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作者：李斯伟编

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2011-12-01

书籍编号：30471060

ISBN：9787115257246

正文语种：中文

字数：289451

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：WCDMA无线系统原理及设备维护（华为版）

作者：李斯伟

ISBN：9787115257246

版权所有 · 侵权必究

内容提要

本书是编者以教育部《关于加强高职高专人才培养工作的意见》（教高[2002]2号），以及《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高[2006]16号）为依据，结合多年教学改革的实践经验编写的。

本书以华为技术有限公司的WCDMA无线网络基站设备和基站控制器设备为主线，介绍WCDMA无线系统原理与相关设备等内容，主要包括第3代移动通信系统（3G）概述、WCDMA无线系统基本原理、Node B基站设备及维护、RNC基站控制器设备及维护、B3G/4G移动通信系统、WCDMA无线网络设备配置维护实践训练项目6个部分。本书选材适当，体系新颖，层次清晰，实用性强，针对性强，配有设备图和案例，突出应用和工程实践。

本书可作为应用型本科通信和高职通信类专业及相关专业的教材，也可供从事通信技术服务的工程技术人员的学习参考。

前言

为了适应移动通信技术的飞速发展，更好地培养21世纪的3G移动通信技术人才，根据教育部《关于加强高职高专人才培养工作的意见》（教高[2002]2号），以及《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高[2006]16号）等文件精神，在教育部高职高专通信类教学指导委员会的关心和指导下，结合国家示范性高职院校重点专业建设项目，在多年课程教学改革与实践的基础上，以培养学生的职业能力为出发点编写了本套教材。本书可以作为应用型本科院校和高职高专的电子信息、通信等专业的课程教材，也可供从事移动通信技术工作的工程技术人员参考。

本套教材立足于高等职业教育的人才培养目标，遵循主动适应社会发展需要，突出职业性和应用性，加强实践能力培养的原则，通过校企合作的方式，组织了一批具有丰富教学经验的教师、具有丰富工程实践经验的企业工程师，编写了课程的理论教材，并开发了实训项目。实训项目均来自实际岗位的工作任务，集技能训练与职业能力培养为一体，体系新颖，内容可选择性强。同时提出实训硬件设备的标准配置和最低配置，以方便各校选用。

由于本套教材进行整体策划，从而保证了理论教学与实践教学的配套，体现了教学内容的系统性和完整性。力求每本教材的讲述深入浅出，将知识学习和能力培养紧密结合，注重学生的工程应用能力和解决现场实际问题的能力。

本书在编写过程中，形成了以下特点。

（1）新设备。本套教材以华为技术有限公司的 WCDMA 基站设备和基站控制器设备为主线，这些设备都是目前运营商的现网设备。

（2）新思路。针对高职高专学生的就业岗位特点，结合高职教育的特点、课程内容、课时分配及教学对象等因素，本书在内容选材上以 WCDMA 的无线网络设备为主，重点介绍 WCDMA无线系统原理及其无线网络设备，并从工程应用的角度出发，对教材内容的深度和广度按照“够用、会用和实用”的原则进行处理。

（3）新栏目。在精选内容的同时，每章开始都设有“学习指南”栏目，为读者提供学习帮助，每章内容结束后都增设了“你问我答”栏目，对移动通信的许多实际问题做了解答。在每章内容中间，还穿插了“小知识”、“提示”、“说明”、“注意”和“更多信息”等特色栏目，对移动通信工程实践中的一些基本而又十分重要的技术问题或原理知识做了引导性的介绍和解答。

本书以WCDMA无线系统原理与设备为核心，主要内容包括第3代移动通信系统（3G）概述、WCDMA无线系统基本原理、Node B基站设备及维护、RNC基站控制器设备及维护、B3G/4G移动通信系统及配套实训项目等6个部分。

参加本书编写的有：李斯伟（第1章、第4章，第5章的5.1节、5.2节）、侯春雨（第2章、第5章的5.3节、第6章的6.1节）、李云飞（第3章和第6章的6.2节～6.6节）。全书由李斯伟任主编，侯春雨任副主编，李斯伟负责全书的统稿与最后定稿。

为便于教学，本书配有免费电子课件、习题答案等，读者可登录 www.ptpedu.com.cn 下载配套教学资源。

在本书的编写过程中，得到许多院校领导和老师的大力支持，在此一并感谢。

由于编者水平有限，书中难免有错漏和欠妥之处，恳请读者批评、指正。

编者

2011年5月

第1章 第3代移动通信系统（3G）概述

学习指南

学习第3代移动通信知识并不是一件很轻松的事情，需要我们了解和掌握的内容很多，而且掌握移动通信的专业基础知识和基本技能是非常重要的。在这一章中，首先要了解移动通信的发展过程，了解移动通信是如何更新换代的。接着，要了解移动通信的三种多址技术以及它们各自的特点，了解第3代移动通信（3G）标准，并能对比这3种标准的特点。最后，你要了解第 3 代移动通信的频谱划分和业务应用，特别要了解 2G系统是如何演进到3G系统的。

本章学习内容

了解移动通信的发展过程

列举WCDMA的体制特点

列举2000体制特点

列举TD-SCDMA体制特点

熟悉WCDMA的新业务

了解3GPP的标准化工作

描述第3代移动通信（3G）的频谱划分

了解2G系统向3G系统的演进

1.1 移动通信的发展

20年前，人们对手提大哥大的“成功人士”投以羡慕的目光；10年前，放眼望去，满大街都是握着小巧手机狂发短信的“拇指一族”。而今，我们已昂首迈进了百花齐放的3G 时代。20年间，无论个人、家庭还是社会，都能够真正感受到移动通信改变了我们的生活，如图1-1所示。

图1-1 人们使用移动通信图例

移动通信网使用“代”来区分不同的网络，比如第1代、第2代、第3代等。这样区分确实很贴切，因为在这些技术之间确实存在很大的“代沟”。移动通信网的发展过程以“代”来分类。

1.第1代移动通信——模拟蜂窝移动通信

第1代移动通信系统简称为1G，开始于20世纪80年代初，以1978年美国贝尔实验室研究开发的模拟蜂窝移动通信系统——先进的移动通信系统（AMPS）为标志，它基于模拟传输技术。同一时期，英国、日本、德国以及北欧也分别开发了自己的第1代移动通信系统。当时，对于系统的技术标准发展并没有任何世界范围的协调，因此各国出现了很多的标准。第1代移动通信系统的标准主要有：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的E-TACS、北欧的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS等。1987年，中国首个TACS制式的模拟移动电话系统建成。第1代移动通信系统的各个标准的主要系统参数如表1-1所示。

表1-1 第1代移动通信系统的各个标准的主要系统参数

小知识

频率复用因子是指相邻两个同频小区的中心距离与小区半径之比。

由表1-1可以看出：各国开发的系统各不相同，且采用不同的频段。制式的不统一限制了移动通信的长途漫游，使第1代移动通信系统只能是一种区域性的移动通信系统。将第1代模拟蜂窝移动通信系统的主要特点总结如下。

提出了蜂窝状的小区网络结构。

采用FDMA技术和频率复用；实现越区切换和越局切换。

调制方式为调频（FM）。

业务种类单一，主要是语音业务。

系统的保密性差。

频谱效率较低，有限的频谱资源和用户容量之间的矛盾十分突出。

2.第2代移动通信系统——数字蜂窝移动通信系统

第 2 代移动通信系统简称为 2G，其目标是实现高容量、全球漫游和具有切换能力。相对于1G的频分多址来说，2G主要采用数字式的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术，同时也采用了新的调制方式。2G主要包括下面几种标准。

1991年美国提出的D-AMPS（先进的数字移动电话系统）。

1992年欧洲推出的商用GSM（全球移动通信系统）。

1993年日本提出的PDC（个人数字蜂窝）。

1993年美国提出的IS-95即N-CDMA。

第2代移动通信系统的各个标准的主要系统参数如表1-2所示。

表1-2 第2代移动通信系统的各个标准的主要系统参数

第2代采用的是数字蜂窝移动通信系统，与第1代移动通信系统相比具有更多的优点，介绍如下。

频谱利用率高，有利于提高系统的容量。

采用GMSK、QPSK等新的调制技术。

业务范围扩大，除提供语音业务外还可提供数据、图像等多种非话业务。

抗干扰性强。

提高了网络管理和控制的有效性和灵活性。

通信的安全保密性好。

容易实现国际漫游。

设备成本降低，用户手机的体积和重量减少。

其中，IS-95 CDMA 由于采用码分多址方式，不同于其他移动通信系统的 TDMA 和 FDMA方式，具有下列优点。

频谱利用率比FDMA、TDMA高得多。

支持软切换和较软切换，提供了一个完全无缝隙的通话切换。

在第2代向第3代移动通信系统的过渡过程中，出现了多种移动通信技术，如增值业务（VAS）、通用分组无线业务（GPRS）和GSM环境下的增强数据速率（EDGE）等。限于篇幅，这里不再赘述。

3.第3代移动通信系统——IMT-2000

第3代移动通信技术（3G）的理论研究、技术开发和标准制定工作起始于20世纪80年代中期，国际电信联盟（ITU）将该系统正式命名为国际移动通信 2000（IMT-2000），即系统工作在2 000MHz频段，最高业务速率可达2Mbit/s。欧洲电信标准协会（ETSI）称其为通用移动通信系统（UMTS）。

IMT-2000是一个能够实现全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。它可以向公众提供前两代产品所不能提供的各种宽带信息业务，如图像、音乐、网页浏览、视频会议等。它是一种真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”，并与改进的2G网络兼容。

IMT-2000标准的制定主要由频谱规划、无线传输技术和网络方案3部分组成，其中无线传输技术的研究和选择是3G系统最为核心和关键的部分。

1999年11月召开的国际电联芬兰会议确定了第3代移动通信无线接口技术标准，并在2000年5月的ITU-R2000年全会上最终通过，此标准包括码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）两大类5种技术，它们分别是WCDMA、cdma2000、CDMA TDD、UWC-136和EP-DECT。其中，前3种基于CDMA的技术，是目前公认的主流技术，它又分成频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。CDMA TDD包括欧洲的UTRA TDD和我国提出的TD-SCDMA技术。

图1-2所示为移动通信的发展过程示意图。

图1-2 移动通信的发展过程示意图

1.2 3G的体制及特点

3G是3 Generation的缩写，全称为第3代移动通信系统，最早由国际电信联盟（ITU）于1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（Future Public Land Mobile Telecommunication System，FPLMTS），1996年更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000，国际移动通信-2000），意即该系统工作在2 000MHz频段，最高业务速率可达2 000kbit/s，预期在2000年左右得到商用。

1997年4月，国际电信联盟向各个成员国的主管部门发出通知，征求IMT-2000无线接口候选传输技术，并在此基础上制定国际标准。结合现有网络的特点，国际电信联盟（简称国际电联）规定了第3代移动通信标准的框架结构。

基于CDMA的无线接口必须有3种模式：直接序列扩频CDMA（DS）模式、多载波CDMA（MC）模式和时分双工（TDD）模式。

必须有两类核心网——基于GSM的核心网（包括电路交换的GSM和分组交换的GPRS）和基于ANSI 41的核心网，包括电路交换网络和分组交换网络。

所有的无线接入网模式必须能够连接到两种核心网的一种。

经过多次协调之后，国际电联已经就一种基于TDMA的模式和3种基于WCDMA的无线接口模式以及两类核心网达成了一致。一种基于TDMA的模式就是确定了针对GSM和TDMA/136过渡到第3代系统的标准技术EDGE，它也可称为第3代TDMA标准。第3代CDMA标准的3种模式就是基于WCDMA的直接序列扩频CDMA（DS）模式、基于cdma2000的多载波CDMA（MC）模式和基于UTRA TDD的TDD模式。最终，国际电联共接纳了5个标准，其中主流的三个标准是欧洲的UMTS（通用移动通信系统（或称WCDMA）、北美的cdma2000和中国提出的TD-SCDMA。

1.2.1 WCDMA技术特点

WCDMA是UMTS（通用移动通信系统）的主要空中接口技术，分为TDD方式与FDD方式两种。WCDMA核心网基于GSM/GPRS网络而演进，因此可以保持与GSM/GPRS网络的兼容性。3GPP称WCDMA技术的网络标准为UMTS。WCDMA的核心网可以基于TDM ATM和IP 技术，向全 IP 的网络而演进，其核心网逻辑上分为电路域和分组域两个部分，分别完成电路型业务和分组型业务。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。

WCDMA系统具有以下特点。

可适应多种速率的传输，灵活地提供多种业务。

基站之间无需同步。

优化的分组数据传输方式。

支持不同载频之间的切换。

上、下行快速功率控制。

适应高达500km/h的移动速度。

1.2.2 cdma2000技术特点

cdma2000体制的标准化工作由3GPP2来完成，其电路域继承了2G的IS-95 CDMA网络，引入了以WIN为基本框架结构的业务平台。分组域是基于Mobile IP技术的分组网络。无线接入网以ATM交换机为平台提供丰富的适配层接口。cdma2000具有下列技术特点。

可支持多种射频信道带宽：1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz和15MHz。

兼容现存的IS-95系统，具有无缝的互操作性和切换能力。

提供多种复合业务。

无线接口在提高系统性能和容量上有明显的优势。

为支持更高传送速率和增加系统容量采用Turbo码。

可支持多种灵活的空中接口信令结构。

增加的MAC层功能支持高效率的高速分组数据业务，为支持MAC层与物理层进行优化。

沿用IS-95方式采用GPS使基站间严格同步，以取得较高的组网与频谱利用效率。

1.2.3 TD-SCDMA技术特点

TD-SCDMA（时分同步码分多址）标准也是由3GPP组织制定的，目前采用的是中国无线通信标准化协化（CWTS）制定的TSM（TD-SCDMA over GSM）标准，基于TSM标准的系统其实质就是在GSM网络支持下的TD-SCDMA系统。GSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备，其A接口和Gb接口与GSM完全相同，只需对GSM的基站控制进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足，特别是在高密度用户区容量不足的问题；另一方面可以为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务。

TD-SCDMA是由大唐电信科技产业集团代表中国提交，并分别于2000年5月、2001年3月被ITU和3GPP认可，成为3G的三大主要标准之一。TD-SCDMA系统与其他系统相比具有突出的技术优势。

频谱利用率高。

系统容量大，系统成本低。

代表移动通信技术发展方向，系统易于升级，易于保护运营商投资。

采用智能天线、软件无线电、联合检测、接力切换和下行分组交换高速数据传输等一系列高新技术。

3G全球商用概况如表1-3所示。

表1-3 3G全球商用概况

3G标准的主要参与者情况如图1-3所示。

图1-3 3G标准的主要参与者

1.3 第3代移动通信（3G）的频谱划分

国际电联对第3代移动通信系统IMT-2000划分了230MHz频率，即上行1 885～2 025MHz、下行2 110～2 200MHz，共230MHz。其中，1 980～2 010MHz（上行）和2 170～2 200MHz（下行）用于移动卫星业务。上下行频带不对称，主要考虑可使用双频FDD方式和单频TDD方式。此规划在WRC92上得到通过。

依据国际电联有关第3代公众移动通信系统（IMT-2000）频率划分和技术标准，按照我国无线电频率划分规定，结合我国无线电频谱使用的实际情况，我国第3代公众移动通信系统的工作频段如下。

1.主要工作频段

频分双工（FDD）方式：1 920～1 980MHz/2 110～2 170MHz，

时分双工（TDD）方式：1 880～1 920MHz/2 010～2 025MHz。

2.补充工作频率

频分双工（FDD）方式：1 755～1 785MHz/1 850～1 880MHz。

时分双工（TDD）方式：2 300～2 400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。

3.卫星移动通信系统工作频段：1 980～2 010MHz/2 170～2 200MHz

欧洲情况为陆地通信采用 1 900～1 980MHz、2 010～2 025MHz 和 2 110～2 170MHz，共计155MHz。北美情况比较复杂，如图1-4所示。在3G低频段的1 850～1 990MHz处，实际已经划给PCS使用，且已划成2×15MHz和2×5MHz的多个频段。PCS业务已经占用的IMT-2000的频谱，虽然经过调整，但调整后IMT-2000的上行与PCS的下行频段仍需共用。这种安排不大符合一般基站发高收低的配置。日本 1 893.5～1 919.6MHz 已用于 PHS 频段，还可以提供2×60MHz+15MHz=135MHz的3G频段（1 920～1 980MHz，2 110～2 170MHz，2 010～2 025MHz）。目前，日本正在致力于解决这一频段与第 3 代移动通信频率有冲突的问题。韩国使用的频段和ITU建议一样，共计170MHz。

图1-4 3G频谱划分

WCDMA能够使用的频段介绍如下。

1.主要工作频段

1 920～1 980MHz/2 110～2 170MHz

WCDMA频点计算公式：频点号=频率×5

上行中心频点号：9 612～9 888

下行中心频点号：10 562～10 838

2.补充工作频率

1 755～1 785MHz/1 850～1 880MHz

中国移动和中国联通目前已有的GSM频段以后可以用于WCDMA。

1.4 第3代移动通信业务

在3G系统中，用户将可以享受到比GSM系统丰富得多的各种业务。大家在接触各种令人眼花缭乱的业务时，心中是否想了解：这些业务是如何实现的？3G系统中的业务部分是怎么构成的？

3G最本质的特征就是提高了用户空中接口上的数据传输速率，而这种数据传输速率的提高是以满足新型业务的要求而设计的。在2G技术中，应用最广泛的是语音与简单的数据业务。在3G技术中，高速流媒体和视频电话应用等则是典型的第3代通信业务。在未来，多媒体应用将会在移动通信中占据越来越重要的地位。

与2G系统相比，3G业务的最主要特征是可提供移动多媒体业务，包括语音、数据、多媒体、多媒体消息、定位业务和电子商务等，并且 3G 业务还具有智能化、个性化的特点，允许用户参与定制一些特征业务。

3G业务依据不同的层次可以分为不同的种类。3G可以提供的业务应用如下。

①基本电信业务：例如语音业务、紧急呼叫、短消息业务等。

②补充业务：如呼叫转移、多方通信等。

③承载业务：提供电路域承载业务和分组域承载业务。

④智能网业务：在WCDMA中，依旧可以使用GSM系统中的基于CAMEL机制的智能网业务。

⑤位置业务：WCDMA 提供了多种定位技术作为对位置业务的支持。在将来，与用户移动性息息相关的位置服务将会得到越来越普遍的应用，利用移动终端进行导航就是这种应用的一个典型实例。

⑥多媒体业务：WCDMA 系统为用户提供了更高的数据传输速率以及较好的 QoS 控制机制，这些都为多媒体应用提供了技术条件。另外，为了更好地支持多媒体业务，WCDMA 在 R5中引入了IMS多媒体应用平台，通过IMS，可以实现移动多媒体应用与Internet多媒体应用的融合。图1-5所示为3G可实现的多种业务的融合示意图。

图1-5 3G可实现的多种业务的融合示意图

按照面向用户需求的业务，划分为通信类业务、资讯类业务、娱乐类业务及互联网业务等。表1-4给出了3G业务的实际应用。

表1-4 3G业务实际应用

续表

续表

1.5 3GPP的标准化工作

1998年底，国际电信联盟成立了两个专门从事3G技术规范标准化工作的项目组织，即3GPP和3GPP2。3GPP工作的主要目的是将IMT-2000中多个基于宽带CDMA技术的3G技术提案融合在一起，进行统一标准化。3GPP2则是将基于IS-95技术的cdma2000技术方案进行标准化。

3GPP作为将WCDMA和TD-SCDMA与UTRA TDD进行标准化的国际组织，已经发布了有R99、R4、R5、R6等几个不同版本的技术规范。3GPP最初正式发布的版本是R99。R99为UMTS系统定义了一个全新的接入网（包含FDD方式和高码片速率的TDD方式），在核心网方面则尽可能沿用GSM系统现有的结构。3GPP的第2个版本是R4。在R4版本中，在接入网方面，加入了含有我国自主知识产权的TD-SCDMA，在3GPP规范中称为低码片速率的TDD方式；在核心网方面，R4版本在电路交换（CS）域中新引入了呼叫控制和承载分离的软交换概念，将核心网向IP化的演进向前推进了一步。3GPP的第3个版本是R5，R5版本在接入网主要引入了高速下行传输的HSDPA技术，另外也引入了将接入网IP化的IP UTRAN的概念；在核心网部分最重要的则是引入了全IP的IP多媒体子系统（IMS），IMS的引入可以使移动通信与Internet应用紧密无缝地结合起来。

在本书的第2章“WCDMA系统网络结构”部分将会比较详细地对各个不同的标准版本体系结构进行描述。

下面简单介绍3GPP的组织机构。

3GPP是由各个国家的地方性标准组织成立的对UMTS标准进行标准化的组织。3GPP的技术规范主要为对3种3G技术进行统一的标准化，这包括WCDMA、TD-SCDMA以及高码片速率的TDD。这种标准化工作包括对系统的体系结构的标准化，对核心网部分的标准化，以及对空中接口的标准化。3种系统最大的不同在于空中接口部分，所有空中接口部分将FDD和TDD在不同规范中分开描述。对于Iub和Iur接口部分，FDD方式和TDD方式也略有不同，在规范中将二者的特定部分加以声明。对于Iu接口的规范以及核心网部分的规范，FDD方式和TDD方式则是一致的。3GPP 根据任务的不同分为 5 个不同的工作组，每个工作组又进一步细分为多个不同的子组，如果有新的特殊临时议题，还会成立临时的特别小组（Ad hoc组）。后来，3GPP将组织结构重组为4个工作组。图1-6所示为3GPP重组后的整个组织结构框架。

图1-6 3GPP的组织机构

你问我答

问1：CDMA的起源是什么？

答：CDMA 的起源要追溯到第二次世界大战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通信的干扰。我们知道，由于窄带信信采用的带宽只有几十 kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因此无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。CDMA 这种新颖的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故敌方很难侦测到。因此，这种技术在军事领域中有着广泛应用。

问2：CDMA的软容量是指什么？

答：按上面对CDMA系统的类比，房间里可能不断有新的交谈者进入。当然交谈者总数有一定限度，这与房间大小、人的音量、交谈者之间的距离都有密切的关系。这里我们又引入了几处新类比：房间的大小对于CDMA系统来说就是单载波的容量；而交谈者之间的音量则相当于CDMA系统中手机的发射功率；音量控制即对应着CDMA中一个非常重要的技术——功率控制；交谈者的距离即对应手机与基站的距离。通过这个例子，我们可以总结出 CDMA 系统的一些特点：CDMA 系统是一个自干扰系统；CDMA系统单载频的容量不像FDMA、TDMA 那样是固定的，这也就是我们常提到的“软容量”；因此功率控制在CDMA 系统中起着重要作用，它直接影响着系统容量。

问3：GOS、RSSI、Eb/No、Eb/Io的概念是什么？

答：GOS，Grade Of Service，主要是

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