WCDMA基带基础知识与调试案例

技 术 文 件 技术文件名称 WCDMA 基带基础知识与调 试案例 技术文件编号 版 本 V1 0 第 1 页 共 22 页 目目 录录 1WCDMA 信道的构成 2 1 1下行信道的构成 2 1 1 1P SCH S SCH 2 1 1 2CPICH 3 1 1 3P CCPCH 4 1 1 4S CCPCH 6 1 1 5PICH 6 1 1 6AICH 7 1 1 7DPCCH DPDCH 7 1 2上行信道的构成 10 1 2 1PRACH信道 Preamble Message 10 1 2 2DPCCH DPDCH信道 10 2功率控制 11 2 1功控的分类 11 2 2功率控制的符号能量图 12 2 3功控的功能 13 2 4影响功控性能的参数 13 3越区切换 13 3 1软切换 13 3 2更软切换 14 3 3硬切换 14 4分集技术 14 4 1发射分集 14 4 2接收分集 21 5调试中常用的设备介绍 22 5 1E4406 22 5 2ESG4438 22 5 3QUALCOMM的测试 UE 22 5 4TM100 23 64406 在基带调试中的应用 23 6 1E4406 的功能简介 23 6 2检测下行链路需要设置的参数 24 6 3检测上行链路需要设置的参数 24 6 4为何有时需要将 4406 的频率调偏几百到几千赫兹 24 6 5如何看 SCH 的功率 25 6 6如何看 DPCH 的SYMB 26 6 7如何观察上行 DPCH 的 SYMB与 PILOT 27 第 2 页 共 22 页 1WCDMA 信道的构成信道的构成 1 1下行信道的构成下行信道的构成 1 1 1P SCH S SCH 所有的 Node B 的 P SCH 都是相同的 相同的扰码组的 S SCH 是相同的 共 64 个扰码组 P SCH 用于确定时隙同步 S SCH 用于确定帧同步 第 3 页 共 22 页 每时隙 2560chip 有 256chip 发送 SCH 信道 一般功率为 CPICH 的 3 5dB 这里提到的 SCH 的功率不是 SCH 的有效功率 而是在其发送期间的有效功率 Primary SCH Secondary SCH 256 chips 2560 chips One 10 ms SCH radio frame acsi 0 acp acsi 1 acp acsi 14 acp Slot 0Slot 1Slot 14 1 1 2CPICH 是全 1 的码道 是基站功率与时钟相位的参考 用于确定基站的扰码 是 UE 接收的基础 用于进行信道估计 AFC 跟踪 搜索等 功率大约占基站的 10 不包含任何物理层之上的有用信息 第 4 页 共 22 页 用 4406 观察到的符号能量 矢量图为 1 1 3P CCPCH 用于承载 BCH 信道 每 128 帧发送一次系统的广播信息 扰码是扩频比 SF 是 256 码道 OVSF 是 1 采用卷积编码 编码方式是固定的 20mS TTI 所有的基站都相同 每 2560chip 发送 2304chip 可以说与 P SCH S SCH 在时间上互补 参见其符号能量图 Data Ndata1 18 bits Slot 0 Slot 1 Slot i Slot 14 Tslot 2560 chips 20 bits 1 radio frame Tf 10 ms Tx OFF 256 chips 传递系统的广播信息 包含基站的系统信息 例如 SFN 号 相邻小区的信息 以及 S 第 5 页 共 22 页 CCPCH Prach 的信道信息等 一般功率比 CPICH 略低 2 3dB 采用 STTD 的分集发送 P CCPCH 的码道符号能量图如下 图中的黄线可以看出 P CCPCH 在前 256chip 出处不发射 的 只在后 2304chip 处发射 图中的浅蓝线是码片能量图 由于 C8 0 与 C8 1 的特殊关系出现了一特殊的景象 即码片能量低于符号能量 这是由于 C8 0 是由 256 个 1 组成的 C8 1 是由 128 个 1 与 128 个 1 构成的 二者叠加在一起就出现 了这种奇特的景观 C8 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 由于 CPICH 的符号全 1 j 的 因此当 P CCPCH 的符号是也是 1 j 时 二者之和就是 2 2j 2 2j 2 2j 2 2j 0 0 0 0 0 第 6 页 共 22 页 在是与上看就是前 128chip 出的能量较高 后 128chip 处为的能量为 0 1 1 4S CCPCH 用于承载 FACH 信道与 PCH 信道 分别在 UE 发起呼叫与被叫是使用 在 UE 主叫时 FACH 传递即将建立的 DPDPCH DPCCH 的上 下行参数 在 UE 被叫时 PCH 传递即将建立的 DPDPCH DPCCH 的上 下行参数 扰码是扩频比 SF 是 4 256 码道 OVSF 不定 由 BCH 通知 UE 信道的构造与 DPDCH DPCCH 相似 由 TFCI PILOT DATA 部分构成 无功控信息 S CCPCH 信道与 DPCH 有相同的 Pilot 因此 可以用 4406 很容易的解出该信道的 TD 参数 Slot 0 Slot 1 Slot i Slot 14 Tslot 2560 chips 20 2k bits k 0 6 Pilot Npilot bits Data Ndata1 bits 1 radio frame Tf 10 ms TFCI NTFCI bits 一般功率比 CPICH 略低 2 3dB 由于该信道只在呼叫过程中出现 因此较难通过 4406 看到 采用 STTD 的分集发送 1 1 5PICH 用于对 UE 的呼叫 在省电模式下启动让 UE 转到 PCH 信道上去接收下行的呼叫信息 扩频比 SF 固定是 256 共 288bit 用于传递 18 36 72 144 个用户的呼叫信息 UE 根据自己的 IMSI 号码确定自己的接收帧 接收位置 大约每相隔 20 个帧发一次 这样 UE 可以在大部分时间里将接收电路置于关闭状态 达到省电的目的 第 7 页 共 22 页 b1b0 288 bits for paging indication 12 bits transmission off One radio frame 10 ms b287b288b299 1 1 6AICH 在 UE 发起呼叫是用于确认 preamble 固定的 SF 256 只有 4096chip 的长度 4096 256 16 共 16 种签名 1 1 7DPCCH DPDCH 是专用信道 扩频比 4 512 一般 12 2K 语音业务 SF 128 ps64k SF 32 ps144k SF 16 ps384k SF 8 有 49 种时隙格式 主要的参数有 初始发射功率 PowerMax PowerMin PO1 PO2 PO3 Td 时隙格式 功控算法 1 1 时隙 2 3 时隙 功率范围是 35 15dB 相对于 CPICH 信道 码道之间互相正交 构成 第 8 页 共 22 页 One radio frame Tf 10 ms TPC NTPC bits Slot 0Slot 1Slot iSlot 14 Tslot 2560 chips 10 2k bits k 0 7 Data2 Ndata2 bits DPDCH TFCI NTFCI bits Pilot Npilot bits Data1 Ndata1 bits DPDCHDPCCHDPCCH 对于某种业务 SF 是固定不变的 不同的速率下 会插入不同数量的 DTX 可由 TFCI 来指 示本 TTI 传送的数据的编码 解码参数 Pilot 用于进行物理信道的 BER 的计算 其范围是 0 55 TPC 用于传递 UE 的上行发射功控命令 用 4406 可以观察每时隙的各个域的数值 第 9 页 共 22 页 第 10 页 共 22 页 1 2上行信道的构成上行信道的构成 1 2 1PRACH 信道 信道 Preamble Message 用于发起呼叫或进行位置登记 由两部分构成 需要射频的指标是 AGC 的反映速度 One access slot p a p m p p Pre amble Pre ambleMessage part Acq Ind AICH access slots RX at UE PRACH access slots TX at UE 1 2 2DPCCH DPDCH 信道信道 DPCCH 与 DPDCH 是码分的 DPCCH 使用 SF 256 OVSF 0 在 Q 路上传输 DPDCH 的 SF 4 256 OVSF SF 4 在 I 路上传输 Pilot Npilot bits TPC NTPC bits Data Ndata bits Slot 0Slot 1Slot iSlot 14 Tslot 2560 chips 10 bits 1 radio frame Tf 10 ms DPDCH DPCCH FBI NFBI bits TFCI NTFCI bits Tslot 2560 chips Ndata 10 2k bits k 0 6 观察到的符号能量图 第 11 页 共 22 页 2功率控制功率控制 2 1功控的分类功控的分类 内环功控 闭环功控 上行 下行 算法 1 每时隙调整一次 算法 2 每 3 时隙调整一 次 算法 1 每时隙调整一次 算法 2 每 5 时隙调整一次 外环功控 功率控制DPCH 使用 利用上下行 的 DPCH 的 TPC 来实现 在发起呼叫时的 Prach 上与初始建立的 DPCH 使用 上行 在 RNC 上实现 下行 在 UE 上实现 开环功控 第 12 页 共 22 页 2 2功率控制的符号能量图功率控制的符号能量图 从图纸可以看出 1 step 2dB 2 共有 6 个不同的功率电平 即功率的范围是 5 2 10dB 每时隙的功率的变化是从上时隙的插入导频开始 到本时隙的 data2 的最后一个符号能量为止 的 两帧之内的两帧之内的 DPCH 的功率的波动的功率的波动 第 13 页 共 22 页 2 3功控的功能功控的功能 克服远近效应 克服快速衰落 2 4影响功控性能的参数影响功控性能的参数 SIR 的 3 测量精度 延时 步长 PowerRaiseLimited Windowsize PO1 2 3 的参数设置 3越区切换越区切换 3 1软切换软切换 基站之间的切换 过程 UE 测量 上报 判决 实施 第 14 页 共 22 页 3 2更软切换更软切换 同一个基站的不同扇区之间的切换 3 3硬切换硬切换 不同频点之间的切换 4分集技术分集技术 4 1发射分集发射分集 RAKE 接收机是一种时间上的分集 将不同时刻到达的信号经过延迟后叠加到一起 发射分集 时一种空间上的分集 发射分集技术是抵抗衰落 提高链路性能的一项有效技术 发送分集技术可以分为两大类 开 环模式与闭环模式 二者的主要区别在于基站发射机是否利用一动态的反馈信息 FBI 控制信道 的状态 在开环模式下 基站发送前馈信息而无需知道信道状态信息 移动台可以用线性处理或最 大似然译码获得发送数据 在闭环模式下 基站需要通过移动台的反馈通道获得信道的状态信息 以调整发送天线间的权重 包括相位与幅度 使移动台的接收功率达到最大 在 3GPP 中 规定了开发发射分集与闭环发射分集两种分集方式 其中闭环发射分集有分为模式 1 模式 2 其中模式 1 只调整发射的相位 模式 2 同时调整发射的相位与幅度 下表介绍了下行的各个物理信道类型上开环和闭环发射分集模式的可能应用 下行物理信道上下行物理信道上 Tx 分集模式的应用分集模式的应用 X 可以应用可以应用 不可应用不可应用 第 15 页 共 22 页 物理信道类型开环模式闭环 TSTDSTTD模式 P CCPCH X SCHX S CCPCH X DPCH XX PICH X PDSCH XX AICH X CSICH X 允许在同一个物理信道上同时选用 STTD 和闭环模式 如果在任何一个下行物理信道上选用了 发射分集 那么在 P CCPCH 和 SCH 也将选用发射分集 此外 在 PDSCH 帧上选用的发射分集模式同样也作为与 PDSCH 帧相关联的 DPCH 上选用的 发射分集模式 在 PDSCH 帧的持续期间 以及 PDSCH 帧之前的一个时隙期间 与之相关联的 DPCH 所选用的发射分集模式 开环或闭环 是不能改变的 然而 闭环模式 1 和闭环模式 2 之间 的转换是允许的 下行开环发射分集采用了空时分组码发射天线分集 STTD 在 UTRAN 中 STTD 编码为可选用 的 对于 UE 则是强制支持的 STTD 编码用于四个连续信道比特分组 信道比特 b0 b1 b2 b3的通用 STTD 编码器的框图如下图所示 信道编码 速率匹配和交织是按照非分集模式进行的 对 DTX 时 比特 bi表示实数值 0 其余为 1 1 b0b1b2b3 b0b1b2b3 b2b3b0 b1 天线 1 天线 2 信道比特 天线 1和天线 2的 STTD编 码信道比特 STTD 编码器的通用模块框图 第 16 页 共 22 页 时分发射分集 TSTD 仅用于 SCH SCH 的 TSTD 编码在 UTRAN 侧是可选的 对于 UE 是强制支 持的 UE 侧和 UTRAN 侧都必须支持两种闭环发射分集模式 支持 DPCH 闭环模式发射分集的发射机的大概结构如下图所示 信道编码 交织和扩频与非 分集模式相同 扩频后的复信号送到两个发射天线 并被天线的特定加权因子 w1 和 w2 加权 通常情况下加权因子为复数 即 wi ai jbi 加权因子 其实就是对应的闭环模式 1 下的相位调整量和闭环模式 2 下的相位 幅度调整量 由 UE 决定 并利用上行 DPCCH 的 FBI 字段的 D 比特通知 UTRAN 接入点 即小区收发信机 对闭 环模式 1 两个不同的天线发射的 DPCCH 的专用导频符号不同 正交 对闭环模式 2 在两个不同 的天线上发射的 DPCCH 上的专用导频符号相同 Spread scramble w 1 w 2 D P CH DPCCH DPDCH Rx Rx CPICH 1 Tx CPICH 2 Ant 1 Ant 2 Tx Weight Generation w 1 w 2 Determine FBI message from Uplink DPCCH 支持支持 DPCHDPCH 闭环模式发射分集的下行发射机的大概结构闭环模式发射分集的下行发射机的大概结构 在 3GPP TS25 101 TS34 121 中 对 UE 的 12 2K 业务在不分集 STTD 发射分集 闭环发射分 集模式 1 2 的情况下 在多经衰落信道 CASE1 下的接收性能指标分别做了规定 见下表 工作模式工作模式 or c I EDPCH 说明说明 不分集 15dB STTD 开环发射分集 16 8dB信号功率降低 1 8dB 相当于增加 51 第 17 页 共 22 页 的用户容量 闭环发射分集模式 1 18dB信号功率降低 3dB 相当于下行增加了 100 的用户容量 闭环发射分集模式 2 18 3dB信号功率降低 3 3dB 相当于下行增加了 114 的用户容量 对于发射分集的性能 有很多的仿真结果 东南大学发表在 2002 年第 8 期 电子学报 的文章 WCDMA 系统发送分集的性能分析 中 介绍了他们的仿真结果 仿真测试条件 传输速率 240kps 交织器的交织块大小为 32 75 1 3 卷 积编码 约束程度 9 信道模型为 M 1225 假设理想的信道估计且完全同步 仿真研究结果表明 在步行环境下 开环 闭环发送分集和单天线发送相比 RAKE 接收误码 率的改善相当显著 在 BER 0 001 时 性能增益大于 4 5dB 闭环发射模式的接收性能门限优于开 环分集模式 闭环模式 2 相对于开环分集的性能增益大于 2dB 见下图 在车速为 25KM H 时 闭环发送分集和单天线发送相比 RAKE 接收误码率的改善依然相当显 著 性能增益改善大于 1 8dB 但各种分集的性能增益已趋接近 闭环分集模式 2 由于需要较长时 间的相干支持 接收性能已经劣于闭环分集模式 1 第 18 页 共 22 页 不同的车速情况下各种发送技术为使 RAKE 接收机获得 BER 0 001 所需的发送 Eb No 值的比 较表明 在步行环境及低车速的情况下 双天线发送分集提供很大的性能增益 尤其是闭环分集模 式 随着移动台的速度的增加 发送分集获得的性能增益迅速减小 其中闭环发射分集的性能迅速 减小甚至劣于开环发射分集 这是由于移动速度的增加使信道的相干时间减小 闭环发射分集利用 前一个时隙估计的信道参数进行的相位与幅度的调整不能起到使信号功率最大的作用 而开环发射 分集只要在连续的两个符号时间内信道参数不变 就能获得级数为 2 的接收性能增益 所以相对 于闭环分集模式 开环分集技术的接收性能对移动速度的变化的环境更具有稳定性 但是随着移动 速度的进一步增加 信道的相干时间更短 信道的相干宽度变窄 则由于交织和信道编码的抗衰落 作用明显 RAKE 接收机分辩的路径数增加 单双天线发送的 RAKE 接收性能趋于一致 此时由 双天线发送分集引起的发送端和接收端的额外的下线性处理及增加的的反馈链路都不能导致接收性 能的改善 第 19 页 共 22 页 因此 在总的发送比特能量相同的条件下 闭环发射分集模式在步行环境下能够提供比开环分 集模式更好的接收性能 开环分集模式的接收性能则在车载环境下比闭环模式更好的稳定性 下面是欧洲的部分研究结果 Mara Canales1 Performance analysis of diversity transmission modes in UTRA FDD under time varying multipath channels 测试条件 WCDMA 120KB S 的符号速率 不带编码与交织 在在 3km H 下下 STTD CL1 CL2 与不分集的接收性能比较与不分集的接收性能比较 第 20 页 共 22 页 在在 50km H 下下