WCDMA基礎(chǔ)知識

1、 2007 ZTE CorporationWCDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理WCDMA技術(shù)原理系列膠片lWCDMA無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理無線通訊基本原理無線通訊基本原理WCDMA相關(guān)無線技術(shù)相關(guān)無線技術(shù)lWCDMA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)lWCDMA 物理信道物理信道lHSDPA介紹介紹lHSUPA介紹介紹3n無線傳播特性無線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無線通訊基本原理無線通訊基本原理4無線傳播特性無線傳播特性n電磁傳播：直射、反射、散射和繞射n無線環(huán)境中的信號衰減分成三部分u路徑損耗：電磁波在宏觀大范圍（即公里級）空間傳播所產(chǎn)生的損耗，

2、它反映了傳播在空間距離的接收信號電平的變化趨勢。u慢衰落：在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗u快衰落：電磁波信號在數(shù)個或者數(shù)十個波長范圍發(fā)生快速衰落n快衰落包絡(luò)分布的描述方法u瑞利分布：非視距傳播u萊斯分布：視距傳播5無線傳播特性無線傳播特性發(fā)送信號接收信號0dB發(fā)送信號-25dB接收信號0 + 發(fā)送信號接收信號0 2 3 + 發(fā)送信號接收信號2+2 3+6多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)7n無線傳播特性無線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無線通訊基本原理無線通訊基本原理8多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)Frequen

3、cyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA頻分多址技術(shù)頻分多址技術(shù) 業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同的用戶。業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同的用戶。如如TACS、AMPS時分多址技術(shù)時分多址技術(shù) 業(yè)務(wù)信道在不同的時間分配給不同的用業(yè)務(wù)信道在不同的時間分配給不同的用戶。如戶。如GSM、DAMPS碼分多址技術(shù)碼分多址技術(shù) 所有用戶在同一時間、同一頻段上、根所有用戶在同一時間、同一頻段上、根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。如據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。如CDMA9n無線傳播特性無線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編

4、碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無線通訊基本原理無線通訊基本原理10擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理n擴(kuò)頻通信就是將信號的頻譜展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)n其理論解釋為Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)FastSpreadingSequenceSlowInformationSentTXSlowInformationRecoveredRXFastSpreadingSequenceWidebandSignal11擴(kuò)頻通信原理示意圖擴(kuò)頻通信原理示意圖fS（f）f0擴(kuò)頻前的信號頻譜信號S（f）ff0擴(kuò)頻后的信號頻譜信號S（f）ff0解擴(kuò)頻后的信號頻譜信號干擾噪聲fS（f）f0解擴(kuò)頻前的信號頻譜信號

5、干擾噪聲信號脈沖干擾白噪聲12擴(kuò)頻通信的特點擴(kuò)頻通信的特點n抗多徑干擾能力強(qiáng)n抗突發(fā)脈沖干擾n保密性高n低發(fā)射功率n易于實現(xiàn)大容量多址通信n占用頻帶寬n實現(xiàn)復(fù)雜13n無線傳播特性無線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無線通訊基本原理無線通訊基本原理14信道編碼的目的信道編碼的目的n編碼目的：u在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，使接收機(jī)能夠檢測和糾正由于傳輸媒介帶來的信號誤差，同時提高數(shù)據(jù)傳輸速率。無糾錯編碼：無糾錯編碼： BER10-1 10-2不能滿足通信需要卷積編碼：卷積編碼： BER10-3滿足語音通信需要Turbo 碼：碼： BE

6、R 信道的相關(guān)時間，RAKE接收利用的多徑信號被認(rèn)為是發(fā)射機(jī)多次發(fā)送過來的信號lWCDMA無線網(wǎng)絡(luò)原理無線網(wǎng)絡(luò)原理lWCDMA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)功率控制功率控制切換切換RAKE接收接收lWCDMA 物理信道物理信道lHSDPA介紹介紹lHSUPA介紹介紹40功率控制功率控制nCDMA通信技術(shù)并不是一種嶄新的技術(shù)n功率控制是CDMA通信技術(shù)的關(guān)鍵n實現(xiàn)CDMA通信的規(guī)模商用，必須解決好功率控制41遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)PowerfPowerf42多址干擾多址干擾nWCDMA是一個自干擾系統(tǒng)u來源: 共享頻譜；沒有理想自相關(guān)和互相關(guān)特性的擴(kuò)頻碼u現(xiàn)象: 功率攀升頻率時間碼字碼分多址自干擾示意圖相關(guān)輸出時間

7、同步43功率控制的目的功率控制的目的下行功率控制小區(qū)發(fā)射功率上報功率控制比特手機(jī)發(fā)射信號功率控制命令上行功率控制 克服遠(yuǎn)近效應(yīng)和補(bǔ)償衰落 減小多址干擾，保證網(wǎng)絡(luò)容量 延長電池使用時間44功率控制的種類功率控制的種類開環(huán)開環(huán)從信道中測量干擾條件，并調(diào)整發(fā)射功率閉環(huán)內(nèi)環(huán)閉環(huán)內(nèi)環(huán)測量信噪比和目標(biāo)信噪比比較，并向移動臺發(fā)送指令調(diào)整它的發(fā)射功率CDMA閉環(huán)功率控制頻率為1500Hz若測定SIR目標(biāo)SIR， 降低移動臺發(fā)射功率若測定SIR UE) serving cell E-HICH (ACK/NACKs) E-RGCH (relative grants) (ChCode, signature - UE

8、) MRC MRC 1 TNL bearer per MAC-d flow Iur/Iub FP 服務(wù)RLS非服務(wù)RLSE-DCH激活集E-DCH服務(wù)小區(qū)軟切換狀態(tài)下的軟切換狀態(tài)下的HSUPA工作原理圖工作原理圖對于非軟切換狀態(tài)，只有一個小區(qū)負(fù)責(zé)E-DCH調(diào)度，就是E-DCH服務(wù)小區(qū)。101基本概念基本概念Serving E-DCH cell：E-DCH服務(wù)小區(qū)服務(wù)小區(qū)n UE接收絕對授權(quán)（Absolute Grants）的小區(qū)。UE只有一個只有一個E-DCH服務(wù)小區(qū)服務(wù)小區(qū)。Serving E-DCH RLS or Serving RLS：E-DCH服務(wù)服務(wù)RLSn 包含E-DCH服務(wù)小區(qū)的

9、一個小區(qū)集合，UE只有一個服務(wù)只有一個服務(wù)RLS，在服務(wù)，在服務(wù)RLS下，下，UE可以接收合并一個相對授權(quán)可以接收合并一個相對授權(quán)。Non-serving E-DCH RLS or Non-serving RLS：非服務(wù)：非服務(wù)E-DCH RLSn 不包含E-DCH服務(wù)小區(qū)的一個小區(qū)集合，UE可以沒有、有一個或多個非服務(wù)可以沒有、有一個或多個非服務(wù)RLS，在非服務(wù)在非服務(wù)RLS下，下，UE只可以接收一個相對授權(quán)只可以接收一個相對授權(quán)。E-DCH active set：E-DCH激活集激活集n 與UE之間有E-DCH承載的小區(qū)集合。102HARQ 快速混合快速混合ARQ技術(shù)技術(shù)n HARQ是一種

10、糾錯技術(shù)，而混合（Hybrid）即是對前向糾錯碼（FEC）和重傳（ARQ）的綜合。n HARQ功能分別位于Node B和UE的MAC-e實體中n HSUPA的快速的快速HARQ的基本原理是在的基本原理是在NodeB增加增加HARQ功能實體，如果沒有正確接功能實體，如果沒有正確接收，收，Node B將請求將請求UE重傳上行分組數(shù)據(jù)。重傳上行分組數(shù)據(jù)。n 在上行方向，HARQ采用N信道停止和等待HARQ協(xié)議（NSAW）。n 在HSUPA中，HARQ進(jìn)程數(shù)與TTI有固定的對應(yīng)關(guān)系：10msTTI對應(yīng)4個HARQ進(jìn)程，2msTTI對應(yīng)8個HARQ進(jìn)程。HARQ的主要作用是減小傳輸時延，提高 UE和系統(tǒng)

11、的吞吐率103HARQ的重傳合并方式的重傳合并方式n CC方式重傳的信息和第一次發(fā)送的內(nèi)容完全一樣，這樣UE在解碼前，先把重傳的信息進(jìn)行最大比合并后，再進(jìn)行解碼，提高解碼增益。n IR方式的重傳支持兩種類型：l一種是重傳時發(fā)送和前次發(fā)送完全不一樣的冗余信息，該信息只有和第一次發(fā)送的信息合并后才可以解碼；l另外一種是重傳時發(fā)送和前次完全不一樣的冗余信息，但該信息是可以自解碼的。在每次HARQ重傳時，通過給定增量冗余方式，提高譯碼前向糾錯的能力。 上行HARQ的前向糾錯，可以分為CC（Chase Combining）以及IR（Incremental Redundancy）兩種方式。 Node B可

12、以使用不同方法來合并單個分組的多個重傳，從而降低各個傳輸要求的接收Ec/No。 通過HARQ，HSUPA可有效的提高數(shù)據(jù)傳輸速率和減小傳輸時延。104HSUPA HARQ重傳與重傳與R99 RLC級重傳比較級重傳比較n 通過快速HARQ，首次傳輸?shù)哪繕?biāo)BLER 可能明顯的高一些，這是因為與RLC級重傳相比，重傳接收出錯的分組的延遲有明顯的下降。n 更高的BLER target可以降低傳輸一定速率的數(shù)據(jù)時要求的UE傳輸功率。因此對相同的小區(qū)負(fù)荷，快速HARQ可以提高小區(qū)容量。n 在數(shù)據(jù)速率固定時，降低每個比特的能量還有助于改善覆蓋距離。105快速分組調(diào)度技術(shù)快速分組調(diào)度技術(shù)n 在R99/R4/R

13、5中，分組調(diào)度功能位于RNC中。 n 在HSUPA中，調(diào)度功能位于Node B中，且調(diào)度周期可能會較短（2ms），可以實現(xiàn)最新的調(diào)度決策，從而更好地利用提供的上行空中接口容量。nRNC控制的分組調(diào)度會引入一定的延時，不能快速地反映當(dāng)前時變信道的狀況，因此不能進(jìn)行快速的鏈路自適應(yīng)和快速分組調(diào)度。n在HSUPA系統(tǒng)中，Node B的分組調(diào)度實體可以直接使用物理層實時測量的信息、內(nèi)部的統(tǒng)計信息以及UE報告的信息進(jìn)行調(diào)度，這樣可以及時利用不同用戶的信道狀況和衰落特性，減少系統(tǒng)的傳輸延時。106快速上行分組調(diào)度快速上行分組調(diào)度n 作為服務(wù)Node B為服務(wù)E-DCH小區(qū)下的UEs分配上行資源。 n 作為

14、非服務(wù)Node B檢測其他小區(qū)的干擾，并向UEs發(fā)送相對授權(quán)信息。n 在缺乏處理資源時向SRNC報告。無線分組調(diào)度是區(qū)分上下行的，但資源控制復(fù)雜度不同n 下行方向： Node B容易了解各個業(yè)務(wù)流占用緩存的情況，且下行總功率資源是集中控制的，Node B可以精確分配和回收功率資源，從而有效控制系統(tǒng)負(fù)荷、保證各種業(yè)務(wù)的QoS。n 上行方向：上行業(yè)務(wù)流信息需要通過無線信道報告給Node B，這樣就存在延時和不確定性。上行方向，每個UE都有自己的功率資源，由于無線信道的時變特性和碼資源的限制等因素，導(dǎo)致對上行系統(tǒng)資源即上行鏈路總功率的精確控制更為復(fù)雜，增加了上行分組調(diào)度的復(fù)雜性。Node B調(diào)度器的

15、功能：1072ms TTIE-DCH 類別類別最大最大E-DCH信道數(shù)信道數(shù)最小最小擴(kuò)頻因子擴(kuò)頻因子TTI類型類型最大傳輸塊大小最大傳輸塊大小(10ms TTI)最大傳輸塊大小最大傳輸塊大小(2ms TTI)Category 11SF410 ms TTI only7110-Category 2 2SF410 ms and2 ms TTI144842798Category 32SF410 ms TTI only14484-Category 42SF210 ms and2 ms TTI200005772Category 52SF210 ms TTI only20000-Category 64SF2