《WCDMA概述与基本原理》培训.ppt

WCDMA概述与基本原理 2 目录 WCDMA概述WCDMA基本原理 3 WCDMA概述 1 4 5 蜂窝移动通信系统发展历程 6 移动通信的发展 第一代 模拟移动通信系统1979 芝加哥AMPS AdvanceMobilePhoneService 1981 北欧NMT NordicMobileTelephone 1985 英国TACS TotalAccessCommunicationSystem 业务语音缺点频谱利用率低终端笨重且昂贵漫游范围小安全性低 7 移动通信的发展 第二代 数字移动通信系统1992 欧洲GSM GlobalSystemforMobilecommunication 1995 美国IS95即CDMA CodeDivisionMultipleAccess 美国IS 136即D AMPS Digital AdvanceMobilePhoneService 日本PDC PersonalDigitalCellular 业务语音和低速率数据业务缺点容量不大 提高系统容量多种制式不兼容 全球标准数据传输速率低 多媒体应用 8 GPRS GeneralPacketRadioService 原理 分组交换技术 无线资源利用率高速率 160kbit s部分运营商已开始商用EDGE EnhancementDataratesforGSMevolution 原理 分组交换技术 新的调制技术 8PSK速率 384kbit s部分运营商已准备应用此技术 移动通信的发展 9 第三代移动通信系统 IMT2000 3G统称 代名词 1985年ITU 国际电联 提出FPLMTS 未来公众陆地移动通信系统 1996年正式更名为IMT2000IMT2000InternationalMobileTelecommunications 2000工作频段 2000MHz左右业务速率 2000Kbit s商用市场 2000年左右定义 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型 高质量多媒体业务 能实现全球无缝覆盖 具有全球漫游能力 与固定网络相兼容 并以小型便携式终端在任何时候 任何地点进行任何种类通信的通信系统 3G标准IMT2000 定义 10 4G 4G网络 基于共同属性的技术创立 针对任一技术的同一4G演进路径 具备QoS控制机制的全IP VoIP UMBEV DORev C TD SCDMAEvolution 3GLTE WiMAX802 16e EnhancedWiMax CDMA2000EV DORev A UMTSHSPA TD SCDMAHSDPA 100Mbps速率 任一网络 任一终端 无缝兼容 全移动 MIMO OFDM AllIP 11 数据传输速率 承载技术 移动通信的发展 不同技术的比较 12 3G标准主要参与者 欧洲 ETSI日本 ARIB美国 TIA T1韩国 TTA中国 CWTSITU 国际电联InternationalTelecommunicationUnion 13 UMTS 两种模式IMT DS 又称UMTSFDD W CDMA DirectSequence 直序扩频IMT TC 又称为UMTSTDD 宽带 CDMA TDMA 两种变化 高码片速率 3 84Mcps 低码片速率 1 28Mcps TD SCDMA IMT MC 又称为CDMA2000FDD MC W CDMA接入 Multi Carrier 多载波两步 1xRTT 1XEV DO 1XEV DV 和3xRTT UMTS FDD DS CDMA2000 UMTS FDD MC TDD 3G主要无线标准 14 GSM用户是以频率 FDMA 和时间 TDMA 分割的 UMTS用户是以地址码 CDMA 分割的 UMTS概述 UMTS系统 UMTS也是由分层小区构成的UMTS采用的是码分多址技术 15 FDD FrequencyDivisionDuplexTDD TimeDivisionDuplexMSS MobileSatelliteSystem 初始 IMT2000核心波段 在2GHz分为平衡与非平衡模式FDD频分双工 W CDMA 用于平衡模式TDD时分双工 TD CDMA 可用平衡或是非平衡模式上行 1920 1980MHz下行 2110 2170MHz UMTS概述 UMTS频谱 16 Downlink Uplink 5MHzchannel FDDmode Fq 1 Fq 2 UplinkandDownlink 5MHzchannel TDDmode 工作频率 2GHz信道带宽 5MHz码片速率 3 84Mcps编码方式 QPSK帧长 10ms UMTS概述 UMTSFDD TDD 17 18 增长点 数据业务 Source MerrillLynchGlobalWirelessMatrixJan07 移动办公 视频博客 移动游戏 无线媒体播放器 欧美发达国家的ARPU变化 19 UMTS业务 业务分类举例 始终在线应用移动办公 文件传输 收发E mail 数据库访问纵向应用 交通管理 安全和监测 家庭 健康媒体应用消息 目录服务 黄页 新闻服务 财经 体育 位置服务 餐饮 泊车 娱乐 音乐 下载音乐 视频剪辑 游戏 下载游戏 在线游戏 电子商务应用在线购物 预订服务在线银行 票务 航班 20 四种类型业务定义会话 对话级语音业务 可视电话 电话会议数据流音频流 视频流 新闻 体育 交互式网页浏览 LCS 在线游戏 交互式会谈后台式收发e mail 短消息 资料库下载 时延敏感性 数据完整性 UMTS业务 业务QoS分类 Qos 21 位置信息服务取决于运营商和内容提供商的策略位置服务可以帮助用户检索适当的位置信息信息 本地交通流量 天气 航班等位置 搜寻宾馆 餐饮 影视剧院 泊车点等UMTS定位信息精确到50米左右位置服务可能涉及他人隐私CellID RTT OTDOA A GPS UMTS业务举例 位置服务 选择你的要求 娱乐餐饮 中餐 付款方式 信用卡 22 23 UMTS网络结构 24 RNS RadioNetworkSubsystemRNS由一个RNC和至少一个Node组成RNC RadioNetworkController控制NodeB无线资源管理软切换处理连接核心网Node B 无线传输无线信号处理 UTRAN逻辑结构 25 CN核心网CircuitSwitched CS 电路域PacketSwitched PS 分组域UTRANUMTS地面无线接入网新的无线接口 CDMA新的传输技术 ATMCN核心网与RAN无线接入网是独立分开的无线接入网对核心网应是透明无关的 即无线接入对于核心网是不可见的手机终端UE无线移动性管理是由UTRAN控制的 并由它连接至核心网与GSM系统的对照 网络单元 接口 CNNSSUuUmUTRANBSSIubA bisRNCBSCIurnoequivalentNode BBTSIu CSAUEMSIu PSGb UMTS逻辑结构 26 R99版本 R99版本 R3 版本冻结时间1999年12月网络结构继承了GSM GPRS核心网络结构R99基于TDM结构 更容易利用现有资源 互联互通更容易主要功能WCDMA无线接口技术AMR 快速功控 软切换使用ATM传输技术开放Iur和Iub接口可视电话 并发业务CS PS 27 R4版本 R4版本版本冻结时间2001年3月网络结构R4电路域 呼叫控制与承载层相分离 话音 信令分组化电路域由MSCServer GMSCServer MGW等实体组成采用NGN的相关协议主要功能各实体之间提供标准化的接口 信令可使用IP承载 语音分组化实现了网络带宽动态分配 并且对带宽要求有所下降 TD SCDMA无线空中接口技术GERAN开放业务VHE OSA VirtualHomeEnvironment OpenServiceArchitecture 28 R5版本 R5版本版本冻结时间2002年3月网络结构R5引入IP多媒体子系统 简称IMS 叠加在分组域网络之上 由CSCF 呼叫状态控制功能 MGCF 媒体网关控制功能 MRF 媒体资源功能 和HSS 归属签约用户服务器 等功能实体组成 主要功能IMS MultimediaservicebasedonIP使用SIP SDP信令HSDPA高速下行分组接入 8 10MbpsUE定位增强功能接入网部分通过引入IP技术实现端到端的全IP化CAMEL4 29 R5核心网逻辑结构 A IuCS Gb IuPS SGSN GGSN HSS UTRANGERAN CS MGW CS MGW MSCServer VLR GMSCServer IP ATM IPNetwork 3GPPR5版本结构 30 WCDMA基本原理 2 31 32 多径环境 时延拓展 多径环境是指无线电波的到达是由多个径组成的 这是由于有直线传播 有建筑物等物体反射从到达时间上看 到达最早的径和到达最晚的径会有时延拓展 有个时间差 这个时间差根据环境的不同而不同 如果说是一个室外开阔的环境宏蜂窝 这个时延可能会长些 如果是室内覆盖 这个时延会短些 这个时延可能会达到几毫秒甚至10几毫秒 一般第一个径是直线到达 也就是我们常说的视距传输 有一个很强的成分 其他的都是辅助的成分 那么其他径就不一样了 没有主要成分 都差不多 有一个主要径就是视距传播 没有的就是非视距传播 33 衰落 发射数据 接收数据 dB10logX 34 衰落 信号衰落路径损耗大尺度 慢 衰落小尺度 快 衰落瑞丽分布莱斯分布 时延拓展 标准差 信道相关带宽 35 频率选择性衰落 36 传统情况多径信号被视为干扰多径接收机的原理多径信号经过相关处理被合并多径时延须大于0 26us 78m 多径接收机 A A A A A 直达信号 反射信号 编码 解码 发信机 接受机 37 38 传统多址技术 码分多址技术 直接扩频方式 多址技术图示 39 呼吸效应 多用户共享同一频率 频谱利用率大大提高 CDMA系统是自干扰系统 系统内用户存在互相之间的干扰 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 呼吸效应 40 小区的呼吸效应随着激活终端的增多 干扰增加高速业务增加 干扰增加 总的干扰 服务质量 小区覆盖范围收缩产生覆盖盲点用户在小区边缘地带会产生掉话 覆盖与容量 小区呼吸效应 覆盖和容量直接关联 41 42 CDMA系统基本框图 信源编码 信道编码 扩频 调制 信源译码 信道译码 解扩 解调 无线信道 Turbo 卷积交织重复 打孔 扩频因子加扰 43 扩频因子与业务速率 符号速率 扩频因子 码片速率如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 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 960Kbps cdma2000 1x 业务速率9 6Kbps 信道编码 1 3卷积码 符号速率 19 2Kbps 44 扩频 解扩 C1xC2 0 C1 C2 有正交性 扩频处理直序扩频技术 45 扩频处理扩频和加扰 A A B C B C A B C 空中接口 调制 展宽分两步 扩频 扩频码与业务速率有关 展宽到3 84Mchips s加扰 扰码不影响信号带宽 下行用于标识小区 上行用于识别终端 46 OVSF Walsh OVSF码的互相关为零 相互完全正交 Walsh与OVSF码一样 47 48 为了保证CN所请求的QoS 需要将QoS映射成接入层的一些特性 从而利用接入层的资源为本条连接服务 信道配置在保证CN所请求的QoS的前提下 使用户的发射功率最小 从而减少该UE对于整个系统的干扰 提高系统的容量和覆盖 功率控制需要确保UE移动到其他小区 系统 后 能够继续得到服务 以保证QoS 切换控制接入一定数量的UE后 需要确保整个系统的负载保持在稳定的水平 以保证系统中每条连接的QoS 负载控制 RRM的任务 49 RRM各算法在呼叫流程中的位置 1 50 RRM各算法在呼叫流程中的位置 2 51 52 DCCC DynamicChannelConfigurationControl 动态信道配置DCCC针对的对象 BestEffort BE 业务DCCC的目的最大限度的满足用户对带宽的需求实现空中接口资源的最有效利用满足用户变动的数据传输速率需求节省下行信道码 OVSF码 资源 实现带宽 按需分配 BoD 动态信道配置 53 带宽 按需分配 DCCC的效果 54 55 NodeB MS2 MS1 功率控制 为什么要功控 WCDMA系统是自干扰系统 存在远近效应远近效应 离基站很近的手机上行信号可能会屏蔽其他手机的信号上图中 若MS2不采用功控 MS1信号很难被接受到功率控制的目的维持高质量通信 减少无线干扰 提高系统整体容量所有到达基站的信号功率相同 上行 减少对其他基站的干扰 下行 56 开环功率控制移动台根据下行信号强度 调整上行发射功率上下行信号强度不平衡闭环功率控制内环功控 1500Hz 根据接收到的信号强度 估算SIR值 与SIRtarget比较基站利用功率控制比特指示移动台调整输出功率快速功控 防止瑞利衰落外环功控 10 100Hz RNC根据接收到的测量信号BLER 调整SIRtarget值SIRtarget初始化值由RNC给出 功率控制 功控分类 SIR SIRtarget Power Quality target SIRtarget 57 UE RNC NodeB 开环功率控制 无反馈 闭环功率控制 有反馈 UE NodeB 外环 调节SIRtarget 内环 功率控制 功控分类 58 如果接受到的信号 强 那么UE将说的 轻 一些 NodeB NodeB 1 2 1 2 如果接受到的信号 弱 那么UE将说的 响 一些 问题 上下行信号强度不平衡开环功控不是很精确 只用于无线接入初期 开环功率控制 功率控制 开环功控 59 闭环功率控制是快速功控内环 Node B根据SIR估算 控制UE的发射功率SIR测量估算每0 66ms执行一次 1500Hz控制指令速率 外环 RNC根据SIR测量估算 控制调整SIRtarget值 NodeB 闭环功率控制 Powerdown Powerup Powerdown Power SIRestimation SIRestimation SIRestimation SIRestimation SIRtarget 功率控制 闭环功控 60 61 软切换分类SoftHO软切换连接至不同NodeBSofterHO更软切换连接至同一Node下的不同扇区硬切换分类FDD不同频点间FDD TDD2G 3G RNC NodeB NodeB RNC NodeB 切换分类 62 硬切换 63 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 硬切换 64 频内硬切换码树重整频间硬切换网络规划的原因 在特定的区域需要频间负载的平衡系统间切换2G 3G的平滑演进3G初期的覆盖范围有限 硬切换在3G中的应用 65 软切换 66 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的链路 后中断源小区的链路可以避免通话的 缝隙 软切换增益可以有效的增加系统的容量软切换会比硬切换占用更多的系统资源 UEmove TargetBS SourceBS No GAP ofcommunication 软切换 67 对于软切换 多条支路的合并 下行进行最大比合并 RAKE合并 上行进行选择合并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 成为更软切换由于最大比合并