3G基础知识手册定稿.docx
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3G基础知识手册定稿
3G基础知识手册
一.基础篇
什么是3G
第三代移动通信系统，是一种以提供多种类型，高质量、高速率的多媒体业务；能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与其它移动通信系统、固定网络系统、数据网络系统相兼容；主要以小型便携式终端，在任何时间、任何地点、进行任何种类通信为目的的移动通信系统。
3G的特征
（1）能实现全球漫游，用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务。
（2）能提供多种业务，提供话音，可变速率的数据，视频会话等业务特别是多媒体业务
（3）能适应多种环境，可以综合现有的公众电话交换网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），无绳系统，地面移动通信系统，卫星通信系统来提供无缝隙的覆盖。
（4）足够的系统容量，强大的用户管理能力，高保密性能和高质量的服务。
3G无线接入
3G的无线接入以宽带的码分多址技术为特征，码分多址技术可以提供更高的通信质量及频谱利用率、更低的辐射水平。
以WCDMA无线接入为例，经过一组正交码的扩频，信号带宽被扩展至5Mhz，单位频谱内的辐射能量大大下降。
WCDMA系统在抗多径干扰和频率选择性干扰上性能优越，CDMA系统在频率复用上也有优势。
3G业务
3G的无线接入可以提供更高的带宽，这就给高速数据业务提供了很好的基础。
目前3G业务以电路域的视频电话和分组域的流媒体为特征，在引入IP多媒体子系统（IMS）之后，对多媒体业务的管理、控制、服务质量区分，都将达到更高的水平，业务开发将更为有效和快捷。
更有吸引力的业务和合理的价格策略将会给3G业务带来良好的发展。
3G的承载网络
3G的网络承载技术全面走向IP。
首先是应用层，分组域的应用是基于IP技术的，并已经可以支持IPV6（R5标准的IMS规范中，IPv6是强制要求）；从承载层看，RNC向上，分组域的传送是基于IP技术；然后是信令在IP上的承载，目前技术已经基本成熟；最后是电路域媒体网关之间的Nb接口，Nb在IP上承载是目前WCDMA系统中热点技术之一。
3G安全性
第三代移动通信系统在无线接入网，核心网PS域等多个方面全面提高了安全性。
为用户利用3G网络进行更安全的交流和交易提供了条件。
在无线空中接口中，WCDMA系统的扩频信号较之GSM系统而言，更不易被截获。
在核心网PS域，一系列的安全策略使得可能的入侵者难以窃取网络或用户信息。
另外，WCDMA采用了双向鉴权，即网络和终端之间可以互相鉴权,而GSM只实现了单向鉴权（网络对终端）
中国提出的3G标准
TD－SCDMA是由中国无线通信标准组织CWTS提出的第三代移动通信标准，并正式被接纳为3GPPR4标准的一部分。
无线接口相应的主要专利技术掌握在中国企业大唐电信和其合作伙伴手中。
但整个标准体系中的绝大部分专利仍然属于几个主要的GSM/WCDMA厂商，因为TD－SCDMA采用与WCDMA相同的核心网，无线网的空中接口采用TDD方式，上下行时隙分配可根据负载情况进行动态调整，因而特别适合于有大量非对称数据传送的应用情况。
标准化组织
3G的标准化工作是由3GPP和3GPP2两个标准化组织来推动和实施的。
3GPP成立于1998年12月，核心网在现有的GSM移动交换网络基础上平滑演进提供更加多样化的业务；UTRA（UniversalTerrestrialRadioAccess）为无线接口的标准。
1999年的1月，3GPP2正式成立。
核心网采用ANSI/IS-41标准；无线接入技术采用CDMA2000。
（UWC-136已经完全放弃了在3G的演进）
2G向3G的演进
3GPP和3GPP2制定的演进策略总体上是渐进式的
（1）保证现有投资和运营商利益
（2）有利于现有技术的平滑过渡
主要的演进路线：
（1）GSM平滑演进到WCDMA
（2）CDMA95向CDMA2000－1X和CDMA2000－1XEV平滑演进
主要制式
目前主要的技术体制有三种：
∙WCDMA技术体制
∙CDMA2000技术体制
∙TD-SCDMA技术体制
制式的由来：
WCDMA是基于GSM发展起来的一种技术体制；CDMA2000是基于窄带CDMA（IS－95）发展起来的一种体制；TD－SCDMA是一种全新的技术体制，由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。
WCDMAR99版本
R99版本是WCDMA系统中的三大版本之一，按正式的版本顺序应称为R3版本，99系指标准拟定的年份为1999年。
R99版本在GSM核心网的基础上引入了WCDMA无线接入网，是GSM系统向WCDMA系统演进的开始。
相较于其后的R4和R5版本，R99版本的技术最为成熟，各设备供应商提供的产品间互通性好。
WCDMAR4版本
R99版本引入了WCDMA无线网络，R4版本在此基础上，在核心网电路域引入分层结构和ATM/IP传送，分层结构代表了电信网络中连接与控制相分离的趋势，可以提高核心网电路域的系统效率。
分层结构中，R99版本中合设的MSC和媒体网关节点被分为两个独立节点，两个独立节点间以H.248媒体网关控制协议互通。
WCDMAR5版本
R5版本在支持端到端IP多媒体业务方面作了重大改进，在分组域引入了独立的IP多媒体子系统（IMS），IP多媒体子系统增强了对多媒体数据业务的控制、管理及服务质量区分。
R5版本对WCDMA核心网侧的电路域和分组域的基本架构和特性没有进行大的改进，而是将重点放在了业务控制层面，这反映出在WCDMA网络基本成形后，业务发展已经成为整个系统的关键。
另外在无线侧的重大改进是引入了HSDPA（高速下行数据分组接入）技术，终端用户的理论峰值速率可达到14.4Mbps.
三种制式的比较
三种主要制式的技术特点比较见下图：
WCDMA
CDMA2000
TD－SCDMA
同步方式
异步
同步
异步
码片速率
3.84M
1.2288M
1.28M
信号带宽
5MHz
1.25MHz
1.6MHz
空中接口
CDMA-FDD
CDMA-FDD
CDMA-TDD
核心网
GSMMAP
ANSI-41
GSMMAP
中国的3G频段
中国在2002年给FDD和TDD两种不同技术分别划分了频段，对每种技术，在核心频段的基础上，还额外分配了补充频段。
FDD:
1920-1980/2110-2170MHz核心频段
1755-1785/1850-1880MHz补充频段
TDD:
1880-1920MHz&2010-2025MHz核心频段
2300-2400MHz补充频段
二.技术篇
WCDMA核心网组成
WCDMA系统的核心网由GSM/GPRS系统的核心网发展而来。
它由电路域（CS）和分组域（PS）两大部分组成，电路域负责完成对电路域业务的承载和控制，分组域则负责完成分组域业务的承载和控制。
电路域的业务主要有话音和视频电话，分组域的业务则很丰富，如网页浏览、FTP和流媒体。
电路域有两种不同的架构，分层和非分层架构。
分组域只有非分层架构。
核心网R99版本的技术特点
在R99版本中，MSC和媒体网关为合设节点（物理上可以分开），电路域的核心网承载采用传统的时分复用（TDM）方式。
压缩的话音数据流在到达MSC和媒体网关合设节点后，被码型变换器转为64K话音，然后在核心网中传送。
MSC和媒体网关合设节点间为传统的A接口的变种（A’）。
。
R99的主要优势是技术成熟，各设备厂商之间的互通性好。
下图为R99网络参考模型：
核心网R4版本的技术特点
R4版本的主要特征是控制与承载的分离，原R99版本中合设的MSC和媒体网关被分成两个节点，MSC服务器负责控制功能，媒体网关负责业务的处理和转发。
电路域的核心网承载由TDM转向ATM或IP。
压缩的话音数据流可以无须再经码型变换器转换成64K语音，而是继续以压缩形式在核心网ATM或IP网上传送。
信令也得以在ATM或IP上传送。
下图为R4网络参考模型：
核心网R99版本中的MSC/媒体网关
R99版本基本沿袭了GSM、GPRS的核心网结构，因而R99版本中的MSC/媒体网关与GSM系统中的MSC功能很相似，都是负责电路域业务的控制和转发。
不过它们之间还是存在差异的，一个重要的差异是，WCDMAR99中的码型变换器是位于MSC/媒体网关中，而GSM系统中的码型变换器位于BSC或TRC中。
核心网R4版本中的MSC服务器
R4版本中，MSC服务器只负责电路域的呼叫控制，由于它处于控制层，与其它相关设备之间只有信令联接：
MSC服务器之间的信令是BICC信令，MSC服务器与HLR之间是MAP信令，MSC服务器与媒体网关之间是H.248媒体网关控制协议。
由于信令流量的迂回相较与业务流量而言，对系统的影响较小，因此，为了方便系统的运行和维护，通常将MSC服务器集中放置在中心机房。
核心网R4版本中的媒体网关
媒体网关负责电路域业务的处理和转发，主要的处理功能有码型变换、回声抑制等。
针对某个电路域呼叫，MSC服务器以H.248信令选择合适的媒体网关，对该电路呼叫进行处理和转发，为避免话路的长途迂回，通常将媒体网关与RNC共同放置在本地。
在实际使用中，媒体网关也常常负责透明转发从RNC到SGSN的分组域流量。
RNC之间的Iur接口也常常借道媒体网关。
PS域节点－SGSN
与GSM/GPRS系统中的SGSN一样，WCDMA系统中的SGSN负责分组域业务的控制、处理和转发。
目前的SGSN已经可以同时接入RNC和BSC，由于IuPS接口是基于IP的，因此在WCDMA系统中，GTP隧道不仅存在于SGSN与GGSN设备之间的Gn接口，还通过IuPS接口延伸到了RNC。
在最新的GSM/GPRS系统中，Gb接口已经IP化，GTP隧道将有可能延伸到BSC。
PS域节点－GGSN
与GSM/GPRS系统中的GGSN一样，WCDMA系统中的GGSN是GPRS分组网络与外部数据网络的网关设备，负责对移动终端的IP地址分配、参与建立PDP上下文和对外部数据网的路由。
目前的GGSN设备已经可以同时为WCDMA和GSM提供服务。
由于最接近外部数据网，GGSN可以方便地支持基于内容的计费。
TRFO功能
在WCDMA系统中，话音以压缩编码的方式在无线接口中传送，到达核心网后，按传统的方式，要进行码型变换，转换成64K的速率在核心网中传送。
新的TRFO功能可以减少在核心网边缘进行码型变换的次数，话音以压缩形式在核心网传送，既可以节省核心网传送带宽，还可以提高话音质量，话音的延时也变小了。
参见下图的原理示意：
Sigtran
Sigtran是指七号信令在IP上承载。
信令在IP网上传送，可以减少信令网的复杂程度，提高信令传送带宽和效率。
Sigtran通过SCTP实现可靠的信令传送，SCTP是传统TCP的一种增强形式，SCTP支持多个并发的数据流，每个信令点可以与多个IP地址捆绑，信令点之间可以建立多个SCTP的关联，从而保证信令在IP网上可靠地传送。
GCP（GatewayControlProtocol）
在核心网分层结构中，MSC服务器需要与媒体网关协调，选择话音传送的通道。
MSC服务器与媒体网关间的接口为Mc接口，Mc接口协议为GCP协议－网关控制协议。
在GCP协议的标准定义中有很多的选项，由于各设备供应商对这些选项的处理方式不同，因此GCP协议的互通性目前还存在问题，这使得不同厂商的MSC服务器和媒体网关难以配合组网。
BICC（BearerIndependentCallControlprotocol）
在核心网分层结构中，引入了ATM或IP等新的传送承载手段。
BICC协议的主要目的是解决呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括MTP（消息传递部分）、SS7网络、ATM网络、IP网络。
BICC协议由ISUP（ISDN用户部分）演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。
传统的ISUP信令，是基于TDM承载技术的，为了适应新的承载技术，它演化成两部分，负责承载建立的部分转为ALCAP或IPBCP，分别在ATM或IP承载技术下进行承载建立；负责呼叫控制的部分转化为BICC，它独立于下层的传送方式，可以在ATM或IP等不同承载网络上传送。
SRNC（ServingRNC）与DRNC（DriftingRNC）
SRNC又称为服务RNC，它向上终止与核心网联接的Iu接口，向下终止Uu接口的第二层。
DRNC与SRNC对应，又称为漂游RNC，它出借资源给SRNC，共同完成无线接入功能。
它与SRNC的通信通过Iur接口完成。
SRNC实现无线资源管理，当移动终端在不同的RNC间进行软切换时，SRNC合并从SRNC和DRNC两个分支上来的信号。
MSC服务器InPool
多个MSC服务器以Pool的形式共同向RNC提供电路域服务。
MSC服务器InPool功能的实现，可以减少因跨MSC服务器切换或位置更新所引起的信令开销，可以方便MSC服务器的扩容，同时可以提供N＋1保护，提高MSC的整体可靠性。
RNC与Pool中的MSC服务器都有信令连接关系，当呼叫建立时，RNC根据一定的算法，选择Pool中负载较轻的MSC服务器。
下图为MSC服务器InPool功能的实现原理示意：
SGSNInPool
多个SGSN以Pool的形式共同向RNC提供分组域服务。
SGSNInPool功能的实现，可以减少因跨SGSN切换或路由区更新所引起的信令开销，可以方便SGSN的扩容，同时可以提供N＋1保护，提高SGSN的整体可靠性。
RNC与Pool中的SGSN都有连接，当分组域业务建立时，RNC根据一定的算法，选择Pool中负载较轻的SGSN。
SGSNInPool的工作原理和MSC服务器InPool很类似。
WCDMA的多址接入方式
WCDMA是一个宽带直扩码分多址系统，即通过用户数据与由WCDMA扩频码得来的伪随机比特（称为码片）相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上去。
为支持高的比特速率，采用了可变扩频因子和多码连接。
什么是RAKE接收机
CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。
这样，在无线信道中出现的时延扩展，就可以被看作只是被传信号的再次传送。
由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。
其实RAKE接收机所作的就是：
通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。
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作是互不相关的。
什么是呼吸效应？
CDMA网络与GSM网络完全不同，由于不再把信道和用户分开考虑，也就没有了传统的覆盖和容量之间的区别。
一个小区的业务量越大，小区面积就越小。
因为在CDMA网络中业务量增多就意味着干扰的增大。
这种小区面积动态变化的效应称为小区呼吸。
可以通过下面这个形象的例子加以说明，在一次朋友的生日派对上来了许多客人，同时讲话的人愈多，就愈难听清对话方的声音，如果开始时，您还能同位于房间另一头的熟人进行交谈，那么当房间内的嘈杂声达到一定程度后，您就根本无法听明白对方的话，这说明谈话区的小区半径缩小了。
远近效应问题
CDMA网络的另一典型问题是所谓的远近效应问题，因为同一小区的所有用户分享相同的频率，所以对整个系统来说每个用户都以最小的功率发射信号，显得极其重要。
我们还是举上述派对的例子。
房间里只要有一个人高声叫嚷就会妨碍所有其他在座客人的交流。
什么是切换
当移动台慢慢走出原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路，将由新基站与移动台之间的链路来取代，这就是切换的含义。
切换是移动性管理的内容在3G中主要由RRC（RadioResourceControl）层协议负责完成此项功能。
切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况，可以分为更软切换、软切换和硬切换。
什么是软切换
软切换指当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信，软切换仅仅能运用于具有相同频率的CDMA信道之间。
什么是更软切换
软切换和更软切换的区别在于，更软切换发生在同一NodeB里，分集信号在NodeB做最大增益比合并，而软切换发生在两个NodeB之间，分集信号在RNC做选择合并。
什么是硬切换
硬切换包括同频异频和异系统间切换三种情况，要注意的是软切换是同频之间的切换，但同频之间的切换不都是软切换，如果目标小区与原小区同频，但是属于不同RNC，而且RNC之间不存在Iur接口，就会发生同频硬切换，另外同一小区内部码字切换也是硬切换。
异系统硬切换包括FDDmode和TDDmode之间的切换，在R99里还包括WCDMA系统和GSM系统间的切换，在R4里还包括WCDMA和cdma2000之间的切换。
异频硬切换和异系统硬切换需要启动压缩模式进行异频测量和异系统测量。
什么是功率控制
在WCDMA系统中，功控可以分为两大类内环功控和外环功控。
内环功控又可以分为开环和闭环两种方式。
总的目的就是为了让每个发射机以对应于当前无线环境，最小的功率来获得可接受的通话需求，从而最大限度的减少干扰。
什么是内环功率控制
内环功控的主要作用是是通过控制物理信道的发射功率使接收SIR收敛于目标SIR。
WCDMA系统中是通过估计接收到的Eb/No比特能量与干扰功率谱密度之比，来发出相应的功率调整命令的。
而Eb/No与SIR具有一定的对应关系。
如对于12。
2kbit/s的语音业务Eb/No的典型值为5.0dB，在码片速率为3.84Mcps的情况下，处理增益为10log103.84M/12.2k=25dB，所以SIR5dB－25dB=-20dB，即载干比（C/I）>-20dB。
什么是开环功率控制
开环功控的目的，是提供初始发射功率的粗略估计，它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程，在WCDMA中开环功率控制上下行情况都用到。
什么是闭环功率控制
闭环功控是对通信期间的上下行链路进行快速功率调整，以使链路的质量收敛于目标信干比（SIR）。
开环功率控制与闭环的区别是什么
这两种方式的区别在于，开环是采用上行链路干扰情况估计下行链路，或根据下行链路估计上行链路，是不闭合的；而闭环是存在一反馈环，是闭合的。
开环功控的初始发射功率是由RNC下行或UE上行确定；而闭环功控是由NodeB完成，RNC仅给出内环功控的目标SIR值。
什么是外环功率控制
外环功控是通过动态地调整内环功控的SIR目标值，使通信质量始终满足要求，即达到规定的帧误码率/块误码率/比特误码率（FER/BLER/BER）值。
外环功控在RNC中进行，仅根据SIR值进行功率控制并不能真正反应链路质量，比如对于静止用户低速用户移动速率3kM/H和高速用户移动速率50kM/H来说，在保证相同FER的基础上，对SIR的要求是不同的，而最终的通信质量是通过FER/BLER/BER衡量，因此有必要根据实际FER/BLER值，动态调整SIR目标值。
什么是智能天线
智能天线（SmartAntenna）采用空分复用（SDMA）概念，通过自适应阵列天线跟踪并提取各移动用户的空间信息，利用天线阵列在信号入射方向上的差别，将不同方向的信号区分开来，而不发生相互干扰。
实际上使通信资源不再局限于时间域、频率域或码域，而拓展到了空间域。
什么是多用户检测技术
多用户检测技术（MUD）是通过去除小区内干扰来改进系统性能，增加系统容量。
多用户检测技术还能有效缓解直扩CDMA系统中的远/近效应。
什么是分集接收
分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。
我们知道，无线信道中接收的信号是到达接收机的多径分量的合成。
如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并成总的接收信号，就能够大大减少衰落的影响。
这就是分集的基本思路。
分集的字面含义就是分散得到几个合成信号并集中（合并）这些信号。
只要几个信号之间是统计独立的，那么经适当合并后就能是系统性能大为改善。
互相独立或者基本独立的一些接收信号，一般可以利用不同路径或者不同频率、不同角度、不同极化等接收手段来获取：
什么是QoS（QualityofService）
一般的，应用和服务可以划分为不同的类型，就象新的分组交换协议一样，UMTS试图很好的完成用户和应用提出的QoS请求。
在UMTS中，定义了四种业务类型：
会话类型、流类型、互动类型和后台类型。
这些类型之间的主要区别在于电信业务对时延的敏感程度：
会话类型意味着对时延非常敏感的电信业务，后台类型则是对时延最不敏感的电信业务。
业务类型
会话类型（实时）
流媒体类型（实时）
互动类型（非实时）
后台类型
基本特点
∙必须保持流中信息实体之间的时间关系（变化）
∙会话模式（苛刻的，低的时延要求）
∙必须保持流中信息实体之间的时间关系（变化）
∙请求响应模式
∙须保持数据的完整性
∙信息的接收端并不在某一时间内期待数据的到达
∙须保持数据的完整性
应用举例
话音，可视电话，视频游戏
-流媒体
-网页浏览
-Email的后台下载
三.业务篇
什么是3G业务的特点?
3G业务的最大特点是速度性,带性，灵活性，统一性，交互性
3G业务方便性体现在那里?
随时,随地,随人接收所有各种信息以及与他人（组）之间的通信。
什么是3G业务的0-1-2-3?
0–3G业务的用户无需手册。
即用户在购买3G手机或使用业务时不用看手册做业务/参数设置,由3G业务网络进行自动设置。
1–3G用户均可体现个性化的服务。
即不同人士可拥有独特的手机门户,铃音,祝贺语等。
2–3G用户进行的业务,如上网,点播,定位等均在秒级速度进行。
3–用户均可在3个键以内的操作完成各种新业务。
3G业务的五大趋势是什么?
信息领域，个性化领域，移动位置领域，移动商务领域，多媒体交互领域。
3G业务如何分类?
--新闻和信息类
--移动QQ谈话类
--股票信息查询类
--游戏和娱乐类
--铃声/音乐图片下载
--交易类
--商业移动电子折扣券系统类
--VEDIO通话类
--移动办公类
--移动定位服务类
--企业移动业务类
--多媒体互动业务类
--实时转播/监控业务类
什么是3G移动管理类业务?
运行商用来进行业务网络和应用的管理业务。
如:
用户统一鉴权业务,用户新业务注册业务,ICP/SP接入管理业务等。
什么是3G计费业务?
用来对3G业务进行各种基于业务内容计费的系统功能业务。
如:
按一部电影的计费,按一次定位的计费,按用手机来停车付费的计费,按业务流量的计费,预付费,后付费,热付费等等业务。
什么是3G业务网的特征和系统平台?
基于无线网,核心网之上,拥有IP/WAP功能的业务平台网络。
3G业务网通常由哪些子系统组成?
一般由四各子系统构成业务网络:
--PSEM即个人业务环境管理系统。
用来支持3G终端的各种功能,业务,门户等作用的系统。
--ENABLERSYSTEM即业务引擎系统。
用来支持整个3G用户的各种业务的实现的网络。
--SNOS即业务网运行管理系统。
用来进行认证,鉴权,计费,业务漫游等功能的网络
--API即应用协议
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