WCDMA无线网络原理和关键技术PPT课件.ppt

WCDMA无线网络原理和关键技术 中兴通讯销售体系UMTS网规网优部姓名 郭佳E mail guo jia6 WCDMA技术原理系列胶片 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理WCDMA关键技术 3 WCDMA技术系统特点 双向采用快速闭环功率控制技术双向采用导频进行相干解调采用发射 接收分集技术码片速率高 3 84Mcps 采用编码增益高的信道编码技术基站之间不需GPS同步多种切换技术多种速率传输先进的无线资源管理算法 4 3G三种主要技术对比 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理无线通讯基本原理WCDMA相关无线技术WCDMA关键技术 6 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 7 无线传播特性 电磁传播 直射 反射 散射和绕射无线环境中的信号衰减分成三部分路径损耗 电磁波在宏观大范围 即公里级 空间传播所产生的损耗 它反映了传播在空间距离的接收信号电平的变化趋势 慢衰落 在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗快衰落 电磁波信号在数个或者数十个波长范围发生快速衰落 8 多径效应 接收信号 时间 强度 0 发射信号 9 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 10 多址接入技术 频分多址技术业务信道在不同频段分配给不同的用户 如TACS AMPS 时分多址技术业务信道在不同的时间分配给不同的用户 如GSM DAMPS 码分多址技术所有用户在同一时间 同一频段上 根据不同的编码获得业务信道 如CDMA 11 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 12 扩频通信原理 扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术其理论解释为Shannon定理 C Wlog2 1 S N 13 扩频通信原理示意图 f S f f0 扩频前的信号频谱 信号 S f f f0 扩频后的信号频谱 信号 S f f f0 解扩频后的信号频谱 信号 干扰噪声 f S f f0 解扩频前的信号频谱 信号 干扰噪声 信号 脉冲干扰 白噪声 14 扩频通信的特点 抗多径干扰能力强抗突发脉冲干扰保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽实现复杂 15 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 16 信道编码的目的 编码目的 在原数据流中加入冗余信息 使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差 同时提高数据传输速率 无纠错编码 BER 10 1 10 2 不能满足通信需要 卷积编码 BER 10 3 满足语音通信需要 Turbo码 BER 10 6 满足数据通信需要 17 信道编码的原理 信道编码信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息 从而获得纠错能力目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码 1 2 1 3 使用编码增加了无效负荷和传输时间适合纠正非连续的少量错误 床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国 床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国 床 前前明明月月光光春春眠眠 不觉觉晓晓白白发发三三 千丈 红红豆豆生生南 国国 18 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 19 交织技术原理 优点交织技术是改变数据流的传输顺序 将突发的错误随机化 提高纠错编码的有效性 缺点 由于改变了数据流的传输顺序 必须要等整个数据块接收后才能纠错 加大了处理延时 因此交织深度应根据不同的业务要求选择 x1x6x11x16x21x2x7 x22x3x8 x23x4x9 x24x5x10 x25 输入数据A x1x2x3x4x5 x25 输出数据A x1x6x11x16 x25 举例 20 信道编码和交织技术的结合使用 21 无线传播特性多址方式扩频技术信道编码交织技术分集技术 无线通讯基本原理 22 分集技术的概念 两重含义 分散传输 集中处理是通过利用和查找自然界无线传播环境中的独立 或至少高度不相关 多径信号来实现的可简单解释为 如果一条路径中的信号经历了深度衰落 但另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号优点 易获得相对稳定的信号可获得分集处理增益提高信噪比 23 分集技术的分类 空间分集又称天线分集 如果天线间的距离大于半个波长 则从不同的天线上收到的信号包络基本上是不相关的时间分集以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号 以便让再次接收到的信号具有独立的衰落环境 从而产生分集效果频率分集在多个频率上传送信号 其理论基础是在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落极化分集信号在空中传播进行了多次反射 由于不同极化方向的反射系数不同 使得信号在不同的极化方向上是不相关的 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理无线通讯基本原理WCDMA相关无线技术WCDMA关键技术 25 WCDMA的扩频技术WCDMA的信道编码WCDMA的交织技术WCDMA的分集技术 WCDMA相关无线技术 26 WCDMA系统的扩频 数据比特 扩频后码片 符号速率 SF 3 84McpsWCDMA中 上行信道码的SF为 2 256下行信道码的SF为 4 512OVSF 正交可变扩频因子 27 WCDMA的扩频加扰和调制 下行物理信道扩频调制过程 实部与虚部分离 脉冲成型 脉冲成型 串并转换 串并转换 下行物理信道1 Cch SF m j I jQ Sdl n G1 Cch SF m j I jQ Sdl n G2 下行物理信道2 Gp Gp P SCH S SCH cos wt sin wt T T Re T Im T 28 WCDMA的扩频加扰和调制 上行物理信道扩频调制过程 实部与虚部分离 脉冲成型 脉冲成型 cos wt sin wt Sdpch n S Re S Im S Cd 1 d I cc Q j I jQ DPDCH1 Cd 3 d DPDCH3 Cd 5 d DPDCH5 Cd 2 d DPDCH2 Cd 4 d DPDCH4 Cd 6 d DPDCH6 cc Cc c DPCCH Q 29 扩频增益 扩频定义与处理增益处理增益PG Wc RWc是码片速率R是信息速率用dB表示为PG 10lg Wc R 接收端进行相关解扩即可恢复原始信号扩展倍数越多 处理增益越高 抗干扰能力越强 30 WCDMA的扩频技术WCDMA的信道编码WCDMA的交织技术WCDMA的分集技术 WCDMA相关无线技术 31 卷积码 在WCDMA系统中主要用于话音信道和控制信道编码速率为1 2和1 3 Output0 G 0 557 octal Input D D D D D D D D Output1 G 1 663 octal Output2 G 2 711 octal Rate1 3convolutionalcoder 32 卷积码的特点 译码简单时延小一般采用维特比算法信道误码率在10 3数量级适合实时业务如话音和视频业务的传送 33 Turbo码 在WCDMA系统中主要用于数据业务信道编码速率为1 3可以实现大分组 时延长的业务传送Turbo编码结构基于两个或多个弱差错控制码组合 信息比特在两个编码交织器之间交织 产生两个相同信息流 然后这些信息流复用并有可能打孔解码时需要进行循环叠代计算 34 Turbo码的特点 译码复杂常采用LOG MAP算法信道误码率可以达到10 6数量级非常适合对误码率敏感而对时延不敏感的非实时分组业务WWW FTP E mail等多媒体业务传送 35 WCDMA的扩频技术WCDMA的信道编码WCDMA的交织技术WCDMA的分集技术 WCDMA相关无线技术 36 WCDMA的交织技术 帧内交织一个帧内部的数据比特位置的变换操作帧间交织不同帧之间数据的位置变换Turbo编码的内部交织Turbo编码的内部交织比较复杂 它不属于上面两种简单的交织模式 它的算法可以看作是帧内交织和帧间交织的复杂嵌套 37 WCDMA的扩频技术WCDMA的信道编码WCDMA的交织技术WCDMA的分集技术 WCDMA相关无线技术 38 WCDMA使用的分集技术 开环发射分集使用空时编码对信号进行处理 并从两根天线上发射 综合利用了时间分集和空间分集技术闭环发射分集由接收端反馈参数控制两根发射天线的加权 是带反馈技术的空间分集交织技术是一种隐含的时间分集技术 与WCDMA系统选用的编码方案配合使用RAKE接收技术也是一种隐含的时间分集技术 认为 一个码片时间 信道的相关时间 RAKE接收利用的多径信号被认为是发射机多次发送过来的信号 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理WCDMA关键技术WCDMA容量特点无线资源管理WCDMA关键技术 40 WCDMA的容量 41 功率攀升 码信道之间的非正交产生多址干扰 存在功率攀升现象 WCDMA网络会议室码信道传输用方言交谈信道功率说话声音保证信道质量听清对话信道功率增加谈话声音提高功率攀升大家都提高声音超过线性范围崩溃喊破喉咙 仍然听不清小区外的干扰房间外的干扰 42 WCDMA容量特点 WCDMA系统容量特点容量是软的软容量含义系统容量与通信质量可以互换不同的业务有不同的容量承载混合业务时 不同的业务比例和构成 有不同的容量 43 软容量 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 系统容量与通信质量可以互换 44 WCDMA容量的决定因素 WCDMA所采用的技术手段和网络规划的目的都是要在三者之间达到最佳匹配 45 影响WCDMA容量的因素 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理WCDMA关键技术WCDMA容量特点无线资源管理WCDMA关键技术 47 功率控制切换控制 无线资源管理 48 功率控制 CDMA通信技术并不是一种崭新的技术功率控制是CDMA通信技术的关键实现CDMA通信的规模商用 必须解决好功率控制 CDMA系统是一个同频自干扰系统 任何多余不必要的功率不允许发射 这是一个一定要遵守的总准则 49 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 采用功控技术减少了用户间的相互干扰 提高了系统整体容量 50 多址干扰 WCDMA是一个自干扰系统来源 共享频谱 没有理想自相关和互相关特性的扩频码现象 功率攀升 频率 时间 码字 码分多址自干扰示意图 相关输出 时间 同步 51 功率控制的目的 下行功率控制 小区发射功率 上报功率控制比特 手机发射信号 功率控制命令 上行功率控制 克服远近效应和补偿衰落减小多址干扰 保证网络容量延长电池使用时间 52 功率控制的种类 开环从信道中测量干扰条件 并调整发射功率 闭环 内环测量信噪比和目标信噪比比较 并向移动台发送指令调整它的发射功率CDMA闭环功率控制频率为1500Hz若测定SIR 目标SIR 降低移动台发射功率若测定SIR 目标SIR 增加移动台发射功率 闭环 外环测量误帧率 误块率 调整目标信噪比 53 开环功率控制 开环功率控制的目的和基本原理开环功率控制的目的在于对新请求业务的初始发射功率作出估计 下行链路的开环功控的原理在于利用UE所测得的P CPICH的信号质量来对下行链路信道的初始发射功率作出估计 同时需要考虑业务的QoS 数据速率 品质因素Eb N0 下行链路的实时总发射功率 其他小区对本小区的干扰等因素 54 闭环 内环功率控制 功率控制的目的 使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等 NodeB UE 下发TPC 测量接收信号SIR并比较 内环 设置SIRtar 1500Hz 每一个UE都有一个自己的控制环路 55 闭环 内环功率控制 闭环功率控制基本原理接收方根据接收到信号的信干比与控制信道的信干比目标值比较 然后向发送方返回一个TPC命令 发送方根据接收到的TPC命令 通过高层给定的闭环功率控制算法得出是增加发射功率还是减小发射功率 调整的幅度 TPC cmd TPC STEP SIZE进行闭环功率控制的物理信道 DPCH PDSCH PCPCH不进行闭环功率控制的物理信道 P CPICH S CPICH P CCPCH S CCPCH PRACH等 56 闭环 外环功率控制 NodeB UE 下发TPC 测量接收信号SIR并比较 内环 设置SIRtar 可以得到BLER稳定的业务数据 测量传输信道上的BLER 外环 RNC 测量接收数据BLER并比较 设置BLERtar 10 100Hz 57 闭环 外环功率控制 外环功率控制基本原理其主要思想是闭环功率控制测量单链路的SIR 与外环功率控制算法根据QoS要求设定的SIRTarget比较 控制单链路的SIR逼近SIRTarget 同时根据测量上报得到的质量信息 如CRCI 慢速调整SIRTarget 以使业务质量不因无线环境的变化而受影响 保持相对恒定的通信质量外环功率控制的入口参数有目标BLER CRC检验结果以及SIRerror 出口参数为SIRTarget一般的外环功率控制算法 周期报告FER算法 事件报告FER算法上行链路的外环功率算法在RNC侧进行 下行链路的外环功率控制算法在UE侧进行 58 功率控制切换控制 无线资源管理 59 切换控制的目的 当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区 或者由于外界干扰而造成通话质量下降时 必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上去 以继续保持通话的过程 它是移动通信系统组网中一项非常重要的技术 60 切换的基本分类 软切换同一NodeB下的小区软切换 更软切换 不同NodeB间的小区软切换不同RNC间的小区软切换 涉及Iur口 硬切换不同载频间的硬切换同一载频下的硬切换 强制性硬切换 系统间硬切换 如与GSM之间 不同模式间硬切换 如FDD与TDD之间 61 切换示意图 硬切换 软切换 62 软切换 更软切换 A B C A B C A B C A B C A B C A B C 63 WCDMA切换基本过程 测量控制UTRAN通过MeasurementControl命令要求UE进行测量 判决算法由各厂家自行确定 也是对系统的性能影响较大的部分 执行切换执行不同的切换 采用不同的切换命令 64 切换控制的一般流程 测量 由RNC决定UE测量并上报哪些物理量 切换需要UE测量的参数主要是P CPICH的Ec N0或RSCP ReceivedSignalCodePower 且两者只能用一个 一般我们用Ec N0 因为Ec N0同时体现了所接收信号的强度和干扰水平 Ec I0和RSCP之间的关系如下 Ec N0 RSCP RSSI其中 RSSI ReceivedSignalStrengthIndicator 是在相关信道带宽内的宽带功率 65 切换控制的一般流程 切换算法无论是硬切换 软切换 周期上报还是事件触发 所有的切换算法都是建立在根据测量结果所进行的事件判决基础之上的 3GPP规范中所定义的事件频内软切换相关事件 1A 1F频间硬切换相关事件 2A 2F系统间切换相关事件 3A 3D 66 与切换相关的概念 激活集 activeset 指与某个移动台建立连接的小区的集合 用户信息从这些小区发送 监测集 monitorset 不在激活集中 但是根据UTRAN分配的相邻节点列表而被监测的小区 属于监测集 检测集 detectedset 既不在激活集中 也不在监测集中的小区 67 软切换举例 PilotEc Ioofcell1 time PilotEc Io Connecttocell1Event1AEvent1CEvent1B addcell2 replacecell1withcell3 removecell3 PilotEc Ioofcell2 PilotEc Ioofcell3 t t t 68 硬切换 硬切换的测量对移动台设备的要求更复杂如果是不同频率的硬切换 需要测量其他频点的信号WCDMA采用压缩模式的方式来实现频间小区信号的测量 WCDMA系统概述WCDMA无线网络原理WCDMA关键技术WCDMA容量特点无线资源管