任务13WCDMA关键技术

1、,项目1 3G技术及系统组网 任务1.3 WCDMA关键技术 移动通信技术,【任务引入】 WCDMA系统之所以可以提供较高的数据传 输速率，是由于它采用了多种技术，包括 ： 空中接口技术 数字中频技术 RAKE接收技术 功率控制技术 HSDPA技术,2,【任务目标】, 知识目标： 了解WCDMA的无线信道分类 了解数字中频技术和HSPDA技术 熟悉RAKE接收技术的原理 掌握WCDMA采用的功率控制技术 能力目标 ： 能基本绘制WCDMA系统的空中接口分层 能基本绘制RAKE接收机的框图 素养目标： 培养学生团队协作精神 培养学生自学能力,3,【知识准备】 1.3.1 空中接口技术 1.3.2

2、 数字中频技术 1.3.3 RAKE接收技术 1.3.4 功率控制技术 1.3.5 HSDPA技术,4,1.3.1 空中接口技术 空中接口是用户设备UE和无线接入网UTRAN之间的Uu接口。无线接口技术是各移动通信系统的关键技术，最基本区别在于物理层。,5,1.3.1 空中接口技术 1. 空中接口的分层 WCDMA的空中接口可以分为物理层、数据 链路层和无线资源控制层共三层。,6,1.3.1 空中接口技术 1. 空中接口的分层, 物理层 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供物 理信道。,7,1.3.1 空中接口技术 1. 空中接口的分层 数据链路层 MAC子层 Media Access Co

3、ntrol，介质访问控制 屏蔽了物理介质的特征，为高层提供使用物理介质的手段，主要完成对传输信息的格式转换，实现和维护介质访问控制协议。 RLC子层 Radio Link Control，无线链路控制 建立和释放无线链路的逻辑连接,8,1.3.1 空中接口技术 1. 空中接口的分层 无线资源控制层 RRC，Radio Resource Control 处理连接管理、无线承载控制、连接移动性管 理和测量功能。,9,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 在WCDMA的无线接口中，根据不同协议层次将无线信道分为三类：逻辑信道、传输信道和物理信道。 10,1.3.1 空中接口技术 2. 无线

4、信道的分类 逻辑信道 定义了传输信息的类型，这些信息可以是独立成块的数据流，也可以是夹杂在一起但是有确定起始位的数据流，这些数据流包括了所有用户的数据。,11,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 传输信道 对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流，这些数据流仍然包括所有用户的数据。,12,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 物理信道 将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去。 不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户 或者是不同的功用。,13

5、,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 逻辑信道是MAC子层和RLC子层之间的接口 根据传输控制信息还是业务信息分为两种 控制信道 CCH，Control Channel 业务信道 TCH，Traffic Channel,14,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (a) 控制逻辑信道：用于传送控制信息 广播控制信道 寻呼控制信道 专用控制信道 公共控制信道,15,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (a) 控制逻辑信道：用于传送控制信息 广播控制信道 BCCH，Broadcast Control Chann

6、el 下行链路信道 用于广播系统控制信息，如位置区识别码（LAI）信 息。 寻呼控制信道 专用控制信道 公共控制信道 16,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (a) 控制逻辑信道：用于传送控制信息 广播控制信道 寻呼控制信道 PCCH，Paging Control Channel 下行链路信道 用于基站向移动终端传输寻呼信息 专用控制信道 公共控制信道,17,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (a) 控制逻辑信道：用于传送控制信息 广播控制信道 寻呼控制信道 专用控制信道 DCCH，Dedicated Control Channe

7、l 点对点双向信道 用于在移动终端和RNC之间发送专用控制信息 公共控制信道,18,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (a) 控制逻辑信道：用于传送控制信息 广播控制信道 寻呼控制信道 专用控制信道 公共控制信道 CCCH，Common Control Channel 点对多点双向信道 用于在网络和移动终端之间发送公共控制信息,19,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道 (b) 业务逻辑信道：用于传输用户业务信息 ，例如话音和数据业务。 专用业务信道 公共业务信道,20,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (1) 逻辑信道

8、 (b) 业务逻辑信道：用于传输用户业务信息 专用业务信道 DTCH，Dedicated Traffic Channel 点对点双向信道 用于传输某一个用户的信息 公共业务信道 CTCH，Common Traffic Channel 点到多点下行链路信道 用于基站向全部或者某些用户传送公共用户信息,21,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 传输信道是物理层和MAC层之间的接口 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两种： 专用传输信道 公共传输信道,22,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (a) 专用传输

9、信道 DCH，Dedicated Channel 是为某个用户预留的上行或下行传输信道,23,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (b) 公共传输信道 广播信道 前向接入信道 寻呼信道 随机接入信道,24,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (b) 公共传输信道 广播信道 BCH，Broadcast Channel 下行点对多点信道 用于广播系统或小区的特定信息 寻呼信道 随机接入信道 前向接入信道,25,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (b) 公共传输信道 广播信道 寻呼信道 PCH，Paging

10、Channel 下行点对多点传输信道 用于基站向整个小区发送寻呼信息 随机接入信道 前向接入信道,26,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (b) 公共传输信道 广播信道 寻呼信道 随机接入信道 RACH，Random Access Channel 上行传输信道 用于移动终端作为被叫时发送寻呼响应信息或者作 为主叫时发送接入信息。 前向接入信道,27,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (2) 传输信道 (b) 公共传输信道 广播信道 寻呼信道 随机接入信道 前向接入信道 FACH，Forward Access Channel 下行传输信道 用于基站接

11、收到移动终端发来的随机接入信号之后 发送允许接入的信息。,28,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 传输信道是一个虚拟的概念，必须映射到 物理信道上。 物理信道是各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，如载波频率、扩频码、载波相对相位和相对时间，分为两种： 专用物理信道 公用物理信道,29,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 (a) 专用物理信道 专用物理数据信道 DPDCH，Dedicated Physical Data Channel 用于承载用户的业务数据，单码道最大数据速率为 384Kbps。 专用物理控制信道 DPCCH，D

12、edicated Physical Control Channel 用于承载控制信息，为DPDCH提供解调、功控等控 制数据。,30,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 (b) 公共物理信道 物理随机接入信道 公共控制物理信道 同步信道 寻呼指示信道 捕获指示信道 公共导频信道,31,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 (b) 公共物理信道 物理随机接入信道 PRACH，Physical Random Access Channel 用于承载上行信令 公共控制物理信道 CCPCH，Common Control Physical Chan

13、nel 下行信道 主公共控制物理信道P-CCPCH：承载系统消息 辅公共控制物理信道S-CCPCH：承载下行信令,32,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 (b) 公共物理信道 同步信道 SCH，Synchronization Channel 下行信道 用于小区搜索 寻呼指示信道 PICH，Paging Indicator Channel 下行信道 用于承载寻呼指示,33,1.3.1 空中接口技术 2. 无线信道的分类 (3) 物理信道 (b) 公共物理信道 捕获指示信道 AICH，Acquisition Indication Channel 下行信道 用于承载对

14、物理随机接入信道PRACH前缀的捕获指示 公共导频信道 CPICH，Common Pilot Channel 下行信道 用于扰码识别,34,1.3.2 数字中频技术 话音信号通过语音编码后得到的是低频信号，需要将它们变成中频信号以便进行处理。在无线信道中传输的是高频信号，因此需要将处理完的中频信号再转换成射频信号，才能发射出去。 从天线上接收来的是高频信号，不便于处理，需要将它们转换成中频信号再进行相关处理。,35,1.3.2 数字中频技术 模拟射频器件会使射频指标变化很大，因此要尽量减少模拟射频器件，将ADC和DAC的位置尽量向射频部分前移。 鉴于目前器件信号处理能力的考虑，数字中频技 术是

15、最好的设计方法。 数字中频就是在中频部分实现模数转换和采样。 36,1.3.3 RAKE接收技术 1. 信号传播方式 在无线信道中信号传播存在直射、反射、 绕射、散射等多种传播方式。,37,1.3.3 RAKE接收技术 1. 信号传播方式 (1) 直射波 电波传播过程中没有遇到任何障碍物，沿着直 线直接到达接收端。,1.3.3 RAKE接收技术 1. 信号传播方式, (2) 反射 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面（如地面、建筑物表面等）时，会发生反射现象。,1.3.3 RAKE接收技术 1. 信号传播方式, (3) 绕射 电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时，会改变传播方向，甚至到达

16、障碍物的背面，即绕过障碍物继续向前传播。 绕射主要发生在建筑物墙角、电线杆表面等， 信号强度与反射波相当。,1.3.3 RAKE接收技术 1. 信号传播方式, (d) 散射 电波在传播过程中遇到表面粗糙的障碍物或者体积小但数目多的障碍物（树叶、街道路标和路灯杆）时，会在其表面发生散射，形成散射波。,1.3.3 RAKE接收技术 2. 多径衰落 基站发出的信号会经过直射、反射、绕射 、散射等多种传播路径到达手机接收端。 手机接收到的是多路信号的合成信号，各 路信号幅度、相位不同。 相位相同时强度增加，相反时抵消。,1.3.3 RAKE接收技术 2. 多径衰落 手机在不同的位置，接收到的合成信号强

17、度不同，导致接收的信号时强时弱，即多径衰落。,1.3.3 RAKE接收技术 3. RAKE接收机 RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收 技术。 RAKE接收机中的相关器可以分离出多径信号，然后将这些多径信号分别进行延时和相位偏转，使它们在时间和相位上保持一致，并根据一定的规则进行合并，从而变害为利，不但解决了多径衰落的影响，也提高了接收信号的信噪比。,1.3.3 RAKE接收技术 3. RAKE接收机,1.3.4 功率控制技术 远近效应,46,1.3.4 功率控制技术 功率控制是指接收端根据接收到的信号强 度来要求发送端调节信号发射功率。 根据信号传送的方向，功率控制可以分为 前向功率控制

18、和反向功率控制。,47,1.3.4 功率控制技术 前向功率控制 前向功率控制需要调节基站的信号发射功率，使得移动终端收到基站发来的信号功率达到基准值。 48,1.3.4 功率控制技术 反向功率控制 反向功率控制需要调节移动终端的信号发射功率，使得基站接收到的各个移动终端发来的信号功率均达到基准值。 49,1.3.4 功率控制技术 根据移动终端和基站是否同时参与，功率控制又可以分为开环功率控制和闭环功率控制。 前向：闭环功率控制 反向：开环功率控制+闭环功率控制,50,1.3.4 功率控制技术 1.开环功率控制 在反向开环功率控制中，移动终端不断检测接收到的前向链路信号的功率，如果功率太小则认为

19、基站接收到的反向链路信号的功率也太小，则提高自己的发射功率。,51,1.3.4 功率控制技术 1.开环功率控制 反之，如果检测到接收功率太大则认为基站接收到的反向链路信号的功率也太大，则降低自己的发射功率。 由此可见，整个控制过程只需要移动终端 独自完成，基站并没有参与其中。,52,1.3.4 功率控制技术 2. 闭环功率控制 前向功率控制主要采用闭环功率控制。 闭环功率控制需要移动终端和基站双方配 合进行控制，包括两种： 内环功率控制 外环功率控制,53,1.3.4 功率控制技术 2. 闭环功率控制 (1) 内环功率控制 移动终端接收到基站发来的信号后，将信 噪比Eb/N0与预先的门限值进行

20、比较。 如果高于门限值，要求基站降低发射功率； 如果低于门限值，要求基站提高发射功率。,54,1.3.4 功率控制技术 2. 闭环功率控制 (1) 内环功率控制 如何确定信噪比门限值呢？ 链路质量是用FER（误帧率）来表示，需要 利用FER来确定信噪比门限值。 在移动环境下，Eb/N0与FER之间的关系是不断变化的，需要通过FER来动态调节信噪比门限值。 这就涉及外环功率控制。 55,1.3.4 功率控制技术 2. 闭环功率控制 (2) 外环功率控制 外环功率控制用于调节内环功率控制的信 噪比门限值。 移动终端接收基站发来的信号，解调并估 计前向链路的FER。,56,1.3.4 功率控制技术

21、2. 闭环功率控制 (2) 外环功率控制 FER有一个目标值 当实际接收的FER高于目标值，则误帧率太高 ，移动终端就提高内环信噪比门限； 当实际接收的FER低于目标值，则误帧率较低 ，移动终端就降低内环信噪比门限。,57,1.3.5 HSDPA技术 High Speed Downlink Packet Access 高速下行分组接入 是一种移动通信协议，亦称为3.5G。 在WCDMA下行链路中提供分组数据业务，在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbps（如采用MIMO技术，则可达20 Mbps）。 58,扩展阅读 TD-SCDMA关键技术,59,TD-SCDMA关键技术 1. 智能

22、天线技术 以往的基站天线不管采用中心激励还是顶点激励，天线都是都朝着较宽的覆盖范围发送信号，发给某一用户的信号会被基站覆盖范围内的所有用户接收到，造成了发射功率的浪费，并且造成了不同用户信号之间的相互干扰。,TD-SCDMA关键技术 1. 智能天线技术 智能天线的目的是在基站和移动台之间建立一条能量相对集中的无线链路（激光），基站发送给某个用户的信号只朝着这个用户的方向发送，同时可以跟踪用户位置的变化。 这样可以减少对其他用户的干扰，从而提高系统 容量。,TD-SCDMA关键技术 1. 智能天线技术 基站如何知道用户的方位？ 根据收到的上行信号的方向确定用户方位 ，产生朝着此方向的下行定向波束

23、。,TD-SCDMA关键技术 1. 智能天线技术 为什么TD-SCDMA系统可以实现智能天线， 而在其他系统中没有使用这种技术？ 因为TD-SCDMA使用时分双工技术，上下行使用相同的频率，因此上下行信道的衰落特性相似，基站可以利用上行信道的衰落特性来估计下行信道的衰落特性，从而实现智能天线的下行波束赋形。,TD-SCDMA关键技术 2. 联合检测技术 CDMA系统中每个用户有一个唯一的地址码，接收 端根据用户的地址码来区分不同用户的信号。 发送端 地址调制信号i用户信号i地址码i 接收端 接收信号用户信号1+用户信号2+用户信号3+ 用户信号i 0T接收信号地址码i dt,TD-SCDMA关

24、键技术 2. 联合检测技术,地址码用户信号地址调制信号 恢复用户信号,用户1 用户2 用户3 用户4,TD-SCDMA关键技术 2. 联合检测技术 地址码：要求相关性为0。,用户11111,用户21-11-1,用户311-1-1,用户41-1-11,TD-SCDMA关键技术 2. 联合检测技术 如果地址码之间相关性为0，并且信道特性较好，可以保证接收到不同用户信号之间相关性也为0。 使用此用户的地址码就可以提取出此用户的信号，并且将其他用户的信号以及噪声和干扰降为0。,TD-SCDMA关键技术 2. 联合检测技术 由于需要为每个用户分配唯一的地址码，因此需要很多的地址码，很难保证不同用户地址码

25、之间相关性完全为0。 同时由于信道的干扰，也使得基站接收到 的不同用户信号之间存在一定的相关性。 因此在接收端使用某个用户的地址码提取此用户信号的时候，会存在其他用户信号对他的干扰，这就是多址干扰（MAI，Multiple Access Interference） 。,TD-SCDMA关键技术 2. 联合检测技术 多址干扰是通信中其他用户对本用户的干 扰。 联合检测的目的就是减少多址干扰。 单用户检测：将多址干扰当成噪声来处理 ，只利用本用户的地址码来提取本用户。 联合检测：充分利用其他用户的地址码以及多址干扰中的信道估计，从而更好地实现信号分离。,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术

26、 切换：通信中的用户从一个小区进入另一 个小区并能继续通信。 切换方式 硬切换 软切换 更软切换 接力切换,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 FDMA和TDMA系统采用硬切换，先断后切 ，掉话率高，且容易出现乒乓效应。,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 CDMA系统采用软切换，先切后断，不易掉 话，但资源利用率低。,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 TD-SCDMA系统提出了接力切换，先切上行 ，后切下行。,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 接力切换过程 1. 测量过程 2. 判决过程 3. 执行过程,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术

27、 1. 测量过程 在UE和基站通信的过程中，UE不断对当前服务小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量。,RNC,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 1. 测量过程 一旦发现当前服务小区的导频信号强度在一段时间内持续低于某一门限值，UE通知RNC启动接力切换的测量过程。,RNC,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术,1. 测量过程 当前服务小区不断检测UE的位置信息，并,候选,当前,发送给RNC。候选,RNC,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术,1. 测量过程 RNC根据测量信息判断UE可能进入哪些相,候选,当前,邻小区，把它 们作为切换候,候选,选小区。RNC

28、,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术,1. 测量过程 然后RNC通知UE对这些候选小区进行监测,候选,当前,和测量，把测 量结果发送给,候选,RNC。RNC,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术,2. 判决过程 RNC对收到的测量结果进行处理，以决定,候选,当前,是否进行切换 以及切换到哪,候选,个小区。RNC,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 2. 判决过程,首先处理当前小区的测量结果，对它的服务质量跟两个门限值（质量好门限、业务需求门限）进行比较，有三种情况： 质量好 业务需求,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术 2. 判决过程 当前小区的服务质量高于质量好门限，则不对其 他监测小区的测量报告进行处理，不进行切换。 当前小区的服务质量介于业务需求门限和质量好门限之间，则对所有监测小区的测量报告进行整体评估。如监测小区中存在比当前服务小区信号更好的小区，则判决进行切换，否则不切换。 当前小区的服务质量低于业务门限需求，则立即对监测小区进行评估，选择最强信号的小区进行切换。 质量好 业务需求,TD-SCDMA关键技术 3. 接力切换技术,2. 判决过程 如果判决切换，则向目标基站提出切换申请，如果目标基站允许接入，