7、0年3月冻结。基本上是合并GSM规范和新的无线接入网发展的结果。提供电路交换和分组交换两种模式的未来的高速业务传输。,WCDMA 标准制定情况,3GPP Release 1999,17,3G Release 4,在2001年3月冻结。新的TDD模式(1,28 Mcps)，即TD-SCDMA。UTRAN传输的进化(大部分支持IP)。,WCDMA 标准制定情况,18,3G Release 5,将在2002年3月冻结。基于IP的多媒体业务 High Speed Downlink Packet Access（HSDPA),WCDMA 标准制定情况,19,WCDMA业务概述,WCDMA业务能力WCDMA
8、业务能力是指接入点之间的所有用QoS参数描述的承载以及承载控制机制的集合。业务能力实际上可以理解为承载业务为电信业务提供的服务。WCDMA以前的移动通信系统都定义了一系列的标准电信业务，其弊端是网络结构受制于电信业务。WCDMA标准化过程中不再定义标准的电信业务，而将重点放在WCDMA业务能力的标准化，这样使得网络结构不再受制于电信业务。,WCDMA业务概述,第三部分,20,WCDMA业务概述,21,WCDMA业务概述,22,WCDMA业务概述,23,WCDMA业务结构,WCDMA业务涉及三个层面的建设：业务承载平台的建设业务应用开发平台的建设业务的开发 业务开发平台为网络运营商、业务提供者支
9、持、创建和控制电信业务及承载业务提供了标准应用开发接口API，网络运营商、业务提供者可以在此基础上设计电信业务。,WCDMA业务概述,24,WCDMA业务特点,业务的智能化 业务的智能化主要体现在网络业务提供的灵活性、终端的智能化，例如除输入密码外，还可以通过语音、指纹来识别用户身份。业务的多媒体化WCDMA的信息由语音、图像、数据等多种媒体构成，信息的表达能力和信息传递的深度都比GSM有很大的提高，基本上可以实现多媒体业务在无线、有线网之间的无缝传输。,WCDMA业务概述,25,WCDMA业务特点,业务的个性化用户可以在终端、网络能力的范围内，设计自己的业务，这是实现个性化的首要前提；网络运
10、营商为用户提供虚拟归属环境即VHE能力，使用户在拜访网络时可以享受到与归属网络一致的服务，保证个性化业务的全网一致性；网络运营商为了领先竞争对手留住客户，可以依靠WCDMA强大的业务开发能力，不断开发新的业务；业务提供者也可以相对于网络运营者独立地开发业务，典型的为互联网业务提供商，通过WAP网关将WWW业务传输到移动终端；今后WCDMA终端的形式几乎是无限的。,WCDMA业务概述,26,WCDMA业务特点,业务的人性化业务的人性化就是要满足人的基本需要。人在移动中处理信息的能力比较有限，信息的有效传输和表达尤其重要，带宽并不是越宽越好，要用最少的码元传输量使用户获取最多、最有用的信息；要考虑
11、用户在安全性、可靠性方面的需求，达到固定网的水平。,WCDMA业务概述,27,WCDMA业务价值链,内容提供者网络门户网络运营商网络设备制造商终端设备制造商,WCDMA业务概述,28,VHE(Virtue Home Environment),VHE的概念是用户在任何访问环境均可以得到用户资料文件描述的业务。VHE具有如下特点：给用户提供个性化业务类型，例如接收天气预报;给用户提供个性化的接口界面，例如用户可以定制信息的表达方式（英文、中文或其它）;在接入网络（固定、移动）、终端容许的范围内，业务具有一致性。例如用户完全可能使用cdma2000终端，在cdma2000网络中享受到归属的W-CDM
12、A网络定义的业务;VHE使移动用户充分感受到个人通信带来的好处。,WCDMA业务概述,29,OSA(Open Service Architecture),OSA是能够使各种应用使用网络能力的体系结构。各种应用通过技术规范中定义的OSA API接入网络。,WCDMA业务概述,30,WCDMA系统结构与功能,WCDMA系统结构与功能,第四部分,31,WCDMA系统的基本结构（遵循3GPP R99）,WCDMA系统结构与功能,32,功能实体描述,移动台(UE)：它包括移动设备(ME)和UMTS用户识别模块(USIM)。根据业务的状况，移动设备（ME）可再分为移动终端(MT)和终端设备(TE)等功能部
13、件。基站(Node B)：为一个小区或多个小区服务的无线收发信设备。无线网络控制器(RNC)：具有对一个或多个Node B进行无线资源的控制和管理的功能实体。Node B和RNC设备组成了无线网络子系统（RNS）。移动业务交换中心(MSC)：对位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。,WCDMA系统结构与功能,33,功能实体描述,拜访位置寄存器(VLR)：MSC为所管辖区域中MS呼叫接续所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处区域的识别，向用户提供的业务等参数。归属位置寄存器(HLR)：管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位
14、置寄存器中注册登记。鉴权中心(AUC)：为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。,WCDMA系统结构与功能,34,功能实体描述,服务GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全管理和接入控制和路由选择等功能。网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。智能网相关设备都未列出。,WCDMA系统结构与功能,35,WCDMA系统结构与功能,全IP参考结构方案1,36,WCDMA系统结构与功能,全IP参考结构方案2,37,功能实体描述,Call State Control Function(CSCF)Home
15、 Subscriber Server(HSS)Transport Signalling Gateway Function(T-SWG)Roaming Signalling Gateway Function(R-SGW)Composite GatewayMedia Gateway Control Function(MGCF)Media Gateway Function(MGW)Multimedia Resource Function(MRF)MSC ServerGateway MSC Server,WCDMA系统结构与功能,38,WCDMA接口高层规范,WCDMA接口高层规范,第五部分,WCDM
16、A系统协议堆栈图,39,通用协议结构,Uu 和 Iu 接口协议分为两部分:用户平面协议 这些协议是实现真正的无线接入承载业务的协议控制平面协议 这些协议是用于在移动终端和网络间在不同的方面（包括请求业务、控制不同的传输资源和切换等）控制无线接入承载和连接，还包括NAS（非接入层）的透明传输机制。,WCDMA接口高层规范,40,WCDMA接口高层规范,Uu和Iu用户平面,41,WCDMA接口高层规范,Uu和Iu控制平面,42,WCDMA接口高层规范,UTRAN结构,43,UTRAN功能,系统接入控制功能接入控制拥塞控制系统信息广播无线信道加密和解密移动性功能切换SRNS Relocation,W
17、CDMA接口高层规范,44,UTRAN功能,无线资源管理和控制无线资源配置和操作无线环境调查宏分集控制无线承载控制无线协议功能RF功控RF功率设置无线信道编码无线信道译码随机接入检测和处理,WCDMA接口高层规范,45,WCDMA接口规范,Uu无线接口IubNode B与RNCIurRNC与RNCIuRNC与CN,WCDMA接口高层规范,46,Uu,无线接口分为三个协议层：物理层（L1）数据链路层（L2）MAC、RLC、PDCP、BMC网络层（L3）RRC、NAS,WCDMA接口高层规范,47,WCDMA接口高层规范,48,MAC层功能,逻辑信道和传输信道间的映射根据即时源速率为每一个传输信道
18、选择适当的传输格式UE数据流间优先权处理通过动态调度完成UE间优先权处理公共传输信道上UE的标识高层PDU的复用/解复用业务量监视加密RACH传输接入服务级别选择链路监测高层信令路由为RACH传输选择接入服务级别,WCDMA接口高层规范,49,MAC层向高层提供的服务,数据传输（无确认）无线资源和MAC 参数的重配置测量结果和MAC状态汇报,WCDMA接口高层规范,50,MAC实体,MAC-b：处理广播信道（BCH）的MAC实体。MAC-c:处理前向接入信道（FACH）,随机接入信道(RACH)和寻呼信道（PCH）的MAC实体。MAC-d:处理分配给一个UE的专用逻辑信道和专用传输信道(DCH
19、)的MAC实体。MAC-sh:处理下行共享信道（DSCH）的MAC实体。,WCDMA接口高层规范,51,WCDMA接口高层规范,52,逻辑信道,WCDMA接口高层规范,53,传输信道,WCDMA接口高层规范,54,UE侧逻辑信道和传输信道的映射,WCDMA接口高层规范,55,UTRAN侧逻辑信道和传输信道的映射,WCDMA接口高层规范,56,RLC功能,连接控制封装和重组报头压缩级连填充用户数据传输,WCDMA接口高层规范,纠错流量控制序号检测加密协议错误检测和修复等,57,RLC模式,透明模式(TM)无应答模式（UM）应答模式（AM）,WCDMA接口高层规范,58,透明模式(TM),WCDM
20、A接口高层规范,59,无应答模式（UM）,WCDMA接口高层规范,60,应答模式（AM）,WCDMA接口高层规范,61,RLC帧类型,数据帧控制帧混合帧(数据+捎带状态),WCDMA接口高层规范,62,RRC提供给高层的服务,通用控制通告专用控制,WCDMA接口高层规范,63,RRC的功能,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之间的一个RRC连接建立、重配置及释放无线承载分配、重配置及释放用于RRC连接的无线资源RRC连接移动功能,WCDMA接口高层规范,64,RRC的功能,为高层PDU选路由控制所需的QoSUE测量报告和对报告的控制外部环路
21、功率控制密码控制慢速动态信道分配,WCDMA接口高层规范,争用消除（TDD模式寻呼/通告空闲模式下，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（TDD模式）,65,RRC子层实体,路由功能实体 RFE（Routing Function Entity）广播控制功能实体 BCFE（Broadcast Control Function Entity）寻呼及通告功能实体 PNFE（Paging and Notification Control Function）专用控制功能实体 DCFE（Dedicated Control Function Entity）共享控制功能
22、实体 SCFE（Shared Control Function Entity）传输模式实体 TME（Transfer Mode Entity）,WCDMA接口高层规范,66,WCDMA接口高层规范,UE侧RRC模型,67,WCDMA接口高层规范,RRC与低层的交互,68,PDCP功能,发送和接收实体的IP数据流（例如TCP/IP和RTP/UDP/IP头）的数据头压缩和解压缩传输用户数据发送PDCP SDU的缓存和发送及接收PDCP SDU序列号保证无损的SRNS重置不同无线承载复用到一个RLC实体上,WCDMA接口高层规范,69,WCDMA接口高层规范,PDCP结构,70,BMC功能,存储小区
23、广播消息业务量监测和请求小区广播业务的无线资源BMC消息排序BMC消息向UE发送小区广播消息向高层发送,WCDMA接口高层规范,71,WCDMA接口高层规范,BMC协议模型,72,WCDMA接口高层规范,UTRAN 接口通用协议模型,73,水平层,协议结构包括两层，无线网络层和传输网络层。所有相关问题只与无线网络层有关，传输网络层只是采用的标准化的传输技术，与的特定的功能无关。物理层可用E1、T1、STM-1等数十种标准接口。,WCDMA接口高层规范,74,垂直平面,控制平面 控制平面包括无线网络层的应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。用户平面 用户平面包括数据流和用于传输数据流的数据
24、承载。数据流是各个接口规定的帧协议。,WCDMA接口高层规范,75,垂直平面,传输网络控制平面 传输网络控制平面只在传输层，它不包括任何无线网络控制平面的信息。传输网络控制平面的引入使得无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载技术。传输网络用户平面 用户平面的数据承载和应用协议的数据承载属于传输网络用户平面。,WCDMA接口高层规范,76,Iu接口,WCDMA接口高层规范,77,Iu接口功能,对RAB的管理（建立、修改和释放）无线资源管理Iu链路管理移动性管理安全性功能业务和网络接入功能Iu协调功能,WCDMA接口高层规范,78,Iur接口,Iur接口是CRNC与SRNC之间的接口
25、，传输CRNC与SRNC之间的信令和数据。RNSAP-Radio Network Subsystem Application Part-位于Iur接口无线网络层的控制平面，负责向Iur接口提供信令信息，它接受来自传输层的数据传输服务。Iur FP位于Iur接口无线网络层的用户平面，实现公共传输信道(CCH）、专用传输信道（DCH）的数据的接收、组帧、发送功能。,WCDMA接口高层规范,79,Iur接口功能,对传输网络的管理公用传输信道的管理公用传输信道资源的准备寻呼管理专用传输信道的管理无线链路的建立、增加、删除以及重配置对专用资源的测量报告对专用资源的功率控制对无线资源的测量,WCDMA接口
26、高层规范,80,RNSAP功能模块,移动性管理专用资源管理公用资源管理错误指示,WCDMA接口高层规范,81,Iub接口,Iub接口是RNC与Node B之间的接口，传输RNC与Node B 之间的信令和数据 NBAP-Node B Application Part-位于Iub接口无线网络层的控制平面，负责向Iub接口提供信令信息，它接受来自传输层的数据传输服务。Iub FP位于Iub接口无线网络层的用户平面，实现公共传输信道(CCH）、专用传输信道（DCH）的数据的接收、组帧、发送功能。,WCDMA接口高层规范,82,Iub接口功能,Iub传输资源管理Node B逻辑O&M系统信息管理公共信
27、道管理专用信道管理共享信道管理定时和同步管理,WCDMA接口高层规范,83,NBAP功能,公共部分小区配置管理公用传输信道管理系统信息管理资源事件管理配置调整公用资源测量无线链路管理,WCDMA接口高层规范,专用部分无线链路管理无线链路监视专用资源测量下行POWER飘移校准报告通常错误位置,84,WCDMA的下行高速解决方案HSDPA,High Speed Downlink Packet Access是为满足用户对下行链路更高速率的要求而提出的。峰值速率可达10.8Mbps。共享信道的方式。提高了频谱利用率。QoS得不到保证。,HSDPA,第六部分,85,HSDPA的关键技术,自适应调制和编码
28、方案（AMC）；停止等待混合ARQ（SAW-HARQ）；快速小区选择（FCS）；独立下行共享信道；多输入多输出（MIMO）天线处理。,HSDPA,86,二代向三代过渡的策略,两个问题网络兼容与过渡 第三代系统必然要在一段时间内与第二代系统相共存终端的兼容双模甚至多模终端ITU建议采用“软件无线电”技术。这种技术是采用空间软件下载和自适应技术来实现传统用硬件实现的功能，目前看来，实现这种技术仍存在困难。,二代向三代过渡的策略,第七部分,87,向第三代演进的策略,策略1：首先采用增强的第二代网络，延续一段时间。第三代的无线接入网通过适配功能单元接入到增强的第二代核心网；在较晚的时间再采用第三代的核
29、心网络。第三代核心网络与第二代网络间采用互通功能单元进行互通，而逐步淘汰第二代核心网。,二代向三代过渡的策略,88,二代向三代过渡的策略,89,向第三代演进的策略,策略2：从开始阶段就建设第三代的核心网络。第二代与第三代之间采用互通功能单元互通，逐步将第二代的无线接入网直联到第三代的核心网络，而淘汰第二代核心网。,二代向三代过渡的策略,90,二代向三代过渡的策略,91,二代向三代过渡的策略,两种策略的大致比较,92,WCDMA的业务提供非常灵活多样，能够满足不同用户的不同需要。WCDMA的市场前景一片光明，支持的制造商和运营商最多。WCDMA在技术方面很成熟，接口开放，由GSM平稳过渡。WCDMA具有开放的体系结构，代表了未来网络的发展方向。WCDMA对下行高速业务有HSDPA的解决方案，可以向Beyond 3G或4G演进。,总 结,93,Thank you!.any questions are welcome!徐国鑫无线新技术研究室,
