W(初级)-00_WCDMA系统原理概述.ppt

WCDMA系统原理概述 ISSUE1 0 Page2 前言 现在在移动通信领域最流行的一个词就是 3G 那么什么是3G 3G究竟能给我们带来什么样的精彩生活 今天我们就一起来认识一下3G Page3 课程目标 了解CDMA体制的一些基本知识掌握CDMA技术相比其它多址技术的优点了解WCDMAFDD模式的技术特点 学习完本课程 您将能够 Page4 内容介绍 第一章CDMA原理概述第二章无线资源管理概述第三章WCDMAFDD的技术特点 Page5 CDMA原理概述 无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机 Page6 多径环境 Page7 衰落 发射数据 接收数据 Page8 衰落 Page9 频率选择性衰落 窄带系统 GSM 大衰落 发射信号 接收到的衰落信号 频率 频率 强度 强度 大衰落 发射信号 接收到的衰落信号 频率 频率 强度 强度 宽带系统 CDMA Page10 典型无线移动信道的分类 静态信道 static 典型城区步行信道 TU3 典型城区车载信道 TU30 农村车载信道 RA50 高速公路车载信道 HT120 Page11 CDMA原理概述 无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机 Page12 双工技术 区分用户的上 下行信息 频分双工 FDD 以不同频率区分上行和下行WCDMA CDMA2000使用FDD优点 实现简单缺点 在上下行业务不对称时 主要是数据业务 频谱利用效率低时分双工 TDD 以不同时隙区分上行和下行TD SCDMA使用TDD优点 在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙 频谱利用效率高缺点 实现较复杂 需要比较精确的同步 CDMA体制下 需要GPS同步和CDMA技术一起使用时 上下行之间的干扰控制困难 Page13 多址技术 区分不同用户 Page14 码分多址 CDMA 多用户同时共享同一频率 频谱利用率大大提高 用户间通过伪随机码识别CDMA系统的用户容量是软容量 当用户数目增加时 对所有用户而言 系统性能下降 相应当用户数目减少时 系统性能提高或者可以说 CDMA系统可以通过牺牲部分系统性能来换取更大的容量CDMA系统的缺点 占用带宽较大CDMA系统是自干扰系统 系统内用户互相干扰技术实现难度大 功率控制技术 负载控制技术等 Page15 CDMA原理概述 无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机 Page16 几个为什么 为什么CDMA系统抗干扰性能更强 为什么CDMA系统更加保密 为什么CDMA手机更加环保 Page17 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 bps 经过信道编码和交织后的数据称为 符号 sps 经过最终扩频得到的数据称为 码片 cps WCDMA的扩频速率 3 84Mcps处理增益最终扩频速率和比特速率的比 cps bps 在WCDMA系统中 根据提供业务的不同 处理增益是可变的 Page18 扩频因子与业务速率 符号速率 业务速率 校验码 信道编码 重复或打孔率如WCDMA 业务速率 384Kbps 信道编码 1 3Turbo码 符号速率 960Ksps CDMA2000 1x 业务速率9 6Kbps 信道编码 1 3卷积码 符号速率 19 2Ksps 码片速率 符号速率 扩频因子如WCDMA 码片速率 3 84MHz 扩频因子 4 则符号速率 960Kbps CDMA2000 1x 码片速率 1 2288MHz 扩频因子 64 则符号速率 19 2Kbps Page19 CDMA系统基本框图 Page20 WCDMA的信源编码 WCDMA系统采用AMR AdaptiveMulti Rate 语音编码编码共有8种 速率从12 2Kbps 4 75Kbps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 Page21 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12345678910111213141516171819202122232425编码类型语音业务 卷积码 1 2 1 3数据业务 Turbo码 1 3 Page22 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 12345678 452453454 A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7C0C1C2C3 一次交织 二次交织 Page23 码字的自相关和互相关 不同用户采用不同的扩频码字x1 t x2 t 其自相关特性决定了多径干扰特性其互相关特性决定了多址干扰特性自相关函数R 互相关函数V 注 1 当x1 x2 且x y0 其他情况 Page24 需要发送信息的用户 UE1 UE2 UE3UE1使用c1扩频 UE1 c1UE2使用c2扩频 UE2 c2UE3使用c3扩频 UE3 c3c1 c2 c3互相正交发送信息 UE1 c1 UE2 c2 UE3 c3 扩频原理 理论原理 Page25 UE1使用c1解扩 UE1 c1 UE2 c2 UE3 c3 c1 UE1 c1 c1 UE2 c2 c1 UE3 c3 c1 UE1 1 UE2 0 UE3 0 UE1同理 UE2使用c2解扩 UE3使用c3解扩 可分别得到各自的信号 解扩原理 理论原理 Page26 UE1 1 11 UE2 1 1c1 1 1 1 1 1 1 1 1c2 1 1 1 1 1 1 1 1UE1 c1 1 1 1 1 1 1 1 1UE2 c2 1 1 1 1 1 1 1 1UE1 c1 UE2 c2 0 20 20 20 2 扩频原理 Page27 UE1 c1 UE2 c2 0 20 20 20 2 解扩原理 问题 如何生成C1 C2这样互相正交的码字呢 UE1使用c1解扩 c1 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果 0 20 20 20 2积分判决 4 4归一化 4 4 1 4 4 1 UE2使用c2解扩 c2 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果 0 20 20 20 2积分判决 4 4归一化 4 4 1 4 4 1 Page28 OVSF Walsh OVSF码 Walsh 的互相关为零 相互完全正交 Page29 UE1 c1 UE2 c2 0 20 20 20 2UE1 c1 UE2 c2误码 2 20 21 20 2 如果传播过程中有误码 UE2使用c2解扩 c2 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果 2 20 20 20 2积分判决 2 4归一化 2 4 0 5 4 4 1 UE1使用c1解扩 c1 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果 2 20 20 20 2积分判决 6 4归一化 6 4 1 5 4 4 1 Page30 WCDMA系统中的加扰 下行 不同小区 扇区载频 具有不同的下行扰码不同小区配置不同的下行 扰码 手机通过扰码识别小区以OVSF码区分同一小区内不同用户上行 不同用户用不同的扰码区分同一小区的不同用户配置不同的上行 扰码 以OVSF用来区分该用户的不同业务 Page31 扩频 加扰过程 3 84M 3 84Mcps 3 84Mcps xxsps Page32 CDMA的码生成技术 随机序列 贝努利序列 0和1个数各一半1或者0连续个数的概率 连续一个为1 2 连续两个为1 4 连续三个为1 8 移位序列和原序列有一半相同 另一半不同m序列 用在CDMA CDMA2000中由移位寄存器生成是最大长度的线性移位寄存器序列 周期是2n 1 n为移位寄存器长度 其自相关函数只有一个最大值 延迟为零处 其他均为 1 单值性符合贝努利序列性质m序列的缺点 只有一个序列 不同用户用不同 节拍 相位 区分 对同步要求很高 Page33 Gold序列 用在WCDMA中 Gold序列由两个优选的m序列异或而成自相关函数有多值 没有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相关性质 用于WCDMA系统中区分小区和用户 加扰良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小 可以用于区分用户 进行多址 Page34 Gold序列特点 优点 不需要GPS同步 系统灵活性 安全性高基站可以工作在异步模式室内覆盖容易实现缺点 码间干扰比m序列大 Page35 扩频 解扩原理 频域解释 功率谱 Echip Eb No Ec Io 增益 Page36 CDMA过程中的频谱变化 Page37 Rake接收机 Page38 内容介绍 第一章CDMA原理概述第二章无线资源管理概述第三章WCDMAFDD的技术特点 Page39 无线资源管理 RRM 的目的 RRM的目的 保证CN所请求的QoS增强系统的覆盖提高系统的容量RRM无线资源管理的工作就是结合QoS QualityofService 目标对功率等资源进行管理 Page40 RRM的内容 贯穿整个RRM过程的主线 保证QoS 节约资源 小区切换信道分配 功率控制负载控制AMR控制 Page41 功率控制 远近效应 CDMA自从被提出以来 一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服上行的 远近效应 每个用户对于其他用户都相当于干扰 远近效应严重影响系统容量 一个基站近端的用户可能会阻塞整个小区 采用功控技术 使得所有用户到达基站的功率都相等 减少了用户间的相互干扰 提高了系统整体容量 Page42 功率控制的目的及分类 由于远近效应 WCDMA系统必须引入功率控制 引入功率控制后 还能带来很多其它的好处 调整发射功率 保持上下行链路的通信质量 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 功控分类 开环功率控制闭环功率控制 上下行内环功率控制 上下行外环功率控制 Page43 开环功率控制基本原理 基本原理假设发射功率与接收功率之间的耦合损耗以及干扰水平相同 利用先行测量接收功率的大小 并由此确定初时发射功率的大小如果初时发射功率未能被基站接收到 则有提升功率的重发机制基本作用 克服阴影和路径损耗主要缺点未考虑到上 下行信道电波功率的不对称性 因而其精确性难以得到保证主要应用上行 应用于PRACH和DPCCH信道 物理随机接入信道PRACH 下行 应用于DPCCH信道 Page44 开环功率控制原理简述 初始发射功率设置原理 Page45 PRACH信道的开环功控 Page46 PRACH信道的开环功率控制 PRACH的接入过程 UE在PRACH上发射PRACHPreamble信号 当基站成功捕获到Preamble信号后 将在下行AICH上响应AI 如果UE接收到AI信号 将开始发射PRACHmessage部分 如果UE在 p a时间点没有收到AICH信号 将在一定时间 p p后加大功率发射下一个Preamble 如此反复 直到UE接收到AI信号为止 Page47 PRACH信道的开环功率控制 Preamble Initial Power PCPICHDLTXpower CPICH RSCP ULinterference ConstantValue注 PCPICHDLTXpower ULinterference和ConstantValue在系统消息中携带下发 CPICH RSCP由UE测量得到 建网初期 覆盖受限 可以将ConstantValue的值设置偏大 16dB或 15dB 便于网络侧能够及时接收到UE发出的前导信号 另外 可将powerrampstep参数设置偏大也能够提高网络侧成功捕获前导信号的概率 上行PRACH第一个前导信号发射功率设定方法 缺省设置 ConstantValue 20dBPowerRampStep 2dBPreambleRetransMax 20 Page48 上行DPCCH信道的开环功率控制 DPCCH Initial power DPCCH Power offset CPICH RSCP注 CPICH RSCP可由UE测量得到 DPCCH Power offset是DPCCH初始发射功率偏置 在RRC连接建立之初由RNC配置给UE 计算公式如下 DPCCH Power offset PrimaryCPICHDLTXpower ULinterference DefaultConstantValue 其中 PrimaryCPICHDLTXpower是主公共导频物理信道下行发射功率 ULinterference是上行干扰 DefaultConstantValue是DPCCH初始发射功率缺省常数 上行DPCCH初始功率设置方式 了解 Page49 下行DPCCH信道的开环功率控制 P Ec Io Req CPICH Ec Io PCPICH注 Ec Io Req是UE正确接收该专用信道所需的Ec Io CPICH Ec Io是UE测量到的公共导频信道的Ec Io 通过RACH报告给UTRAN PCPICH是公共导频信道的发射功率 下行DPCCH的初始功率设置方式 了解 Page50 上行内环功控 Page51 上行外环功控 可以得到BLER稳定的业务数据 Page52 下行闭环功控 NodeB 设置SIRtar 发TPC 测量SIR并比较 测量BLER并比较 外环 内环 UE物理层 UE层3 下行内环和外环功率控制 1500Hz 10 100Hz Page53 功控在WCDMA系统中的应用 Page54 功控相关的MML命令 开环功控涉及的MML命令ADDPRACHBASICSETFRC内环功控涉及的MML命令SETFRCADDCELLSETUP外环功率控制涉及的MML命ADDTYPRABOLPCSETOLPC功率平衡涉及的MML命令SETDPB Page55 负载控制 小区呼吸是负载控制的主要手段 负载控制的主要目的是将某些 热点小区 的负载分担到周围负载较轻的小区中 提高系统容量的利用率 Page56 AMR控制 AMR语音的变化范围 4 75Kbps 12 2Kbps 12 2Kbps兼容GSM语音编码 通过动态调整AMR语音的速率 保证了在相同系统容量情况下 尽可能的保证UE的通话质量 Page57 WCDMA切换分类 软切换 软切换更软切换硬切换 同频硬切换异频硬切换异系统切换 Page58 软切换 time DataUEreceived sent No GAP ofcommunication Page59 硬切换 time DataUEreceived sent time DataUEreceived sent Page60 压缩模式 压缩模式 CompressedMode 由于一般的UE只有一个射频接收机 也就是同时只能接收一个载频而进行频间切换和系统间切换时必须对目标载频或者目标小区 GSM 进行测量CDMA所特有的码分多址决