UMTS空中接口与无线工程概论内容简介

本书是一本关于第三代移动通信空中接口与无线工程方面的技术专著。全书内容共17章，第1章至第3章，简要地介绍了UMTS系统的技术规范体制和基本原理；第4章到第7章详细阐述了UMTS/WCDMA无线网络空中接口技术，包括无线资源管理、无线链路控制、媒体接入控制和物理层；第8章到第11章讨论了无线网络的一些关键技术包括小区重选、切换、功率控制以及高速下行分组接入技术；第12章至第15章，详细介绍了WCDMA系统的无线工程要点，包括无线网络设计和优化的方法和原则、直放站和塔顶放大器在WCDMA系统的应用以及UMTS、CDMA2000、PHS、GSM共存时的系统间干扰分析；第16章总结了WCDMA和CDMA2000两大第三代移动通信主流技术的异同点；第17章提出UMTS网络的全IP化与扁平化演进方向。

第1章UMTS概述1

1.1什么是UMTS？1

1.2WCDMA的演进2

1.3UMTS业务2

1.4UMTS网络3

1.4.1核心网络3

1.4.2UTRAN4

1.4.3用户设备4

1.5UMTS的频段和信道分配5

1.5.1频段5

1.5.2UTRA/FDD发射-接收频率间隔5

1.5.3信道安排5

1.5.4载频5

1.5.5UARFCN6

1.6本书结构6

第2章UMTS基础8

2.1引言8

2.2UMTS网络拓扑结构8

2.3UMTS信令协议栈8

2.3.1电路交换控制层面协议栈9

2.3.2分组交换控制层面协议栈10

2.3.3电路交换用户层面协议栈10

2.3.4分组交换用户层面协议栈10

2.4接入层数据流程11

2.4.1RRC层功能11

2.4.2RLC层功能11

2.4.3MAC层功能11

2.4.4物理层功能11

2.5UMTS信道12

2.6信道映射13

2.6.1BCCH的信道映射13

2.6.2PCCH的信道映射14

2.6.3空闲模式下CCCH到RACH/FACH的信道映射14

2.6.4连接模式下DCCH与DTCH到RACH/FACH的信道映射15

2.6.5专用信道的信道映射15

2.6.6CPCH、DSCH和HS-DSCH的信道映射16

2.7协议状态17

2.7.1空闲模式18

2.7.2连接模式19

2.8UE和用户标识22

2.8.1国际移动用户标识号22

2.8.2临时移动用户标识号22

2.8.3无线网络临时标识号23

2.8.4国际移动设备标识号23

2.9系统帧时钟23

2.9.1系统帧号24

2.9.2连接帧号24

2.10本章小结24

第3章UMTS标准简述27

3.1技术规范组织27

3.1.1业务和系统组27

3.1.2核心网和终端组27

3.1.3无线接入组28

3.1.4GSM EDGE无线接入网络组28

3.23GPP规范版本28

3.33GPP规范编号规则28

3.43GPP规范系列28

3.5本章小结29

第4章无线资源控制30

4.1引言30

4.2RRC消息格式30

4.3系统信息32

4.3.1系统信息块32

4.3.2系统信息块的分割和级联35

4.3.3系统信息消息示例36

4.3.4系统信息块的内容36

4.4寻呼和通知42

4.4.1第1类型寻呼42

4.4.2第2类型寻呼44

4.5RRC连接管理44

4.5.1RRC连接请求45

4.5.2RRC连接建立45

4.5.3RRC连接建立完成46

4.5.4RRC连接释放47

4.6加密及完整性保护控制48

4.6.1加密48

4.6.2安全模式指挥消息48

4.7无线承载控制49

4.7.1无线承载建立49

4.7.2无线承载重新配置50

4.7.3无线承载释放50

4.8UE移动性管理50

4.8.1小区重选50

4.8.2小区更新和URA更新过程51

4.8.3激活集更新过程52

4.8.4RAT间移动性管理52

4.9测量控制和报告53

4.9.1测量控制消息53

4.9.2质量测量54

4.9.3UE内部测量54

4.10NAS消息递送54

4.11本章小结55

第5章无线链路控制58

5.1引言58

5.2第2层基本概念与术语58

5.3RLC功能59

5.4RLC体系结构60

5.5RLC数据传输模式60

5.5.1RLC透明模式61

5.5.2RLC非确认模式62

5.5.3RLC确认模式64

5.6RLC加密67

5.7RLC配置参数68

5.7.1SDU丢弃参数68

5.7.2确认模式可配置参数68

5.8本章小结69

第6章媒体接入控制70

6.1引言70

6.2MAC结构70

6.3逻辑信道到传输信道的映射71

6.4MAC报头71

6.4.1专用逻辑信道的MAC报头72

6.4.2公共逻辑信道的MAC报头73

6.5传输格式组合的选择75

6.6业务量测量75

6.7MAC加密75

6.8MAC RACH功能76

6.8.1MAC RACH流程76

6.8.2接入等级和接入服务等级77

6.8.3坚持度检查77

6.9MAC配置参数78

6.10本章小结79

第7章物理层80

7.1引言80

7.2正交扩频码81

7.2.1正交序列82

7.2.2扩频和解扩频82

7.3扰码85

7.3.1最大长度伪随机二进制序列85

7.3.2Gold码85

7.3.3扰码的产生85

7.4同步码86

7.5物理层定时87

7.6下行链路进程87

7.6.1传输信道到物理信道的数据递送87

7.6.2CRC附加91

7.6.3传输块级联与编码块91

7.6.4信道编码92

7.6.5速率匹配93

7.6.6第一次DTX指示比特嵌入94

7.6.7第一次交织和无线帧分段95

7.6.8传输信道复用和第二次DTX指示比特嵌入96

7.6.9第二次交织96

7.6.10下行链路物理信道的映射97

7.6.11下行链路物理信道的扩频和加扰97

7.6.12下行链路物理信道的调制98

7.7上行链路进程99

7.7.1无线帧均衡100

7.7.2上行链路速率匹配100

7.7.3上行链路物理信道的映射100

7.7.4上行链路物理信道的扩频和加扰100

7.8物理信道结构与信道定时101

7.8.1主公共控制物理信道101

7.8.2辅公共控制物理信道102

7.8.3同步信道103

7.8.4公共导频信道106

7.8.5寻呼指示信道107

7.8.6捕获指示信道107

7.8.7物理随机接入信道108

7.8.8下行链路专用物理信道111

7.8.9上行链路专用物理信道112

7.8.10物理信道间的时间关系114

7.9物理层过程114

7.9.1初始捕获过程114

7.9.2物理随机接入过程115

7.9.3寻呼过程117

7.9.4DPDCH/DPCCH同步118

7.9.5无线链路建立和无线链路失败119

7.9.6测量120

7.10本章小结123

第8章小区重选126

8.1引言126

8.2小区重选类型126

8.3小区重选基本原理127

8.3.1小区重选标准127

8.3.2小区重选排名过程128

8.3.3载频间小区重选130

8.3.4RAT间小区重选130

8.4本章小结130

第9章切换132

9.1引言132

9.2UE测量和报告132

9.3小区分类134

9.4软切换/更软切换135

9.4.1呼叫建立时的软切换/更软切换135

9.4.2UE在Cell_DCH状态下的软切换/更软切换136

9.5载频间切换140

9.5.1虚拟激活集141

9.5.2载频间切换过程141

9.5.3载频间报告事件141

9.6RAT间切换144

9.7压缩模式145

9.7.1压缩模式基本概念145

9.7.2传输间隙式样序列146

9.7.3传输间隙式样147

9.8本章小结149

第10章功率控制152

10.1引言152

10.2下行链路专用信道功率控制153

10.2.1开环功率控制153

10.2.2闭环功率控制153

10.3下行链路公共信道功率控制159

10.3.1公共导频信道和同步信道功率159

10.3.2主公共控制物理信道功率159

10.3.3辅公共控制物理信道功率160

10.3.4寻呼指示信道和捕获指示信道功率160

10.4上行链路专用信道功率控制161

10.4.1上行链路专用信道初始发射功率161

10.4.2上行链路专用信道外环功率控制162

10.4.3上行链路专用信道内环功率控制163

10.5上行链路公共信道功率控制168

10.5.1初始前缀功率168

10.5.2后续前缀功率168

10.5.3RACH消息部分的功率168

10.6压缩方式下的功率控制169

10.6.1压缩模式下行链路功率控制169

10.6.2压缩模式上行链路功率控制170

10.7本章小结171

第11章HSDPA概述173

11.1引言173

11.2HSDPA关键功能173

11.2.1自适应调制和编码174

11.2.2HSDPA传输时间间隔175

11.2.3调度176

11.2.4重传176

11.2.5信道码分配和分组传输的信道码复用177

11.2.6功率分配178

11.2.7下行链路无软切换179

11.2.8HSDPA UE能力179

11.3HSDPA信道180

11.3.1HS-DSCH180

11.3.2HS-PDSCH180

11.3.3HS-SCCH181

11.3.4HS-DPCCH182

11.4HSDPA物理层处理流程183

11.4.1HSDPA物理层处理流程的步骤183

11.4.2CQI报告184

11.5HSDPA配置参数184

11.5.1小区的HSDPA参数184

11.5.2UE的HSDPA参数185

11.5.3固定参数186

11.6部署HSDPA系统的一般考虑187

11.6.1部署策略187

11.6.2部署选择187

11.6.3用户移动性187

11.6.4HSDPA系统对Release 99系统的影响187

11.7本章小结188

第12章WCDMA无线网络规划190

12.1引言190

12.2容量和覆盖190

12.3上行链路分析190

12.3.1比特速率191

12.3.2话务负载191

12.3.3处理增益191

12.3.4Eb/Io要求191

12.3.5传播环境192

12.3.6Node B接收机噪声系数192

12.3.7接收机灵敏度、极限容量和负载192

12.3.8干扰引起的噪声提升193

12.3.9天线增益、馈线损耗和人体损耗194

12.3.10阴影衰落、覆盖概率和阴影衰落余量195

12.3.11快衰落余量196

12.3.12软切换增益197

12.3.13UE发射功率197

12.3.14穿透损耗197

12.3.15上行链路预算198

12.4传播模型199

12.4.1Okumura模型199

12.4.2Hata模型199

12.4.3COST 231-Hata模型200

12.4.4李氏模式200

12.5下行链路分析200

12.6开销信道功率分配201

12.7扰码规划202

12.8基站天线203

12.8.1天线增益和波瓣宽度203

12.8.2天线下倾角204

12.8.3旁瓣抑制和零点填充204

12.8.4双极化天线204

12.8.5驻波比和前后增益比204

12.8.6天线的机械性能205

12.9WCDMA RF规划流程205

12.10本章小结206

第13章WCDMA无线网络优化208

13.1引言208

13.2无线网络优化概述208

13.3无线网络优化中的一些问题209

13.3.1小区呼吸效应209

13.3.2导频污染209

13.3.3远近效应210

13.3.4拐角效应210

13.3.5切换问题210

13.3.6邻区列表不完整210

13.4优化前准备211

13.4.1硬件检查211

13.4.2天馈线安装抽检211

13.5路测优化211

13.5.1无线优化计划211

13.5.2基站验证212

13.5.3基站簇优化213

13.5.4系统性能验证215

13.5.5无线优化工具216

13.5.6UMTS性能指标216

13.6话务统计优化217

13.6.1话务统计数据采集和处理218

13.6.2UMTS主要话务统计指标218

13.7本章小结218

第14章直放站与塔顶放大器的应用220

14.1引言220

14.2直放站在工程上应考虑的问题221

14.2.1直放站的覆盖目标221

14.2.2基站接收机灵敏度降低221

14.2.3等效直放站噪声系数222

14.2.4施主链路特性222

14.2.5导频辨识222

14.2.6天线隔离度和增益设定222

14.2.7切换问题223

14.2.8施主基站负荷问题223

14.2.9直放站放大窄带干扰的问题223

14.3WCDMA网络中涉及直放站运用可能出现的主要问题223

14.3.1直放站覆盖区域内无法起呼224

14.3.2直放站覆盖区域内高掉话率224

14.3.3直放站覆盖区域内手机发射功率高224

14.3.4直放站覆盖区域小于预期224

14.3.5直放站覆盖区域内切换频繁224

14.3.6无法和邻近小区切换225

14.3.7直放站覆盖区域内接入时间长225

14.3.8施主基站覆盖减弱225

14.3.9施主基站覆盖范围内无法起呼、高掉话率或手机发射功率过高225

14.3.10导频污染225

14.4直放站部署指导原则226

14.4.1直放站位置选择226

14.4.2直放站的安装226

14.4.3直放站安装后的基本调测226

14.5塔顶放大器227

14.5.1基站等效噪声系数改善和链路预算改善原理分析227

14.5.2塔顶放大器的应用228

14.6本章小结228

第15章系统间的干扰229

15.1引言229

15.2邻道性能229

15.2.1邻道干扰功率比229

15.2.2邻道泄漏功率比229

15.2.3邻道选择性230

15.2.4ACIR、ACLR与ACS之间的关系231

15.3UMTS与CDMA2000系统之间的干扰231

15.4UMTS与PHS系统之间的干扰233

15.4.1PHS基站发射机与UMTS基站接收机之间的干扰分析233

15.4.2UMTS与PHS系统之间的干扰仿真236

15.5UMTS与GSM系统之间的干扰236

15.5.1杂散辐射的隔离度要求237

15.5.2三阶交调的隔离度要求237

15.5.3接收机过载的隔离度要求237

15.5.4综合的隔离度要求237

15.6本章小结237

第16章WCDMA和CDMA2000的比较239

16.1引言239

16.2WCDMA和CDMA2000的相似点239

16.2.1物理层概念239

16.2.2物理层过程239

16.2.3信道化和扩频概念239

16.2.4功率控制240

16.2.5功能类似的物理信道240

16.2.6术语不同的类似功能240

16.3WCDMA和CDMA2000的不同点241

16.3.1网络同步241

16.3.2RF特征241

16.3.3信道结构241

16.3.4额外开销241

16.3.5寻呼操作242

16.3.6载频间和系统间硬切换242

16.4本章小结242

第17章UMTS网络的全IP化与扁平化演进方向243

17.1引言243

17.2传统UMTS架构演进到全IP架构243

17.3基于扁平化IP概念的未来UMTS架构244

17.3.1BSR概念244

17.3.2BSR与4G网络架构的关系体系结构244

17.4BSR扁平化IP架构为UMTS网络带来的优势245

17.5本章小结2462100433B

在移动通信当中，电话终端用户与基地台通过空中接口（Air Interface）互相连结。“空中接口”是基站和移动电话之间的无线传输规范，它定义每个无线信道的使用频率、带宽、接入时机、编码方法以及越区切换。在GSM/UMTS中，各种形式的 UTRA 标准便是空中接口，也就是一种接入模式 "Access Modes"。

在OSI模型之下，空中接口属于第一层与第二层的实作。

1空中接口用户面

用户面协议结构如图4所示。用户面PDCP、RLC和MAC子层（空中接口的网络侧终结于eNB）主要完成报头压缩、加密、调度、ARQ和HARQ等功能。

2空中接口控制面

控制面协议结构如图5所示。其中NAS部分为eNB透传，主要完成EPS承载管理、鉴权、ECM-IDLE移动性处理、ECM-IDLE状态发起寻呼和安全控制等功能；RRC完成广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动性功能和UE的测量报告和控制功能；PDCP子层主要完成加密/完成性保护、传送控制平面数据等功能。RLC和MAC子层在用户面和控制面执行功能没有区别。

空中接口是一个形象化的术语，是相对于有线通信中的“线路接口”概念而言的。有线通信中“线路接口”定义了物理尺寸和一系列的电信号或者光信号规范；无线通信技术当中，“空中接口”定义了终端设备与网络设备之间的电波链接的技术规范，使无线通信像有线通信一样可靠 。