移动通信系统发展

1、一、 移动通信系统发展1.移动通信的特点 （1）信道特性差由于采用无线传输方式，电波会随着传输距离的增加而衮减（扩散衰减）；不同的地形、地物对信号也会有不同的影响；信号可能经过多点反射，会从多条路径到达接收点，产生多径效应（电平衰落和时延扩展）；当用户的通信终端快速移动时，会产生多普勒效应（附加调频），影响信号的接收。并且，由于用户的通信终端是可移动的，所以，这些衰减和影响还是不断变化的。（2）千扰复杂移动通信系统运行在复杂的干扰环境中，如外部噪声干扰（天电干扰、工业千扰、信道噪声）、系统内干扰和系统间干扰（邻道干扰、互调干扰、交调干扰、共道干扰、多址干扰和远近效应等）。如何减少这些干扰的影响

2、，也是移动通信系统要解决的重要问题。（3）有限的频谱资源考虑到无线覆盖、系统容童和用户设备的实现等问题，移动通信系统基本上选择在特高频UHF（分米波段）上实现无线传输，而这个频段还有其他的系统（如雷达、电视、其他的无线接入），移动通信可以利用的频谱资源非常有限。随着移动通信的发展，通信容量不断提高，因此，必须研究和开发各种新技术，采取各种新措施，提高频谱的利用率，合理地分配和管理频率资源。（4）用户终端设备（移动台）要求高用户终端设备除技术含量很高外，对于手持机（手机）还要求体积小、重量轻、防震动、省电、操作简单、携带方便；对于车载台还应保证在髙低温变化等恶劣环境下也能正常工作。（5）要求有效

3、的管理和控制由于系统中用户终端可移动，为了确保与指定的用户进行通信，移动通信系统必须具备很强的管理和控制功能，如用户的位置登记和定位、呼叫链路的建立和拆除、信道的分配和管理、越区切换和漫游的控制、鉴权和保密措施、计费管理等。2、1G/2G/3G系统的主要技术特点 1G:容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游 2G:保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点 3G: 1、全球统一频段、统一标准全球无缝覆盖和漫游。2频谱利用率高。3、在144kbps（最好在384kbps）能达到全覆盖和全移动性，还能提高最高塑料布大2Mbps的多

4、媒体业务。4、支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。5、有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力。6、适应多用户环境，包括室内、室外、快速移动和卫星环境。7、安全保密性能优良。8、便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。9可与各种移动通信系统融合，包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等。10终端（手机）结构简单、便于携带、价格较低。3、IMT2000三种环境速率要求IMT-2000规定移动终端以车速移动时，数据传输速率为144Kbps，室外静止或步行时速率为384Kbps，在室内为2Mbps1。2007年，ITU制定了IMT-A标准，要求低速环境时峰值速率为1Gbps，高

5、速环境则是100Mbps2。4、常用的多址技术多址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址(SDMA)5、主流3G标准性能比较WCDMATD-SCDMACDMA2000载波间隔5MHz1.6MHz1.25MHz码片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps帧长10ms10ms（分为两个子帧）20ms基站同步不需要需要需要典型方法是GPS功率控制快速功控：上、下行1500Hz0-200Hz反向：800Hz前向：慢速、快速功控下行发射分集支持支持支持频率间切换支持，可用压缩模式进行测量支持，可用空闲时隙进行测量支持检测方式相干解调联合检测相干

6、解调信道估计公共导频DwPCH，UpPCH，Midamble前向、反向导频编码方式卷积码Turbo码卷积码Turbo码卷积码Turbo码6、3GPP和3GPP2的区别3GPP受组织合作伙伴委托制定通用的WCDMA技术规范。其组织机构分为项目合作和和技术规范两大职能部门。项目合作部(PCG)是3GPP的最高管理机构，负责全面协调工作；技术规范部(TSG)负责技术规范制定工作，受PCG的管理。 3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。3GPP2主要工作是制订以ANSI-41核心网为基础，cdma2000为无线接口的移动通信技

7、术规范。二、 网络架构1、 UMTS物理结构模型用户终端称为移动台，从逻辑上包括移动设备（ME）和身份模块。移动设备由无线电通信设备组成，而身份模块包含着用户的身份信息。移动台和身份模块的分离使得用户和设备可以分开使用，这样原则上允许用户通过插入身份模块可以切换到另一台设备上使用。网络支持两种身份模块：与GSM系统类似的用户身份模块（SIM）和UMTS系统用户身份模块（USIM），具体使用何种身份模块取决于移动台是属于老式的基于GSM的系统还是新式的基于UMTS的系统。2、 TD-SCDMA网络结构3、 UTRAN结构及其网络接口Lu接口Lur接口Lub接口Uu接口4、 接口通用协议模型及LU

8、CSLUPSLUB接口协议结构和接口功能三、 TD-SCDMA物理层1、 空口协议模型及各层作用2、 传输信道分类及其作用传输信道的数据通过物理信道来承载，除FACH和PCH 两者都映射到物理信道S-CCPCH外，其它传输信道到物理信道都有一一对应的映射关系。1专用传输信道专用传输信道仅存在一种，即专用信道（DCH），是一个上行或下行传输信道。2公共传输信道（1）广播信道BCHBCH是一个下行传输信道，用于广播系统和小区的特定消息。（2）寻呼信道PCHPCH是一个下行传输信道，PCH总是在整个小区内进行寻呼信息的发射，与物理层产生的寻呼指示的发射是相随的，以支持有效的睡眠模式，延长终端电池的使

9、用时间。（3）前向接入信道FACHFACH是一个下行传输信道；用于在随机接入过程，UTRAN收到了UE的接入请求，可以确定UE所在小区的前提下，向UE发送控制消息。有时，也可以使用FACH发送短的业务数据包。（4）随机接入信道RACHRACH是一个上行传输信道，用于向UTRAN发送控制消息，有时，也可以使用RACH来发送短的业务数据包。（5）上行共享信道USCH上行信道；被一些UE共享，用于承载UE的控制和业务数据。（6）下行共享信道DSCH下行信道；被一些UE共享，用于承载UE的控制和业务数据。3、 TDSCDMA系统信号四层结构及其系统帧结构TD-SCDMA物理信道用4层结构：超帧、无线帧

10、、子帧和时隙/码。TD-SCDMA系统的帧结构：超帧： | 无线帧 | 无线帧 |共72个| 无线帧 | 720ms无线帧： | 子帧 | 子帧 | 10ms子帧： | TS0 | DwPTS | G | UpPTS | TS1 | TS2 | TS3 | TS4 | TS5 | TS6 | 675us时隙： | 数据符号 | L1 | 训练序列 | L1 | 数据符号 | G | 864Chips 4、 Midamble码OVSF码SYNCUL码SYNCDL码相关码字的作用5、 物理信道分类及其作用物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理

11、信道仅用于承载物理层自身的信息。专用物理信道专用物理信道DPCH （Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据。物理层将根据需要把来自一条或多条DCH的层2数据组合在一条或多条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域。DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，信道的存在时间取决于承载业务类别和交织周期。一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙。物理层信

12、令主要用于DPCH。2公共物理信道根据所承载传输信道的类型，公共物理信道可划分为一系列的控制信道和业务信道。在3GPP的定义中，所有的公共物理信道都是单向的（上行或下行）。（1）主公共控制物理信道主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary Common Control Physical CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，信道中没有物理层信令TFCI、TPC或SS。（2）辅公共控制物理信道辅公共控制物理信道（S-CCPCH，Secondary Common Control Physical CHannel）用于承载来自传输信道FACH

13、和PCH的数据。不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，S-CCPCH所使用的码和时隙在小区中广播，信道的编码及交织周期为20ms。（3）快速物理接入信道快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access CHannel）不承载传输信道信息，因而与传输信道不存在映射关系。NODE B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，调整UE的发送功率和同步偏移。数据域内不包含SS和TPC控制符号。因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。（4）物理随机接入信道物理随机接入信道（PRACH，Physiacal Random Access

14、CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据。传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。（5）物理上行共享信道物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared CHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。由于一个UE可以并行存在多条USCH，这些并行的USCH数据可以在物理层进行编码组合，因而PUSCH信道上可以存在TFCI。但信道的多用户分时共享性使得闭环功率控制过程无法进行，因而信道上不使用SS

15、和TPC（上行方向SS本来就无意义，为上、下行突发结构保持一致SS符号位置保留，以备将来使用）。（6）物理下行共享信道物理下行共享信道（PDSCH：Physical Downlink Shared CHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。在下行方向，传输信道DSCH不能独立存在，只能与FACH或DCH相伴而存在，因此作为传输信道载体的PDSCH也不能独立存在。DSCH数据可以在物理层进行编码组合，因而PDSCH上可以存在TFCI，但一般不使用SS和TPC，对UE的功率控制和定时提前量调整等信息都放在与之相伴的PDCH信道上。（7）寻呼指示信道寻呼指示信道（PICH：Paging I

16、ndicator Channel）不承载传输信道的数据，但却与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。6、 信道编码和复用 7、 扩频与调剂扩频调制：因为TD-SCDMA与其它第三代移动通信标准一样，均采用CDMA的多址接入技术，所以扩频是其物理层很重要的一个步骤。扩频操作位于调制之后和麦种成形之前。扩频调制主要分为扩频和加扰两步。TD-SCDMA技术所采用的扩频码是一种OVSF码（正交可变扩频因子），这可以保证在同一时隙上不同扩频因子的扩频码是正交的。扩频码的作用是用来区分同一时隙中的不同用户。数据经过扩频后，还要由一个小区特定的

17、复值序列即扰码进行加扰。扰码长度8、 物理层过程（功率控制、小区搜索、上行同步和随机接入过程） 9、 逻辑信道与传输信道与物理信道映射关系四、TD-SCDMA优化及高层指令1、UF相关状态定义2、RPC连接过程运行时,一次客户机对服务器的RPC调用,其内部操作大致有如下十步:1.调用客户端句柄;执行传送参数、2.调用本地系统内核发送网络消息 3.消息传送到远程主机4.服务器句柄得到消息并取得参数5.执行远程过程6.执行的过程将结果返回服务器句柄7.服务器句柄返回结果，调用远程系统内核 8.消息传回本地主机 9.客户句柄由内核接收消息 10.客户接收句柄返回的数据3、小区更新过程 4、URA更新

18、当终端在CELL-PCH和CELL-FACH状态下跨小区移动时，终端除做完小区重选后，还要给UTRAN发送小区更新消息来更新UTRAN中存储的该终端的小区信息；当终端在URA-PCH状态下跨小区移动时，且终端所处的新小区的URA ID和原来小区不同时，终端除完成小区重选后，还要从新小区给UTRAN发送URA更新消息来更新该终端存于UTRAN的URA信息。 终端进入新小区后，通过RACH信道发送CELL UPDATE消息给UTRAN，这条消息中包括当前的服务无线网络的临时标识符S-RNTI和SRNC Identity。这两个标识符可共同用于在UTRAN中唯一识别一个终端。UTRAN收到这个消息后

19、修改该终端的注册小区信息，并回送CELL UPDATE CONFIRM消息。同理，当UTRAN收到URA UPDATE消息，也将回送URA UPDATE CONFIRM消息，从而完成更新确认。 URA更新分别在终端处于CELL-FACH/CELL-PCH和URA-PCH状态时由计时器T305启动。5、接力切换过程接力切换(Baton Handover)接力切换是TD-SCDMA系统的一项特色技术，也是核心技术之一。接力切换的设计思想是：利用终端上行预同步技术，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步，一旦网络判决切换，终端可迅速由原小区切换到目标小区，在切换过程中，终端

20、从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息提高了切换成功率，缩短了切换时延。接力切换工作流 UE收到切换命令前的场景：上下行均与源小区连接UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信 UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换硬切换，软切换，接力切换三种切换方式比较 越区切换在蜂窝移动通信系统中占有重要的地位。在早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）移动通信系统中，采用的是“硬切换技术”

21、，该技术使系统在切换过程中大约丢失300ms的信息，同时占用信道资源较多。美国高通公司开发的CDMAIS95。无线通信系统使用了“软切换技术”，软切换过程不丢失信息、不中断通信，还可增加CDMA系统的容量。但是，软切换技术只解决了终端在使用相同载波频率的小区或扇区间切换的问题，对于不同载波的基站之间，FDDCDMA系统仍然只能使用硬切换方式。而且，处于切换过程中的每一个终端要同时接收来自两个或三个基站的信息，并在反向链路中向这些基站发送相应信息，这占用了较多的通信设备和信道，造成系统资源的浪费。而在TDSCDMA系统中，采用了一种新的越区切换方法，即“接力切换”。TDSCDMA的独特之处是使用

22、了智能天线获得用户终端的方位（DOA），采用同步CDMA技术获得用户终端与基站间的距离。若将这两个信息予以综和，基站就可以确定用户终端的具体位置，从而为接力切换奠定了基础。接力切换不丢失信息、不中断通信，节约了信道资源。正是由于TDSCDMA系统采用了智能天线以及使用两个基站对终端进行定位，具有对终端精确定位的功能，所以能够实现更有效的越区切换，即所谓的“接力切换”。在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“软切换”浪费信道资源的缺点。接力切换不仅具有上述的“软切换”功能，而

23、且可以使用在不同载波频率的TDSCDMA基站之间，甚至能够在TDSCDMA系统与其它移动通信系统（如GSM、CDMAIS95等）的基站之间，实现不丢失信息、不中断通信五、 TD-SCDMA核心网络相关知识1、 核心网络构架2、 核心网主要功能实体MME:主要负责信令处理及移动性管理，功能包括：NAS信令及其安全；跟踪区域(Tracking Area)列表的管理；P-GW和S-GW的选择；跨MME切换时对于MME的选择；在向2G/3G接入系统切换过程中SGSN的选择；鉴权、漫游控制以及承载管理；3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理(终结于S3节点)；信令面的合法监听等。SAE-GW

24、：包括S-GW和P-GW，S-GW作为面向eNodeB终结S1-U接口的网关，负责数据处理；P-GW与分组数据网(PDN)连接；S-GW和P-GW接受MME的控制，承载用户面数据。S-GW的主要功能包括：当eNodeB间切换时作为本地锚定点并协助完成eNodeB的重排序功能；在3GPP不同接入系统间切换时的移动性锚点(终结在S4接口，在2G/3G系统和P-GW间实现业务路由)；合法侦听以及数据包的路由和前转； PDN和QCI的上行链路和下行链路的相关计费等。P-GW的主要功能有：分组数据包路由和转发；3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能；UE IP地址分配，接入外部PDN的网关功能；基

25、于用户的包过滤；合法侦听；计费和QoS策略执行功能；DIP功能；基于业务的计费功能；在上行链路中进行数据包传送级标记；上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制；基于业务的上下行速率的控制等。HSS：用于存储用户签约信息的数据库。主要功能包括：存储用户相关的信息；签约数据管理和鉴权，如用户接入网络类型限制、用户APN信息、计费信息管理；支持多种卡类和多种方式的鉴权；与不同域和子系统中的呼叫控制和会话管理实体互通等。PCRF：策略和计费控制单元，主要功能包括：用户的签约数据管理功能；用户、计费策略控制功能；事件触发条件定制功能；业务优先级化与冲突处理功能；QOS功能，网络安全性功能；IP-CAN承

26、载与IP-CAN会话相关联策略信息的管理功能等。PCRF还可用于：对无限量包月的滥用者限制带宽；保证高端用户的流量带宽；保证高质量业务的服务质量；动态配置计费策略，完成内容计费。CG：3GPP R8版本EPC架构中计费节点为S-GW和P-GW，S-GW产生的计费信息类似于SGSN；P-GW产生的计费信息类似于GGSN。计费点将计费话单送至计费网关CG，由CG完成计费话单的检错、纠错和话单的合并，并完成话单格式的转换，然后将计费话单以标准格式送至运营公司的计费系统。DNS：为EPC核心网网元和终端提供域名解析功能。2. 接口与协议EPC核心网基于2G/3G分组域架构演进而来，采用了控制与承载相分

27、离的架构，新增了一些接口，且这些接口均基于IP协议，具体如下：S1-MME接口：eNodeB和MME之间的接口，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。该接口底层采用SCTP协议，应用层采用S1-AP协议。S1-U接口：eNodeB和S-GW之间的接口，用于承载用户面隧道和切换时eNodeB之间的路径交换。采用GTP-U协议，下层为UDP，其中GTP-U协议用来在eNodeB和S-GW之间进行用户数据的隧道传输，UDP协议封装用户数据。S3接口：SGSN和MME之间的接口，类似于3G系统中SGSN间的Gn接口，实现3GPP网间进行交互，采用GTP-C协议，下层为UDP。S4接口：SGSN与S-GW之间的接口，类似于3G系统中SGSN与GGSN间的Gn接口。提供GPRS网和S-GW之间的相关控制和移动性管理。S4接口既可以只有信令面接口(GTP-C)，也可以包括用户面的接口(GTP-U)。S4接口如果只作为信令面的接口，其采用GTPv2-