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WCDMA关键技术详解.docx
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WCDMA关键技术详解
第一章 引言
1. 演进:
(图:
1-7)
2. UMTS接入技术(UTRA=UMTSTerrestrialRadioAccess)主要分为2类:
a) FDD(频分双工):
上下行使用不同的频率。
GSM/CDMA/WCDMA都是FDD系统。
b) TDD(时分双工):
上下行使用相同的频率,但使用不同的时隙。
频带利用率高,但覆盖能力比较弱。
TD-SCDMA属于此类。
另有SDD(空分双工,废弃?
)。
3. 于1999年确定的IMT-2000所包含的5种技术标准:
a) CDMADS(WCDMA)
b) CDMATDD(TD-SCDMA 和 UTRATDD)
c) CDMAMC(CDMA2000)
d) TDMASC(UWC-136)
e) TDMA/FDMA(DECT)
4. 3GPP(3rd GenerationPartnershipProject) 工作主要是将IMT-2000中多个基于宽带CDMA技术的3G技术融合在一起。
3GPP2则是将基于IS-95的CDMA2000做标准化。
5. 数字无线通信的覆盖是通过小区来实现的,小区一般来讲是基站中天线簇上某个天线所覆盖的扇形区域。
按覆盖范围分可分为3种:
宏小区、微小区和微微小区。
宏小区可提供大的覆盖和高速移动的支持,发射功率也比较大。
微微小区则可提供大的业务容量,发射功率比较小。
3种小区配合使用(覆盖区域可重叠),再配合智能的小区测量、切换机制可以实现不同的业务需求。
6. 无线多址技术:
a) FDMA:
频分,第一代模拟通信
b) TDMA:
时分,GSM
c) CDMA:
码分,各个用户可能在同一频率,同一时间段内通信,通过码字区分。
这个区分可能是扩频扰码的差异(WCDMA),也可能是相同的扩频扰码,不同的时间偏置(CDMA2000)。
3种多址技术可能被组合使用,如CDMA1XEV-DO就结合了TDMA和CDMA。
区别:
双工技术和多址技术
7. EDGE:
GSM的增强版,采用不同的调制技术已达到384Kbps的更高速率。
8. WCDMA:
由GSM演进而来,核心网部分大部分重用,接入网完全不同(TDMA->CDMA,频谱改变)。
基本参数:
a) 射频带宽为5MHZ,码片速率为3.84Mchips/s
b) QPSK调制
c) 物理帧长10ms(15个时隙)
9. TD-SCDMA与WCDMA差异主要体现在接入网上,核心网可以共享。
系统主要参数:
a) 射频带宽1.6Mhz,码片速率1.28Mchips/s
b) QPSK/8PSK调制
c) 物理帧长10ms,每个子帧5ms(含7个时隙)
d) 智能天线
10. HSDPA理论最大速率:
14.4Mbps,HSUPA:
5.76Mbps;HSDPA+理论最大速率21M,开通DC后42M
11. CDMA20001x由CDMAIS-95演化而来,除了核心网,他们的接入网也能做到向后兼容。
系统的主要参数:
a) 射频带宽1.25Mhz,码片速率1.2288Mchips/s
b) 基站间同步采用GPS的方式。
c) 2种平行的3G后演进:
1xEVDO和1xEVDV,前者更早,但空中接口与1x有差异,也使用不同的载频。
1xEVDV则类似HSxPA技术,与原有的空中接口有更好的兼容性。
12. 3种主流的空中接口技术都是使用直接序列扩频方式。
13. WCDMA中的信道:
a) 在下行方向上使用不同的下行扰码,共有512个可用的扰码,同一个小区中的不同信道是使用不同的信道码(OVSF)区分的。
在上行方向上,不同的终端使用不同的上行扰码(由网络方分配),同一终端下的不同信道也是通过信道码区分的。
b) 编码过程:
传送的原始数据称为位(bit),经过信道编码后的信号称为符号(Symbol),再经过扩频处理后的信号称为码片(chip)。
WCDMA使用2种信道编码方式:
卷积码和Turbo码。
14. CDMA关键技术简介:
a) RAKE接收机:
用于合并从多个相关检测器中接收到的各路多径信号。
b) 软切换:
在2个基站间切换的中间态,移动台可同时与多个不同的基站间保持连接。
c) 功率控制:
分为开环功控和闭环功控。
基本原则是在满足无线链路基本的传输质量的前提条件下,尽可能的减小发送端的发射功率,以减少对其他客户的干扰。
15. 3GPP的版本历史:
a) R99:
第一个版本,定义了全新的接入网。
b) R4:
在接入网方面引入了TD-SCDMA(低码片速率的TDD方式)。
在核心网中,在CS域引入了呼叫控制和承载分离的软交换概念。
c) R5:
接入网中引入了HSDPA和将接入网也IP化的“IPUTRAN”概念。
在核心网中引入IMS系统以实现与INTERNET的无缝接入。
d) R6:
?
16. 3GPP技术规范列表:
(表:
1-3)
第二章 WCDMA系统结构
1. 3G的基本业务类型:
基本电信业务(语音通话,短信等)、补充业务(呼叫转移,多方通话等)、承载业务(分电路域和分组域的承载,与外部网络的桥梁)、智能网业务(?
)、位置业务(基站定位)和多媒体业务(IMS)。
2. 视频电话既可以由电路域实现也可以由分组域(IP)实现。
3. UE(UserEquipment)的基本结构:
TE(TerminalEquipment,电脑)+TAF(TerminalAdapterFunction,串口线)+MT(MobileTerminal,猫)。
UE又可被称为MS(MobileStation,GSM中的称呼)。
4. WCDMA中的承载业务:
(图:
2-2)
5. QoS的分类:
依优先级由高到低:
会话类、流媒体类、交互类和后台类。
6. WCDMA网络模型:
(图2-3)
7. 空中接口的协议栈结构
a) (图2-4)
b) NAS(NonAccessStratum)既非接入层,是核心网和UE之间的与空中接口无关的层。
c) UE内的层之间的链接通过原语实现,无标准接口协议,AT或许算是个例外。
d) 层1:
物理层负责空中接口的信号收发和处理,包括编解码、扩频等。
e) 层2:
主要包含2个子层:
RLC(RadioLinkControl)层负责空中接口上的端对端的可靠传输。
MAC(MediaAccessControl)层负责对媒体接入的控制从而满足不同业务的数据或者信令在空中接口上传输的不同QoS需求。
层2中还包换PDCP(PacketDataConvergeProtocol,负责在RLC之上对IP报头的压缩已提高空中接口上的效率)层和BMC(Broadcast/MulticastControl,负责广播和多播业务)层。
f) 层3:
RRC层负责接入网中的无线资源的管理,如信道的分配,配置等。
是整个接入网的控制中心。
注:
此层的控制面为RRC,业务数据不经此层。
(图:
2-5)
8. WCDMA的R99版:
a) (图:
2-6)
b) UTRAN(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork, 接入网)由NodeB和RNC(RadioNetworkController)组成。
c) CS域:
UTRAN->MSC/VLR->G-MSC->(外部网络,PSTN/ISDN) 【电路交换】
i. MSC(MobileSwitchingCenter)/VLR(VisitorLocationRegister)在同一个网络实体上实现。
MSC如同整个网络呼叫控制中心。
它负责:
呼叫过程控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。
VLR是访客数据库,主要用于提供移动性管理功能所需的相应服务。
ii. G-MSC(GatewayMSC):
MSC与外部网络之间的网关节点。
d) PS域:
UTRAN->SGSN->GGSN->(外部网络,IP) 【分组交换】
i. SGSN(ServingGPRSSupportingNode):
作用如同CS域中的MSC。
负责PS域的移动性管理、安全和路由选择等功能。
ii. GGSN(GatewayGPRSSupportNode):
移动核心网PS域与外部分组交换网络的网关。
还负责网关安全机制(防火墙)。
UE需要与GGSN建立PDP连接来接入外部网络。
e) 运营商服务节点:
EIR,SMSC, 计费中心,AuC,HLR,gsmSCF
i. EIR(EquipmentIdentityRegister),?
ii. SMSC(),?
iii. HLR (HomeLocationRegister),移动用户管理的数据库
iv. AuC(AuthenticationCenter),鉴权参数功能实体。
f) 接入网的结构:
(图:
2-8)
g) RNC和NodeB之间可以是一对多的关系。
RNC之间有Iur接口相连。
一个RNC和它所控制的NodeB组成一个RNS(RadioNetworkSub-System)。
h) 在RNC之间的软切换过程中,用户数据、语音经2个不同的RNC送往同一个核心网。
切换前(并保持连接)的RNC称为S(Serving)-RNC,切换后的那个RNC称为D(Drift)-RNC。
在此过程中,不同RNC收到的同一个用户的数据将被合并、挑选然后发给核心网。
i) 一个NodeB可以包含多个小区,这个取决于NodeB所拥有的载频(频点,5M宽)的数量和天线的数量。
实际的小区的形状应是一个由天线(方向性)辐射出去的扇形区域。
9. WCDMA的R4版:
a) 与R99的差异:
i. 无线技术有稍许升级,增加了NodeB的同步选项?
增加了无线接入承载的QoS协商。
。
。
ii. 电路域的核心网结构改变:
不在使用MSC和GMSC联合来完成呼叫控制和承载控制,转而使用MSCServer来完成呼叫控制,使用媒体网关MGW(MediaGateWay)完成承载控制。
注:
MGW既能接收来自电路网络的承载通道,也能接收来自分组域的媒体流
10. WCDMA的R5版:
a) 定义了IMS(InternetprotocolMultimediaSubsystem)系统。
整个系统基本全IP化。
b) 接入网的改进:
引入HSDPA(MAX14.4Mbps)。
Iu/Iur/Iub增加IP传输选项。
接入网IP化
c) 核心网的改进:
增加IMS。
话音业务和分组业务都可以通过这个系统实现。
d) (图:
2-11)
e) HSS(HomeSubscriberServer)由HLR和AuC演化而来,负责保存用户数据。
f) CSCF(CallSessionControlFunction)负责IMS系统中的呼叫控制,算是整个IMS的核心部分。
根据所处的功能划分不同,又可分为I-CSCF(查询,提供到归属网络的入口,类似网关)、P-CSCF(代理,UE和归属网络中的SIP服务器之间的桥梁)和S-CSCF(服务,呼叫控制)。
11. WCDMA的R6版:
主要是引入了HSUPDA。
无线部分和核心网也有些改进。
12. 智能网简介:
a) 典型业务:
预付费、VPN和通用接入号码业务。
b) (图:
2-13)
13. 移动网络中的标识:
a) 网络标识:
i. PLMN(PublicLandMobileNetwork)id:
1. PLMN-id=MCC(MobileCountryCode)+MNC(MobileNetworkCode)。
2. 是一个国家某个运营商旗下的整个网络的标识,如中国移动。
ii. Domain-id(核心网的域标识):
1. CNCSDomain-id=PLMN-id+LAC(LocationAreaCode)
2. CNPSDomain-id=PLMN-id+LAC+RAC(?
)
3. 经由不同域的信令消息在空中接口上是通过指示不同Domain-id来实现消息的正确路由的。
4. LAC和RAC是由运营商根据组网的需要自行定义的。
可通过RNC设置。
iii. RNC标识
1. 在特定网络中标识一个RNC。
在全局网络中可通过PLMN-id+RNC-id标识一个RNC。
2. 由运营商定义并可更改。
3. 每个RNC还被分配一个No.7 (7号信令)使用的信令节点编码。
iv. SAI(ServiceAreaIdentifier,服务区标识)
1. 用于标识一个位置区(LAC)下的一个或者多个小区。
一个小区可以属于一个或者多个服务区。
2. SAI=PLMN-id+LAC+SAC
v. LAI(LocationAreaIdentifier,位置区标识)
1. 从大小范围上讲是指用户在移动过程中不需要对VLR中的位置信息作更新的区域。
vi. RAI(RouteAreaIdentifier,路由区标识)
1. 与LAI类似,不同的是只用在分组域。
一个路由去总是处于一个位置区内部,一个小区智能属于一个路由区。
vii. URA-id(UTRANRegistrationAreaID,用户登记区标识)
1. URA是指一个或者多个小区的集合,一个小区可以属于一个或多个URA。
2. 用于优化UE移动管理的、小区概念的扩展。
viii. CI(CellIdentifier,小区标识)
1. 使用小区全球标识(CGI),GSM小区还有一个用于区分相邻小区的色码(BSIC)
2. CGI=MCC+MNC+CI
ix. 不同层次的网络标识总结:
(图:
2-15)
x. WCDMA中不同网络节点管辖的范围总结:
1. MSC:
一个或多个位置区。
2. VLR:
一个或多个MSC管辖的区域。
3. SGSN:
一个或多个路由区。
4. RNC:
包含该RNC控制之下的所有NodeB所覆盖的区域。
b) 用户标识:
i. IMSI(InternationalMobileSubscriberIndentifier,全球移动用户标识):
由3部分组成:
MCC(3个十进制数),MNC(2~3个十进制数)和MSIN(MobileSubscriberIdentificationNumber)
ii. TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentifier,临时移动用户标识):
由VLR提供的用于通过MSC(CS域)提供服务的为TMSI,由SGSN提供的用于通过SGSN提供服务的为P-TMSI。
这两种ID都会被存储在SIM卡中,如果保存的TMSI/P-TMSI为全1的值则为无效。
使用TMSI的目的是尽量减少IMSI或者IMEI在网络中传播的次数以提供安全性。
iii. IMEI(InternationalMobilestationEquipmentIdentity) 和IEMISV(IMEISoftwareVersionnumber)。
IMEI为15位十进制数,最后一位为校验位。
IMEISV为16位十进制数。
iv. MSISDN(MSInternationalISDNNumber)为用户的电话号码。
v. MSRN(MobileStationRoamingNumber):
与MSISDN有相同的格式,用于漫游时。
vi. RNTI(RadioNetworkTemporaryIdentity):
TMSI是核心网层次为用户分配的临时标识,而RNTI则是UTRAN在接入网层次上为用户分配的临时身份标识。
RNTI还分为:
s-RNTI(有SRNC分配,针对每个有RRC链接的UE),d-RNTI(DRNC分配),c-RNTI(CellRNTI,在新加入一个小区时由小区的CRNC分配),u-RNTI(UTRAN水平上的UE标识,由s-RNTI和SRNC-id组成)。
vii. IP地址:
用于PDP链接。
viii. IMS私有用户标识:
用户IMS中的鉴权,作用相当于传统移动网络中的IMSI。
ix. IMS公共用户标识:
IMS中的会话地址,作用类似电话号码。
x. 在用户接入网络时,会被网络要求提供身份标识,要求提供的身份标识的类型由网络决定,可能性依次为:
TMSI/P-TMSI->IMSI->IMEI
14. 移动性管理
a) 以一个北京的移动用户漫游到英国,并且在英国国内漫游,然后再漫游到法国为例:
b) (图:
2-17)
c) 流程简介:
i.
(1)用户在英国开机,尝试用本机的TMSI做位置更新,如果SIM内没有TMSI这通过”LocationUpdat”做位置更新。
更新时会携带新的LAI。
英国的VLR在收到位置更新请求后发现TMSI不是它所分配的,则会进一步要求UE提供IMSI。
取得IMSI后发现UE为北京签约客户。
ii. (2~5)英国VLR会同北京的HLR做同步,更新北京的HLR中的VLR地址指向。
这样就能保证随时可以寻呼到UE。
iii. (6)英国VLR会给UE分配一个TMSI并且记录UE当前的LAI。
iv. (7~8)UE在英国境内移动到新的位置区,这将触发一次新的位置更新,一个新的TMSI也将被分配给UE(?
)。
v. (10~11)用户移动到法国,重新启动一次位置更新。
如果法国VLR能够识别更新请求中的LAI是英国的,则会通过(10/11)向英国VLR请求该UE的IMSI。
如果不识别,则会直接向UE要IMSI。
v
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