G转U培训系列WCDMA系统原理概述V.ppt

Page1 课程目标 了解GSM与WCDMA技术的异同点掌握CDMA技术的基本原理掌握WCDMA系统结构及无线接口掌握WCDMA无线资源管理的原理了解WCDMAFDD模式的技术特点 学习完本课程 您将能够 Page2 内容介绍 第一章引导 GSMvsWCDMA第二章CDMA原理概述第三章WCDMA无线接口物理信道第四章无线资源管理概述第五章WCDMAFDD的技术特点 Page3 GSM向WCDMA的演进 WCDMA 具备高速数据接入能力 提供丰富多彩的业务理论速率 实际速率 R99 R4 2Mbps 384KbpsR5 HSDPA 14 4Mbps 1Mbps以上 Page4 多址技术 区分不同用户 Page5 GSM与WCDMA多址技术比较 GSM采用FDMA TDMA 单载波带宽 200KHz抗干扰能力弱 载干比要求 9dB单载波8个时隙 系统容量相对固定 可以根据时隙数量估算不同用户不同时隙 相互干扰很小 WCDMA采用FDMA CDMA 单载波带宽 5MHz抗干扰能力强 载干比要求 8dB容量不固定 软容量 容量和用户分布 业务类型 干扰等密切相关用户之间互相干扰 需要很好地控制 Page6 GSM与WCDMA无线接入技术比较 Page7 GSM与WCDMA网络接口比较 RNS RNC RNS RNC WCDMACoreNetwork NodeB NodeB NodeB NodeB Iu CS Iu Iur Iub Iub Iub Iub Iu PS BSS BSC GSMNSS BTS BTS A Abis Abis Gb 扇区 小区 小区可以包括多个载频 扇区可以包括多个小区 小区 载频 Page8 GSM与WCDMA协议比较 Page9 WCDMA与GSM空中接口的主要区别 Page10 3G频谱分配 Page11 WCDMA能够使用的频段 一 主要工作频段 1920 1980MHz 2110 2170MHzWCDMA频点计算公式 频点号 频率 5上行中心频点号 9612 9888 9763 下行中心频点号 10562 10838 10713 二 补充工作频率 1755 1785MHz 1850 1880MHz中国移动和中国联通目前已有的GSM频段以后可以用于WCDMA Page12 内容介绍 第一章引导 GSMvsWCDMA第二章CDMA原理概述第三章WCDMA无线接口物理信道第四章无线资源管理概述第五章WCDMAFDD的技术特点 Page13 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 Page14 多径环境 Page15 衰落 发射数据 接收数据 Page16 衰落 Page17 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 Page18 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 Page19 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 Page20 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 Page21 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 Page22 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 Page23 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 Page24 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 Page25 CDMA系统基本框图 Page26 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 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 Page27 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 Page28 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 Page29 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 Page30 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 Page31 扩频与解扩 DS CDMA Page32 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 Page33 UE1 c1 UE2 c2 0 20 20 20 2 解扩原理 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 Page34 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 Page35 OVSF Walsh OVSF码 Walsh 的互相关为零 相互完全正交 Page36 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 Page37 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 Page38 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218 1 262143个扰码 但目前只使用0 8191号扰码中的主扰码扰码每10ms重复一次 长度是38400chips Page39 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511 16 从扰码511 16 1 从扰码511 16 15 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 Page40 下行主扰码 Group0 Group1 Group63 主扰码0 主扰码1 主扰码7 主扰码504 主扰码505 主扰码511 512个主扰码 64组 每组8为1个主扰码 网规的扰码规划也就是对这512个主扰码的规划分配 主扰码和扰码组 Page41 CDMA过程中的频谱变化 Page42 RAKE接收机 Page43 内容介绍 第一章引导 GSMvsWCDMA第二章CDMA原理概述第三章WCDMA无线接口物理信道第四章无线资源管理概述第五章WCDMAFDD的技术特点 Page44 GSM与WCDMA信道功能的对应关系 Page45 WCDMA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 Page46 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 Page47 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DCHDCH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 Page48 这里的时隙与GSM的时隙概念差异较大 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 2560chips T 10ms 38400chips Data Slot i Page49 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 uplinkDPDCH 专用物理控制信道 uplinkDPCCH 上行物理信道 上行物理信道 Page50 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 downlinkDPCH 下行物理信道 下行物理信道 Page51 下行物理信道配置示例 导频信道 承载广播信道BCH 用于承载FACH和寻呼信道PCH 实时分配给专用信道DPCH 同步信道 SCH0 1 Page52 物理信道的功能 基站NodeB 用户终端UE Page53 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 SCHCPICH 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 CPICHP 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基准从公共导频信道S CPICH 主要用于智能天线P CCPCH 主公共控制物理信道 用于承载系统消息信道码固定为Cch 256 1以上信道每个小区必须配置且仅能配置一条 Page54 公共物理信道的功能 S CCPCH 从公共控制物理信道 用于承载下行信令PICH 寻呼指示信道 用于承载寻呼指示 与S CCPCH成对配置PRACH 物理随机接入信道 用于承载上行信令接入时隙的间隔为5120chips 代表WCDMA基站最大覆盖半径为200公里AICH 捕获指示信道 用于承载对PRACH前缀的捕获指示 与PRACH成对配置以上信道每个小区必须至少配置一条 Page55 专用物理信道的功能 DPDCH 专用物理数据信道 用于承载用户的业务数据 单码道最大数据速率为384KbpsDPCCH 专用物理控制信道 用于承载控制信息 为DPDCH提供解调 功控等控制数据上行DPDCH和DPCCH在不同码道上传送 下行DPDCH和DPCCH在同一码道上以时间复用的方式传送当用户所需数据速率大于单码道最大数据速率时 可以采用多码道传输上行最大数据速率 384Kbps 6码道下行最大数据速率 384Kbps 7码道 Page56 逻辑信道与传输信道的映射关系 LogicalChannelsTransportChannelsCCCH uplink RACHDCCH DTCH uplink RACHDCHBCCH downlink BCHPCCH downlink PCHCCCH CTCH downlink FACHDCCH DTCH downlink DCHFACHDTCH downlink HS DSCH Page57 传输信道与物理信道的映射关系 Page58 内容介绍 第一章引导 GSMvsWCDMA第二章CDMA原理概述第三章WCDMA无线接口物理信道第四章无线资源管理概述第五章WCDMAFDD的技术特点 Page59 无线资源管理综述 无线资源管理 RRM RadioResourceManagementWCDMA系统是一个自干扰的系统 功率的使用在WCDMA系统中是矛盾的 提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服务质量QoS另一方面 由于WCDMA系统的自干扰性 这种提高会带来对其他用户干扰的增加 从而导致其他用户接收质量的降低功率是最终的无线资源 最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用RRM无线资源管理的工作就是结合QoS QualityofService 目标对功率进行管理 Page60 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 Page61 RRM的任务 信道配置 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连接服务 功率控制 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 移动性管理 在UE移动时继续维持QoS负载控制 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 贯穿整个RRM过程的主线 保证QoS 节约功率 Page62 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 远近效应 信号被离基站近的UE的信号 淹没 无法通信 一个UE就能阻塞整个小区 Page63 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 Page64 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信道下行 应用于DPCCH信道 Page65 开环功率控制原理简述 初始发射功率设置原理 Page66 PRACH信道的开环功控 Page67 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 Page68 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 Page69 上行DPCCH信道的开环功率控制 DPCCH Initial power DPCCH Power offset CPICH RSCP注 CPICH RSCP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 其计算公式如下 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