第3代无线通信网络

本书重点介绍第3代（3G）移动通信技术中UMTS和CDMA2000两个标准的技术体制和系统集成原则。书中内容分为三大部分。第一部分包括第1章到第5章，概略介绍1G系统、2G系统、2.5G系统和3G系统的技术体制；第二部分包括第6章到第9章，详细介绍了UMTS和CDMA2000的技术细节，并专门介绍VoIP技术和无线传输信道模型；第三部分包括第10章到第14章，讨论了设计建设UMTS系统和CDMA2000系统的方法和原则。
本书的主要读者对象是从事通信设备研制和通信系统集成的广大工程技术人员，也可作为高等院校通信、计算机等专业在校师生的参考。

Clint Smith是o2wireless公司系统工程部的副主任，主管技术服务。他有非常丰富的工作经验，他为蜂窝系统、PCS、LMDS、ESMR等多种通信系统做过射频及网络方面的设计和优化，这些通信系统使用的设备来自多家公司，如Lucent、Ericsson、Nortel、Motorola和Netro等。他还负责过系统级的设计和优化、建筑物和遂道内的特殊应用、网络管理中心的设计和部署。作为无线通信运营者，他还曾担任过工程负责人，主持完成了纽约市的NYNEX Mobile工程。除此之外，他还在摩托罗拉蜂窝基础设施组织（Motorola Cellular Infrastructure Group）做过设备销售商。他在产业期刊上发表过大量的文章，并且是《LMDS：Local Multipoint Distribution Service,Wireless Telecom FAQs,Practical Cellular and PCS Design》的作者，也是《Cellular System Design and Optimization》的作者之一。Clint从Stevens Institute of Technology（斯蒂文斯技术学院）获得了学士学位，从Fairleigh Dickinson University获得了商业管理专业的硕士学位。他具有注册工程师身份。

本书的主要读者对象是从事通信设备研制和通信系统集成的广大工程技术人员，也可作为高等院校通信、计算机等专业在校师生的参考。

第1章 无线通信概述　1
1.1 移动通信的飞速发展　1
1.2 一个简短的发展历史　1
1.2.1 第1代系统的发展历史　2
1.2.2 第2代系统的发展历史　2
1.2.3 通往第3代技术之路　7
1.3 移动通信基础　8
1.3.1 基本网络结构　10
1.3.2 空中接口接入技术　11
1.3.3 漫游　14
1.3.4 切换　15
1.4 无线通信的过渡　16
1.5 一致性过程　17
1.6 后续章节概述　17
参考文献　17

第2章 第1代（1G）移动通信系统　19
2.1 第1代（1G）　19
2.2 1G系统　20
2.3 1G系统的体系结构　22
2.4 MTSO的一般配置结构　23
2.5 小区站点的一般配置　24
2.6 呼叫建立过程　25
2.7 切换（Handoff）　27
2.8 频率复用　28
2.9 频带分配　30
2.10 信道频带计划（Channel Band Plan）　30
2.11 1G系统　33
参考文献　33

第3章 第2代（2G）移动通信系统　34
3.1 概述　34
3.2 2G系统对1G系统的增强　38
3.3 与现有1G系统的集成　38
3.3.1 GSM　38
3.3.2 TDMA（IS-54/IS-136）　39
3.3.3 CDMA　40
3.4 GSM系统介绍　43
3.4.1 GSM网络体系结构　43
3.4.2 GSM空中接口　47
3.4.3 空中接口信道的类型　48
3.4.4 空中接口信道结构　49
3.4.5 GSM业务情况　51
3.4.6 位置更新　51
3.4.7 移动台发起的话音呼叫　53
3.4.8 移动台接收的话音呼叫　55
3.4.9 切换　56
3.4.10 业务量计算方法　59
3.5 IS-136系统介绍　59
3.5.1 IS-54数字话音信道　60
3.5.2 控制信道　64
3.5.3 移动台协助切换（MAHO）　65
3.5.4 频率复用　65
3.6 IS-95系统介绍　66
3.6.1 CDMA小区基站的标准配置　66
3.6.2 导频信道分配　68
3.6.3 前向CDMA信道　69
3.6.4 反向CDMA信道　71
3.6.5 呼叫处理　72
3.6.6 切换　73
3.6.7 导频信道PN指配　78
3.6.8 链路预算　81
3.6.9 传输模型　83
3.7 综合调度加强网（iDEN）　85
3.8 数字分组数据网（CDPD）　94
3.9 总结　97
参考文献　97
第4章 第3代（3G）概述　99
4.1 引言　99
4.2 通用移动电信业务系统（UMTS）　103
4.2.1 向UMTS的过渡路径和第3代无线通信伙伴项目组织　103
4.3 UMTS 业务　104
4.3.1 UMTS语音业务（UMTS speech service）　105
4.4 UMTS空中接口　106
4.4.1 WCDMA基础　106
4.4.2 频带分配（spectrum allocation）　110
4.5 3GPP协议1999版网络体系结构概述　110
4.6 3GPP协议第4版网络体系结构概述　112
4.7 3GPP协议第5版全IP网络体系结构概述　114
4.8 CDMA2000概述　116
4.8.1 过渡路径　116
4.8.2 系统体系结构　118
4.8.3 频谱　119
4.9 WCDMA／CDMA2000／CDMA间的共同性　119
参考文献　120

第5章 过渡阶段：2.5代（2.5G）　123
5.1 什么是2.5代（2.5 G）　123
5.2 在2G上的增强　124
5.3 技术平台　124
5.4 通用分组无线电业务（GPRS）　125
5.4.1 GPRS业务　125
5.4.2 GPRS用户装置　127
5.4.3 GPRS空中接口　128
5.4.4 GPRS控制信道　129
5.4.5 分组数据业务信道　130
5.4.6 GPRS网络体系结构　130
5.4.7 GPRS业务情况　134
5.4.8 SGSN间路由区更新　143
5.4.9 业务量计算和GPRS网络规模确定　145
5.5 全球演进增强型数据率（EDGE）　147
5.5.1 EDGE网络的体系结构　148
5.6 高速电路交换数据（HSCSD）　151
5.7 CDMA2000（1XRTT）　152
5.7.1 部署问题　153
5.7.2 系统体系结构　155
5.7.3 频率规划　158
5.7.4 切换　158
5.7.5 业务量计算方法　159
5.7.6 部署　159
5.8 无线应用协议　161
5.9 由2G到2.5G再到3G的过渡路径　162
参考文献　163

第6章 通用移动通信系统　166
6.1 介绍　166
6.2 UMTS的基本知识　166
6.3 WCDMA空中接口　167
6.3.1 上行链路扩频、加扰和调制　168
6.3.2 下行链路扩频、扰码和调制　173
6.3.3 WCDMA空中接口协议体系结构　176
6.3.4 WCDMA信道类型　178
6.3.5 WCDMA功率控制　184
6.3.6 用户数据传输　185
6.4 UTRAN结构　189
6.4.1 RNC的功能任务　191
6.4.2 UTRAN接口和协议　191
6.4.3 UMTS话音呼叫建立　197
6.4.4 UMTS分组数据会话　199
6.5 切换　201
6.6 UMTS核心网络演变　203
6.6.1 3GPP协议第4版网络结构　203
6.6.2 3GPP协议第5版，IP多媒体领域　205
参考文献　206

第7章 CDMA2000　209
7.1 无线和网络组成部分　211
7.1.1 分组数据业务节点（PDSN）　213
7.1.2 认证、授权与计费（AAA）　213
7.1.3 本地代理　213
7.1.4 路由器　213
7.1.5 原籍位置寄存器（HLR）　214
7.1.6 基站收发信台（BTS）　214
7.1.7 基站控制器（BSC）　215
7.2 网络结构　215
7.2.1 分布式　216
7.2.2 区域式　217
7.2.3 集中式　217
7.3 分组数据传输处理流程　218
7.3.1 简单IP　221
7.3.2 能实现虚拟专用网的简单IP协议　223
7.3.3 移动IP（3G）　224
7.3.4 能实现虚拟专用网的移动IP协议　224
7.4 无线网络　226
7.4.1 CDMA信道分配　227
7.4.2 前向链路信道　228
7.4.3 反向信道　230
7.4.4 SR和RC　232
7.4.5 功率控制　233
7.4.6 Walsh码　233
参考文献　235

第8章 IP电话（VoIP）技术　238
8.1 绪论　238
8.2 为什么用VoIP　238
8.3 IP传输基础　239
8.4 VoIP的挑战　240
8.5 H.323　241
8.5.1 H.323网络结构　241
8.5.2 H.323协议概述　242
8.5.3 H.323呼叫建立　244
8.5.4 H.323呼叫释放　246
8.5.5 H.323快速连接程序　247
8.6 会议发起协议　248
8.6.1 SIP网络结构　248
8.6.2 SIP呼叫建立　250
8.6.3 SIP消息中的信息　251
8.6.4 会话描述协议　251
8.7 分布式结构和媒体网关控制　254
8.7.1 MEGACO协议　255
8.8 VoIP和SS7　261
8.8.1 Sigtran协议组　263
8.8.2 Sigtran应用举例　265
8.9 VoIP业务质量　267
8.9.1 资源预留协议　267
8.9.2 区分业务模型　268
8.9.3 多协议标记交换（MPLS）　268
参考文献　269

第9章 3G系统射频设计需要考虑的事项　271
9.1 RF系统设计过程　273
9.1.1 新的无线系统设计过程　274
9.1.2 2.5G或3G升级RF设计过程　274
9.2 方法论　275
9.3 链路预算　276
9.4 传播模型　279
9.4.1 自由空间　281
9.4.2 Hata模型　281
9.4.3 Cost231 Walfisch/Ikegami模型　281
9.4.4 Cost231-Hata模型　284
9.4.5 快速模型　284
9.5 塔顶放大器　284
9.6 RF设计方针　285
9.7 小区基站的设计　287
9.7.1 搜索区域　287
9.7.2 站点性能认证　287
9.7.3 站点接受（SA）　288
9.7.4 站点拒绝（SR）　288
9.7.5 站点激活　289
9.7.6 FAA方针　289
9.7.7 EMF符合　289
9.8 RF设计报告　290
9.8.1 封面图表　290
9.8.2 实行概要　290
9.8.3 修定本　290
9.8.4 内容表　290
9.8.5 介绍　290
9.8.6 设计标准　291
9.8.7 现存的系统纵览　291
9.8.8 覆盖目标　291
9.8.9 覆盖质量　291
9.8.10 内部系统覆盖　291
9.8.11 链路预算　292
9.8.12 分析　292
9.8.13 要求汇总　292
参考文献　292

第10章 网络设计方面的考虑　294
10.1 概述　294
10.2 业务预测　294
10.2.1 用户预测　295
10.2.2 话音业务使用率预测　295
10.2.3 数据业务使用率预测　296
10.3 建造提前量　297
10.4 网络节点的规模确定　297
10.4.1 BSC的规模确定　298
10.4.2 UMTS RNC的规模确定　298
10.4.3 MSC的规模确定　299
10.4.4 SGSN和GGSN的规模确定　300
10.4.5 PDSN和原籍代理的规模确定　300
10.4.6 其它网络元件的规模确定　301
10.5 接口设计和传输网络的考虑　301
10.6 网络节点的布置和网络的总体结构　303
10.6.1 花费最优化（cost optimization）　303
10.6.2 对于All-IP网络的考虑　304
10.6.3 对于网络可靠性的考虑　305
第11章 天线系统选择　307
11.1 基站天线　307
11.2 性能指标　308
11.3 分集　310
11.4 安装事项　312
11.4.1 天线侧壁安装　316
11.4.2 天线安装容差　317
11.5 dBi和dBd单位换算　317
11.6 智能天线　318
参考文献　319

第12章 UMTS系统设计　321
12.1 网络设计的基本原则　321
12.2 射频覆盖设计　322
12.2.1 链路预算　322
12.3 射频容量分析　328
12.3.1 上行链路小区负荷计算　329
12.3.2 下行链路小区负荷计算　332
12.3.3 负载分担　336
12.4 无线接入网设计　338
12.4.1 Iub接口容量估算　338
12.4.2 RNC数量的确定　340
12.4.3 UTRAN传输网络设计　340
12.5 基于GSM部署UMTS系统　343
参考文献　344

第13章 CDMA2000系统设计　345
13.1 设计方法　345
13.2 系统部署原则　346
13.2.1 1X　349
13.2.2 1XEV-DO　349
13.2.3 1XEV-DV　349
13.3 系统业务估计　349
13.4 无线网络单元　354
13.4.1 站点天线配置　355
13.4.2 BTS（基站收发信台）　355
13.4.3 信道单元规模的确定　356
13.4.4 无线分组数据业务　357
13.5 固定网络设计要求　357
13.5.1 PDSN节点（分组数据业务节点）　358
13.5.2 分组区　359
13.5.3 设计利用率　359
13.5.4 IP地址规划　359
13.6 业务模型　362
13.6.1 Walsh码　363
13.6.2 分组数据业务速率　374
13.7 切换　377
13.7.1 搜索窗　377
13.7.2 软切换　377
13.8 PN码偏置规划　378
13.9 链路预算　380
13.10 系统设计范例　383
13.10.1 新建CDMA2000-1X系统　384
13.10.2 从IS-95系统向CDMA2000-1X系统演进　392
13.10.3 从CDMA2000-1X向CDMA-2000-3X的演进　403
参考文献　414

第14章 通信站点　416
14.1 通信站点类型　416
14.1.1 宏小区站点　417
14.1.2 全向小区站点　417
14.1.3 定向小区站点　419
14.1.4 微小区站点　419
14.1.5 微微小区站点　420
14.2 站点安装　421
14.2.1 电缆铺设　421
14.2.2 天线安装　421
14.2.3 分集间距　422
14.2.4 天线楼顶安装　422
14.2.5 天线侧壁安装　423
14.3 塔　424
14.4 室内站点　426
14.5 互调　427
14.5.1 互调检查程序　428
14.6 隔离度　428
14.7 通信站点检查清单　430
参考文献　431

索引　432

移动通信从20世纪80年代初开始商用，至今已有20多年的历史。经历了80年代的第1代模拟移动通信技术，90年代第2代数字移动通信技术(主要为GSM和窄带CDMA技术)，在新世纪之初，以支持移动多媒体业务为特征的第3代移动通信即将投入商用。 第3代移动通信系统最早于1985年由国际电信联盟(ITU)提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，1996年更名为IMT-2000(国际移动通信-2000)。与前两代系统相比，第3代移动通信系统的主要特征是可提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kbit／s速率、步行慢速移动环境支持384kbit／s速率、室内环境支持2Mbit／s速率的数据传输。其设计目标是为了提供比..

在无线通信产业的发展过程中，不断地出现新的机遇和挑战。无线通信设备需求量在不断增加，未来分组数据业务对于传输带宽的需求也在不断增加，这些因素正推动着多方面的力量不断努力，为解决这些问题而献计献策。正如任何投入市场使用的新技术或者新平台一样，没有一个真正的可以依循的基准，因为一切都是全新的，没有现实的案例或者先前的信息可以效仿。 我们撰写这部书，意在帮助读者消除可能的混乱，向读者讲解在已有的或者新建的无线通信系统中传输移动数据时涉及到的很多技术细节，所针对的通信系统可能使用UMTS，也可能使用CDMA2000。当前的无线通信系统运营商要么正忙于建设2．5G的无线通..