WCDMA基础原理培训.ppt

1 WCDMA基础原理及关键性技术 3G技术培训 京信通信系统 中国 有限公司2009年3月 2 目录 WCDMA网络结构和频率 WCDMA无线技术原理 WCDMA空中接口信道 WCDMA关键技术介绍 3 WCDMA网络结构和频率 4 频率分配 WCDMA网络结构和频率 5 上行频率 下行频率 频率分配 WCDMA网络结构和频率 6 目录 WCDMA网络结构和频率 WCDMA无线技术原理 WCDMA空中接口信道 WCDMA关键技术介绍 7 1 码分多址技术2 信道化码 OVSF 3 信道扰码4 扩频加扰过程 WCDMA无线技术原理 8 频分多址FrequencyDivisionMultipleAccess User1 User2 User3 频率 频率 码分多址CodeDivisionMultipleAccess 扩频多接入SpreadSpectrumMultipleAccess MultipleTransmittersandMultipleDataChannels 时分多址TimeDivisionMultipleAccess User1 User2 User3 UserN 时间 每一个发射机的扰码互不相同每一个信道的正交码互不相同许多用户共享同一频率和时间IS 95 cdma2000 WCDMA 每一个用户的时隙互不相同每一个数据信道在一个时隙内的位置互不相同几个用户可以共享同一频率IS 136 GSM PDC 每一个用户的频率互不相同 每一个用户一个语音信道 所有用户发射机可以同时工作AMPS NMT TACS WCDMA无线技术原理 1 码分多址技术 9 CDMA宽带扩频技术 WCDMA无线技术原理 1 码分多址技术 10 每个码字长度是2的整数次幂上行K 2 8 下行K 2 9对于一定的OVSF码组 共有SF个长度为SF的OVSF码字 长度相同的不同码字相互之间正交 互相关值为0 如果一个节点已经使用 那么该节点上延伸出的其他高阶信道化序列就不能使用 同时从码树根部到该节点的所有低阶信道化序列也不能使用 低阶 码树根 高阶 树节点 WCDMA无线技术原理 2 信道化码 OVSF 11 OVSF码树 低阶 高阶 假设 一个PS384K需要一条SF 8的信道 一个PS64K需要一条SF 32的信道 一个CS12 2K需要一条SF 128的信道 结论 进行一个PS384K业务的同时牺牲了4个PS64K业务或16个语音业务 进行一个PS64K业务同时牺牲了4个语音业务 同时也相当与牺牲了一个PS384K业务 但同阶的其他3个PS64K业务仍然可以开展 WCDMA无线技术原理 2 信道化码 OVSF 12 符号速率扩频因子码片速率15k2563 84M30k1283 84M60k643 84M120k323 84M240k163 84M480k83 84M960k43 84M1920k23 84M 可变正交码产生技术 WCDMA无线技术原理 2 信道化码 OVSF 13 OC1 OC2 OC3 OC4 OC5 OC6 OC7 OC1 OC2 OC3 OC1 OC2 OC1 OC2 OC3 OC4 下行 正交码用于区分从单个基站来的多个数据信道 上行 正交码用于区分从单个手机来的多个数据信道 WCDMA无线技术原理 2 信道化码 OVSF 14 WCDMA无线技术原理 3 信道扰码 15 扰码分为512个集合 每个集合有一个主扰码和15个次扰码 WCDMA无线技术原理 3 信道扰码 16 512个主扰码又进一步分为64个扰码组 每组8个 WCDMA无线技术原理 3 信道扰码 17 下行 SC码用于区分不同的基站上行 SC码用于区分不同的手机 扰码 ScramblingCode 扰码主要编码类型 GOLDCODE WCDMA无线技术原理 3 信道扰码 18 WCDMA物理层最重要的两个步骤 扩频和加扰 扩频 扩频操作又称信道化操作 将一个高速数字序列与数字信号相乘 把一个一个的数据符号转换成一系列码片 WCDMA采用OVSF码作为信道化码 每个符号被转换成码片的数目叫扩频因子SF SpreadingFactor 加扰 用一个伪随机序列与扩频后的序列相乘 起到加密作用 扰码码片速率与已扩频的符号相同 不影响符号速率 加扰操作上行用来区分用户 下行区分小区 WCDMA无线技术原理 4 扩频加扰过程 19 系统为每一个小区分配且仅分配一个主扰码 公共导频信道 公共控制信道使用主扰码加扰 其他下行物理信道可以使用主扰码也可使用同个集合里的次扰码 一条物理信道可以由频率 信道码 扰码以及相位来描述 频率 信道码 扰码 相位 频率 信道码 扰码 相位 WCDMA无线技术原理 4 扩频加扰过程 20 2个数据信道 语音 控制 SC3 OC1 OC2 2个数据信道 14kbps数据 控制 SC4 OC1 OC2 3个数据信道 话音 视频 控制 SC2 OC1 OC2 OC3 3个数据信道 voice video control SC5 OC1 OC2 4个数据信道 384kbps数据 话音 视频 控制 SC6 OC1 OC2 OC3 OC4 4个数据信道 384kbps数据 话音 视频 控制 SC2 OC4 OC5 OC6 OC7 2个数据信道 语音 控制 SC1 OC1 OC2 1个数据信道 控制 SC1 OC3 语音用户 上行数据 可视电话 可视电话和数据 导频 广播SC1 OCP OCB 导频 广播SC2 OCP OCB WCDMA无线技术原理 4 扩频加扰过程 21 WCDMA无线技术原理 4 扩频加扰过程 22 目录 WCDMA网络结构和频率 WCDMA无线技术原理 WCDMA空中接口信道 WCDMA关键技术介绍 23 1 物理层结构和功能2 空中接口信道类型3 下行物理信道类型4 上行物理信道类型5 下行公共导频介绍6 上行DPCH信道介绍7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 24 无线接口协议结构 由CN下来的业务数据 我们称为逻辑信道 逻辑信道经过MAC层处理之后的信道称为传输信道 传输信道在映射到物理信道上去传输 1 物理层结构和功能 WCDMA空中接口信道 25 1 物理层结构和功能 WCDMA空中接口信道 物理层技术实现 26 物理层功能 将编码后的信息速率匹配到物理信道 加权合并 扩频 解扩 加扰 解扰 调制 解调 频率匹配 时间同步 无线测量 功率控制 射频处理等 物理层处理单元 帧和时隙 帧 由15个时隙组成的处理单元 长度是38400chip时隙 由一定长度的比特组成的处理单元 长度为2560chip 1 物理层结构和功能 WCDMA空中接口信道 27 基站NodeB 用户终端UE 2 空中接口信道类型 WCDMA空中接口信道 28 公共下行物理信道P CCPCH主公共控制物理信道 广播小区信息 广播小区系统帧号 SFN 所有下行信道帧定时参考SCH同步信道 快速同步 主同步码用于时隙同步 辅同步码用于帧同步与P CCPCH时分复用S CCPCH辅助公共控制物理信道 在Idle CELL PCH CELL FACH下发送寻呼和控制信令P CPICH公共导频信道S CPICH辅助公共导频信道 用于波束成型小区 PDSCH下行物理共享信道 多用户共享下行时分高速数据信道专用下行物理信道DPDCH专用下行物理数据信道DPCCH专用物理下行控制信道 发送专用连接模式下物理层信令和控制信息 3 下行物理信道类型 WCDMA空中接口信道 29 下行指示信道捕获指示信道 AICH 基站向移动台指示捕获到随即接入试探指示方式 回应移动台随机接入签名码寻呼指示信道 PICH 通知移动台监视下一个寻呼帧 S CCPCH 接入前导指示信道 AP AICH 确认基站已捕获到移动台分组接入试探指示方式 回应移动台随机接入签名码冲突检测与防止指示信道 CD CA ICH 证实分组接入试探无冲突指示方式 回应移动台分组接入冲突检测签名码也可以提供可用分组信道指配分组状态指示信道 CSICH 广播分组信道可用状态信息 3 下行物理信道类型 WCDMA空中接口信道 30 上行物理信道公共上行物理信道PRACH物理随机接入信道 移动台发起向基站的接入信息PCPCH物理公共分组信道 移动台发送无连接的分组数据专用上下物理信道DPDCH专用上行物理数据信道DPCCH专用上行物理控制信道 移动台向基站发送专用连接模式下物理层信令和控制信息 4 上行物理信道类型 WCDMA空中接口信道 31 Pilot符号数据 10符号 时隙 1无线帧 15时隙 10mSec 1时隙 2560码片 10符号 20bits 666 667uSec 6 5 7 8 9 10 11 12 13 14 4 3 2 1 0 主公共导频信道P CPICH扩频码 信道码Cch 256 0 主扰码每小区仅有一个并在全小区广播为SCH P CCPCH AICH PICH AP AICH CD CA ICH CSICH CPCH附带的下行DPCCH和S CCPCH信道提供相位参考和信道估计主P CPICH作为下行DPCH及PDSCH信道相位参考和信道估计切换测量和小区选择 再选择调节主导频功率可以调节邻小区间的负载平衡 5 公共导频信道 CPICH WCDMA空中接口信道 32 由于WCDMA属于异步传输系统 必需对所传输数据的格式进行严格的定义 所以在WCDMA系统中一条信道包括数据和控制两个部分 一条DCH信道 6 上行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 33 上行DPCH信道帧结构 6 上行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 34 专用数据信道DPDCH 专用控制信道DPCCH 用户数据发送 上行专用物理信道原理 6 上行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 35 上行业务信道扩频和加扰 控制部分和数据部分分别扩频后分别映射到I Q两条信道中 DPCH分为DPDCH和DPCCH 它们在每一个无线帧中I Q码分复用 它们分别有各自的信道化编码和同一个扰码 6 上行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 36 控制部分固定扩频因子SF 256 数据部分为可变扩频因子 最大允许一条控制信道与6条数据信道合并使用 6 上行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 37 下行DCH信道帧结构 7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 38 用户数据发送 下行专用信道 DPCH 功能描述 7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 39 下行多码传输的时隙结构 多个DL DPCH可以并行传送 采用相同的扩谱系数控制信息在第一个DL DPCH上传送 其余的DPCH相应位置不连续发射 DTX 7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 40 下行业务信道扩频和加扰 控制部分和数据部分采用时分复用到一条信道上 经过串并转换逐比特映射到I Q支路 然后采用相同的扩频码 扩频因子可变 扩频 最后加扰 串并转换 DEMUX 一路输入符号数字序列被分为两路 即第0 2 4 6 8 位送入 I 支路而第1 3 5 7 9 位送入 Q 支路每支路符号速率实际降为输入符号速率的一半 最后的信息速率保持不变 7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 41 对于速率为60kbps的数字信号进行信道化 扩频 操作 上行需要的扩频码为64下行需要的扩频码为128 由于上下行信道映射方式不同 7 下行DPCH信道介绍 WCDMA空中接口信道 42 目录 WCDMA网络结构和频率 WCDMA无线技术原理 WCDMA空中接口信道 WCDMA关键技术介绍 43 1 RAKE接收2 功率控制3 呼吸效应4 软容量5 导频污染6 软切换7 硬切换8 小区同步过程 WCDMA关键技术介绍 44 RAKE接收技术有效地克服多径干扰 提高接收性能 1 RAKE接收 WCDMA关键技术介绍 45 PL1 PL2 L1 L2 PRX 2 PRX 1 PTX 2 PTX 1 PRX 2 PRX 1 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 基站接收端某个用户过大的功率甚至阻碍其它用户的通信采用功控技术减少了用户间的相互干扰 消除远近效应 提高了系统整体容量 远近效应的问题 WCDMA关键技术介绍 2 功率控制 46 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 功控的目的 2 功率控制 WCDMA关键技术介绍 47 升功率 降功率 UE降低发射功率 升功率 升功率 UE发射功率升高 多小区功率控制 2 功率控制 WCDMA关键技术介绍 48 呼吸效应 WCDMA系统在没有用户时 仅发送导频 同步 和广播信息 随着用户的增多不断提高 加大业务信道的发射功率 用户之间的干扰也随之加大 由于其自身又是一个干扰受限系统 这样远处的用户由于其到达基站上行功率弱 不能满足最低信噪比要求而被拒绝接入 覆盖范围随用户的增多而缩小 即 呼吸效应 3 呼吸效应 WCDMA关键技术介绍 49 系统容量与通信质量可以互换不同的业务有不同的容量不同的业务比例和构成 有不同的容量 WCDMA系统在达到一定的用户数之后 再增加一个用户时 系统功率受到限制 但可以降低一些用户的信噪比 容量可以变化 称之为 软容量 4 软容量 WCDMA关键技术介绍 50 导频污染定义为 能够进入激活导频集的导频数目大于激活导频集限定的数量 频繁发生进入和退出激活导频集事件 WCDMA系统将导频分为三类 激活导频集 侦测导频集 相邻导频集 导频污染后果 激活导频集数目一般设为与RAKE接收机路径数相同 因此不能进入激活导频集地导频 不能进行合并形成有用信号 这样其变成一路同频干扰 加大信令开销 占用过多空中接口资源 5 导频污染 WCDMA关键技术介绍 51 软切换和更软切换先建立后断开同一个RNC的软切换 不同RNC的软切换 硬切换先断开后建立不同载波之间的切换 以及与GSM系统的切换 6 软切换 WCDMA关键技术介绍 52 Note 为测量报告触发时间延时 即在 时间内测量触发条件均满足时才发送测量报告 软切换测量报告 6 软切换 WCDMA关键技术介绍 53 1A 无线链路增加事件 有一个导频满足进入激活导频集门限并进入激活导频集 1B 无线链路删除事件 有一个导频满足退出激活导频集门限并推出激活导频集 1C