WCDMA基本原理.ppt

1、1,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,2,FDMA Frequency Division Multiple Access 频分多址,TDMA Time Division Multiple Access 时分多址,CDMA Code Division Multiple Access 码分多址,多址技术,3,FDMA,TDMA,CDMA,多址技术,4,CDMA是由多个码分信道共享载频频道的多址接入技术 UMTS 采用W-CDMA宽带码分多址技术 扩频码分多址的特点 抗干扰能力强 隐蔽性好 Gp 扩频增益表征扩频通信抗

2、干扰的能力，扩频增益与W/R成正比 W为扩频信号带宽，R为信息带宽 例: UMTS中：W=3.84Mchip/s、 Rvoice=12kbit/s Gp=10log(3.84M/12k)=25dB 抗衰落、抗多径干扰 频谱利用率高：小区复用系数=1,宽带码分多址,5,A,A,发信机2,A,A,Code 1,Code 1,B,B,B,Code 2,接收机1,无线信道,发信机1,码分多址接入,此接收机1只能处理发信机1发送的信号,它们有相同的地址码,6,发信机2,A,A,Code 1,B,B,Code 2,无线信道,发信机1,A,?,Code 1,B,接收机1,码分多址接入,此接收机1不能处理发信

3、机2发送的信号,它没有对应的地址码,7,无线信道,Receiver,A,A,Transmitter,扩频,解扩,Noise,A,A,宽带扩展 扩频即用户信号乘上一个高速序列码(片),大大提高了原信号的速率，增加了信号带宽，从而降低了能量谱密度(隐蔽性,低辐射) 宽带扩频，即扩频信号带宽远远大于原始信号带宽 W=3.84Mchip/s、 Rvoice=12kbit/s,宽带扩展,8,f,P,W,Processing Gain,Rb,Despreading,扩频增益 Pg=W/R (W=3.84Mchips/s) 收发信设备在扩频/解扩处理后得到的增益 使发射信号能量可以远远低于干扰和噪声 原始信

4、号R带宽越窄,扩频增益Pg越大,即增加的冗余比特越多,越安全,扩频增益,9,扩频,解扩,C1xC2=0, C1,C2,有正交性,直序扩频技术,10,宽带扩频 扩频即用户信号乘上一个高速序列码(片),大大提高了原信号的速率，增加 了信号带宽，从而降低了能量谱密度 宽带扩频，即扩频信号带宽远远大于原始信号带宽,Power,Time,Frequency,One user, one code,Carrier 1,Carrier 2,直序扩频技术,11,空中接口扩频信号和解扩后的信号,Pg 扩频增益 Pg = chip rate / bit rate of service S (解扩后信号)= S (解

5、扩前信号) + Pg( 扩频增益) Safterdespreading/N Eb/Notarget (保证不同业务Qos的能噪比),直序扩频技术,12,1/T bit,Power,T bit,f,bits,DATA,ChannelizationCode,ScramblingCode,SpreadData,chips,1,2,3,1,2,3,扩频过程,13,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,14,扩频和加扰,A,A,B,C,B,C,A,B,C,空中接口,调制,展宽分两步： 扩频：扩频码 与业务速率有关，展宽到3.8

6、4Mchips/s 加扰：扰码 不影响信号带宽，下行用于标识小区，上行用于识别终端,15,Walsh Codes 沃尔什码 正交沃尔什码(扩频码) 码的长度 IS-95: 64 码的长度 W-CDMA: 4 到 256 码的长度 = SF spreading factor = Pg processing gain 第一个码 (“C0”) 用于pilot导频,扩频码/扰码,16,Downlink,扩频码/扰码,17,Uplink,扩频码/扰码,18,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,19,多径接收机原理,传统情况

7、多径信号被视为干扰 多径接收机 多径接受机能同时处理多路信号 有效地克服多径干扰 合并多路信号,提高接收性能 多径接收机作用于： 多径分集 多业务（一个手机几个业务同时进行） 软切换,20,原始信号 接收信号 修正信号 合并信号,Finger 1 Finger 2 Finger 3,at each time delayphase shifting by adding,多径接收机原理,多径接收机的原理 多径信号被最大化合并,21,多径接收机-多径分集（1）,多径接收机的原理 有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应 多径信号经过相关处理被合并 多径时延须大于1个码片的时延, 0.26us=78m

8、 通常环境：1us (300m) 市区 20us(6000m) 山区,22,A,?,接受机,A,A,发信机,编码,解码,A,直达信号,反射信号,A,A,A,A,A,色散 一个码片时长 多径接收机不能提供多径分集,直达信号,反射信号,编码,解码,发信机,接受机,色散 一个码片时长 多径接收机能提供多径分集,提高信号增益,多径接收机-多径分集（2）,23,S,S,多媒体接受机,S,S,发信机,Code 1,D,D,D,Code 2,D,Code 1,Code 2,空中信道,多径接收机-多业务,一个手机多种业务 通常一种业务一个地址码,24,A,A,基站2,A,A,Code 1,Code 1&2,A

9、,A,A,Code 2,手机,基站1,空中信道,多径接收机-软切换,软切换 同一频率 每一条路径有一个地址码 手机同时处理不同路径的信号,25,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,26,硬切换 不同频率间的切换 先断后通，如GSM网络 软切换 相同频率间的切换 多条无线链路的连接 先通后断，减少掉话 Marco Diversity宏分集增益 需要更多的网络资源 分配不同的扩频码,软切换,27,硬切换与软切换,先断后连,先连后断,硬切换,软切换,28,Soft HO,Softer HO,Node B,软切换/更软切换

10、,软切换分类 软切换 连接不同Node B 更软切换 连接同一Node下 的不同扇区,29,软切换/更软切换,软切换- Soft HO 不同Node B的连接 更软切换 - Softer HO 同一Node下的不同扇区的连接 上行软切换在RNC中进行多径合并； 上行更软切换在NodeB中进行多径合并； 下行的软切换都在UE中合并,30,软切换,软切换/更软切换过程举例,delta T,delta T,delta T,Pilot cell 1,Pilot cell 2,Pilot cell 3,Cell 1 connected,Event 1A Add cell 2,Event 1C Repla

11、ce cell 1 with cell 3,Event 1B Remove cell 3,Reporting_Range - Hysteresis_event 1A,Hysteresis_event1C,Reporting_Range + Hysteresis_event 1B,31,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,32,Node B,MS2,MS1,为什么要功控？,WCDMA系统是自干扰系统，存在远近效应 远近效应：离基站很近的手机上行信号可能会屏蔽其他手机的信号 上图中，若MS2不采用功控，MS1信号很难被

12、接受到 功率控制的目的 维持高质量通信,减少无线干扰,提高系统整体容量 所有到达基站的信号功率相同(上行),减少对其他基站的干扰(下行),33,WCDMA系统是自干扰系统，远近效应 功率控制目的是维持高质量通信，又不对其他用户产生干扰 开环功率控制 移动台根据测量的结果，调整发射功率 闭环功率控制 内环功控 基站根据接收到的信号强度，利用功率控制比特指示 移动台调整输出功率（快速功控 1500Hz） 外环功控 RNC根据接收到的测量信号强度，调整SIR target值 SIR target初始化值由RNC给出,功率控制,34,UE,RNC,Node B,开环功率控制（无反馈）,闭环功率控制（有

13、反馈）,UE,Node B,外环,内环,功率控制,35,如果接受到的信号 ”强” 那么UE 将说的 ”轻” 一些,Node B,Node B,1,2,1,2,如果接受到的信号 ”弱” 那么UE 将说的 ”响” 一些,问题： 上下行信号强度不平衡 开环功控不是很精确，只用于无线接入初期,开环功率控制,开环功控,36,闭环功率控制是快速功控 内环：Node-B根据SIR估算，控制UE的发射功率 SIR测量估算每0.66ms执行一次 (1500Hz 控制指令速率) 外环：RNC根据SIR测量估算，控制调整SIRtarget值,Node B,闭环功率控制,.,”Power down”,”Power u

14、p”,”Power down”,”Power .”,SIR estimation,SIR estimation,SIR estimation,SIR estimation,SIR target,闭环功控,37,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,38,Without TxDiv,With TxDiv,发射分集,发射分集TxDiv TxDiv两种方式： 开环STTD方式 闭环方式 对下行链路起作用 需要增加第二功放 需要设备支持,39,开环发射分集 TSTD: Time Switched Transmit Diver

15、sity STTD: Space Time block coding based Transmit antenna Diversity PCCPCH, SCCPCH, DPCH, PICH, PDSCH, AICH, CSICH,发射分集,40,闭环发射分集,Interleaving,Channel Coding,Multiplex,TPC,TFCI,Data,Antenna1,Antenna2,Spreading,Pilot,Filter,Filter,RF,RF,Uplink DPCCH (FBI field),w1,w2,发射分集,41,TSTD,STTD,P-CCPCH,-,X,-,S

16、CH,X,-,-,S-CCPCH,-,X,-,DPCH,-,X,X,PICH,-,X,-,PDSCH,-,X,X,AICH,-,X,-,CSICH,-,X,-,OPEN LOOP,CLOSED LOOP,CHANNEL,发射分集,下行物理信道应用情况,42,码分多址和扩频 扩频码和扰码 多径接收 软切换 功率控制 发射分集 无线资源管理 覆盖与容量,WCDMA 基本原理,43,RRM 目的,RRM 是管理无线资源的一系列算法: 最大化利用已有的无线资源 功率控制算法 切换算法 无线资源分配 根据QoS 的要求，选择哪种类型的传输信道，传输格式 允许接入控制 哪些条件下允许新用户进入？ 负荷控制

17、 (拥塞控制) 如何避免拥塞？ RRM所有的层都由RRC层控制管理,44,RACH / FACH 快速建立,非连续传送 无软切换和开环功控,CPCH / DSCH 无时延保证 无软切换,但快速功控,DCH / DCH 在传输(TFS)期间, 比特速率可以变化 软切换和快速功控,上行 / 下行,短分组数据 需立即传送的突发业务,中等分组数据 允许时延不敏感的突发业务,大的分组数据 低时延的恒定和可变 速率业务 (LCD) 高比特速率,公共信道,共享信道,专用信道,传输信道分配策略,45,10ms radio frame,RRC level: allocation of 1 TF MAC leve

18、l: use of the allocated TF,RRC level: allocation of a pool TFs (TF1, TF2, TF3.) MAC level: selection of according to the instantaneous buffer status,RRC level: Radio Bearer reconfiguration, allocation of a new pool of TFs (TF1, TF2.) MAC level: selection of TF among new pool of TFs,TF,TF1,TF2,TF3,TF

19、1,TF1,高速率变更,电路接入模式,半电路 接入模式,传输信道的接入模式,46,接入控制,无线承载建立和修改所执行的算法 检测新的接入是否回影响在用连接的质量 上下行分开,独立测量估算 1) 上行链路准入控制的判断条件是: Irxpwr Interference_level_threshold （Irxpwr 是Node B测量到的小区总的干扰水平，即 RSSI） 2)下行链路准入控制的判断条件是: Ptxpwr + PInitTxPower P total_transmission_power_threshold （Ptxpwr 是Node B测量到下行总的发射功率，PInitTxPower 是接入请求所需要的功率）,47,负荷控制,负荷控制 (拥塞控制) 保证系统稳定且不过载的算法 一旦网络有拥塞，将采取一定对策(如:小区呼吸效应) 系统超负荷状态将被避免的 可能的控制动作 功率控制 硬切换或软切换 调整AMR语音速率 调整分组数据的吞吐率 (如：PS384-PS144) 小区呼吸，掉话,48,负荷控制举例,小区的呼吸效应 随着激活终端的增多,干扰增加 高速业务增加,干扰增加 总的干扰 ，服务质量 小区覆盖范围收缩 产生覆盖盲点 用户在小区边缘地带