WCDMA原理與關鍵技術EcomPPT課件

1、第1頁/共91頁第2頁/共91頁發(fā)展與演進32021-12-12第3頁/共91頁系統(tǒng)的要求 支持全球漫游，支持2G與3G之間的相互漫游 支持對稱與非對稱傳輸 支持多媒體業(yè)務 高的頻譜使用率 同時支持電路域的服務與分組域的服務 數(shù)據(jù)傳輸速率的要求： 在高速移動情況下達到 144kbit/s 在低速移動情況下達到 384kbit/s 在室內環(huán)境下最高能達到 2Mbit/s42021-12-12第4頁/共91頁什么是WCDMA？ WCDMA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（寬帶碼分多址）的英文簡稱，是一種第三代無線通訊技術。W-CDMAWideba

2、nd CDMA 是一種由3GPP具體制定的，基于GSM MAP核心網(wǎng)，UTRAN（UMTS陸地無線接入網(wǎng)）為無線接口的第三代移動通信系統(tǒng)。 與GSM相比，WCDMA在技術上有以下優(yōu)勢： 1、高系統(tǒng)容量 2、高數(shù)據(jù)速率 3、多業(yè)務種類 4、更可靠的無線傳輸 5、更高的語音質量更低的傳送功率 52021-12-12第5頁/共91頁2021-12-126第6頁/共91頁 FDD模式技術規(guī)范2021-12-127第7頁/共91頁WCDMA Frequency Allocations2021-12-128第8頁/共91頁中國聯(lián)通頻率范圍中國 WCDMA FDD(Frequency Division Du

3、plex頻分雙工) 模式:1. 上行1920-1980 MHz2. 下行2110-2170 MHz中國聯(lián)通上行發(fā)射頻率為 1940-1955MHz；下行發(fā)射頻率為 2130-2145MHz.目前聯(lián)通所采用的 F1/F2模式，F(xiàn)1采用1950-1955MHz頻段進行上行傳輸；2140-2145MHz 進行下行傳輸2021-12-129第9頁/共91頁3GPP介紹2021-12-1210 3GPP是由各個國家的地方性標準組織成立的對UMTS標準進行標準化的組織。 國際上目前最具代表性的第三代移動通信技術標準有三種，它們分別是CDMA2000，WCDMA和TD-SCDMA，其中，CDMA2000和W

4、CDMA屬于FDD方式，TD-SCDMA屬于TDD方式，系統(tǒng)的上、下行工作于同一頻率。 3GPP協(xié)議版本分為R99/R4/R5/R6等多個階段，其R99協(xié)議于2000年3月凍結功能，R4協(xié)議于2001年3月凍結功能。R99、R4目前已經(jīng)成熟商用，R5、R6協(xié)議還在進一步完善過程中。第10頁/共91頁3GPP版本演進2021-12-1211第11頁/共91頁3G的三大主流技術標準比較2021-12-1212第12頁/共91頁3G的三大主流技術標準比較(續(xù))2021-12-1213第13頁/共91頁3G的三大主流技術標準比較(續(xù))2021-12-1214第14頁/共91頁3G的三大主流技術標準比較

5、(續(xù))2021-12-1215第15頁/共91頁3G的三大主流技術標準比較(續(xù))WCDMAWCDMACDMA2000CDMA2000TD-SCDMATD-SCDMA功能可視電話、高速數(shù)據(jù)上網(wǎng)、WAP、彩信、話音、短信可視電話、高速數(shù)據(jù)上網(wǎng)、WAP、彩信、話音、短信可視電話、高速數(shù)據(jù)上網(wǎng)、WAP、彩信、話音、短信技術GSM GPRS EDGE WCDMA HSDPA HSUPA HSPA+ LTE FDDCDMA CDMA1X CDMA2000 EV-DO Rev.0 Rev.A LTE FDDTD-SCDMA TD-HSDPA TD-HSUPA TD-HSPA+ LTE TDD部署國家100多

6、個國家，258張網(wǎng)絡62個國家中國；緬甸、非洲建有試驗網(wǎng)，小規(guī)模放號用戶數(shù)3.2億，全球市場占有率77%9500萬，全球市場占有率23%中國41萬，少量國外試驗用戶代表運營商英國沃達豐、日本NTT DoCoMo、和記黃埔3、西班牙電信、德國電信、法國電信、意大利電信、美國AT&T、中國聯(lián)通等全球絕大多數(shù)運營商美國Verizon+Alltel、Sprint、日本KDDI、中國電信、印度Reliance、Tata(注：除Sprint選擇WiMAX外，其他CDMA運營商都計劃轉網(wǎng)至HSPA或LTE)中國移動主要設備商愛立信、諾基亞西門子、華為、中興、阿爾卡特朗訊阿爾卡特朗訊、中興、華為、摩托

7、羅拉大唐移動、中興、上海貝爾、鼎橋簡評產(chǎn)業(yè)鏈最廣，全球用戶最多，技術最完善本身技術優(yōu)秀，但因產(chǎn)業(yè)鏈一家獨占發(fā)展不樂觀中國自有3G技術，獲政府支持2021-12-1216第16頁/共91頁第17頁/共91頁2021-12-1218第18頁/共91頁WCDMA RAN Interfaces2021-12-1219第19頁/共91頁Uu Interface2021-12-1220第20頁/共91頁UTRAN接口的一般協(xié)議模型2021-12-1221第21頁/共91頁第22頁/共91頁雙工技術：區(qū)分用戶的上行/下行信號 頻分雙工（FDD）：以不同頻率區(qū)分上行和下行WCDMA、cdma2000使用FDD

8、優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點：在上下行業(yè)務不對稱時（主要是數(shù)據(jù)業(yè)務）頻譜利用效率低 時分雙工（TDD）：以不同時隙區(qū)分上行和下行TD-SCDMA使用TDD優(yōu)點：在上下行業(yè)務不對稱時可以給上下行靈活分配不同數(shù)量的時 隙，頻譜利用效率高缺點： 實現(xiàn)較復雜，需要GPS同步；和CDMA技術一起使用時，上下行之間的干擾控制困難2021-12-1223第23頁/共91頁多址技術：區(qū)分不同用戶2021-12-1224第24頁/共91頁擴頻概念2021-12-1225第25頁/共91頁擴頻與解擴（DS-CDMA）2021-12-1226第26頁/共91頁擴頻理論基礎-香農定理2021-12-1227第27頁/共91頁擴

9、頻系統(tǒng)的主要特點2021-12-1228第28頁/共91頁擴頻改善系統(tǒng)性能-抗干擾2021-12-1229第29頁/共91頁擴頻改善系統(tǒng)性能-難偵破2021-12-1230第30頁/共91頁擴頻改善系統(tǒng)性能-抑多徑2021-12-1231第31頁/共91頁WCDMA的擴頻2021-12-1232DATA信道碼OVSF擾碼Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz分為擴頻和加擾兩個步驟：符號速率 SF = 3.84MbpsWCDMA中，上行信道碼的SF為：4256 下行信道碼的SF為：4512第32頁/共91頁地址碼2021-12-1233第33頁/共

10、91頁2021-12-1234WCDMA 碼的使用 從整個網(wǎng)絡來看: 多個發(fā)射機 (RBS, UE) 共存于同一區(qū)域下的同一頻率 近似正交碼區(qū)分發(fā)射機擾碼Scrambling codes 從單個小區(qū)來看: 所有移動臺共享同一個載波 正交碼區(qū)分區(qū)分不同用戶，和同一用戶連接的不同信道信道碼Channelization codes第34頁/共91頁2021-12-1235擾碼 (偽隨機碼) 截斷的 Gold 碼 在WCDMA 中作為擾碼用 每一個基站和終端都被分配一個唯一的擾碼 碼的特性： 定義了塊的長度，塊是由符合隨機統(tǒng)計分布且數(shù)量相等的“0”和“1”組成(類噪聲 = 偽噪聲) 編碼帶寬要遠大于信

11、號(所傳信息)的帶寬 自相關性好 (為使“正確”信號的峰值清晰) 如果發(fā)射機和接收機之間的編碼不能完全同步，由于自相關性好也不會有大的降級 互相關性差第35頁/共91頁2021-12-1236擾碼Rate DataRate Code PN兩個信號在空中混和發(fā)送PN Code 1FrequencyAmplitude信號1PN Code 2FrequencyAmplitude信號2擴頻增益Processing Gain PN Code 1信號1被恢復信號2看起來象噪聲兩個信號被一起接收在接收機端兩個發(fā)射機工作在同一個頻率第36頁/共91頁2021-12-1237擾碼的規(guī)劃 8192 個擾碼 分為主

12、擾碼和輔擾碼 512個主擾碼 最好的自相關和互相關特性 每個主擾碼配15個輔擾碼 用于多個擾碼和其他特殊情況 自相關和互相關特性稍差 主擾碼分成64個組，每組8個 加快小區(qū)搜索第37頁/共91頁2021-12-1238信道碼( (正交碼) ) 正交可變擴頻因子 (OVSF) 碼 在 WCDMA中作為信道碼用 從一個發(fā)射機來的每一個信道都被分配一個唯一的OVSF碼 碼的特性： 基于 Walsh 函數(shù) 非常好的自相關性 如果完全同步，具有正交互相關性 不同的信道可以在相同的擾碼上傳輸而沒有相互間的干擾，也就是說，在接收機方有可能完全分離信道 對同步要求高 (不適用于擾碼) 可用編碼的最大數(shù)量依賴于

13、碼長 在WCDMA中8, 16, 32, 64, 128, 256 (或 512) 個碼片第38頁/共91頁2021-12-1239信道碼(Orthogonal Data Channelization)OC 4OC 3OC 2OC 1RFModulationRFDemodOC 3Data Channel 1Data Channel 2Data Channel 3Data Channel 4Receiver接收機使用正交碼3來解擴，結果是一個沒有其他信道干擾的數(shù)據(jù)信道3的完整恢復。 為了得到完美的互相關特性，正交碼的同步是基本要求Linear AdditionTransmitter第39頁/共9

14、1頁2021-12-1240正交碼樹l Code limitation l All codes within the tree are orthogonalSpreading factor12481632: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)第40頁/共91頁2021-12-1241用戶速率和擴頻因子SFChiprateMchips/sUser BitrateUplink3,843,843,843,843,843,843,842561286432168415306012

15、02404809603,843,843,843,843,843,843,843,84512256128643216841530601202404809601920SFChiprateMchips/sUser BitrateDownlink第41頁/共91頁WCDMA的容量特點2021-12-1242第42頁/共91頁功率攀升2021-12-1243第43頁/共91頁WCDMA的容量（1/2）2021-12-1244第44頁/共91頁WCDMA的容量（2/2）2021-12-1245第45頁/共91頁2021-12-1246WCDMA 系統(tǒng)的關鍵技術RAKE 接收機功率控制軟切換 更軟切換 系統(tǒng)

16、間切換 頻間切換準許接入控制擁塞控制第46頁/共91頁2021-12-1247無線信道多徑傳播時間離散h()00123123第47頁/共91頁2021-12-1248050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618“RAKE” 接收機1/2-chip delayTo Viterbi DecoderComposite Received SignalPN, Walsh Codes1/2-chip del

17、ay1/2-chip delayAiAiAi相關器相關器相關器把接收的多徑信號加權調整使合成之后的信號得以加強time050100150200250300350400-2024681012141618123123123123123+ Interference+ Interference+ Interference第48頁/共91頁RAKE接收器框圖2021-12-1249第49頁/共91頁2021-12-1250WCDMA功率控制 內環(huán)功率控制 外環(huán)功率控制 開環(huán)功率控制下行功率分配第50頁/共91頁2021-12-1251功率控制 為什么L1L2L1 L2 PRX,2 PRX,1PTX,2P

18、TX,1PRX,2PRX,1所有用戶在同一頻率發(fā)射一個大功率發(fā)射的用戶可以阻塞整個小區(qū)功率是共享資源，節(jié)約功率就是提高容量第51頁/共91頁2021-12-1252WCDMA 功率控制開環(huán)功率控制計算初始發(fā)射功率測量來自基站的功率從廣播信道中讀取基站的發(fā)射功率發(fā)射接入前導接入允許嗎？增加發(fā)射功率1dBNoYes終端開始上行業(yè)務信道發(fā)送Outer-Loop (slow) Power ControlInner-Loop (fast) Power ControlFER 可接受嗎?增加載噪比目標值降低載噪比目標值NoYes接收信號載噪比 target?增加發(fā)射功率1dB降低發(fā)射功率1dBNoYes第5

19、2頁/共91頁2021-12-1253WCDMA 功率控制內環(huán)功率控制(起始接收功率目標值l基站接收功率目標值開環(huán)功率控制接入前導I外環(huán)功率控制(更新的接收功率目標值基站接收功率時間800 updates/sec (IS-95, cdma2000)1500 updates/sec (WCDMA)第53頁/共91頁2021-12-1254BLER = Block Error RateSIR = Signal to Interference RatioTPC = Transmit Power ControlP(Startvalue)開環(huán)P(SIR-Target,UL)P(SIR-Target, D

20、L)內環(huán)DL-TPCUL-TPCSIR-Target,DLBLER-Measured,DL下行外環(huán)RNCSIR-Target,ULSIR-Error,UL上行外環(huán)WCDMA功率控制(Power Control) 第54頁/共91頁2021-12-1255功率控制TX powerTX powerRX powerRX powertttt沒有功控有功控第55頁/共91頁2021-12-1256為什么要有軟切換Soft handover possible and necessary with a one-cell frequency reuse.BS 1BS 2RNC第56頁/共91頁2021-12-

21、1257Radio Network Controller軟/更軟切換 宏分集增益 下行: 移動臺RAKE接收機最大比值合并 上行: 在 RNC 選擇性合并 在基站RAKE接收機最大比值合并第57頁/共91頁2021-12-1258軟切換種類Softer HOSoft-Soft HOSofter-Soft HOSoft HOPower of MS is controlled by the commands from the basestations第58頁/共91頁2021-12-1259頻間切換為什么UTRAN需要頻間切換?需要頻間測量!: 微蜂窩,使用 f1: 宏蜂窩, 使用 f2分層小區(qū)結

22、構HCS:高話務小區(qū), 使用 f1 + f2: 低話務小區(qū), 使用 f1熱點地區(qū)第59頁/共91頁2021-12-1260頻間測量TDMA: 非連續(xù)發(fā)射RXRXDownlinkTXTXUplink空閑時間頻間測量RXDownlinkTXUplinkWCDMA: 通常連續(xù)發(fā)射沒有頻間測量的空閑時間!第60頁/共91頁2021-12-1261 解決方案: 壓縮模式不同的選擇帶來不同的影響 低低擴頻擴頻因子因子+ 同樣的用戶數(shù)據(jù)速率- 功率提高- 需要分配原來一半速率的擴頻因子SF/21) 分配同一個碼樹的正交碼 -保持正交性2) 分配另一個碼樹的正交碼 - 易于得到正交碼 打孔打孔+ 同樣的用戶數(shù)

23、據(jù)速率+ 保持同樣的擴頻因子(正交碼)- 功率提高 高層高層安排安排+ 避免提高功率- 低用戶數(shù)據(jù)速率第61頁/共91頁2021-12-1262Tf = 10 ms頻間測量的空閑時間SF=SF0SF=SF0/2SF=SF0壓縮模式 E.g. 低擴頻因子第62頁/共91頁2021-12-1263Capacity Management作用：1,控制小區(qū)負荷2,確保給不同的Connection所需要的QOSCapacity Management主要功能:1,監(jiān)測主要資源的使用情況,對新連接請求(包括軟切換和連接重配) 所需要的資源進行估計.(注意傳輸資源不在監(jiān)測范圍之內)2, AC: 準入控制,接受

24、或拒絕對一些關鍵資源的使用請求.(綜合考慮請求的性質和資源的使用情況)(請求的性質:業(yè)務類型(g,ng),建立方式(ho或new)3, CC:擁塞狀態(tài)的監(jiān)測和緩解,擁塞可能由于一些用戶的無線環(huán)境波動導致,通過降低Packet業(yè)務的速率或拆線來解決.(擁塞就是指功率擁塞,下行發(fā)射功率,上行RTWP,通過RBS測量得到),對系統(tǒng)的Retainbility有負面影響第63頁/共91頁2021-12-1264準許接入控制(Admission Control)通過控制用戶數(shù)量，保證總的業(yè)務質量 干擾容量/負荷計劃的負荷計劃的覆蓋覆蓋這一點之上的新用戶被拒絕增加的用戶準許接入門限第64頁/共91頁2021

25、-12-1265信道轉換Switch todedicatedRelease dedicated channelRandom-AccessRequestRandom-Access ChannelPacketPacketPacketDedicated ChannelTTime-outSwitch to commonRandom-AccessRequestUser 1User 2 信道類型轉換 信道速率轉換第65頁/共91頁2021-12-1266擁塞控制(Congestion Control)比特率第66頁/共91頁第67頁/共91頁Uu Interface2021-12-1268第68頁/共91頁專用物理信道(DPCH)下行物理信道上行物理信道公用物理信道物理隨機接入信道(PRACH)物理公共分組信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕獲指示信道(AICH)尋呼指示信道(PICH)物理下行共享信道(PDSCH)專用物理信道(DPCH)公用物理信道物理信道物理信道分類輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH狀態(tài)信道(CSICH)同步信道(SCH)接入前綴捕獲指示信道(AP-AICH)碰撞檢測/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用導頻信道(CPICH)第69頁/共91頁物理層的功能2021-12-1270第70頁/