《G无线基本原理》PPT课件

2005年7月,3G无线基本原理,中国移动研究开发中心2005年7月,2005年7月,内容,UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA的移动性管理WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS,2005年7月,数字技术IMT-2000(ITU)UMTS(WCDMA,TD-SCDMA),CDMA2000,第二代,1990,2000,第一代,第三代,数字技术例如:GSM,CDMA(IS-95),模拟技术例如:NMT,TACS,AMPS,R2000,移动通信技术的演进,UniversalMobileTelecommunicationSystem,2005年7月,RAN,IMSIP多媒体子系统,3GPPUMTSR4March01,3GPPUMTSR53Q02,3GPPUMTSR99March00,3GPP标准概况,CS-电路域,PS-分组域,R99RAN：基于WCDMA的全新技术R4RAN：加入了TD_SCDMA选项CS域：承载与控制分离R5RAN：HSDPA,IPUTRAN选项核心网：引入了IP多媒体子系统(IMS),2005年7月,R99和R4主要设备与接口,NodeB,Uu,Iub,RNC,Iur,接入网,核心网,TRAU,MSC,VLR,PSTN,SGSN,GGSN,ExternalPacketNetworks,Gi,Iu-CS,Iu-PS,HLR/AuC,D,C,Gr,UE,PrivateIPBackbone,2005年7月,RNC基本功能（1）,2005年7月,RNC基本功能（2）,控制平面/ControlPlane,用户平面/UserPlane,FP:FrameProtocol,网络接口协议终接NetworkInterfaceprotocolterminationRANAP(IuInterface)RNSAP(IurInterface)NBAP(IubInterface)ALCAP(allinterfaces)无线资源管理RadioResourceManagementRRCterminationRRMStrategyQoSManagementUTRANOAEc/No在数值上接收到的导频功率/总的接收功率，一般指下行。Eb：bit能量；是NodeB设备和终端接收机解调能力的一种反映；上行、下行。,接收信号,数据序列,扩频序列发生器,信道解码,解调,Ec,Eb,2005年7月,Ec/No与Eb/No,Eb/No=Ec/No+处理增益（dB）,功率谱,所需的Eb/No,干扰信号,decodinguser1,Echip,N0,Ebit,用户1,噪声,用户2,用户3,处理增益=10log(3.84Mcps/xkbps),25dBfor12.2kvoice,10dBfor384kdata,18dBfor64kdata,2005年7月,练习,已知：在一种多径衰落信道环境下，终端的接收机对PS384K业务的Eb/No的最小的要求为2.4dB，对CS12.2K业务的Eb/No的最小的要求为7.5dB;请问：PS384K业务、CS12.2K业务终端接收机前端的Ec/No分别至少为多少时，才可以正确解调？,2005年7月,TX,D(t),Delay0,Delay1,C(t-0),(+)D(t),C(t-1),Delay(1),RX,C(t-n),Delay(0),Delay(n),RX,RX,C(t),0,1,n,D(t),D(t),利用多径分集进行合并,BTS,RAKE接收机,2005年7月,RAKE接收机,信号在空中传输的过程中，受到障碍物的反射，散射，折射等影响，接收机就会收到多个不同时延、同一消息的多路信号。从每一个多径信号的角度看，其他多径信号都是干扰，若可以用RAKE接收机将多个信号进行合成将会进一步得到改善，故而引入了RAKE接收机。RAKE接收机的作用是将多个信号进行合成。RAKE接收机包含多个相关器，每一个相关器接收一路信号，并赋予它们一定的时间补偿，使它们达到同步，采用最大比值合并。因为接收机的多路信号是互相衰落独立的，因此进行分集可以提高接收性能。,2005年7月,内容,UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA的移动性管理小区选择与重选切换软切换硬切换系统间切换WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS,2005年7月,小区选择,当PLMN选定之后，UE尝试在该PLMN寻找合适的小区驻留，目的是选择一个属于这个PLMN的信号较好的小区小区选择的准则：S准则,其中两个主要的参数：Qqualmin：CPICHEc/No表示的最低接入门限Qrxlevmin：CPICHRSCP表示的最低接入门限,类似GSM的C1准则,2005年7月,小区重选,在UE驻留的小区信号逐渐变差时，UE将启动相应的小区重选小区重选的测量一般包括：同频测量，即当前小区小区的信号小于同频测量门限，则启动同频小区重选异频测量，即当前小区小区的信号小于异频测量门限，则启动异频小区重选异系统测量，即当前小区小区的信号小于异系统测量门限，则启动异系统小区重选,2005年7月,小区重选判决,小区重选应用准则：R准则WCDMAFDD小区使用CPICHRSCP或Ec/NoGSM小区使用接收信号平均强度值根据R值排序，并选择具有最高R值的小区,2005年7月,切换分类,软切换：同一个NodeB不同扇区间的更软切换同一个RNC不同NodeB间的软切换不同RNC间的软切换硬切换：同频硬切换，如没有Iur接口的两个RNC间硬切换异频硬切换：手机在不同频率间的切换系统间切换：WCDMA和GSM、GPRS间的切换GSM只有硬切换，没有软切换。,2005年7月,不同类型的切换,NodeB3,Cell4,SRNC,DRNC,Iub,Iur,NodeB2,Iub,UMTSCarrier1,Iub,GSM/GPRS,SofterHO,SoftHO,SoftHOinter-RNC,2Gto3GHHO,3Gto2GHHO,更软切换RNC内的软切换2G到3G的系统间切换,图例,UMTSCarrierx,Inter-FrequencyHHO,RNC间的软切换3G到2G的系统间切换异频硬切换,2005年7月,切换三步曲,1、测量（主要由UE完成）测量控制测量的执行与结果的处理测量报告2、判决（主要由RNC完成）以测量为基础资源申请与分配3、执行（RNC/NodeB/UE共同完成）信令过程测量控制更新,2005年7月,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”软切换会比硬切换占用更多的系统资源,UEmove,TargetBS,SourceBS,No“GAP”ofcommunication,软切换的特点,2005年7月,软切换的数据合并,不同RNC间的软切换：,2005年7月,激活集（ActiveSet）:UE用来发送用户信息的所有小区的集合，这些小区必须全部位于CELL_INFO_LIST中.监视集（MonitoredSet）:CELL_INFO_LIST中非激活集小区的集合检测集（DetectedSet）:不在CELL_INFO_LIST中，但是UE对小区质量的测量进入上报门限的小区,软切换与激活集,2005年7月,激活集更新算法,2005年7月,导频污染,手机的RAKE接收机最多只能同时接收3个小区的多径信号这意味着手机可以与某个或多个基站的最多3个信号进行通信，并将之合并成一个单一的强信号，便于后续处理当一个手机激活集已经有3个小区信号，监视集还有小区的信号强度超过某个上限（被认为是强信号），这种情况就叫做导频污染pilotpollution,C(-12dB),PollutionSource,ActiveSet,ActiveSet,ActiveSet,DriveTestRoute,NotaPollutionSource,orinActiveSet,B(-14dB),D(-12dB),A(-12dB),E(-18dB),2005年7月,硬切换的特点先中断UE和系统源小区的链路，然后建立目标小区的链路通话会产生“缝隙”节省资源,硬切换,2005年7月,异频硬切换,WCDMA和GSM在异频切换的不同：GSM是不连续接收的，可以利用TDD间隙进行异频测量；WCDMA是连续接收的，UE一般只有一个接收机，不能同时进行不不同频率的信号测量，需要通过一定的方式产生时间间隙进行异频异系统的测量（双接收机的终端可以同时接收两个频率的信号）；,2005年7月,异频硬切换,WCDMA如何进行异频硬切换？盲切换方式：明确知道切换的目标小区，如异频同覆盖小区时，可以使用；启动压缩模式方式：通过SF/2、打孔或高层调度产生间隙进行异频、异系统信号的测量；压缩模式也应用于系统间切换。,OneFrame(10ms),Transmissiongap(3to10timeslots),Measurementsonotherfrequency,2005年7月,内容,UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA移动性管理WCDMA无线资源管理概述功率控制准入控制动态信道分配UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS,2005年7月,无线资源管理目的,无线资源管理（RRM）的主要目的是保证用户的QoS，同时尽量节约系统的功率和带宽资源功率控制：在保证用户的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切换控制：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状态迁移和动态信道配置：充分利用用户的活动性进行空口资源的优化负载控制：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,2005年7月,无线资源管理概述,2005年7月,CDMA自从被提出以来，前几十年时间没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服“远近效应”，功率控制的目的就是为了克服远近效应,功控的目的,2005年7月,功率控制的分类：开环功率控制闭环功率控制内环功率控制外环功率控制WCDMA和GSM功率控制的差别功控频率：WCDMA：1500Hz，GSM2Hz或更低,功控的分类,2005年7月,开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据UE的测量（CPICH接收功率）对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。,开环功控,2005年7月,WCDMA内环功控频率为1500Hz，外环功率控制频率一般为10100Hz；内环功率控制步长为0.5dB,1dB,1.5dB,2dB等；,闭环功控,1.RNC根据BLERTarget设置内环功率控制的SIR目标值,2.NodeB根据SIR目标值进行功率控制,3.MSTx,4.RNC检测BLER,5.RNC更新SIR目标值,6.NodeB根据新的SIR目标值继续功率控制,内环功率控制,外环功率控制,NodeB,UE,RNC,2005年7月,功率控制主要参数,BLERTarget的典型设置：CSAMR：1CS64K：0.11%PS：5,2005年7月,准入控制目的、触发时机,目的：通过接纳或拒绝用户的接入使小区的负荷保持在一个合理的水平，保证已有用户的通信质量触发时机在呼叫建立时切换请求切入小区时呼叫进行无线资源的重配置时,2005年7月,准入控制流程,2005年7月,准入控制,准入控制相关参数：上行主要通过RTWP(ReceivedTotalWidebandPower)攀升来判决，一般设置使上行负载为50；下行主要通过TCP(TransmittedCarrierPower)门限来判决，一般参数设置使下行负载为75；,2005年7月,内容,UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA的移动性管理WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道协议栈逻辑信道传输信道物理信道RRC状态迁移WCDMA的业务与QoS,2005年7月,UMTS协议栈,2005年7月,RadioNetworkLayer,TransportNetworkLayer,PhysicalLayer,ApplicationProtocol,DataStream(s),ControlPlane,UserPlane,SignalingBearer(s),SignalingBearer(s),DataBearer(s),ALCAP(s),TransportNetworkUserPlane,TransportNetworkUserPlane,TransportNetworkControlPlane,UTRAN接口的一般模型,UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork,2005年7月,控制平面/ControlPlane,2005年7月,用户平面/UserPlane,2005年7月,Uu接口协议栈,Layer1,Layer3,Layer2,ControlPlane,UserPlane,PHY(PHYsical),MAC(MediumAccessControl),RLC(RadioLinkControl),PDCP,BMC,RRC(RadioResourceControl),Managementfunctions:MM,CC,NonAccessStratum,AccessStratum,Networklayerprotocol:Ipv4,Ipv6,.,AMR,2005年7月,信道（1）,UMTS定义了三种信道:逻辑信道Logicalchannels:消息的类型传输信道Transportchannels:传输格式（卷积码、时长、编码方式、分块方式、BLOCK的传送周期、BLOCK的大小等）等物理信道Physicalchannels:频率扩频码扰码,2005年7月,信道（2）,2005年7月,部分信道缩略语,2005年7月,信道映射关系,逻辑信道,传输信道,物理信道,BCCH,BCH,P-CCPCH,FACH,S-CCPCH,PCCH,PCH,S-CCPCH,CCCH,RACH,PRACH,FACH,S-CCPCH,CTCH,FACH,S-CCPCH,DCCH,DTCH,DCH,DPDCH或DPCCH,CPCH,PCPCH,DSCH,PDSCH,RACH,FACH,PRACH,S-CCPCH,GSM：BCCH,GSM：PCH,GSM：RACHAGCH,物理信道：GSM：物理信道是通过不同时隙区分；WCDMA：网络信道是通过不同码字区分；,GSM：CBCH,GSM：SDCCHSACCHFACCH,GSM：TCH,GSM没有传输信道！,2005年7月,逻辑信道业务,=下行,=上行,DTCH(DedicatedTrafficCHannel),CTCH(CommonTrafficCHannel),AMR语音：12.20kbps;10.20kbps;7.95kbps;7.40kbps;6.70kbps;5.90kbps;5.15kbps;4.75kbps电路交换的数据分组交换的数据实时、非实时的业务,透明非确认模式下的公共用户数据小区广播信息(天气,交通等),AMR,E-mail,SMS,FTP,VoIP,RNC,Infoprovider,2005年7月,逻辑信道控制,BCCH(BroadcastControlCHannel),PCCH(PagingControlCHannel),BCHorFACH上广播的系统消息,频率号(UARFCN);Cell、PLMN标识;允许的最大上行发射功率等.,在空闲、cell_PCH或URA_PCH状态寻呼(寻呼类型1)通知UE系统消息改变,DCCH(DedicatedControlCHannel),发送专用控制消息给UE测量报告cell_FACH或cell_DCH状态寻呼UE(寻呼类型2);激活集更新消息等,CCCH(CommonControlCHannel),Cell不了解UE位置时，此信道发送发送控制消息(RRCconnection,cellorURAupdates)码字的分配、UTRAN临时标识,2005年7月,传输信道,SemiStaticPart:CRCsizeChannelCodingTTI,DynamicPart:TransportBlockSizeTransportBlockSetSize,传输信道定义了一系列的传输格式特性,TransportBlock,TransportBlock,TransportBlock,TransportBlock,TransportBlock,TransmissionTimeInterval,TransportBlockSize,TransportBlockSetSize,TransportFormat#1,TransportFormat#2,2005年7月,主要的传输信道,2005年7月,物理信道帧结构,Frame#0,Frame#1,Frame#i,Frame#4095,Systemframe=4096frames=40.96seconds,Slot#0,Slot#1,Slot#j,Slot#14,Frame=15timeslots=10ms=38400chips,Slot=0.667ms=2560chips,Dataorcontrolormixed:10*2kbits,kfrom0to6(UL),from0to7(DL),2005年7月,下行384K业务的速率形成过程,DTCH,DCCH,TurbocodeR=1/3,RadioframeFN=4N+1,RadioframeFN=4N+2,RadioframeFN=4N+3,RadioframeFN=4N,Informationdata,CRCdetection,2ndinterleaving,9120,9050,70,9050,70,9050,70,9050,9050,9050,#170,#270,#370,#470,9120,9120,9120,9050,11568,3856,CRC16,3840,3840,70,280,360,100,CRC12,Ratematching,1stinterleaving,CRCdetection,Informationdata,9050,9050,9050,280,100,RadioFrameSegmentation,slotsegmentation,480kspsDPCH(includingTFCIbits),Ratematching,1stinterleaving,0,1,14,608,608,0,1,608,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,Termination12,112,Tail8,Tailbitdiscard,ViterbidecodingR=1/3,2005年7月,物理信道、开机搜索,P-SCH：UMTS的cell存在？时隙边界，SF=256S-SCH：帧边界、时隙号、主扰码组号，SF=256P-CPICH：主扰码，SF=256PCCPCH：MIB、SIB广播消息块，SF=256PRACH：随机接入AICH：接入指示.，SF=256S-CCPCH：FACH、RACH的映射，SF=4256PICH：寻呼指示.SF=256DPDCH、DPCCH,2005年7月,P-CPICH不承载任何传输信道固定速率30kbpsOVSFcode=Cch,256,0用主扰码加扰CPICH_EC/N0:P-CPICH信号的质量UE对小区的CPICHEC/N0进行测量，上报给RNC，据此进行：小区选择和小区重选评定激活组触发切换设置初始下行功率计算链路质量,主-公共导频信道,2005年7月,RRC状态迁移,状态迁移的目的：节省网络资源、手机省电迁移的路线：省电，省资源:CELL_DCH到CELL_FACH到CELL_PCH到URA_PCH根据用户的需要，增加用户的带宽，提高QoS：URA_PCH到CELL_PCH到CELL_FACH到CELL_DCH,2005年7月,RRC状态迁移,上行：专用信道下行：专用信道或共享信道(DSCH),上行：RACH或CPCH下行：FACH,空闲模式,UE只能监听PCH；UE需发送数据时，需转移至CELL_FACH状态,UE位置信息限定于URA级；其它与CELL_PCH相同,2005年7月,UE工作模式比较,2005年7月,内容,UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA的移动性管理WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS业务类别QOS保障与协商机制,2005年7月,QoS-可用性(接通率&掉话等)、时延、抖动、流量、丢包率等,VideoConferencespeechCSdata,VideoStreamAudioStream,BasicBrowsi