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wcdma通信原理 issue 1.0,page 2,内容介绍,第一章 wcdma网络概述 第二章 wcdma系统使用的相关技术 第三章 wcdma码分多址的工作原理 第四章 wcdma信道 第五章 wcdma发射分集/切换和功率控制,wcdma网络概述,wcdma系统社会需求 wcdma网络结构 wcdma网络组件 移动台（ue）:me、usim 基站系统（utran）:nodeb、rnc 核心网（cn）：gmsc、msc、ggsn、sgsn、hlr、vlr、eir、auc、iwf、ec 网关系统（omc）：omc、nmc wcmda网络接口,wcdma系统社会需求,移动用户市场在不断扩大 以满足用户任何时间任何地点获取数据业务信息的要求 运营商为了获取更大的利润，必需提供极具吸引力的增值服务数据业务 网络尽量保持平滑过渡 用户希望得到高速数据服务以达到移动多媒体的效果,wcdma系统社会需求,gprs系统的局限性：,gprs数据速率最大171.2kbps（理论值） gprs相对与gsm在调制技术上没有改进 gprs仍基于tdma，频率利用率远低于cdma,wcdma系统社会需求,wcdma系统的特点,采用cdma技术 基于atm的传输语音和数据 高的传输速率 丰富的增值服务 是新的利润增长点 能从2.5g平滑过渡,wcdma网络结构(与gsm/gprs比较）,ms,rnc,sgsn,packet switched network,ue,wcdma网络结构,rnc,sgsn,ue,ggsn,msc,feature servers,internet,pstn,wcdma网络组件,用户设备（ue） 移动设备（me）： 支持无线接入 网络注册 位置更新 无usim可紧急呼叫 支持端对端的应用（和电脑的接口） 用户识别模块（usim） 用于识别唯一的移动台使用者,wcdma网络组件,umts陆地无线接入网（utran） 包括多个无线网络系统（rns） 无线网络系统（rns） 无线网络控制器（rnc） nodeb,wcdma网络组件,无线网络系统（rns） rns是用户与msc/sgsn的连接枢纽 rns由一个rnc与若干个nodeb组成 rns是一个逻辑概念,wcdma网络组件,无线网络控制器（rnc） rnc用来支持和管理它下面所带的nodeb rnc的功能为： 提供无线资源，为nodeb提供相应的服务 过载和拥塞控制 管理功能 决定并控制切换 功率控制 在iub/iur之间路由数据,wcdma网络组件,nodeb 负责一个或多个小区的无线收发 能够处理l1信息 调制/解调 每个nodeb支持最多6个小区,wcdma网络组件,核心网（cn） 核心网电路交换（cn-cs:core networkcircuit switched） gmsc/msc/vlr/iwf/ec 核心网分组交换（cn-ps:core networkpacket switched） ggsn/sgsn cn-cs与cn-ps共享部分 hlr/auc/eir,msc,auc,vlr,iwf,hlr,cn-cs,cn-ps,ec,gmsc,eir,ggsn,sgsn,cn,sgsn,ggsn,page 15,wcdma网络接口,ue,ue,um,uu,nodeb,rnc,nodeb,rns,iub,nodeb,rnc,nodeb,rns,iub,bts,bsc,bts,bss,abis,eir,hlr,auc,h,gmsc,msc/vlr,cn,iur,a,iucs,iups,iups,iucs,f,d,ge,gf,gr,gc,c,gs,gb,gn,msc/vlr,wcdma网络接口,ue与nodeb之间的接口 接口名称： ue与nodeb:uu，又称空中接口 接口协议 19201980mhz（uplink）；21102170mhz（downlink）；欧洲频段 18501910mhz（uplink）；19301990mhz（downlink）；美国频段频段,wcdma网络接口,无线网络子系统（rns）内部组件的接口 接口名称： nodeb与rnc:iub接口 接口协议 无线网络层：nbap(nodeb application part),fp(frame protocol) 传输网络层：atm 物理层：e1,t1,stm-1,wcdma网络接口,无线网络子系统（rns）内部组件的接口 接口名称： rnc与rnc:iur接口 接口协议 无线网络层：rnsap(radio networt subsystem application part),fp(frame protocol) 传输网络层：atm 物理层：e1,t1,stm-1,rnc,rnc,nodeb,nodeb,nodeb,nodeb,iur,wcdma网络接口,rnc与cn之间的接口 接口名称： rnc与msc:iu-cs rnc与sgsn:iu-ps 接口协议 无线网络层：ranap(radio access networt application part),fp(frame protocol) 传输网络层：atm 物理层：e1,t1,stm-1,page 20,内容介绍,第一章 wcdma网络概述 第二章 wcdma系统使用的相关技术 第三章 wcdma码分多址的工作原理 第四章 wcdma信道 第五章 wcdma发射分集/切换和功率控制,wcdma系统使用的相关技术,调制技术 四相相移键控（qpsk） 扩频技术 直接序列扩展频谱 扩频后码片速率3.84mcps，1个wcdma载频信道宽度5mhz 信道编码技术 交织 卷积码 turbo码,page 22,内容介绍,第一章 wcdma网络概述 第二章 wcdma系统使用的相关技术 第三章 wcdma码分多址的工作原理 第四章 wcdma信道 第五章 wcdma发射分集/切换和功率控制,wcdma码分多址的工作原理,多址方式 ovsf code scrambling code gold code,多址方式,ovsf&walsh,ovsf码的互相关为零，相互完全正交。walsh与ovsf码一样,ovsf code,在wcdma系统中，ovsf code用来区分同一个扇区的不同用户（信道） 假设：某扇区有三个用户（信道）通话：s1(t),s2(t),s3(t) 每个用户各分配一个ovsf序列：cch.sf.i， cch.sf.j， cch.sf.k 那么，空中信号s为： s= s1(t) cch.sf.i+ s2(t) cch.sf.j+ s3(t) cch.sf.k 问题：如何将所需要的信号提取出来呢？,ovsf code,依据ovsf的正交特性，选取相应的ovsf，即可解调出所需信号 假设：想提取s1(t) ，则应选s1(t) 所对应的ovsf序列cch.sf.i 依据ovsf的正交特性 cch.sf.i s= s1(t) cch.sf.i+ s2(t) cch.sf.j + s3(t) cch.sf.k cch.sf.i = s1(t) cch.sf.i cch.sf.i s2(t) cch.sf.j cch.sf.i s3(t) cch.sf.k cch.sf.i = s1(t),scrambling code,问题： 实际蜂窝系统中，信道复用被广泛应用。在不同载频和扇区之间必需复用ovsf。当空中出现多个相同的cch.sf.i时，如何将所需的信号提取出来？ 先区分扇区，再区分不同的用户（信道） 引入扰码（scrambling code）,扰码在wcdma系统中， 下行：扰码主要用来区分不同扇区 上行：扰码主要用来区分不同的ue 主要编码类型为gold code,scrambling code,相关的m-sequence当同步（时间对其时），其自相关的归一化值为1。 相同的m-sequence当不同步（时间不对齐时），其自相关的归一化值为1/l，l=2n -1（称为该伪随机序列的长度），当l值趋于较大值时，该值趋于0。,gold code,伪随机序列（m-sequence）的自相关性,gold序列生成,gold序列的随机性好，符合伪随机序列的特性 0和1发生的相对频率各为1/2，连续出现0或1的概率小,利用一对优选对（两个m-sequence的长度分别为2n1），将各自产生的序列相对移位，然后模二加，即可得到2n1gold code序列（包含原始的两个m-sequence） gold code互相关特性优于m-sequence互相关特性。 gold code自相关特性：ci(t)cj(t)=1 (i=j) gold code互相关特性：ci(t)cj(t) 1 (ij),gold 序列的产生,ovsf code和gold code的应用,假设： 两个扇区，扰码分别为：csi.(t); csj.(t); 每个扇区各有两个信道通话：s1a(t),s1b(t),s2a(t), s2b(t) 每个信道分配一个ovsf code：cch.m(t)， cch.n(t); cch.m(t)， cch.n(t) 则空中的合成信号s为： s= s1a(t) cch.m(t) csi.(t) + s1b(t) cch.n(t) csi.(t)+ s2a(t) cch.m(t) csj.(t) + s2b(t) cch.n(t) csj.(t) 问题：如何将s1a(t) 从s提取出来呢？,ovsf code和gold code的应用,首先区分扇区，用csi.(t)来提取该扇区信号： csi.(t) s= csi.(t) s1a(t) cch.m(t) csi.(t) + s1b(t) cch.n(t) csi.(t)+ csi.(t) s2a(t) cch.m(t) csj.(t) + s2b(t) cch.n(t) csj.(t) s1a(t) cch.m(t)+ s1b(t) cch.n(t) (因为： csi.(t) csi.(t) 1； csi.(t) csj.(t) 1) 然后利用ovsf code的正交特性提出s1a(t) ： cch.m(t) csi.(t) s cch.m(t) cch.m(t) s1a(t) cch.m(t) cch.n(t) s1b(t) s1a(t) (因为： cch.m(t) cch.m(t) 1； cch.m(t) cch.n(t) 0),page 35,内容介绍,第一章 wcdma网络概述 第二章 wcdma系统使用的相关技术 第三章 wcdma码分多址的工作原理 第四章 wcdma信道 第五章 wcdma发射分集/切换和功率控制,上行物理信道,专用物理信道（dpch） 专用物理数据信道（dpdch） dpdch:dedicated physical data channel 专用物理控制信道（dpcch） dpcch:dedicated physical control channel 随机接入物理信道（prach） prach:physical random access channel 公共分组物理信道（pcpch） pcpch:physical common packet channel,上行物理信道,专用上行物理信道（ul-dpch）： 功能：上行基本业务承载信道，用于ue在通信过程中传送话音，数据和控制信息 ul-dpch由两种信道组成： 上行数据信道（ul-dpdch）：传输话音和数据 上行控制信道（ul-dpcch）：传输物理层的控制消息,上行物理信道,随机接入信道（prach）： 功能：属于上行公共物理信道，用于传送移动台的随机接入信息,上行物理信道,物理公共分组信道（pcpch）： 功能：属于公共物理信道，用于移动台传送快速、频繁的数据和控制信息 内容： 高速数据和控制信息,下行物理信道,专用下行物理信道（dedicated downlink physical channel-dpch） dedicated physical data channel-dpdch dedicated physical control channel-dpcch 公共下行物理信道（common downlink physical channel-cpch） 同步信道（synchronization channel） p-sch s-sch 公共导频信道（common pilot channel-cpich） p-pich s-pich,下行物理信道,专用下行物理信道（dl-dpch） 功能：属于下行基本业务承载信道，用于基站在通信过程中传送话音，数据和控制信息 内容：传送下行的话音，数据和控制信息 dpch信道由两部分组成：dpdch和dpcch dpdch ：用于传送话音和数据 dpcch：用于传送控制信息,下行物理信道,sch:synchronization channel sch属于下行同步信道，用于给手机提供小区搜索导引，并区分不同的小区 sch由两种类型 主同步信道p-sch：在移动台接入系统时，为其提供搜索的同步基准 辅同步信道s-sch：在移动台接入系统时，为其提供获取该小区所使用的主扰码信息,同步信道（sch）,下行物理信道,cpich属于下行导引信道，在接收信号时的相位参考基准 cpich由两种类型： cpich由两种类型 主导频信道p-cpich：作为ue在接收信号的相位参考基准 辅导频信道s-cpich：可以作为s-ccpch和dpch的参考相位，由高层信令通知移动台,下行公共导频信道（dl-cpich）,下行物理信道,功能：用于承载下行系统控制和广播信息 内容：传送小区系统消息（bcch） 辅公共控制物理信道（s-ccpch） 功能：用于承载下行寻呼、接入指示信道 内容：传送寻呼消息（pch）和信道指配消息（fach）,主公共控制物理信道（p-ccpch）,下行物理信道,pdsch:物理下行共享信道（physical downlink shared channel） 功能：属于下行共享信道，用于给多个手机提供高速数据传送通道。 aich:捕获指示信道（acquisition indicator channel） ap-aich：接入前置捕获指示信道（cpch access preamble acquisition indicator channel） cd/ca-ich：碰撞检测/信道指配信道（cpch collision detection/assignment indicator channel） pich：寻呼指示信道（paging indicator channel） csich：状态指示信道（cpch status indicator channel）,wcdma下行信道还有很多：,page 46,内容介绍,第一章 wcdma网络概述 第二章 wcdma系统使用的相关技术 第三章 wcdma码分多址的工作原理 第四章 wcdma信道 第五章 wcdma发射分集/切换和功率控制,为了减少下行物理信道之间的干扰，更好地配合移动台的接收，下行链路物理信道在发射时采用两个正交天线发送一种信息的不同调制信号，这种方法叫做发射分集。 开环发射分集 空时发射分集（sttd：space time transmit diversity） 时间切换发射分集（tstd：time switched transmit diversity） 闭环发射分集(lose loop transmit diversity),wcdma的发射分集,空时发射分集（sttd）,sttd,encoded,channel bits,for antenna 1 and antenna 2.,空时发射分集的基本原理时原始数据平行送到两路数据处理设备加以处理，相互交叉混合，然后送到两根天线同时发射。sttd编码功能在utran是可选的，但是ue必须支持。此技术可用于除sch以外的所有下行信道。,sch上的时间切换传输分集（tstd）,tx off,tx off,tx off,tx off,tstd是将原始数据经处理后，有规律地送到不同的天线交替发射，此分集模式仅用于同步信道sch