一、引言
第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）是用戶終端（UE）和核心網(wǎng)絡(luò)（CN）之間的部分,通過Iu接口與核心網(wǎng)相連,包括無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC和基站設(shè)備Node B。Node B支持FDD模式、TDD模式或雙模式,可處理一個或多個小區(qū),并通過Iub接口與RNC相連。 支持FDD模式的Node B包含可選的宏分集功能。RNC負(fù)責(zé)切換控制,提供支持不同Node B間宏分集的組合/分裂的功能。無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC通過Iur接口相互連接,Iur可通過RNC之間的物理連接直接相連或通過合適的傳輸網(wǎng)相連。
WCDMA 的接口高度標(biāo)準(zhǔn)化,支持不同廠家的RNC和Node B互連。
二、WCDMA標(biāo)準(zhǔn)化
ITU-R WP8F和ITU-T WP3/11分別進(jìn)行無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化。除了ITU之外,兩個跨區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP和3GPP2也在緊張地進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中, 3GPP2負(fù)責(zé)制定cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)。而WCDMA（UTRA FDD）和TDD技術(shù)（UTRA TDD與TD-SCDMA）的標(biāo)準(zhǔn)則主要由3GPP制定,他們最終都將基于GSM MAP過渡到全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)體系。目前,歐洲、北美、亞太（如日本、韓國）等地區(qū)的大多數(shù)營運(yùn)商都將選擇WCDMA系統(tǒng),甚至北美的IS-136運(yùn)營商也決定在3G頻段上選擇WCDMA,因此WCDMA已經(jīng)事實上成為3G最為主流、應(yīng)用范圍最廣的無線傳輸技術(shù)（RTT）。
從目前的標(biāo)準(zhǔn)化工作安排看,3GPP標(biāo)準(zhǔn)包括Release 99（R99）版本,以及今后將完成的R4、R5版本。Release 99版本的框架已經(jīng)基本完備,物理層比較完善,但高層協(xié)議還需要一段時間才能穩(wěn)定。Iu、Iub和Iur接口全都采用ATM,核心網(wǎng)采用演進(jìn)的電路交換和分組交換分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Release 99版本計劃在2001年3月會完全穩(wěn)定下來。
盡管全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)是未來發(fā)展的方向,但在安全性、業(yè)務(wù)質(zhì)量特別是VoIP、IPv4到IPv6、Mobile IP方面還需要大量的工作,全I(xiàn)P核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作比預(yù)期要慢。
從生產(chǎn)制造和運(yùn)營的角度看,需要處理好標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定和技術(shù)不斷擴(kuò)展的矛盾,要有選擇地采用新技術(shù)并保持版本之間的時間間隔。一般地,標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)定至少一年后制造廠商才能提供完全順從于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備,因此全球WCDMA運(yùn)營商將首先采用Release 99版本,預(yù)計2005年以后才會逐步采用全I(xiàn)P方式。Release 99將是不可超越的階段,運(yùn)營商可以通過Release 99網(wǎng)絡(luò)獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗、培育市場,另外Release 99設(shè)備的投資將通過全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到有效保護(hù)。
WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備首先需按照Release 99進(jìn)行設(shè)計、生產(chǎn),其次還要順應(yīng)IP向無線接入網(wǎng)絡(luò)滲透的趨勢,提供到全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)接口,實現(xiàn)無線接入網(wǎng)絡(luò)的IP化。
WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)除了受到核心網(wǎng)影響外,還受到增強(qiáng)型IMT-2000和后IMT-2000、3G擴(kuò)展頻譜分配、新技術(shù)如多用戶檢測、智能天線和軟件無線電等因素的影響。
三、WCDMA移動通信環(huán)境
WCDMA移動通信環(huán)境是WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本出發(fā)點,主要包括無線傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)環(huán)境兩大類,其中,無線傳播環(huán)境是所有無線通信必須面臨的問題,業(yè)務(wù)環(huán)境則是第三代移動通信的多業(yè)務(wù)、多QoS要求所帶來的獨(dú)特問題。
在移動通信系統(tǒng)中,信號的傳播由于移動、散射和衰落將導(dǎo)致復(fù)雜的電磁行為,具體表現(xiàn)在信號的時延、頻率和角度擴(kuò)展。時延擴(kuò)展使得接收端得到多個拷貝的信號,而且這些信號之間并沒有很明確的關(guān)系,時延擴(kuò)展將直接導(dǎo)致碼間串?dāng)_ISI；頻率擴(kuò)展將導(dǎo)致信號的時間衰落；角度擴(kuò)展將導(dǎo)致信號的空間衰落。這是無線傳輸技術(shù)首先需要解決的問題,WCDMA采用RAKE接收、信道編譯碼、功率控制等很好地解決了無線信號傳播的復(fù)雜性。多個用戶共享無線媒體的問題是移動通信系統(tǒng)的另一個基本問題,也就是解決無線多址接入問題。移動通信系統(tǒng)的無線資源包括頻譜、時間、功率、空間和特征碼等要素。CDMA 與FDMA、TDMA相比不同點在于：CDMA是統(tǒng)計復(fù)用資源,每個載頻的所有用戶共享頻率、時間、功率資源,用戶之間只依靠特征碼來區(qū)分,是典型的自干擾系統(tǒng)；而FDMA、TDMA是固定分配資源,不同的用戶在頻率、時間、功率資源上部分或全部不同,用戶之間有較好的隔離度。所有CDMA、TDMA 和FDMA的技術(shù)差異都來源于這個不同點。
WCDMA無線接入網(wǎng)的物理層技術(shù),包括RAKE接收、Turbo編譯碼、卷積編譯碼、交織、功率控制等主要就是為了有效地解決無線傳播環(huán)境、多個用戶和多業(yè)務(wù)共享信道的問題。
移動通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)環(huán)境是第三代移動通信面臨的獨(dú)特問題。第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)（如GSM）有很大的不同,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特別是多媒體業(yè)務(wù)將占較大的比重,而且不同的業(yè)務(wù)具有不同的QoS,可以占有不同的帶寬、具有不同的誤碼率等,這要求無線資源管理算法能夠按需為用戶分配資源。業(yè)務(wù)環(huán)境還包括業(yè)務(wù)的空間分布和時間分布,WCDMA系統(tǒng)中存在大量的突發(fā)到達(dá)業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)的空間分布可能是非均勻的,用戶在某些區(qū)域發(fā)起呼叫的可能性較大。
盡管WCDMA與IS95 CDMA系統(tǒng)在無線電波傳播上沒有太大的差別,但業(yè)務(wù)環(huán)境的復(fù)雜性將導(dǎo)致WCDMA系統(tǒng)在處理業(yè)務(wù)時需要更加復(fù)雜的機(jī)制,無線資源管理是實際業(yè)務(wù)環(huán)境映射到在物理層技術(shù)的橋梁,是無線接入網(wǎng)正常運(yùn)行、充分發(fā)揮頻譜效率的條件和保證,技術(shù)難度大,是WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)。
第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）是用戶終端（UE）和核心網(wǎng)絡(luò)（CN）之間的部分,通過Iu接口與核心網(wǎng)相連,包括無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC和基站設(shè)備Node B。Node B支持FDD模式、TDD模式或雙模式,可處理一個或多個小區(qū),并通過Iub接口與RNC相連。 支持FDD模式的Node B包含可選的宏分集功能。RNC負(fù)責(zé)切換控制,提供支持不同Node B間宏分集的組合/分裂的功能。無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC通過Iur接口相互連接,Iur可通過RNC之間的物理連接直接相連或通過合適的傳輸網(wǎng)相連。
WCDMA 的接口高度標(biāo)準(zhǔn)化,支持不同廠家的RNC和Node B互連。
二、WCDMA標(biāo)準(zhǔn)化
ITU-R WP8F和ITU-T WP3/11分別進(jìn)行無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化。除了ITU之外,兩個跨區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP和3GPP2也在緊張地進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中, 3GPP2負(fù)責(zé)制定cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)。而WCDMA（UTRA FDD）和TDD技術(shù)（UTRA TDD與TD-SCDMA）的標(biāo)準(zhǔn)則主要由3GPP制定,他們最終都將基于GSM MAP過渡到全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)體系。目前,歐洲、北美、亞太（如日本、韓國）等地區(qū)的大多數(shù)營運(yùn)商都將選擇WCDMA系統(tǒng),甚至北美的IS-136運(yùn)營商也決定在3G頻段上選擇WCDMA,因此WCDMA已經(jīng)事實上成為3G最為主流、應(yīng)用范圍最廣的無線傳輸技術(shù)（RTT）。
從目前的標(biāo)準(zhǔn)化工作安排看,3GPP標(biāo)準(zhǔn)包括Release 99（R99）版本,以及今后將完成的R4、R5版本。Release 99版本的框架已經(jīng)基本完備,物理層比較完善,但高層協(xié)議還需要一段時間才能穩(wěn)定。Iu、Iub和Iur接口全都采用ATM,核心網(wǎng)采用演進(jìn)的電路交換和分組交換分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Release 99版本計劃在2001年3月會完全穩(wěn)定下來。
盡管全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)是未來發(fā)展的方向,但在安全性、業(yè)務(wù)質(zhì)量特別是VoIP、IPv4到IPv6、Mobile IP方面還需要大量的工作,全I(xiàn)P核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作比預(yù)期要慢。
從生產(chǎn)制造和運(yùn)營的角度看,需要處理好標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定和技術(shù)不斷擴(kuò)展的矛盾,要有選擇地采用新技術(shù)并保持版本之間的時間間隔。一般地,標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)定至少一年后制造廠商才能提供完全順從于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備,因此全球WCDMA運(yùn)營商將首先采用Release 99版本,預(yù)計2005年以后才會逐步采用全I(xiàn)P方式。Release 99將是不可超越的階段,運(yùn)營商可以通過Release 99網(wǎng)絡(luò)獲得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗、培育市場,另外Release 99設(shè)備的投資將通過全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到有效保護(hù)。
WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備首先需按照Release 99進(jìn)行設(shè)計、生產(chǎn),其次還要順應(yīng)IP向無線接入網(wǎng)絡(luò)滲透的趨勢,提供到全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)接口,實現(xiàn)無線接入網(wǎng)絡(luò)的IP化。
WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)除了受到核心網(wǎng)影響外,還受到增強(qiáng)型IMT-2000和后IMT-2000、3G擴(kuò)展頻譜分配、新技術(shù)如多用戶檢測、智能天線和軟件無線電等因素的影響。
三、WCDMA移動通信環(huán)境
WCDMA移動通信環(huán)境是WCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本出發(fā)點,主要包括無線傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)環(huán)境兩大類,其中,無線傳播環(huán)境是所有無線通信必須面臨的問題,業(yè)務(wù)環(huán)境則是第三代移動通信的多業(yè)務(wù)、多QoS要求所帶來的獨(dú)特問題。
在移動通信系統(tǒng)中,信號的傳播由于移動、散射和衰落將導(dǎo)致復(fù)雜的電磁行為,具體表現(xiàn)在信號的時延、頻率和角度擴(kuò)展。時延擴(kuò)展使得接收端得到多個拷貝的信號,而且這些信號之間并沒有很明確的關(guān)系,時延擴(kuò)展將直接導(dǎo)致碼間串?dāng)_ISI；頻率擴(kuò)展將導(dǎo)致信號的時間衰落；角度擴(kuò)展將導(dǎo)致信號的空間衰落。這是無線傳輸技術(shù)首先需要解決的問題,WCDMA采用RAKE接收、信道編譯碼、功率控制等很好地解決了無線信號傳播的復(fù)雜性。多個用戶共享無線媒體的問題是移動通信系統(tǒng)的另一個基本問題,也就是解決無線多址接入問題。移動通信系統(tǒng)的無線資源包括頻譜、時間、功率、空間和特征碼等要素。CDMA 與FDMA、TDMA相比不同點在于：CDMA是統(tǒng)計復(fù)用資源,每個載頻的所有用戶共享頻率、時間、功率資源,用戶之間只依靠特征碼來區(qū)分,是典型的自干擾系統(tǒng)；而FDMA、TDMA是固定分配資源,不同的用戶在頻率、時間、功率資源上部分或全部不同,用戶之間有較好的隔離度。所有CDMA、TDMA 和FDMA的技術(shù)差異都來源于這個不同點。
WCDMA無線接入網(wǎng)的物理層技術(shù),包括RAKE接收、Turbo編譯碼、卷積編譯碼、交織、功率控制等主要就是為了有效地解決無線傳播環(huán)境、多個用戶和多業(yè)務(wù)共享信道的問題。
移動通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)環(huán)境是第三代移動通信面臨的獨(dú)特問題。第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)（如GSM）有很大的不同,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特別是多媒體業(yè)務(wù)將占較大的比重,而且不同的業(yè)務(wù)具有不同的QoS,可以占有不同的帶寬、具有不同的誤碼率等,這要求無線資源管理算法能夠按需為用戶分配資源。業(yè)務(wù)環(huán)境還包括業(yè)務(wù)的空間分布和時間分布,WCDMA系統(tǒng)中存在大量的突發(fā)到達(dá)業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)的空間分布可能是非均勻的,用戶在某些區(qū)域發(fā)起呼叫的可能性較大。
盡管WCDMA與IS95 CDMA系統(tǒng)在無線電波傳播上沒有太大的差別,但業(yè)務(wù)環(huán)境的復(fù)雜性將導(dǎo)致WCDMA系統(tǒng)在處理業(yè)務(wù)時需要更加復(fù)雜的機(jī)制,無線資源管理是實際業(yè)務(wù)環(huán)境映射到在物理層技術(shù)的橋梁,是無線接入網(wǎng)正常運(yùn)行、充分發(fā)揮頻譜效率的條件和保證,技術(shù)難度大,是WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)。