WN000001 WCDMA系统基本原理(RAN)

WN000001WCDMA系统基本原理（RAN）ISSUE1.0Page2学习完此课程，您将会：掌握WCDMA系统的发展历程掌握CDMA技术的基本原理掌握WCDMA系统结构及无线网络接口掌握WCDMA系统无线信道类型及其功能掌握WCDMA系统主要的信令流程目标Page3内容介绍第1章3G概述第2章CDMA基本原理第3章WCDMA系统结构第4章WCDMA无线接口第5章WCDMA信令流程Page4什么是3G?讨论篇请思考Page5不同业务，不同技术AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代数字需求驱动数字技术语音业务第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案Page63G发展概述第三代移动通信的提出IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）原计划该系统于2000年左右商用工作的频段在2000MHz（2.1GHz）最高业务速率为2000Kbps（2Mbps）Page7185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz1865186518701885189018951910193019451965197019753G频谱分配Page8中国3G频谱分配（2002年11月）（一）主要工作频段：频分双工（FDD）方式：1920－1980MHz／2110－2170MHz时分双工（TDD）方式：1880－1920MHz、2010－2025MHz（二）补充工作频率：频分双工（FDD）方式：1755－1785MHz／1850－1880MHz时分双工（TDD）方式：2300－2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定（三）卫星移动通信系统工作频段：1980－2010MHz／2170－2200MHzPage9WCDMA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下行中心频点号：10562～10838（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WCDMAPage10WCDMA的扩展频段OperatingBandULFrequenciesDLfrequenciesTX-RXfrequencyseparation支持的协议版本R5R6R7I1920–1980MHz2110–2170MHz190MHz√√√II1850–1910MHz1930–1990MHz80MHz.√√√III1710-1785MHz1805-1880MHz95MHz.√√√IV1710-1755MHz2110-2155MHz400MHz

√√V824–849MHz869-894MHz45MHz

√√VI830-840MHz875-885MHz45MHz

√√VII2500-2570MHz2620-2690MHz120MHz

√VIII880–915MHz925–960MHz45MHz

√IX1749.9-1784.9MHz1844.9-1879.9MHz95MHz

√Page11讨论篇开动脑筋“Serviceisthelifeof3G”你怎么理解?3G将会给我们的生活带来那些改变?3G的业务是如何分类的?Page12丰富的3G业务时延

误码不同业务QOS要求会话类业务流类业务交互类业务背景类业务Page13丰富的3G业务Page14内容介绍第1章3G概述第2章CDMA基本原理第3章WCDMA系统结构第4章WCDMA无线接口第5章WCDMA信令流程Page15频率时间功率FDMA频率时间功率TDMA多址技术功率时间CDMA频率Page16码分多址（CDMA）的技术特点优点抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率高保密性强：扩频后的信号近似白噪声软容量，具备一定的话务自适应能力缺点占用带宽较大自干扰系统－系统内用户互相干扰技术实现难度大，需要采用快速功率控制、负载控制等技术Page17内容介绍第1章3G概述第2章CDMA基本原理第3章WCDMA系统结构第4章WCDMA无线接口第5章WCDMA信令流程Page18内容介绍第3章WCDMA系统结构3.1WCDMA版本演进3.2WCDMARAN接口协议Page19WCDMA协议版本的演进R99保留2G（GSM和GPRS）核心网核心网分CS电路域和PS分组域接入网引入WCDMARAN核心网和接入网之间的Iu接口基于ATMR4保留WCDMAR99RAN核心网电路域采用NGN架构，以IP承载话音业务高达高达R5核心网增加IM（IP多媒体域），增强IPQoS能力接入网增加HSDPA功能，单载波下载高达14.4Mbps的数据接入能力接入网向IPRAN方向发展200020012002规范完成时间R6全IP解决方案HSUPAPhaseII单载波上载速率高达HSPA＋（64QAM，CPC，MIMO）LTE2004Page20WCDMAR5网络结构GSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUTRAN

SCPSMSSCEHLR/AUC/HSSSGSNCGBGGGSNGPRSbackboneCNMGWMGWVMSCServerGMSCServerIP/ATMBackboneCSdomainPSdomainIu-CSIu-PSIPbackboneMRFPIMSdomainMGWP-CSCFS-CSCFMGCFMRFCRANSS7PSTN/PLMNInternet,IntranetPage21内容介绍第3章WCDMA系统结构3.1WCDMA版本演进3.2WCDMARAN接口协议Page22WCDMARAN体系结构RNCRNCNodeBNodeBNodeBCSPSCBCUEUTRANCNUuIuIu-CSIu-PSIu-BCIurIubIubIubPage23思考题所有的接口是通过什么来通信的?3G接口在ATM承载网和IP承载网上会产生那些不同?Page24Iu-CS基于ATM网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ABCRANAPAAL2PATH物理层SAALNNISCCPMTP3-BA

IuUPSAALNNIMTP3-BBATM

ALCAPPage25Iu-PS基于ATM网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ACRANAPATMSAALNNISCCPMTP3-BA

IuUPBAALType5IPUDPGTP-U物理层ATM物理层CPage26Iur基于ATM网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ABCRNSAPAAL2PATH物理层SAALNNISCCPMTP3-BA

Iur数据流SAALNNIMTP3-BBATM

ALCAPPage27Iub基于ATM网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层传输网络层用户面NCPCCPABCCCPNBAPSAALUNIAAL2PATH物理层SAALUNIDCHFPRACHFPFACHFPPCHFPATM

ALCAPPage28Iu-CS基于IP网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ACRANAPUDP/IP物理层IPSCCPM3UAA

IuUPB数据链路层数据链路层SCTPPage29Iu-PS基于IP网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ACRANAP数据链路层IPSCCPM3UAA

IuUPBIPUDPGTP-U物理层数据链路层物理层SCTPCPage30Iur基于IP网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层

传输网络层用户面ACRNSAPUDP/IP物理层IPSCCPM3UAA

IurUPB数据链路层数据链路层SCTPPage31Iub基于IP网络的接口协议栈结构控制面传输网络层控制面用户面无线网络层传输网络层用户面传输网络层传输网络层用户面NCPCCPABCCCPNBAPIP物理层IPDCHFPRACHFPFACHFPPCHFP数据链路层数据链路层SCTPUDPPage32Uu接口协议栈结构L3controlcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-planesignalingU-planeinformationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLCMACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplicationavoidanceUuSboundaryBMCL2/BMCcontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadioBearersRRCcontrolPage33内容介绍第1章3G概述第2章CDMA基本原理第3章WCDMA系统结构第4章WCDMA无线接口第5章WCDMA信令流程Page34内容介绍第4章WCDMA无线接口4.1WCDMA无线接口关键技术4.2WCDMA无线信道Page35WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page36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”经过信道编码和交织后的数据称为“符号”经过最终扩频得到的数据称为“码片”WCDMA码片速率：3.84McpsPage37WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page38WCDMA的信源编码系统采用AMR（AdaptiveMulti-Rate）语音编码多速率：8种编码速率，从12.2Kbps到4.75Kbps，与目前各种主流移动通信系统（如GSM，IS-95，PDC等）使用的编码兼容，利于设计多模终端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Page39WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page40WCDMA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

12345678910111213141516171819202122编码类型语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9，加8个尾比特数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行级联卷积码（PCCC）构成，加6个尾比特Page41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……816...456210...450614...45419...449412...452715...455311...451513...453B0B1B2B3B4B5B6B7{A4,B0}{A5,B1}{A6,B2}{A7,B3}{B4,C0}{B5,C1}{B6,C2}{B7,C3}一次交织：二次交织：Page42(a)(b)相关（相关性100％）不相关（0相关）+1-1+1-1+1-1+1码字的相关性Page43WCDMA的扩频码：OVSFOVSF：正交可变扩频因子，由Walsh矩阵生成SF=1SF=2SF=4Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(1,-1)Cch,4,0=(1,1,1,1)Cch,4,1=(1,1,-1,-1)

Cch,4,2=(1,-1,1,-1)Cch,4,3=(1,-1,-1,1)Page44扩频与解扩（DS-CDMA）扩频解扩码片符号数据扩频码扩频信号=数据×码字扩频码数据=扩频信号×码字1-11-11-11-11-1Page45扩频与解扩（DS-CDMA）期望信号其他用户信号期望的扩频信号扩频码解扩后的数据其他扩频信号积分后的其他信号1-11-11-18-81-18-8解扩后的其他信号相关接收机的基本操作积分后的数据处理增益Page46CDMA宽带扩频技术有效地利用无线信道的频率选择性衰落CDMA过程中的频谱变化扩频码扩频码信号合并窄带信号fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声+宽带信号P(f)f信号与噪声分离P(f)fPage47WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page48扩频原理

____________UE1:

＋1

－11

_____________UE2:

－1

＋1

c1:

＋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＋2Page49解扩原理UE1×c1＋UE2×c2：

0－20－20＋20＋2UE1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（表示＋1） －4（表示－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（表示－1） ＋4（表示＋1）Page50OVSF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典型业务数据速率下行SF上行SFAMR12.2+3.4 12864Modem28.8k28.8+3.4 643212.2kAMR&64kpacketdata12.2+64+3.4321612.2kAMR&144kpacketdata12.2+144+3.416812.2kAMR&384kpacketdata12.2+384+3.484Page51WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page52码序列的自相关和互相关不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分互相关函数V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)>互相关特性决定了多址干扰特性自相关函数R(τ)=<x1(t)，x1(t+τ)>其自相关特性决定了多径干扰特性，非常难找！Page53

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38400chipsPage54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＋158192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Page55WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page56WCDMA的调制调制的作用把需要传递的信息送上射频信道采用不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力R99/R4：采用QPSK，下行最大数据速率2.7MbpsHSDPA：采用16QAM，下行最大数据速率14.4MbpsPage57WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道Page58无线通信的大敌：衰落Distance(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落Page59快衰落的类型空间选择性衰落在不同地点（空间）衰落特性不一样一般是由于物体反射形成时间选择性衰落在不同时间衰落特性不一样主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成频率选择性衰落在不同频率衰落特性不一样主要由宽带信号的时间色散引起Page60分集技术－克服快衰落的主要手段空间选择性衰落空间分集：分集天线水平距离大于10倍波长极化分集：两接收天线极化方向正交发射分集：克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起）Page61WCDMA的发射分集开环发射分集基于时空块编码的发射天线分集（STTD）SCH上的时间切换传输分集（TSTD）闭环发射分集：FBTD发射分集可以提高下行覆盖，使WCDMA基站覆盖与GSM900相当，从而支持WCDMA与GSM共站址建设！Page62克服快衰落的手段－分集技术时间选择性衰落时间分集－信道交织频率选择性衰落频率分集－跳频、扩频RAKE接收机Page63RAKE接收机前端接收机第一接收径第二接收径第三接收径

延时估计器计算延时及相位偏转

信号合成器合并信号tts(t)s(t)Page64WCDMA的快速功率控制功率控制速度达到1500次/秒，功控速度大于衰落速度，可以有效地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省电，延长手机的通话时间Page65UEmoveTargetBSSourceBStimeDataUEreceived/sent“GAP”ofcommunicationWCDMA的切换－硬切换硬切换的特点先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路通话会产生“缝隙”非CDMA系统都只能进行硬切换Page66WCDMA切换－软切换软切换特点CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以避免通话“缝隙”软切换会比硬切换占用更多的系统资源当进行软切换的两个小区属于同一个NodeB时，上行的合并可以进行最大比合并，此时为“更软切换”UEmoveTargetBSSourceBStimeDataUEreceived/sentNo“GAP”ofcommunication

Page67内容介绍第4章WCDMA无线接口4.1WCDMA无线接口关键技术4.2WCDMA无线信道Page68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

Page69MAC层（层2）物理层（层1）扩频调制传输信道物理信道结构扩频调制编码和复用映射到物理层解复用解码映射到MAC层解调解扩

物理层技术实现Page70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Page71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Page72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

Tslot=2560chips

T=10ms,38400chips

Data

Slot#iPage73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Page74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Page75物理信道的功能基站NodeB

用户终端UE

P-CCPCH-主公共控制物理信道

SCH–同步信道P-CPICH–主公共导频信道

S-CPICH–从公共导频信道小区广播信道DPDCH–专用物理数据信道DPCCH–专用物理控制信道专用连接信道寻呼信道PICH–寻呼指示信道S-CCPCH–从公共控制物理信道PRACH–随即接入物理信道AICH–获取指示信道随机接入信道HS-DPCCH–高