华为技术培训教程-WCDMA系统基本原理.ppt

WCDMA系统基本原理,无线案例与培训部 WRAN培训组,Page 1,学习完此课程，您将会： 掌握WCDMA系统的发展历程 掌握CDMA技术的基本原理 掌握WCDMA系统结构及无线网络接口 掌握WCDMA系统无线信道类型及其功能 掌握WCDMA系统主要的信令流程,目 标,Page 2,内容介绍,第1章 3G概述 第2章 CDMA基本原理 第3章 WCDMA系统结构 第4章 WCDMA无线接口 第5章 WCDMA信令流程,Page 3,什么是3G?,讨论篇-请思考,Page 4,移动通信发展历程,3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案,Page 5,3G发展概述,第三代移动通信的提出 IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000） 原计划该系统于 2000年左右商用 工作的频段在2000MHz（2.1GHz） 最高业务速率为 2000Kbps（2Mbps）,Page 6,3G频谱分配,Page 7,中国3G频谱分配（2002年11月）,（一）主要工作频段： 频分双工（FDD）方式：19201980MHz21102170MHz 时分双工（TDD）方式：18801920MHz、20102025MHz （二）补充工作频率： 频分双工（FDD）方式：17551785MHz18501880MHz 时分双工（TDD）方式：23002400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定 （三）卫星移动通信系统工作频段： 19802010MHz21702200MHz,Page 8,WCDMA能够使用的频段,（一）主要工作频段： 19201980MHz21102170MHz WCDMA频点计算公式：频点号频率5 上行中心频点号：96129888 下行中心频点号：1056210838 （二）补充工作频率： 17551785MHz18501880MHz 中国移动和中国联通目前已有的GSM频段以后可以用于WCDMA,Page 9,WCDMA的扩展频段,Page 10,讨论篇-开动脑筋,“Service is the life of 3G” 你怎么理解 ? 3G将会给我们的生活带来那些改变 ? 3G的业务是如何分类的 ?,Page 11,丰富的3G业务,时延,误码,不同业务QOS要求,会话类业务,流类业务,交互类业务,背景类业务,Page 12,内容介绍,第1章 3G概述 第2章 CDMA基本原理 第3章 WCDMA系统结构 第4章 WCDMA无线接口 第5章 WCDMA信令流程,Page 13,多址技术,Page 14,扩频与解扩（DS-CDMA）,Page 15,扩频与解扩（DS-CDMA）,期望信号,其他用户信号,期望的扩频信号,扩频码,解扩后的数据,其他扩频信号,积分后的其他信号,1,-1,1,-1,1,-1,8,-8,1,-1,8,-8,解扩后的其他信号,相关接收机的基本操作,积分后的数据,处理增益,Page 16,CDMA过程中的频谱变化,Page 17,码分多址（CDMA）的技术特点,优点 抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率高 保密性强：扩频后的信号近似白噪声 软容量，具备一定的话务自适应能力 缺点 占用带宽较大 自干扰系统系统内用户互相干扰 技术实现难度大，需要采用快速功率控制、负载控制等技术,Page 18,内容介绍,第1章 3G概述 第2章 CDMA基本原理 第3章 WCDMA系统结构 第4章 WCDMA无线接口 第5章 WCDMA信令流程,Page 19,内容介绍,第3章 WCDMA系统结构 3.1 WCDMA版本演进 3.2 WCDMA RAN接口协议,Page 20,WCDMA协议版本的演进,R99,保留2G（GSM和GPRS）核心网 核心网分CS电路域和PS分组域 接入网引入WCDMA RAN 核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM,R4,保留WCDMA R99 RAN 核心网电路域采用NGN架构，以IP承载话音业务高达高达,核心网增加IM（IP多媒体域），增强IP QoS能力 接入网增加HSDPA功能，单载波下载高达14.4Mbps的数据接入能力 接入网向IP RAN方向发展,2000,2001,2002,规范完成时间,全IP解决方案 HSUPA Phase II 单载波上载速率高达 HSPA(64QAM, CPC,MIMO) LTE (OFDMA , MIMO),2004,Page 21,WCDMA R5网络结构,GSM /GPRS BSS,BTS,BSC,NodeB,RNC,PCU,UTRAN,SCP,SMS,SCE,HLR/AUC/HSS,SGSN,CG,BG,GGSN,GPRS backbone,CN,MGW,MGW,VMSC Server,GMSC Server,IP/ATM Backbone,CS domain,PS domain,Iu-CS,Iu-PS,IP backbone,MRFP,IMS domain,MGW,P-CSCF,S-CSCF,MGCF,MRFC,RAN,SS7,PSTN/PLMN,Internet, Intranet,Page 22,内容介绍,第3章 WCDMA系统结构 3.1 WCDMA版本演进 3.2 WCDMA RAN接口协议,Page 23,WCDMA RAN体系结构,Page 24,思考题,所有的接口是通过什么来通信的? 3G接口在ATM承载网和IP承载网上会产 生那些不同?,Page 25,Iu-CS基于ATM网络的接口协议栈结构,Page 26,Iu-PS基于ATM网络的接口协议栈结构,Page 27,Iur基于ATM网络的接口协议栈结构,Page 28,Iub基于ATM网络的接口协议栈结构,Page 29,Iu-CS基于IP网络的接口协议栈结构,Page 30,Iu-PS基于IP网络的接口协议栈结构,Page 31,Iur基于IP网络的接口协议栈结构,Page 32,Iub基于IP网络的接口协议栈结构,Page 33,Uu接口协议栈结构,Page 34,内容介绍,第1章 3G概述 第2章 CDMA基本原理 第3章 WCDMA系统结构 第4章 WCDMA无线接口 第5章 WCDMA信令流程,Page 35,内容介绍,第4章 WCDMA无线接口 4.1 WCDMA无线接口关键技术 4.2 WCDMA无线信道,Page 36,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道 解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 37,常用术语,比特（Bit），符号（Symbol） ，码片（Chip） 经过信源编码的含有信息的数据称为“比特” 经过信道编码和交织后的数据称为“符号” 经过最终扩频得到的数据称为“码片” WCDMA码片速率：3.84Mcps,Page 38,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 39,WCDMA的信源编码,系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码 多速率：8种编码速率，从12.2Kbps到4.75Kbps，与目前各种主流移动通信系统（如GSM，IS-95，PDC等）使用的编码兼容，利于设计多模终端 多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于设计多模终端 根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话 根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省部分功率，从而容纳更多用户,Page 40,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 41,WCDMA的信道编码,信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 编码类型 语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9，加8个尾比特 数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行级联卷积码（PCCC）构成，加6个尾比特,Page 42,交织,交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响,Page 43,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 44,(a),(b),相关（相关性100 ）,不相关（0相关）,+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,码字的相关性,Page 45,WCDMA的扩频码：OVSF,OVSF：正交可变扩频因子，由Walsh矩阵生成,SF = 1,SF = 2,SF = 4,Cch,1,0 = (1),Cch,2,0 = (1,1),Cch,2,1 = (1,-1),Cch,4,0 =(1,1,1,1),Cch,4,1 = (1,1,-1,-1),Cch,4,2 = (1,-1,1,-1),Cch,4,3 = (1,-1,-1,1),Page 46,扩频原理,_ UE1: 1 1 1 _ UE2: 1 1 c1: 1 1 1 1 1 1 1 1 c2: 1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1： 1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2： 1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2,Page 47,解扩原理,UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2 UE1使用c1解扩：c1 1 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决： 4（表示1） 4（表示1） UE2使用c2解扩：c2 1 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决： 4（表示1） 4（表示1）,Page 48,OVSF码的用途,在下行信道，OVSF用于区分用户 在上行信道，OVSF用于区分同一个用户的不同业务,Page 49,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 50,码序列的自相关和互相关,不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分 互相关函数 V()= 互相关特性决定了多址干扰特性 自相关函数 R()= 其自相关特性决定了多径干扰特性，非常难找！,Page 51,WCDMA的扰码：GOLD序列,在上行信道，扰码用于区分用户 上行有224个上行长扰码和224个上行短扰码 在下行信道，扰码用于区分小区（扇区载频） 下行有2 181262143个扰码，但目前只使用08191号扰码中的主扰码 扰码每10ms重复一次，长度是38400chips,Page 52,下行扰码,集0,集1,集511,主扰码0,从扰码1,从扰码15,主扰码 51116,从扰码 511161,从扰码 5111615,8192个扰码,512集,每集分为1个主扰码，15个从扰码,目前系统主要采用主扰码,主扰码和从扰码,Page 53,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 54,WCDMA的调制,调制的作用 把需要传递的信息送上射频信道 采用不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力 R99/R4：采用QPSK，下行最大数据速率2.7Mbps HSDPA：采用16QAM，下行最大数据速率14.4Mbps,Page 55,WCDMA通信模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码 交织,去交织 信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,Page 56,无线通信的大敌：衰落,Page 57,快衰落的类型,空间选择性衰落 在不同地点（空间）衰落特性不一样 一般是由于物体反射形成 时间选择性衰落 在不同时间衰落特性不一样 主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成 频率选择性衰落 在不同频率衰落特性不一样 主要由宽带信号的时间色散引起,Page 58,分集技术克服快衰落的主要手段,空间选择性衰落 空间分集：分集天线水平距离大于10倍波长 极化分集：两接收天线极化方向正交 发射分集：克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起）,Page 59,WCDMA的发射分集,开环发射分集 基于时空块编码的发射天线分集（STTD） SCH上的时间切换传输分集（TSTD） 闭环发射分集：FBTD 发射分集可以提高下行覆盖，使WCDMA基站覆盖与GSM 900相当，从而支持WCDMA与GSM共站址建设！,Page 60,克服快衰落的手段分集技术,时间选择性衰落 时间分集信道交织 频率选择性衰落 频率分集跳频、扩频 RAKE接收机,Page 61,RAKE接收机,Page 62,WCDMA的快速功率控制,功率控制速度达到1500次/秒，功控速度大于衰落速度，可以有效地克服阴影衰落和快衰落 降低网络干扰，提高系统质量和容量 省电，延长手机的通话时间,Page 63,UE move,Target BS,Source BS,WCDMA的切换硬切换,硬切换的特点 先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路 通话会产生“缝隙” 非CDMA系统都只能进行硬切换,Page 64,WCDMA切换软切换,软切换特点 CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间 先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以避免通话“缝隙” 软切换会比硬切换占用更多的系统资源 当进行软切换的两个小区属于同一个NodeB时，上行的合并可以进行最大比合并，此时为“更软切换”,UE move,Target BS,Source BS,N o “GAP” of communication,Page 65,内容介绍,第4章 WCDMA无线接口 4.1 WCDMA无线接口关键技术 4.2 WCDMA无线信道,Page 66,信道分类,从不同协议层次上讲，WCDMA承载用户各种业务的信道被分为以下三类： 逻辑信道：直接承载用户业务 根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务，分为控制信道和业务信道 传输信道：物理层对MAC层提供的服务 根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息，分为专用信道和公共信道 物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式,Page 67,MAC层（层2）,物理层（层1）,扩频调制,传输信道,物理信道 结构,扩频调制,编码和复用 映射到物理层,解复用解码 映射到MAC层,解调解扩,物理层技术实现,Page 68,业务逻辑信道（TCH）,控制逻辑信道（CCH）,专用业务信道 （DTCH） 公共业务信道 （CTCH）,广播控制信道 （BCCH） 寻呼控制信道 （PCCH） 专用控制信道 （DCCH） 公共控制信道 （CCCH）,逻辑信道分类,Page 69,广播信道 BCH 前向接入信道 FACH 寻呼信道 PCH 反向（随机）接入信道 RACH,专用信道 DCH DCH信道可以为上行或下行信道,公共传输信道,专用传输信道,传输信道分类,Page 70,物理信道分类,物理信道分为上行物理信道和下行物理信道 物理信道可以由某一载波频率、码（信道码和扰码）、相位确定 多数信道由无线帧和时隙组成，每一无线帧10ms，包括15个时隙,Data,Slot #0,Slot #1,Slot #14,T,slot,= 2560 chips,T = 10 ms, 38400chips,Data,Slot #i,Page 71,上行公共物理信道 物理随机接入信道 (PRACH),上行专用物理信道 专用物理数据信道 (uplink DPDCH) 专用物理控制信道 (uplink DPCCH),上行物理信道,上行物理信道,Page 72,下行公共物理信道 公共控制物理信道 (CCPCH) 同步信道 (SCH) 寻呼指示信道 (PICH) 捕获指示信道 (AICH) 公共导频信道 (CPICH),下行专用物理信道 (downlink DPCH),下行物理信道,下行物理信道,Page 73,物理信道的功能,基站Node B,用户终端UE,Page 74,公共物理信道的功能,SCH（同步信道）：用于小区搜索 分成主同步信道P-SCH和从同步信道S-SCH CPICH（公共导频信道）：用于扰码识别 分成主公共导频信道P-CPICH和从公共导频信道S-CPICH P-CPICH：信道码固定为Cch,256,0，扰码为主扰码 P-CPICH是其它下行物理信道的功率