WCDMA原理与关键技术_Ecom.ppt

1、1,WCDMA原理与关键技术 Ecomricson Technology 邹新景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.WCDMA HSPA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

2、 在室内环境下最高能达到 2Mbit/s,6,什么是WCDMA？,WCDMA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWideband CDMA 是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP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,WCDMA FDD模式技术规范,9

3、,WCDMA Frequency Allocations,10,中国联通频率范围,中国 WCDMA FDD(Frequency Division Duplex频分双工) 模式: 1. 上行1920-1980 MHz 2. 下行2110-2170 MHz 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

4、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

5、(续),18,WCDMA 无线网络结构,Agenda,19,WCDMA无线网络基本结构,20,WCDMA RAN Interfaces,21,Uu Interface,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

6、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 = 3.84Mbps WCDMA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

7、区域下的同一频率 近似正交码区分发射机 扰码Scrambling codes 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Channelization codes,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

8、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

9、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(Orthogonal Data Channelization),OC 4,OC 3,OC 2,OC 1,RF Modulation,RF Demod,OC 3,Data Channel 1,Data Channel 2,Data Channel 3,Data Channel 4,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,Linear Ad

10、dition,Transmitter,41,正交码树,Code limitation All codes within the tree are orthogonal,Spreading factor 1 2 4 8 16 32 :,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

11、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-chip delay,To Viterbi Decoder,Composite Received Signal,PN, Walsh Codes,1/2-chip delay,1/2-chip delay,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,+ Inter

12、ference,50,RAKE接收器框图,2020/7/1,A,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,L1 L2 PRX,2 PRX,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,800 updates/sec (I

13、S-95, cdma2000) 1500 updates/sec (WCDMA),2020/7/1,A,55,BLER = Block Error Rate SIR = Signal to Interference Ratio TPC = Transmit Power Control,WCDMA功率控制(Power Control),56,功率控制,TX power,TX power,RX power,RX power,t,t,t,t,没有功控,有功控,57,为什么要有软切换,Soft handover possible and necessary with a one-cell freque

14、ncy reuse.,58,Radio Network Controller,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

15、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/2 1) 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 = 10 ms,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,Capacity Management功能,Capacity Management作用： 1,控制小区负荷 2,确保给不同的Connection

16、所需要的QOS Capacity Management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,2020/7/1,

17、A,65,准许接入控制(Admission Control),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,2020/7/1,A,66,信道转换,信道类型转换 信道速率转换,2020/7/1,A,67,拥塞控制(Congestion Control),比特率,68,WCDMA物理层,Agenda,69,Uu Interface,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