WCDMA原理與關(guān)鍵技術(shù)EcomPPT課件

1、第1頁/共91頁第2頁/共91頁發(fā)展與演進(jìn)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(duì)稱與非對(duì)稱傳輸 支持多媒體業(yè)務(wù) 高的頻譜使用率 同時(shí)支持電路域的服務(wù)與分組域的服務(wù) 數(shù)據(jù)傳輸速率的要求： 在高速移動(dòng)情況下達(dá)到 144kbit/s 在低速移動(dòng)情況下達(dá)到 384kbit/s 在室內(nèi)環(huán)境下最高能達(dá)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(jiǎn)稱，是一種第三代無線通訊技術(shù)。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?zé)o線接入網(wǎng)）為無線接口的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。 與GSM相比，WCDMA在技術(shù)上有以下優(yōu)勢(shì)： 1、高系統(tǒng)容量 2、高數(shù)據(jù)速率 3、多業(yè)務(wù)種類 4、更可靠的無線傳輸 5、更高的語音質(zhì)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(shù)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(guó)聯(lián)通頻率范圍中國(guó) 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(guó)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(jìn)行上行傳輸；2140-2145MHz 進(jìn)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(gè)國(guó)家的地方性標(biāo)準(zhǔn)組織成立的對(duì)UMTS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的組織。 國(guó)際上目前最具代表性的第三代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)階段，其R99協(xié)議于2000年3月凍結(jié)功能，R4協(xié)議于2001年3月凍結(jié)功能。R99、R4目前已經(jīng)成熟商用，R5、R6協(xié)議還在進(jìn)一步完善過程中。第10頁/共91頁3GPP版本演進(jìn)2021-12-1211第11頁/共91頁3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較2021-12-1212第12頁/共91頁3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較(續(xù))2021-12-1213第13頁/共91頁3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較(續(xù))2021-12-1214第14頁/共91頁3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較

5、(續(xù))2021-12-1215第15頁/共91頁3G的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(guó)家100多

6、個(gè)國(guó)家，258張網(wǎng)絡(luò)62個(gè)國(guó)家中國(guó)；緬甸、非洲建有試驗(yàn)網(wǎng)，小規(guī)模放號(hào)用戶數(shù)3.2億，全球市場(chǎng)占有率77%9500萬，全球市場(chǎng)占有率23%中國(guó)41萬，少量國(guó)外試驗(yàn)用戶代表運(yùn)營(yíng)商英國(guó)沃達(dá)豐、日本NTT DoCoMo、和記黃埔3、西班牙電信、德國(guó)電信、法國(guó)電信、意大利電信、美國(guó)AT&T、中國(guó)聯(lián)通等全球絕大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商美國(guó)Verizon+Alltel、Sprint、日本KDDI、中國(guó)電信、印度Reliance、Tata(注：除Sprint選擇WiMAX外，其他CDMA運(yùn)營(yíng)商都計(jì)劃轉(zhuǎn)網(wǎng)至HSPA或LTE)中國(guó)移動(dòng)主要設(shè)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(dòng)、中興、上海貝爾、鼎橋簡(jiǎn)評(píng)產(chǎn)業(yè)鏈最廣，全球用戶最多，技術(shù)最完善本身技術(shù)優(yōu)秀，但因產(chǎn)業(yè)鏈一家獨(dú)占發(fā)展不樂觀中國(guó)自有3G技術(shù)，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(shù)：區(qū)分用戶的上行/下行信號(hào) 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(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：在上下行業(yè)務(wù)不對(duì)稱時(shí)（主要是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）頻譜利用效率低 時(shí)分雙工（TDD）：以不同時(shí)隙區(qū)分上行和下行TD-SCDMA使用TDD優(yōu)點(diǎn)：在上下行業(yè)務(wù)不對(duì)稱時(shí)可以給上下行靈活分配不同數(shù)量的時(shí) 隙，頻譜利用效率高缺點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，需要GPS同步；和CDMA技術(shù)一起使用時(shí)，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(shù)：區(qū)分不同用戶2021-12-1224第24頁/共91頁擴(kuò)頻概念2021-12-1225第25頁/共91頁擴(kuò)頻與解擴(kuò)（DS-CDMA）2021-12-1226第26頁/共91頁擴(kuò)頻理論基礎(chǔ)-香農(nóng)定理2021-12-1227第27頁/共91頁擴(kuò)

9、頻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)2021-12-1228第28頁/共91頁擴(kuò)頻改善系統(tǒng)性能-抗干擾2021-12-1229第29頁/共91頁擴(kuò)頻改善系統(tǒng)性能-難偵破2021-12-1230第30頁/共91頁擴(kuò)頻改善系統(tǒng)性能-抑多徑2021-12-1231第31頁/共91頁WCDMA的擴(kuò)頻2021-12-1232DATA信道碼OVSF擾碼Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz分為擴(kuò)頻和加擾兩個(gè)步驟：符號(hào)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(gè)網(wǎng)絡(luò)來看: 多個(gè)發(fā)射機(jī) (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(jī)擾碼Scrambling codes 從單個(gè)小區(qū)來看: 所有移動(dòng)臺(tái)共享同一個(gè)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(jī)碼) 截?cái)嗟?Gold 碼 在WCDMA 中作為擾碼用 每一個(gè)基站和終端都被分配一個(gè)唯一的擾碼 碼的特性： 定義了塊的長(zhǎng)度，塊是由符合隨機(jī)統(tǒng)計(jì)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(yuǎn)大于信

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

12、擾碼和輔擾碼 512個(gè)主擾碼 最好的自相關(guān)和互相關(guān)特性 每個(gè)主擾碼配15個(gè)輔擾碼 用于多個(gè)擾碼和其他特殊情況 自相關(guān)和互相關(guān)特性稍差 主擾碼分成64個(gè)組，每組8個(gè) 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(kuò)頻因子 (OVSF) 碼 在 WCDMA中作為信道碼用 從一個(gè)發(fā)射機(jī)來的每一個(gè)信道都被分配一個(gè)唯一的OVSF碼 碼的特性： 基于 Walsh 函數(shù) 非常好的自相關(guān)性 如果完全同步，具有正交互相關(guān)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(jī)方有可能完全分離信道 對(duì)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(zhǎng) 在WCDMA中8, 16, 32, 64, 128, 256 (或 512) 個(gè)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(jī)使用正交碼3來解擴(kuò)，結(jié)果是一個(gè)沒有其他信道干擾的數(shù)據(jù)信道3的完整恢復(fù)。 為了得到完美的互相關(guān)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(kuò)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(diǎn)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(guān)鍵技術(shù)RAKE 接收機(jī)功率控制軟切換 更軟切換 系統(tǒng)

16、間切換 頻間切換準(zhǔn)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(shí)間離散h()00123123第47頁/共91頁2021-12-1248050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618“RAKE” 接收機(jī)1/2-chip delayTo Viterbi DecoderComposite Received SignalPN, Walsh Codes1/2-chip del

17、ay1/2-chip delayAiAiAi相關(guān)器相關(guān)器相關(guān)器把接收的多徑信號(hào)加權(quán)調(diào)整使合成之后的信號(hào)得以加強(qiáng)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(nèi)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(gè)大功率發(fā)射的用戶可以阻塞整個(gè)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(jì)算初始發(fā)射功率測(cè)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(dǎo)接入允許嗎？增加發(fā)射功率1dBNoYes終端開始上行業(yè)務(wù)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(biāo)值降低載噪比目標(biāo)值NoYes接收信號(hào)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(nèi)環(huán)功率控制(起始接收功率目標(biāo)值l基站接收功率目標(biāo)值開環(huán)功率控制接入前導(dǎo)I外環(huán)功率控制(更新的接收功率目標(biāo)值基站接收功率時(shí)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(nèi)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(dòng)臺(tái)RAKE接收機(jī)最大比值合并 上行: 在 RNC 選擇性合并 在基站RAKE接收機(jī)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(cè)量!: 微蜂窩,使用 f1: 宏蜂窩, 使用 f2分層小區(qū)結(jié)

22、構(gòu)HCS:高話務(wù)小區(qū), 使用 f1 + f2: 低話務(wù)小區(qū), 使用 f1熱點(diǎn)地區(qū)第59頁/共91頁2021-12-1260頻間測(cè)量TDMA: 非連續(xù)發(fā)射RXRXDownlinkTXTXUplink空閑時(shí)間頻間測(cè)量RXDownlinkTXUplinkWCDMA: 通常連續(xù)發(fā)射沒有頻間測(cè)量的空閑時(shí)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(kuò)頻擴(kuò)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(kuò)頻因子SF/21) 分配同一個(gè)碼樹的正交碼 -保持正交性2) 分配另一個(gè)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(kuò)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(cè)量的空閑時(shí)間SF=SF0SF=SF0/2SF=SF0壓縮模式 E.g. 低擴(kuò)頻因子第62頁/共91頁2021-12-1263Capacity Management作用：1,控制小區(qū)負(fù)荷2,確保給不同的Connection所需要的QOSCapacity Management主要功能:1,監(jiān)測(cè)主要資源的使用情況,對(duì)新連接請(qǐng)求(包括軟切換和連接重配) 所需要的資源進(jìn)行估計(jì).(注意傳輸資源不在監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi))2, AC: 準(zhǔn)入控制,接受

24、或拒絕對(duì)一些關(guān)鍵資源的使用請(qǐng)求.(綜合考慮請(qǐng)求的性質(zhì)和資源的使用情況)(請(qǐng)求的性質(zhì):業(yè)務(wù)類型(g,ng),建立方式(ho或new)3, CC:擁塞狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和緩解,擁塞可能由于一些用戶的無線環(huán)境波動(dòng)導(dǎo)致,通過降低Packet業(yè)務(wù)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(cè)量得到),對(duì)系統(tǒng)的Retainbility有負(fù)面影響第63頁/共91頁2021-12-1264準(zhǔn)許接入控制(Admission Control)通過控制用戶數(shù)量，保證總的業(yè)務(wù)質(zhì)量 干擾容量/負(fù)荷計(jì)劃的負(fù)荷計(jì)劃的覆蓋覆蓋這一點(diǎn)之上的新用戶被拒絕增加的用戶準(zhǔn)許接入門限第64頁/共91頁2021

25、-12-1265信道轉(zhuǎn)換Switch todedicatedRelease dedicated channelRandom-AccessRequestRandom-Access ChannelPacketPacketPacketDedicated ChannelTTime-outSwitch to commonRandom-AccessRequestUser 1User 2 信道類型轉(zhuǎn)換 信道速率轉(zhuǎn)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(jī)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(cè)/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用導(dǎo)頻信道(CPICH)第69頁/共91頁物理層的功能2021-12-1270第70頁/