2.2.2 第三代移动宽带接入技术

第三代移动宽带接入技术横跨的周期较长，技术演进路线如图 2-24 所示。

从网络架构而言，3GPP与 3GPP2 标准由于演进造成的技术差异，使其网络架构不一样。但它们同属于CDMA技术，在关键技术上有很大的相似甚至相同处。cdma200 1xEV-DO在 3GPP2 标准体系中又称为HRPD，即高速分组数据。此外，对于E3G，它的增强主要体现在无线空口的关键技术上，而在网络架构上与低版本的系列技术没有什么差异。下面我们将从网络架构和关键技术两方面来阐述。

1．网络架构

1）WCDMA/TD-SCDMA网络架构

WCDMA网络基本结构分为终端、无线接入网和核心网三个部分，如图 2-25 所示，它包括如下功能实体。

• 移动终端（UE）：用户接入WCDMA网络的设备，包括移动设备（ME）和用户识别模块（SIM）。
• 基站（Node B）：为用户提供服务的无线收发信设备。
• 无线网络控制器（RNC）：它可以控制多个Node B，具有呼叫控制和移动性管理功能。
• MSC 服务器（MSC Server）：能对位于它管辖区域中的移动台进行控制、管理并对MGW进行控制的功能实体。
• 拜访位置寄存器（VLR）：它是存储与呼叫处理有关数据的数据库，用于完成呼叫接续。
• 电路域媒体网关（CS-MGW）：话务的承载实体，完成话路接续、编解码转换等功能。
• 关口MSC服务器（GMSC服务器）：它是与其他网络互联互通的设备，包括与PSTN和其他PLMN的互通的信令控制。
• 归属位置寄存器（HLR）：管理移动用户信息的数据库，包括用户识别信息、签约业务信息，以及用户当前的位置信息。
• 鉴权中心（AUC）：具有鉴权算法，产生鉴权参数并对用户进行认证的功能实体。
• 服务GPRS支持节点（SGSN）：执行用户位置管理、安全功能和接入控制功能的节点。
• 关口GPRS支持节点（GGSN）：提供PLMN与外部数据网的互通功能的节点。

2）cdma2000 网络架构

cdma2000 移动网络由移动终端/接入终端（MS/AT）、无线接入网（AN）和核心网（CN）三个部分构成，如图 2-26 所示。

移动终端（MS/AT）是用户接入移动网络的设备。

无线接入网（AN）实现移动终端接入到移动网络，主要逻辑实体包括cdma2000 1x基站（1x BTS），cdma2000 1x基站控制器（1x BSC），HRPD基站（HRPD BTS），HRPD基站控制器（HRPD BSC），接入网鉴权、授权、计费服务器（AN-AAA），以及与BSC合并设立的分组控制功能（PCF）。

• 1x基站：采用cdma2000 1x Rev.0 版本的空中接口技术，提供无线收发信息功能。
• 1x基站控制器：管理多个cdma2000 1x基站，提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。
• HRPD基站：采用cdma2000 HRPD Rev.A版本的空中接口技术，提供无线收发信息功能。
• HRPD基站控制器：管理多个HRPD 基站，提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。
• 接入网鉴权、授权、计费服务器（AN-AAA）：提供接入网级的接入认证功能。
• 分组控制功能（PCF）：与cdma2000 1x基站控制器或HRPD基站控制器配合，提供与分组数据有关的无线信道控制功能。

核心网（CN）负责移动性管理、会话管理、认证鉴权，基本的电路域业务和分组域业务的提供、管理和维护等功能，包括核心网电路域和核心网分组域两个部分。

核心网电路域分为两种，即TDM电路域和软交换电路域。

TDM电路域采用ANSI 41 标准，主要逻辑实体包括移动交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AC）等。

• 移动交换中心：提供对所管辖区域的移动终端进行呼叫控制、移动性管理、电路交换等功能。
• 拜访位置寄存器：它是存储与呼叫处理有关数据的数据库，用于完成呼叫接续。
• 归属位置寄存器：它是管理移动用户信息的数据库，包括用户识别信息、签约业务信息，以及用户的当前位置信息。
• 鉴权中心：产生鉴权参数并对用户进行认证鉴权。

软交换电路域采用了控制与承载相分离的网络架构，控制平面提供呼叫控制、承载控制和路由解析等信令功能；承载平面提供语音和媒体流的传递和转换功能，主要网元包括移动软交换（MSCe）和媒体网关（MGW）。

• 移动软交换：提供呼叫控制和承载控制功能。
• 媒体网关：提供媒体控制功能。

核心网分组域主要逻辑实体包括分组数据服务节点（PDSN）、认证授权和计费服务器（AAA）、归属代理（HA）、拜访代理（FA）、域名服务器（DNS）。

• 分组数据服务节点（PDSN）：为用户提供分组数据业务，具体功能包括管理用户通信状态和转发用户数据。
• 鉴权、授权、计费服务器（AAA）：提供管理用户的权限、开通业务、认证信息、计费信息等功能。
• 归属代理（HA）：提供移动IP地址分配、路由选择和数据加密等功能。
• 拜访代理（FA）：提供移动IP注册、反向隧道协商，以及数据分组转发等功能。
• 域名服务器（DNS）：提供cdma2000 移动网络分组域设备的域名解析功能。

2．关键技术

1）功率控制

由于在一个小区内手机用户是随机分布的，而且是经常变化的，同一手机用户可能有时处在小区的边缘，有时靠近基站。如果手机的发射功率按照最大通信距离设计，则当手机靠近基站时，功率必定有过剩，而且形成有害的电磁辐射，同时每个用户对于其他用户都相当于干扰，即产生“远近效应”。远近效应严重影响系统容量，基站接收端某个用户过大的功率干扰甚至阻断其他用户的通信，解决这个问题的方法是根据通信距离的不同，实时地调整手机的发射功率，即功率控制。

功率控制的原则是，当信道的传播条件突然变好时，功率控制单元应在几微秒内快速响应，以防止由于信号突然增强而对其他用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止对其他众多用户产生较大的背景干扰。

功率控制分为开环功控和闭环功控（包括外环功控以及内环功控）。

当移动台（手机）发起呼叫时，需要进行开环功率控制，手机从广播信道得到导频信道的发射功率，再测量自己收到的功率，相减后得到下行线路功率损耗值。根据互易原理，由下行路损值近似估计上行的路损值，计算移动台所需的发射功率。

闭环功控分内环和外环，内环功率控制是快速闭环功率控制，最快速度可达 1 500 次/秒，在基站与移动台之间的物理层进行。当物理层测量接收的信噪比低于目标值时，就发出增加发射功率的命令；当物理层测量接收的信噪比高于目标值时，就发出降低发射功率的命令；当信噪比与目标值相差不多时，就发出不调整功率的命令；一个时隙（1 000 ms/1 500 次≈0.67 ms）给出一次功率控制命令，功率控制命令分三个状态：增加功率、降低功率、保持功率。一次增减功率的步长一般为 1 dB。

外环功率控制是慢速闭环功率控制，一般在一个发射时间间隔（TTI）（10 ms，20 ms，40 ms，80 ms）的量级。外环功率控制是在物理层之上的功率控制，通过CRC 检验是否出错，统计接收的数据误块率BLER（Block Error Ratio，对应误码率BER），改变内环功率控制的信噪比目标值，使接收信号质量满足业务质量的要求。

2）RAKE技术

RAKE（瑞克）接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信会受到多径衰落的影响。RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上空间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。由于该接收机中的横向滤波器具有类似于锯齿状的抽头，就像耙子一样，故称该接收机为RAKE接收机。

RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能。RAKE接收机能够在时间上分辨和合并时延差大于码片速率的信号，得到信噪比最大的合并接收信道。RAKE接收机由多个相关器组成，每个相关器接收一个径路的信号。多径分集接收改善了系统的接收性能，因此RAKE是 3G的关键技术之一。

3）自适应调制和编码方案

自适应调制和编码即AMC（Adaptive Modulation and coding）技术，它的核心思想是网络侧根据当前无线信道的质量状况和网络资源的使用情况，选择最佳的下行链路调制和编码方式，从而尽可能提升终端用户的数据吞吐量，降低传输延迟。该技术在E3G中被引入。编码方式有 1/3 码率Turbo码，以及 3/4，1/2，1/4 等方式。编码码率为 1，也就意味着没有编码。调制方式有QPSK，16QAM，64QAM多种。E3G给出的峰值速率通常是采用 64QAM或者 16QAM。调制方式采用 64QAM，对信道的信噪比要求极高，因此峰值速率都是理论上的，而不是实际的网络可达速率。

当用户靠近基站，处于信号比较强的通信点时，将被分配级别较高的调制编码方案（例如，64QAM，3/4 码率的Turbo码），这种调制编码方案的抗干扰性能和纠错能力差，对信道质量的要求较高，但是能够获得较高的数据速率；而当用户位于小区边界信号弱的通信点时，将被分配级别较低的调制及编码方案，该方案具有较强纠错能力，抗噪声干扰性能较好（例如，QPSK，1/2 码率的Turbo码），从而保证数据的可靠传输。

4）混合自动重传请求

所谓自动重传请求（ARQ）就是一次数据传输失败时，就要求发端重传的一种传输机制。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落，以及其他用户的干扰，使得信道传输质量较差，为了保证通信质量，就必须对数据分组加以保护，这种保护主要采用前向纠错编码（FEC），即需要在分组数据中传输额外的比特开销。显然，过多的前向纠错编码会使传输效率变低。因此，一种新的混合差错控制方案HARQ（Hybrid ARQ，混合自动重传）即ARQ和FEC相结合的方案应运而生。HARQ不但可以灵活地调整有效编码速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码，从而大大提高系统性能。E3G将AMC和HARQ技术结合起来，实现了更好的链路自适应效果。

5）快速调度

E3G（cdma2000 1x Ev-DO和HSPA）系统根据无线环境做适配，进行快速用户调度，充分利用小区的功率和频谱资源：在cdma2000 1x Ev-DO中，最小的调度时间间隔为1.67 ms，HSPA的调度时间间隔为 2 ms。调度算法的依据主要有队列优先级（Queue priority）、信道质量指示值（CQI value）、缓存大小（Buffer volume）、等待时间/空闲时间（waiting time/Spare time），其他如UE能力，ACK/NACK重复次数，数据重传，压缩模式等。基于上述因素，又形成了行业默认的三种调度算法：Max C/I算法，是基于最大载干比的调度算法；RoundRobin算法，是基于公平分配的调度算法；Proportional Fair（PF）算法，是基于部分公平的调度算法。在实际网络运营中，所采用的算法以PF为主。 Bv2zJg0mYn5ZS6kwPwW6INO8LF1ob3/+If9LNZa7wiY8q1Q6lSQrDAPYx7wMiSyL