第5章 WCDMA系统组网技术
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11 现代移动通信网络技术
WCDMA网络主要参数
多址接入方式 双工方式 基站同步 码片速率 帧长 业务复用 多速率概念 检测
多用户检测，智能 天线
DS-CDMA 频分双工/时分双工 异步方式 3.84Mchip/s 10ms 有不同服务要求的业务复用到一个 连接中 可变的扩频因子和多码 使用导频符号或公共导频进行相关 检测 标准支持，应用时可选
28
现代移动通信网络技术
4、Iur接口 Iur（RNC-RNC）接口最初设计的目的 是为了支持RNC之间的软切换，但随着 标准的发展，更多特性被加了进来，目 前Iur接口可以提供如下4种功能。 ① 支持基本的RNC之间的移动性。 ② 支持专用信道业务。 ③ 支持公共信道业务。 ④ 支持全局资源管理。
12
现代移动通信网络技术
5.2 WCDMA系统的网络结构 5.2.1 UMTS网络结构 5.2.2 核心网的结构
13
现代移动通信网络技术
5.2.1
UMTS网络结构
WCDMA是通用移动通信系统（UMTS）的空中 接口技术 UMTS由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无 线接入网）和UE （用户设备）组成 UMTS网络在设计时遵循无线接入网与核心网功 能尽量分离的原则。 对无线资源的管理功能集中在无线接入网中完成， 而与业务和应用相关的功能在核心网执行。
17
现代移动通信网络技术
用户设备（UE）完成人与网络的交互。通过Uu接 口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交 换UE用来识别，用户身份和为用户提供各种业务 功能，如普通语音、数据通信、移动多媒体、 Internet应用等。
18
现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构
UMTS核心网的标准化工作由3GPP组织完成。 R99网络中的核心网完全继承了GSM/GPRS的结构，包括电路域和分 组域两部分，引入了新的无线接入技术（WCDMA），兼容 GSM/GPRS无线终端接入。 R4网络的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念， 而无线接入网没有太多变化。 在R5网络中，核心网叠加了IP多媒体子系统（IMS），无线接入网引 入了HSDPA技术，无线接入网和核心网采用全IP传输。 在R6版本往后的网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能或 对已有功能的增强。 目前R8版本已于2008年12月冻结，3GPP中还有R9版本在同时进行研 究。
19
现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R99
20
现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R4
21
现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R5
22
现代移动通信网络技术
5.3 WCDMA系统的无线接口与协议规范 5.3.1 WCDMA无线接口
5.3.2 UTRAN协议模型
5.3.3 物理层
34
现代移动通信网络技术
2、垂直面 （1）无线网络控制面 用于处理接口上的控制信令协议，由各种应用协 议和传输网络用户面的信令承载组成。应用协议 包括Iu接口上的无线接入网络应用部分（RANAP） 协议、Iur接口上的无线网络系统应用部分 （RNSAP）协议及Iub接口上的节点B应用部分 （NBAP）协议。 功能：建立无线网络层的承载。信令承载资源的 建立总是通过操作维护功能来完成的，可以与传 输网控制面的信令承载一样，也可以不一样。
5.3.4 数据链路层 5.3.5 无线资源管理层
23
现代移动通信网络技术
5.3.1 WCDMA无线接口
UMTS系统由3个部分构成， 即由CN（核心网）、 UTRAN（无线接入网）和 UE（用户装臵）组成， 核心网可以与外部通信， 以提供更丰富的业务，包 括许多基于Internet的业务； 无线接入网连接到移动用 户设备和核心网，实现无 线接入和无线资源管理；
8
现代移动通信网络技术
图5-1-1 3GPP演进的时间表
9
现代移动通信网络技术
5.1.2 WCDMA系统的特点
WCDMA是从GSM/GPRS网络的基础上 发展而来的，可以提供更高速率的数据 业务。 ① WCDMA是一个宽带直接序列扩频码 分多址（DS-CDMA）系统，采用了可 变扩频因子和多码传输，支持最高速率 达2Mbit/s，采用HSDPA技术，下行速 率理论上最高可达10～14Mbit/s，平均 可提供1～3Mbit/s下行速率。 ② 码片速率3.84Mchip/s，载波带宽大约 为5MHz。
31
现代移动通信网络技术
32
现代移动通信网络技术
1、水平面 （1）无线网络层 无线网络层由控制平面和用户平面组成，处理所 有与UTRAN相关的信息。无线网络层控制平面包 括应用协议和用于传输这些应用协议的信令承载。 无线网络层用户平面包括数据流和用于承载这些 数据流的数据承载。
33
现代移动通信网络技术
14
现代移动通信网络技术
UMTS的系统结构
15
现代移动通信网络技术
5.2.1 UMTS网络结构
核心网是业务提供者，基本功能就是提供服务， 承担各种业务类型的定义，负责内部所有的语音 呼叫、数据连接和交换以及与其他网络的连接和 路由选择的实现。
16
现代移动通信网络技术
无线接入网（UTRAN）位于两个开放接口Uu和Iu 之间，完成所有与无线有关的功能。UTRAN主要 功能有宏分集处理、移动性管理、系统的接入控 制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加密 与解密、无线资源配臵、无线信道的建立和释放 等。
1、水平面 （2）传输网络层 传输网络层由控制平面和用户平面组成。传输网 络层控制平面使得无线网络层控制平面应用协议 与传输网络层用户平面的数据承载所选用的技术 无关。传输网络层用户平面用于用户平面的数据 承载和应用协议的信令承载。 传输网络层是指UTRAN选用的标准传输技术，与 UTRAN本身的功能无关，主要是已有的传输技术 规范。如：3GPP并不对传输层的协议进行特殊定 义，在R99版本中选用ATM传输技术
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现代移动通信网络技术
5、Iub接口
Iub（RNC-Node B）接口信令可以分成 两个公共B接点协议和专用B接点协议基 本部分。公共B接点协议定义了经由公 共信令链路的信令过程，而专用B接点 协议则应用于专用信令链路。
30
现代移动通信网络技术
5.3.2
UTRAN协议模型
UMTS系统是模块化设计的，模块之间通过网络 协议互连。 UMTS网络接口采用用户面与控制面分离、无线 网络与传输网络层分离的设计原则，以保证层间 和逻辑体系上的相互独立性，尽可能满足开放性 和可升级性的要求，便于协议的修改和扩充。 UTRAN是UMTS系统的无线接入网部分，为 UMTS系统设计的主要部分。
25
现代移动通信网络技术
1、Cu接口
Cu接口是USIM智能卡和ME间的电气接 口，它遵循智能卡的标准格式。
26
现代移动通信网络技术
2、Uu接口
Uu（UE-UTRAN）接口被称为WCDMA 的空中接口，是指用户设备（UE）和 UMTS地面无线接入网（UTRAN）之间 的接口，通常也被称为无线接口。无线 接口使用无线传输技术（RTT）将用户 设备接入到系统固定网络部分。
10
现代移动通信网络技术
③ WCDMA支持各种可变的用户数据速率。在每 个10ms无线帧内，用户数据速率是固定的，但是 帧之间的用户速率是可变的。 ④ WCDMA基站支持异步方式 ⑤ WCDMA在上行链路和下行链路中采用基于导 频符号或公共导频的相干检测。 ⑥ WCDMA系统中采用上下行快速闭环功率控制， 功控时间间隔最短以一个时隙为单位，即1500次/ 秒（1.5kHz），能更快地响应信道的变化，使系 统容量最大化
27
现代移动通信网络技术
3、Iu接口 Iu（UTRAN-CN）接口连接UTRAN和 CN，它是一个开放接口。 Iu可以有两种主要的不同实体，分别是 用于将UTRAN连接至电路交换（CS） CN的Iu CS和连接至分组交换（PS）CN 的Iu PS。 注：Iu BC，连接UTRAN和核心网的广 播域，用于支持小区广播业务。这样相 应的传输网络控制平台也就不同。
CDMA2000 3GPP2 FDD mode
概述
WCDMA 3GPP FDD mode
3G system
TD-SCDMA CWTS TDD mode
第5章
WCDMA系统组网技术
5.1 WCDMA移动通信系统的演进过程
5.2 WCDMA系统的网络结构 5.3 WCDMA系统的无线接口与协议规范 5.4 WCDMA系统的关键技术 5.5 WCDMA系统的信号处理流程
35
现代移动通信网络技术
2、垂直面 （2）无线网络用户平面 用于处理相应接口传输的用户数据，包括在该接 口传输的数据流和与数据流对应的数据承载，数 据流由接口上的一个或者多个帧协议定义。
36
现代移动通信网络技术
2、垂直面 （3）传输网络控制面 不包含任何无线网络层的信息，包括ALCAP以及 它所使用的信令承载。传输层控制面的ALCAP用 于在接口的两个网络节点之间建立该接口上用户 面的传输承载。传输层控制面是控制平面和用户 平面之间的一个联系桥梁，由于传输层控制面的 引入，才使得无线网络层的应用协议完全独立于 传输层技术。
现代移动通信网络技术
24
UTRAN包括许多个RNS， 一个RNS包括一个RNC和 一个或多个Node B。RNS 通过Iu接口连接到核心网， RNC与RNC通过Iur互联， Node B通过Iub接口连接到 RNC上，Node B包括一个 或多个小区。它支持FDD 模式与TDD模式或者双模 式。
37
现代移动通信网络技术
2、垂直面 （4）传输网络用户面 包括无线网络层用户面的数据承载以及应用协议 的信令承载，数据承载由传输网络控制面实时控 制，信令承载由操作维护功能控制完成。
38
现代移动通信网络技术
5.3.3 物理层
WCDMA无线接口由层一、层二、层三 组成，分别称为物理层（Physical Layer）、媒体接入控制层（Medium Access Control）和无线资源控制层 （Radio Resource Control）。 物理层位于空中接口协议模型的最低层， 提供了高层所需的数据传输业务。这些 业务的存取是依靠经由MAC子层的传输 信道来进行的。
39
现代移动通信网络技术
全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖 高效的频谱效率 更高的服务质量、保密性和可靠性 易于从2G系统平滑演进与过渡，并反向兼 容2G系统 能提供多种业务，数据业务速率最高可达 2Mbps
பைடு நூலகம்
车速环境：144kbps 步行环境：384kbps 室内环境：2Mbps
3G的标准
TDMA IS-136
TD-SCDMA
3G为运营商提供了完善的解决方案
2
现代移动通信网络技术
多址技术
CDMA
Power
同一时间同一频段上 根据不同的扩频码进 行区分业务信道
TDMA
Power
同频段的业务信道以不 同的时隙进行区分
FDMA
Power
不同的业务信道占用不同的频段
3
现代移动通信网络技术
3G的目标
6
现代移动通信网络技术
5.1WCDMA移动通信系统的演进过程 5.1.1 WCDMA系统演进 5.1.2 WCDMA系统的特点
7
现代移动通信网络技术
5.1.1 WCDMA系统演进
向3G的演进主要是核心网的演进， 移动通信网络从GSM演进到 GPRS/EDGE，再到WCDMA R99，然 后到R4、R5、R6和R7（即LTE，Long Term Evolution）， 每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网 络，无线接入网络主要由Node B和RNC 组成； 引入了适于分组数据传输的协议和机制， 数据速率可支持144Kbit/s，384Kbit/s， 理论上可达2Mbit/s。
现代移动通信网络技术（5）
孙友伟 张晓燕 畅志贤 编著
人民邮电出版社
移动通信发展
第一代移动通信 1980s
第二代移动通信 1990s
第三代移动通信 现在
GSM AMPS TACS NMT OTHERS PDC CDMA IS95 模拟技术 数字技术 语音业务 宽带业务
UMTS WCDMA CDMA 2000
WCDMA网络主要参数
多址接入方式 双工方式 基站同步 码片速率 帧长 业务复用 多速率概念 检测
多用户检测，智能 天线
DS-CDMA 频分双工/时分双工 异步方式 3.84Mchip/s 10ms 有不同服务要求的业务复用到一个 连接中 可变的扩频因子和多码 使用导频符号或公共导频进行相关 检测 标准支持，应用时可选
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现代移动通信网络技术
4、Iur接口 Iur（RNC-RNC）接口最初设计的目的 是为了支持RNC之间的软切换，但随着 标准的发展，更多特性被加了进来，目 前Iur接口可以提供如下4种功能。 ① 支持基本的RNC之间的移动性。 ② 支持专用信道业务。 ③ 支持公共信道业务。 ④ 支持全局资源管理。
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现代移动通信网络技术
5.2 WCDMA系统的网络结构 5.2.1 UMTS网络结构 5.2.2 核心网的结构
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现代移动通信网络技术
5.2.1
UMTS网络结构
WCDMA是通用移动通信系统（UMTS）的空中 接口技术 UMTS由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无 线接入网）和UE （用户设备）组成 UMTS网络在设计时遵循无线接入网与核心网功 能尽量分离的原则。 对无线资源的管理功能集中在无线接入网中完成， 而与业务和应用相关的功能在核心网执行。
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现代移动通信网络技术
用户设备（UE）完成人与网络的交互。通过Uu接 口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交 换UE用来识别，用户身份和为用户提供各种业务 功能，如普通语音、数据通信、移动多媒体、 Internet应用等。
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现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构
UMTS核心网的标准化工作由3GPP组织完成。 R99网络中的核心网完全继承了GSM/GPRS的结构，包括电路域和分 组域两部分，引入了新的无线接入技术（WCDMA），兼容 GSM/GPRS无线终端接入。 R4网络的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念， 而无线接入网没有太多变化。 在R5网络中，核心网叠加了IP多媒体子系统（IMS），无线接入网引 入了HSDPA技术，无线接入网和核心网采用全IP传输。 在R6版本往后的网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能或 对已有功能的增强。 目前R8版本已于2008年12月冻结，3GPP中还有R9版本在同时进行研 究。
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现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R99
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现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R4
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现代移动通信网络技术
5.2.2 核心网的结构R5
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现代移动通信网络技术
5.3 WCDMA系统的无线接口与协议规范 5.3.1 WCDMA无线接口
5.3.2 UTRAN协议模型
5.3.3 物理层
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现代移动通信网络技术
2、垂直面 （1）无线网络控制面 用于处理接口上的控制信令协议，由各种应用协 议和传输网络用户面的信令承载组成。应用协议 包括Iu接口上的无线接入网络应用部分（RANAP） 协议、Iur接口上的无线网络系统应用部分 （RNSAP）协议及Iub接口上的节点B应用部分 （NBAP）协议。 功能：建立无线网络层的承载。信令承载资源的 建立总是通过操作维护功能来完成的，可以与传 输网控制面的信令承载一样，也可以不一样。
5.3.4 数据链路层 5.3.5 无线资源管理层
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现代移动通信网络技术
5.3.1 WCDMA无线接口
UMTS系统由3个部分构成， 即由CN（核心网）、 UTRAN（无线接入网）和 UE（用户装臵）组成， 核心网可以与外部通信， 以提供更丰富的业务，包 括许多基于Internet的业务； 无线接入网连接到移动用 户设备和核心网，实现无 线接入和无线资源管理；
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现代移动通信网络技术
图5-1-1 3GPP演进的时间表
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现代移动通信网络技术
5.1.2 WCDMA系统的特点
WCDMA是从GSM/GPRS网络的基础上 发展而来的，可以提供更高速率的数据 业务。 ① WCDMA是一个宽带直接序列扩频码 分多址（DS-CDMA）系统，采用了可 变扩频因子和多码传输，支持最高速率 达2Mbit/s，采用HSDPA技术，下行速 率理论上最高可达10～14Mbit/s，平均 可提供1～3Mbit/s下行速率。 ② 码片速率3.84Mchip/s，载波带宽大约 为5MHz。
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现代移动通信网络技术
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现代移动通信网络技术
1、水平面 （1）无线网络层 无线网络层由控制平面和用户平面组成，处理所 有与UTRAN相关的信息。无线网络层控制平面包 括应用协议和用于传输这些应用协议的信令承载。 无线网络层用户平面包括数据流和用于承载这些 数据流的数据承载。
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现代移动通信网络技术
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现代移动通信网络技术
UMTS的系统结构
15
现代移动通信网络技术
5.2.1 UMTS网络结构
核心网是业务提供者，基本功能就是提供服务， 承担各种业务类型的定义，负责内部所有的语音 呼叫、数据连接和交换以及与其他网络的连接和 路由选择的实现。
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现代移动通信网络技术
无线接入网（UTRAN）位于两个开放接口Uu和Iu 之间，完成所有与无线有关的功能。UTRAN主要 功能有宏分集处理、移动性管理、系统的接入控 制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加密 与解密、无线资源配臵、无线信道的建立和释放 等。
1、水平面 （2）传输网络层 传输网络层由控制平面和用户平面组成。传输网 络层控制平面使得无线网络层控制平面应用协议 与传输网络层用户平面的数据承载所选用的技术 无关。传输网络层用户平面用于用户平面的数据 承载和应用协议的信令承载。 传输网络层是指UTRAN选用的标准传输技术，与 UTRAN本身的功能无关，主要是已有的传输技术 规范。如：3GPP并不对传输层的协议进行特殊定 义，在R99版本中选用ATM传输技术
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现代移动通信网络技术
5、Iub接口
Iub（RNC-Node B）接口信令可以分成 两个公共B接点协议和专用B接点协议基 本部分。公共B接点协议定义了经由公 共信令链路的信令过程，而专用B接点 协议则应用于专用信令链路。
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现代移动通信网络技术
5.3.2
UTRAN协议模型
UMTS系统是模块化设计的，模块之间通过网络 协议互连。 UMTS网络接口采用用户面与控制面分离、无线 网络与传输网络层分离的设计原则，以保证层间 和逻辑体系上的相互独立性，尽可能满足开放性 和可升级性的要求，便于协议的修改和扩充。 UTRAN是UMTS系统的无线接入网部分，为 UMTS系统设计的主要部分。
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现代移动通信网络技术
1、Cu接口
Cu接口是USIM智能卡和ME间的电气接 口，它遵循智能卡的标准格式。
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现代移动通信网络技术
2、Uu接口
Uu（UE-UTRAN）接口被称为WCDMA 的空中接口，是指用户设备（UE）和 UMTS地面无线接入网（UTRAN）之间 的接口，通常也被称为无线接口。无线 接口使用无线传输技术（RTT）将用户 设备接入到系统固定网络部分。
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现代移动通信网络技术
③ WCDMA支持各种可变的用户数据速率。在每 个10ms无线帧内，用户数据速率是固定的，但是 帧之间的用户速率是可变的。 ④ WCDMA基站支持异步方式 ⑤ WCDMA在上行链路和下行链路中采用基于导 频符号或公共导频的相干检测。 ⑥ WCDMA系统中采用上下行快速闭环功率控制， 功控时间间隔最短以一个时隙为单位，即1500次/ 秒（1.5kHz），能更快地响应信道的变化，使系 统容量最大化
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现代移动通信网络技术
3、Iu接口 Iu（UTRAN-CN）接口连接UTRAN和 CN，它是一个开放接口。 Iu可以有两种主要的不同实体，分别是 用于将UTRAN连接至电路交换（CS） CN的Iu CS和连接至分组交换（PS）CN 的Iu PS。 注：Iu BC，连接UTRAN和核心网的广 播域，用于支持小区广播业务。这样相 应的传输网络控制平台也就不同。
CDMA2000 3GPP2 FDD mode
概述
WCDMA 3GPP FDD mode
3G system
TD-SCDMA CWTS TDD mode
第5章
WCDMA系统组网技术
5.1 WCDMA移动通信系统的演进过程
5.2 WCDMA系统的网络结构 5.3 WCDMA系统的无线接口与协议规范 5.4 WCDMA系统的关键技术 5.5 WCDMA系统的信号处理流程
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现代移动通信网络技术
2、垂直面 （2）无线网络用户平面 用于处理相应接口传输的用户数据，包括在该接 口传输的数据流和与数据流对应的数据承载，数 据流由接口上的一个或者多个帧协议定义。
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现代移动通信网络技术
2、垂直面 （3）传输网络控制面 不包含任何无线网络层的信息，包括ALCAP以及 它所使用的信令承载。传输层控制面的ALCAP用 于在接口的两个网络节点之间建立该接口上用户 面的传输承载。传输层控制面是控制平面和用户 平面之间的一个联系桥梁，由于传输层控制面的 引入，才使得无线网络层的应用协议完全独立于 传输层技术。
现代移动通信网络技术
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UTRAN包括许多个RNS， 一个RNS包括一个RNC和 一个或多个Node B。RNS 通过Iu接口连接到核心网， RNC与RNC通过Iur互联， Node B通过Iub接口连接到 RNC上，Node B包括一个 或多个小区。它支持FDD 模式与TDD模式或者双模 式。
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现代移动通信网络技术
2、垂直面 （4）传输网络用户面 包括无线网络层用户面的数据承载以及应用协议 的信令承载，数据承载由传输网络控制面实时控 制，信令承载由操作维护功能控制完成。
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现代移动通信网络技术
5.3.3 物理层
WCDMA无线接口由层一、层二、层三 组成，分别称为物理层（Physical Layer）、媒体接入控制层（Medium Access Control）和无线资源控制层 （Radio Resource Control）。 物理层位于空中接口协议模型的最低层， 提供了高层所需的数据传输业务。这些 业务的存取是依靠经由MAC子层的传输 信道来进行的。
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现代移动通信网络技术
全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖 高效的频谱效率 更高的服务质量、保密性和可靠性 易于从2G系统平滑演进与过渡，并反向兼 容2G系统 能提供多种业务，数据业务速率最高可达 2Mbps
பைடு நூலகம்
车速环境：144kbps 步行环境：384kbps 室内环境：2Mbps
3G的标准
TDMA IS-136
TD-SCDMA
3G为运营商提供了完善的解决方案
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现代移动通信网络技术
多址技术
CDMA
Power
同一时间同一频段上 根据不同的扩频码进 行区分业务信道
TDMA
Power
同频段的业务信道以不 同的时隙进行区分
FDMA
Power
不同的业务信道占用不同的频段
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现代移动通信网络技术
3G的目标
6
现代移动通信网络技术
5.1WCDMA移动通信系统的演进过程 5.1.1 WCDMA系统演进 5.1.2 WCDMA系统的特点
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现代移动通信网络技术
5.1.1 WCDMA系统演进
向3G的演进主要是核心网的演进， 移动通信网络从GSM演进到 GPRS/EDGE，再到WCDMA R99，然 后到R4、R5、R6和R7（即LTE，Long Term Evolution）， 每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网 络，无线接入网络主要由Node B和RNC 组成； 引入了适于分组数据传输的协议和机制， 数据速率可支持144Kbit/s，384Kbit/s， 理论上可达2Mbit/s。
现代移动通信网络技术（5）
孙友伟 张晓燕 畅志贤 编著
人民邮电出版社
移动通信发展
第一代移动通信 1980s
第二代移动通信 1990s
第三代移动通信 现在
GSM AMPS TACS NMT OTHERS PDC CDMA IS95 模拟技术 数字技术 语音业务 宽带业务
UMTS WCDMA CDMA 2000