G转U培训系列WCDMA系统原理概述VPPT课件

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FDMATDMA,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FDMACDMA,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,IuCS,Iu,Iur,Iub,Iub,Iub,Iub,IuPS,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：19201980MHz21102170MHzWCDMA频点计算公式：频点号频率5上行中心频点号：96129888（9763）下行中心频点号：1056210838（10713）（二）补充工作频率：17551785MHz18501880MHz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12.2Kbps4.75Kbps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：UE1c1UE2使用c2扩频：UE2c2UE3使用c3扩频：UE3c3c1、c2、c3互相正交发送信息：UE1c1UE2c2UE3c3,扩频原理（理论原理）,Page30,UE1使用c1解扩（UE1c1UE2c2UE3c3）c1UE1（c1c1）UE2（c2c1）UE3（c3c1）UE11UE20UE30UE1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,_UE1:111_UE2:11c1:11111111c2:11111111UE1c1:11111111UE2c2:11111111UE1c1UE2c2:02020202,扩频原理,Page33,UE1c1UE2c2：02020202,解扩原理,UE1使用c1解扩：c111111111解扩结果：02020202积分判决：44归一化：4/4=14/4=1,UE2使用c2解扩：c211111111解扩结果：02020202积分判决：44归一化：4/4=14/4=1,Page34,UE1c1UE2c2：02020202UE1c1UE2c2误码：22021202,如果传播过程中有误码,UE2使用c2解扩：c211111111解扩结果：22020202积分判决：24归一化：2/4=0.54/4=1,UE1使用c1解扩：c111111111解扩结果：22020202积分判决：64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2181262143个扰码，但目前只使用08191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51116,从扰码511161,从扰码5111615,8192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：384Kbps6码道下行最大数据速率：384Kbps7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：RRMRadioResourceManagementWCDMA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是上行干扰；DefaultConst