移动通信原理及WCDMA技术特点(无线部分)
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第1章WCDMA系统概述1.1 移动通信的发展现代的移动通信发展至今,主要走过了两代,而第三代现在正处于预商用阶段,不少厂家已经在欧洲、亚洲进行实验网的商用试运行。
第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。
时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期。
这一阶段相对于以前的移动通信系统,最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。
蜂窝网,即小区制,由于实现了频率复用,大大提高了系统容量。
第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS,以及NMT和NTT等。
AMPS(先进的移动电话系统)使用模拟蜂窝传输的800MHz频带,在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用;TACS(总接入通信系统)使用900MHz频带,分ETACS(欧洲)和NTACS(日本)两种版本,英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。
第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用,语音信号为模拟调制,每隔30KHz/25KHz一个模拟用户信道。
其主要弊端有:(1) 频谱利用率低(2) 业务种类有限(3) 无高速数据业务(4) 保密性差,易被窃听和盗号(5) 设备成本高(6) 体积大,重量大为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷,数字移动通信技术应运而生,这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统,时间是从八十年代中期开始。
第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。
GSM(全球移动通信系统)发源于欧洲,它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的,支持64Kbps的数据速率,可与ISDN互连。
GSM使用900MHz频带,使用1800MHz频带的称为DCS1800。
GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式,每载频支持8个信道,信号带宽200KHz。
DAMPS (先进的数字移动电话系统)也称IS-54(北美数字蜂窝),使用800MHz频带,是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种,指定使用TDMA多址方式。
一、前言在这期的文章中,我们要介绍在WCDMA无线通信技术中,属于各类通信层的信道(Channel)技术,与我们过去在Internet使用的TCP/IP通信协议比较,TCP/IP并没有专属于传输控制与资料的固定信道存在,可以由使用者自行产生不同的连线。
并且自行构建传输控制信号与使用者资料的连线。
但是在WCDMA当中就不是如此了,它有专属的通信管道的概念,每个不同的管道各有它特定的功能,例如:用来进行同步、传输控制信号或是使用者资料,都会透过不同的通信管道,如果需要传输更大量的使用者资料,就会配置更多该类的通讯管道来传输使用者资料。
因此,要了解WCDMA无线通讯技术,学习这些不同阶层的管道架构,将会是一个相当重要的课题,接下来就让笔者开始这次的内容。
二、WCDMA无线界面协议架构如图一所示,我们可以吧WCDMA无线界面(Radio Interface)区分为以下几个部分:图一,WCDMA无线界面架构由下而上首先就是属于Layer 1的物理层(PHY,Physical Layer),这部分提供了属于物理层的通道(Channel)架构与相关技术,例如,物理层的同步机制与碰撞检测。
在来就是属于Layer 2的MAC(Media Access Control)、RLC (Radio Link Control)、PDCP(Packet Data Control Protocol)与BMC(Broadcast and Multicast Control),这部分的通讯协议提供各式网络通信机制,例如:MAC 提供了QoS服务,RLC提供了单双向的封包进出介面,PDCP提供了使用者用来传送TCP/IP封包机制与封包表头压缩的功能,BMC则可供基地台用来广播传送给大量使用者的资讯。
最后一层就是属于Layer 3的RRC(Radio Resource Control)。
PDCP、BMC与RRC层的服务要透过RLC层所提供的Logical Channel 来传送与接收资料,而RLC层则须把这些Logical Channel整合为MAC层所提供的Transport Channel,MAC层则在透过底层的硬件所提供的Physical Channel来把资料传送出去。
WCDMA系统的特点、原理及关键技术2.1 WCDMA系统的特点WCDMA是宽带码分多址(Wide Code Division Multiple Access)的英文缩写,是在扩频通信技术上发展起来的种新型的无线通信技术。
WCDMA无线系统主要具有以下几个优点:(1)频点更宽WCDMA采用了5 MHz的频点带宽,是cdma2000频点带宽的4倍,因此可以采用高达3.84 Mcps的码率,是cdma2000码率1.228 8 Mcps的3倍以上。
这样WCDMA就可以提供数倍于cdma2000的上、下行业务速率,这对提高数据业务的用户体验非常有帮助。
(2)复用更充分复用更充分来源于以下两个方面的要求:其一WCDMA是3G技术,因此需要支持多媒体业务,业务种类自然很多。
例如,常用的业务就有语音业务(CS12.2)、视频电话业务(CS64)、分组数据业务(PS64/PS128)和高速分组数据业务(HSPA)等。
另外,每个用户还可以同时进行多项业务,例如,语音业务与数据业务的组合,需要支持并发的业务。
其二是由"频点更宽"带来的。
由于WCDMA频点带宽很大,充分利用这些带宽就很关键,需要尽量减少浪费。
(3)话音质量高WCDMA系统采用了AMR语音编码技术,有八种语音编码速率(12.2kbps-4.75kbps),可以根据小区负荷自适应调节编码速率。
有很好的背景噪声抑制功能。
WCDMA系统使用RAKE分集接收技术以克服衰落、提高话音质量,使用软切换技术更可以有效地减少掉话。
(4)采用软切换WCDMA系统和CDMA2000系统采用了软切换技术,而TD-SCDMA系统则采用了接力切换技术,这些切换技术可以更有效地降低掉话率,提高系统容量,改善话音质量。
(5)保密性能好因为采用码分多址技术,其复杂的编译码及调制解调技术确保系统具有良好的保密性能。
2.2 WCDMA原理及关键技术2.2.1 WCDMA网络结构UTRAN包含一个或几个无线网络子系统(RNS, Radio Network Sub-system)。