|
|
知识路径： > 计算机网络原理 > 广域网与接入 > 公用通信网 > 移动通信网络 >
|
被考次数：2次
被考频率：低频率
总体答错率：46%
知识难度系数： 
|
由 软考在线 用户真实做题大数据统计生成
|
|
考试要求：掌握
相关知识点：29个
|
|
|
|
|
目前，移动通信网络有GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）、GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）2000、WCDMA（Wide-Band CDMA，宽带CDMA）、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步CDMA）等。
|
|
|
|
|
|
GSM俗称“全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。
|
|
|
|
GSM系统包括GSM 900（900MHz）、GSM1800（1800MHz）及GSM1900（1900MHz）等几个频段。
|
|
|
|
|
|
GPRS是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成2.5G，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通信技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS是一种以GSM为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。
|
|
|
|
GPRS的传输速率可提升至56kb/s甚至114kb/s。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。
|
|
|
|
|
|
在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。
|
|
|
|
TD-SCDMA所采用的关键技术主要有同步CDMA（Synchronous CDMA）技术、智能天线（Smart Antenna）技术、联合检测技术、软件无线电（Software Radio）技术、接力切换技术、动态信道分配技术等。
|
|
|
|
（1）同步CDMA。同步CDMA又称上行同步，是降低多址干扰，简化基站接收机的一个重要技术。移动设备动态调整向基站发送信号的时间，保证上行信道信号的不相关，降低了码间干扰。这样，系统的容量由于码间干扰的降低而大大的提高，同时基站接收机的复杂度也大为降低。
|
|
|
|
（2）智能天线。智能天线是TD-SCDMA核心技术中的关键，可以说TD-SDMA系统就是基于智能天线来设计的。下面通过传统天线和智能天线的对比，来说明智能天线的优势。
|
|
|
|
.传统天线：该天线采用单种波束在一个区域类、保持连续完整的覆盖。这样，在没有移动用户的地方，信号依然存在，用户之间的信号干扰严重。
|
|
|
|
.智能天线：智能天线系统由一组天线及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。能有效产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端，并能自动跟踪移动终端。在接收端，通过空间选择性分集，可大大提高接收灵敏度，减少不同位置同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。在发送端，智能空间选择性波束成形传送，降低输出功率要求，减少同信道干扰，提高下行容量。智能天线改进了小区覆盖，智能天线阵的辐射图形完全可用软件控制，在网络覆盖需要调整等使原覆盖改变时，均可通过软件非常简单地进行网络优化。
|
|
|
|
（3）联合检测技术。CDMA系统是干扰受限系统，干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间干扰。这些干扰破坏各个信道的正交性，降低CDMA系统的频谱利用率。过去传统的接收机技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可充分利用用户信号提供的各种信息，如幅度、定时、延迟，从而大幅度降低干扰。
|
|
|
|
（4）软件无线电。软件无线电是利用数字信号处理技术，利用软件的方式，通过加载不同的软件，实现传统上需要由硬件电路来完成的某些无线功能的技术。它的核心是：将无线通信的功能尽可能地采用软件进行定义。
|
|
|
|
（5）接力切换。移动通信系统采用蜂窝结构，在跨越空间划分的小区时，必须进行越区切换，即完成移动台到基站的接口转换，及基站到网入口和网入口到交换中心的相应转移。由于采用智能天线可大致定位用户的方位和距离，所以TD-SCDMA系统的基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位和距离信息，判断手机用户现在是否移动到应该切换给另一基站的临近区域。如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换成功率，降低切换时对临近基站信道资源的占用。基站控制器（Base Site Controller，BSC）实时获得移动终端的位置信息，并告知移动终端周围同频基站信息，移动终端同时与两个基站建立联系，切换由BSC判定发起，使移动终端由一个小区切换至另一小区。TD-SCDMA系统既支持频率内切换，也支持频率间切换，具有较高的准确度和较短的切换时间，它可动态分配整个网络的容量，也可以实现不同系统间的切换。
|
|
|
|
（6）动态信道分配。TD-SCDMA所采用的动态信道分配技术可以实现在时域、空域和码域对无线的灵活配置。采用动态信道分配技术使得TD-SCDMA系统能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率地利用有限地无线资源，提高系统容量。此外，通过使用时域地动态信道分配，可以灵活分配时隙资源，动态地调整上、下行时隙的个数，从而灵活地支持对称和非对称的业务。
|
|
|
|
|
|
CDMA 2000最终正式标准是在2000年3月通过的。CDMA2000有下列技术特点：
|
|
|
|
（1）多种信道带宽。前向链路支持多载波和直扩两种方式；反向链路仅支持直扩方式。
|
|
|
|
（2）当采用多载波方式时，能支持多种射频带宽，即射频带宽可为N×1.25MHz，其中N=1，3，5，9，12。目前技术仅支持前两种，即1.25MHz（CDMA2000-1X）和3.75MHz（CDMA2000-3X）。
|
|
|
|
CDMA2000-1X（第一阶段）采用的扩频速率为SR1（记为1X），即指前向信道和反向信道均用码片速率为1.2288Mb/s的单载波直接序列扩频方式，因此它可以方便地与IS-95（A/B）后向兼容，实现平滑过渡。运营商可在某些需求高速数据业务而导致容量不够的蜂窝上，用相同载波部署CDMA2000-1X系统，从而减少了用户和运营商的投资。
|
|
|
|
由于CDMA2000-1X采用了反向相干解调、快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术，其容量比IS-95大为提高。在相同条件下，对普通话音业务而言，容量大致为IS-95系统的两倍。
|
|
|
|
CDMA2000-3X就是采用扩频速率SR3（记为3X）的CDMA2000系统。其技术特点是前向信道有3个载波的多载波调制方式，每个载波均采用1.228 8Mb/s直接序列扩频，其反向信道则采用码片速率为3.686 4Mb/s的直接扩频，因此CDMA2000-3X的信道带宽为3.75MHz，最大用户位率为1.036 8Mb/s。如前所述，因为它占用频带过宽，因此许多开发商目前更对HDR感兴趣。
|
|
|
|
CDMA2000-1XEV是一种依托在CDMA2000-1X基础上的增强型3G系统。除基站信号处理部分及用户手持终端不同外，它能与CDMA2000-1X共享原有的系统资源。它可以在1.25MHz带宽内，前向链路达到2.4Mb/s（甚至高于CDMA2000-3X），反向链路上也可提供153.6kb/s的数据业务，很好地支持高速分组业务，适合于移动IP。
|
|
|
|
下面主要介绍CDMA2000-1X，了解CDMA2000-1X后，举一反三，对HDR、3X或NX就容易理解了。
|
|
|
|
CDMA2000-1X网络主要由BTS、BSC和PCF、PDSN等结点组成。基于ANSI-41核心网的系统结构如下图所示。
|
|
|
|
|
|
|
|
其中，BTS为基站收发信机，PCF为分组控制功能，BSC为基站控制器，PDSN为分组数据服务器，SDU为业务数据单元，MSC/VLR为移动交换中心／访问寄存器，BSCC为基站控制器连接。
|
|
|
|
由上图可见，与IS-95相比，核心网中的PCF和PDSN是两个新增模块，通过支持移动IP协议的A10、A11接口互联，可以支持分组数据业务传输。而以MSC/VLR为核心的网络部分，支持话音和增强的电路交换型数据业务，与IS-95一样，MSC/VLR与HLR/AC之间的接口基于ANSI-41协议。
|
|
|
|
在上图中，BTS在小区建立无线覆盖区用于移动台通信，移动台可以是IS-95或CDMA2000-1X制式手机。BSC可对每个BTS进行控制；Abis接口用于BTS和BSC之间的连接；A1接口用于传输MSC与BSC之间的信令信息；A2接口用于传输MSC与BSC之间的话音信息；A3接口用于传输BSC与SDU（交换数据单元模块）之间的用户话务（包括语音和数据）和信令；A7接口用于传输BSC之间的信令，支持BSC之间的软切换。
|
|
|
|
CDMA2000可以工作在8个RF频道类，包括IMT-2000频段、北美PCS频段、北美蜂窝频段、TACS频段等，其中北美蜂窝频段（上行：824～849MHz，下行：869～894MHz）提供了AMPS/IS-95 CDMA同频段运营的条件。
|
|
|
|
CDMA2000-1X的正向和反向信道结构主要采用码片速率为1×1.2288Mb/s，数据调制用64阵列正交码调制方式，扩频调制采用平衡四相扩频方式，频率调制采用OQPSK方式。
|
|
|
|
CDMA2000-1X正向信道所包括的正向信道的导频方式、同步方式、寻呼信道均兼容IS-95A/B系统控制信道特性。
|
|
|
|
CDMA2000-1X反向信道包括接入信道、增强接入信道、公共控制信道、业务信道，其中增强接入信道和公共控制信道除可提高接入效率外，还适应多媒体业务。
|
|
|
|
CDMA2000-1X信令提供对IS-95A/B系统业务支持的后向兼容能力。
|
|
|
|
|
|
（1）前向快速功率控制技术。CDMA2000采用快速功率控制方法。方法是移动台测量收到业务信道的Eb/Nt，并与门限值比较，根据比较结果，向基站发出调整基站发射功率的指令，功率控制速率可以达到800b/s。由于使用快速功率控制，可以减少基站发射功率、减少总干扰电平，从而降低移动台信噪比要求，最终可以增大系统容量。
|
|
|
|
（2）前向快速寻呼信道技术。此技术有两个用途。一个用途是寻呼或睡眠状态的选择。因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗状态的睡眠状态，这样移动台便不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少移动台激活时间和节省移动台功耗；另一个用途是配置改变。通过前向快速寻呼信道，基地台向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息，使移动台根据此新消息做相应设置处理。
|
|
|
|
（3）前向链路发射分集技术。CDMA2000-1X采用直接扩频发射分集技术，有两种方式。一种是正交发射分集方式，方法是先分离数据流，再用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过两个天线发射；另一种是空时扩展分集方式，使用空间两根分离的天线发射已交织的数据，并使用相同的原始Walsh码信道。使用前向链路发射分集技术可以减少发射功率，抗信号衰落，增大系统容量。
|
|
|
|
（4）反向相干解调。基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射，再用梳状（Rake）接收机实现相干解调。与IS-95采用非相干解调相比，提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，提高了系统容量。
|
|
|
|
（5）连续的反向空中接口波形。在反向链路中，数据采用连续导频，使信道上数据波形连续，此措施可减少外界电磁干扰，改善搜索性能，支持前向功率快速控制及反向功率控制连续监控。
|
|
|
|
（6）Turbo码使用。Turbo码具有优异的纠错性能，适合于高速率对译码时延要求不高的数据传输业务，并可降低对发射功率的要求，增加系统容量。在CDMA2000-1X中，Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。Turbo编码器由两个RSC编码器（卷积码的一种）、交织器和删除器组成。每个RSC有两路交验位输出，两个输出经删除复用后形成Turbo码。Turbo译码器由两个软输入、软输出的译码器、交织器、去交织器构成，经对输入信号交替译码、软输出多轮译码、过零判决后得到译码输出。
|
|
|
|
（7）灵活的帧长。与IS-95不同，CDMA2000-1X支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多种帧长，不同类型信道分别支持不同帧长。前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道、反向专用控制信道采用5ms或20ms帧，前向补充信道、反向补充信道采用20ms、40ms或80ms帧，话音信道采用20ms帧。较短帧可以减少时延，但解调性能较低；较长帧可降低对发射功率的要求。
|
|
|
|
（8）增强的媒体接入控制功能。媒体接入控制子层控制多种业务接入物理层，保证多媒体的实现。它实现话音、分组数据和电路数据业务、同时处理、提供发送、复用和QoS控制、提供接入程序等功能。与IS-95相比，可以满足更宽带和更多业务的要求。
|
|
|
|
|
|
在第三代移动通信规范提案的概念评估过程中，WCDMA技术以其自身的技术优势成为3G的主流技术之一。WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动，GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生重大影响。
|
|
|
|
|
|
.基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网。
|
|
|
|
.信号带宽：5MHz；码片速率：3.84Mb/s。
|
|
|
|
.发射分集方式：时间切换发射分集、时空编码发射分集、反馈发射分集。
|
|
|
|
.信道编码：卷积码和Turbo码，支持2Mb/s速率的数据业务。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.语音编码：采用AMR（Adaptive Multi-Rate，自适应多速率），与GSM兼容。
|
|
|
|
.核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性。
|
|
|
|
.MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA的移动性管理机制的核心，保持与GPRS网络的兼容性。
|
|
|
|
|
|
|
|
WCDMA的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题；采用Turbo信道编解码，提供较高的数据传输速率，WCDMA能够提供广域的全覆盖，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站间严格同步；采用连续导频技术，能够支持高速移动终端。相比第二代的移动通信制式，WCDMA具有更大的系统容量、更优的话音质量、更高的频谱效率、更快的数据速率、更强的抗衰落能力、更好的抗多径性、能够应用于高达500km/h的移动终端的技术优势，而且能够从GSM系统进行平滑过渡，保证运营商的投资，为3G运营提供了良好的技术基础。
|
|
|
|
|
|
WCDMA产业化的关键技术包括射频和基带处理技术，具体包括射频、中频数字化处理，RAKE接收机、信道编解码、功率控制等关键技术和多用户检测、智能天线等增强技术。
|
|
|
|
（1）射频和中频。射频部分是传统的模拟结构，实现射频和中频信号转换。射频上行通道部分主要包括自动增益控制、接收滤波器和下变频器。射频的下行通道部分主要包括二次上变频，宽带线性功放和射频发射滤波器。中频部分主要包括上行的去混迭滤波器、下变频器、ADC（Analog to Digital Converter，模数变换器）和下行的中频平滑滤波器，上变频器和DAC（Digital to Analog Converter，数模变换器）。与GSM信号和第一代信号不同，WCDMA的信号带宽为达到5MHz的宽带信号。宽带信号的射频功放的线性和效率是普遍存在的矛盾。
|
|
|
|
（2）RAKE接收机的总体结构。下图所示为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器，其理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看做是互不相关的。
|
|
|
|
|
|
|
|
带动态链接库（Dynamic Linkable Library，DLL）的相关器是一个迟早门的锁相环。它由两个相关器（早和晚）组成，和解调相关器分别相差±1/2（或1/4）个码片。迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位。延迟环路的性能取决于环路带宽。
|
|
|
|
延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。匹配滤波器的测量精度可以达到1/4～1/2码片，而RAKE接收机的不同接收径的间隔是一个码片。实际实现中，如果延迟估计的更新速度很快（如几十毫秒一次），就可以无须迟早门的锁相环。
|
|
|
|
由于信道中快速衰落和噪音的影响，实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化，因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转。实际的CDMA系统中的信道估计是根据发射信号中携带的导频符号完成的。根据发射信号中是否携带有连续导频，可以分别采用基于连续导频的相位预测和基于判决反馈技术的相位预测方法。
|
|
|
|
在系统中对每个用户都要进行多径的搜索和解调，而且WCDMA的码片速率很高，其基带硬件的处理量很大，在实际实现中有一定困难。
|
|
|
|
|
|
信道编解码主要是降低信号传播功率和解决信号在无线传播环境中不可避免的衰落问题。编解码技术结合交织技术的使用可以提高误码率性能，与无编码情况相比，传统的卷积码可以将误码率提高两个数量级，达到10-3～10-4，而Turbo码可以将误码率进一步提高到10-6。WCDMA候选的信道编解码技术中原来包括Reed-Solomon和Turbo码，Turbo码因为编解码性能能够逼近Shannon极限而最后被采用作为3G的数据编解码技术。卷积码主要是用于低数据速率的语音和信令。Turbo编码由两个或以上的基本编码器通过一个或以上交织器并行级联构成，如下图所示。
|
|
|
|
|
|
|
|
Turbo码的原理基于对传统级联码的算法和结构上的修正，内交织器的引入使得迭代解码的正反馈得到了很好的消除。Turbo的迭代解码算法包括SOVA（软输出Viterbi算法）、MAP（最大后验概率算法）等。由于MAP算法的每一次迭代性能的提高都优于Viterbi算法，因此MAP算法的迭代译码器可以获得更大的编码增益。实际实现的MAP算法是Log-MAP算法，它将MAP算法置于对数域中进行计算，减少了计算量。
|
|
|
|
Turbo解码算法实现的难点在于传输高速数据时的解码速率和相应的迭代次数。现有的DSP都内置了解码器所需的基本算法，使得Turbo解码可以依赖DSP芯片直接实现而无须采用ASIC。
|
|
|
