WCDMA原理与关键技术_Ecomppt课件

1,WCDMA原理与关键技术EcomricsonTechnology邹新xinjing.zou,2,1.WCDMA系统介绍,topic,2.WCDMA无线网络结构,3.WCDMA基本原理与关键技术,4.WCDMA物理层,5.WCDMAHSPA介绍,3,WCDMA系统介绍,Agenda,4,发展与演进,5,3G系统的要求,支持全球漫游，支持2G与3G之间的相互漫游支持对称与非对称传输支持多媒体业务高的频谱使用率同时支持电路域的服务与分组域的服务数据传输速率的要求：在高速移动情况下达到144kbit/s在低速移动情况下达到384kbit/s在室内环境下最高能达到2Mbit/s,6,什么是WCDMA？,WCDMA是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWidebandCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。与GSM相比，WCDMA在技术上有以下优势：1、高系统容量2、高数据速率3、多业务种类4、更可靠的无线传输5、更高的语音质量更低的传送功率,7,WCDMA技术体制-网络特点,8,WCDMAFDD模式技术规范,9,WCDMAFrequencyAllocations,10,中国联通频率范围,中国WCDMAFDD(FrequencyDivisionDuplex频分双工)模式:1.上行1920-1980MHz2.下行2110-2170MHz中国联通上行发射频率为1940-1955MHz；下行发射频率为2130-2145MHz.目前联通所采用的F1/F2模式，F1采用1950-1955MHz频段进行上行传输；2140-2145MHz进行下行传输,11,3GPP介绍,3GPP是由各个国家的地方性标准组织成立的对UMTS标准进行标准化的组织。国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种，它们分别是CDMA2000，WCDMA和TD-SCDMA，其中，CDMA2000和WCDMA属于FDD方式，TD-SCDMA属于TDD方式，系统的上、下行工作于同一频率。3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其R99协议于2000年3月冻结功能，R4协议于2001年3月冻结功能。R99、R4目前已经成熟商用，R5、R6协议还在进一步完善过程中。,12,3GPP版本演进,13,3G的三大主流技术标准比较,14,3G的三大主流技术标准比较(续),15,3G的三大主流技术标准比较(续),16,3G的三大主流技术标准比较(续),17,3G的三大主流技术标准比较(续),18,WCDMA无线网络结构,Agenda,19,WCDMA无线网络基本结构,20,WCDMARANInterfaces,21,UuInterface,22,UTRAN接口的一般协议模型,23,WCDMA基本原理与关键技术,Agenda,24,双工技术：区分用户的上行/下行信号,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GPS同步；和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难,25,多址技术：区分不同用户,26,扩频概念,27,扩频与解扩（DS-CDMA）,28,扩频理论基础-香农定理,29,扩频系统的主要特点,30,扩频改善系统性能-抗干扰,31,扩频改善系统性能-难侦破,32,扩频改善系统性能-抑多径,33,WCDMA的扩频,分为扩频和加扰两个步骤：,符号速率SF=3.84MbpsWCDMA中，上行信道码的SF为：4256下行信道码的SF为：4512,34,地址码,35,WCDMA码的使用,从整个网络来看:多个发射机(RBS,UE)共存于同一区域下的同一频率近似正交码区分发射机扰码Scramblingcodes从单个小区来看:所有移动台共享同一个载波正交码区分区分不同用户，和同一用户连接的不同信道信道码Channelizationcodes,36,扰码(伪随机码),截断的Gold码在WCDMA中作为扰码用每一个基站和终端都被分配一个唯一的扰码码的特性：定义了块的长度，块是由符合随机统计分布且数量相等的“0”和“1”组成(类噪声=伪噪声)编码带宽要远大于信号(所传信息)的带宽自相关性好(为使“正确”信号的峰值清晰)如果发射机和接收机之间的编码不能完全同步，由于自相关性好也不会有大的降级互相关性差,37,扰码,两个发射机工作在同一个频率,38,扰码的规划,8192个扰码分为主扰码和辅扰码512个主扰码最好的自相关和互相关特性每个主扰码配15个辅扰码用于多个扰码和其他特殊情况自相关和互相关特性稍差主扰码分成64个组，每组8个加快小区搜索,39,信道码(正交码),正交可变扩频因子(OVSF)码在WCDMA中作为信道码用从一个发射机来的每一个信道都被分配一个唯一的OVSF码码的特性：基于Walsh函数非常好的自相关性如果完全同步，具有正交互相关性不同的信道可以在相同的扰码上传输而没有相互间的干扰，也就是说，在接收机方有可能完全分离信道对同步要求高(不适用于扰码)可用编码的最大数量依赖于码长在WCDMA中8,16,32,64,128,256(或512)个码片,40,信道码(OrthogonalDataChannelization),OC4,OC3,OC2,OC1,RFModulation,RFDemod,OC3,DataChannel1,DataChannel2,DataChannel3,DataChannel4,Receiver,接收机使用正交码3来解扩，结果是一个没有其他信道干扰的数据信道3的完整恢复。为了得到完美的互相关特性，正交码的同步是基本要求,LinearAddition,Transmitter,41,正交码树,CodelimitationAllcodeswithinthetreeareorthogonal,Spreadingfactor12481632:,C(1,1),C(1,-1),C(1,1,1,1),C(1,1,-1,-1),C(1,1,1,1,1),C(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1),C(.),C(.),C(1),42,用户速率和扩频因子,43,WCDMA的容量特点,44,功率攀升,45,WCDMA的容量（1/2）,46,WCDMA的容量（2/2）,47,WCDMA系统的关键技术,RAKE接收机功率控制软切换更软切换系统间切换频间切换准许接入控制拥塞控制,48,无线信道,多径传播,时间离散,h(),49,“RAKE”接收机,1/2-chipdelay,ToViterbiDecoder,CompositeReceivedSignal,PN,WalshCodes,1/2-chipdelay,1/2-chipdelay,Ai,Ai,Ai,相关器,相关器,相关器,把接收的多径信号加权调整使合成之后的信号得以加强,time,1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3,+Interference,+Interference,+Interference,50,RAKE接收器框图,2020/5/21,精选,51,WCDMA功率控制,内环功率控制外环功率控制开环功率控制,下行功率分配,52,功率控制为什么,L1,L2,L1L2PRX,2PRX,1,PTX,2,PTX,1,PRX,2,PRX,1,所有用户在同一频率发射一个大功率发射的用户可以阻塞整个小区功率是共享资源，节约功率就是提高容量,53,WCDMA功率控制,54,WCDMA功率控制,内环功率控制(起始接收功率目标值l,基站接收功率目标值,开环功率控制接入前导,I外环功率控制(更新的接收功率目标值,基站接收功率,时间,800updates/sec(IS-95,cdma2000)1500updates/sec(WCDMA),2020/5/21,精选,55,BLER=BlockErrorRateSIR=SignaltoInterferenceRatioTPC=TransmitPowerControl,WCDMA功率控制(PowerControl),56,功率控制,TXpower,TXpower,RXpower,RXpower,t,t,t,t,没有功控,有功控,57,为什么要有软切换,Softhandoverpossibleandnecessarywithaone-cellfrequencyreuse.,58,RadioNetworkController,软/更软切换宏分集增益,下行:移动台RAKE接收机最大比值合并上行:在RNC选择性合并在基站RAKE接收机最大比值合并,59,软切换种类,60,频间切换,为什么UTRAN需要频间切换?需要频间测量!,:微蜂窝,使用f1,:宏蜂窝,使用f2,分层小区结构HCS,:高话务小区,使用f1+f2,:低话务小区,使用f1,热点地区,61,频间测量,TDMA:非连续发射,RX,RX,Downlink,TX,TX,Uplink,空闲时间频间测量,62,解决方案:压缩模式,不同的选择带来不同的影响低扩频因子+同样的用户数据速率-功率提高-需要分配原来一半速率的扩频因子SF/21)分配同一个码树的正交码-保持正交性2)分配另一个码树的正交码-易于得到正交码打孔+同样的用户数据速率+保持同样的扩频因子(正交码)-功率提高高层安排+避免提高功率-低用户数据速率,63,Tf=10ms,频间测量的空闲时间,SF=SF0,SF=SF0/2,SF=SF0,压缩模式,E.g.低扩频因子,64,CapacityManagement功能,CapacityManagement作用：1,控制小区负荷2,确保给不同的Connection所需要的QOSCapacityManagement主要功能:1,监测主要资源的使用情况,对新连接请求(包括软切换和连接重配)所需要的资源进行估计.(注意传输资源不在监测范围之内)2,AC:准入控制,接受或拒绝对一些关键资源的使用请求.(综合考虑请求的性质和资源的使用情况)(请求的性质:业务类型(g,ng),建立方式(ho或new)3,CC:拥塞状态的监测和缓解,拥塞可能由于一些用户的无线环境波动导致,通过降低Packet业务的速率或拆线来解决.(拥塞就是指功率拥塞,下行发射功率,上行RTWP,通过RBS测量得到),对系统的Retainbility有负面影响,2020/5/21,精选,65,准许接入控制(AdmissionControl),通过控制用户数量，保证总的业务质量,干扰,容量/负荷,计划的负荷,计划的覆盖,覆盖,这一点之上的新用户被拒绝,增加的用户,准许接入门限,2020/5/21,精选,66,信道转换,信道类型转换信道速率转换,2020/5/21,精选,67,拥塞控制(CongestionControl),比特率,68,WCDMA物理层,Agenda,69,UuInterface,70,专用物理信道(DPCH),下行物理信道,上行物理信道,公用物理信道,物理随机接入信道(PRACH),物理公共分组信道(PCPCH),主公共控制物理信道(P-CCPCH),捕获指示信道(AICH),寻呼指示信道(PICH),物理下行共享信道(PDSCH),专用物理信道(DPCH),公用物理信道,物理信道,物理信道分类,辅助公共控制物理信道(S-CCPCH),CPCH状态信道(CSICH),同步信道(SCH),接入前缀捕获指示信道(AP-AICH),碰撞检测/信道指配指示信道(CD/CA-ICH),公用导频信道(CPICH),71,物理层的功能,72,信道的