WCDMA系統(tǒng)技術(shù)介紹

1、WCDMA系統(tǒng)原理WCDMA系統(tǒng)原理第一篇 WCDMA系統(tǒng)概述一、WCDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)二、WCDMA系統(tǒng)組成第二篇 WCDMA系統(tǒng)原理一、移動無線信道的特點(diǎn)二、WCDMA系統(tǒng)的原理三、 WCDMA系統(tǒng)的容量四、WCDMA系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)五、WCDMA系統(tǒng)無線資源管理技術(shù)功率控制技術(shù)、切換技術(shù)、接入控制和負(fù)載控制2WCDMA系統(tǒng)原理第一篇 WCDMA系統(tǒng)概述3G：第三代移動通信3G系統(tǒng)性能特征：信息傳輸速率： 144 kbps 高速移動(120km/h) 384 kbps 步行速度(3km/h) 2 Mbps 室內(nèi)業(yè)務(wù)性能： 綜合（混合）業(yè)務(wù) 可變速率傳輸 永遠(yuǎn)在線上網(wǎng)3WCDMA系統(tǒng)原理CD

2、MA：碼分多址，WCDMA：寬帶碼分多址。時間頻率FDMA頻率時間TDMA頻率時間碼字CDMA4WCDMA系統(tǒng)原理為什么需要3G？頻譜效率、新業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)質(zhì)量需要3G！TDMA頻譜效率（系統(tǒng)容量）是FDMA的5倍左右。 CDMA頻譜效率（系統(tǒng)容量）是TDMA的4倍左右。 CDMA頻譜效率（系統(tǒng)容量）是FDMA的20倍左右。5WCDMA系統(tǒng)原理一、WCDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn) WCDMA系統(tǒng)最根本的實(shí)質(zhì)是功率，資源是動態(tài)統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，是一個自干擾系統(tǒng)，任何不需要的功率不能發(fā)射！有以下特點(diǎn)：雙向采用快速閉環(huán)功率控制技術(shù)補(bǔ)償衰落，抗快衰落效果好。 雙向采用導(dǎo)頻進(jìn)行相干解調(diào)，解調(diào)增益高。采用發(fā)射、接收分集技術(shù)

3、，大大提高抗衰落效果。6WCDMA系統(tǒng)原理碼片速率高（3.84Mcps），raker 接收（頻率分集）效果更好，多徑傳播路徑差僅78米就可以分集接收。采用編碼增益高的信道編碼技術(shù)（卷積編譯碼和Turbo編譯碼）?；局g不需同步?？梢赃M(jìn)行軟切換（宏分集）、更軟切換（Node B內(nèi)部小區(qū)間的切換）、頻間硬切換、系統(tǒng)間的硬切換。可適應(yīng)多種速率的傳輸，靈活地提供多種業(yè)務(wù)。7WCDMA系統(tǒng)原理采用優(yōu)化的分組數(shù)據(jù)調(diào)度策略和傳輸方式。支持高速數(shù)據(jù)傳輸，高速時144kbps，步行時384kbps的速率，室內(nèi)是2Mbps。WCDMA采用頻分多址（FDD）工作方式，工作頻率是：上行1920MHz到1980MHz

4、，下行是2110MHz到2170MHz。收發(fā)頻率間隔190MHz。具有承載CS和PS業(yè)務(wù)等混合業(yè)務(wù)的能力。8WCDMA系統(tǒng)原理采用先進(jìn)的無線資源管理算法以保證不同比特速率的混合（綜合）業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），并使系統(tǒng)吞吐容量最大。與只能提供單一話音業(yè)務(wù)的第二代系統(tǒng)相比，第三代移動通信系統(tǒng)具有寬帶（高速）、混合業(yè)務(wù)、可變速率的特點(diǎn)。 總之，WCDMA系統(tǒng)采用了雙向快速閉環(huán)功率控制、Raker接收、接收和發(fā)射分集、高增益編碼等技術(shù)，可以在高速移動（120km/h）時到達(dá)144kbps的傳信率，步行速度（3km/h）時達(dá)到384kbps的傳信率，室內(nèi)達(dá)到2Mbps的傳信率。9WCDMA系統(tǒng)原理二、

5、WCDMA系統(tǒng)組成RNS無線接入網(wǎng)系統(tǒng)RNCCNNode B nNode B1Node B2UE UE UE Iu接口Iub接口Uu接口RNSPSTN和Internet等Iur接口10WCDMA系統(tǒng)原理UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）即WCDMA由CN（核心網(wǎng)）、UTRAN（無線接入網(wǎng)）和UE（用戶設(shè)備）三部分組成，各個部分由標(biāo)準(zhǔn)接口連接。UTRAN又由多個RNS組成。RNS（無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)）由一個RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）和多個Node B組成，一個Node B可以包括1個、3個或6個小區(qū)（cell，即扇區(qū)）。11WCDMA系統(tǒng)原理CN通過Iu接口與UTRAN相連；UTRAN與UE的空中接口是Uu

6、接口；Uu接口、Iu接口和Iub接口是標(biāo)準(zhǔn)的、開放的；Iu接口Uu口UEUTRANCN12WCDMA系統(tǒng)原理第二篇 WCDMA系統(tǒng)原理一、移動無線信道的特點(diǎn)移動通信信道與固定通信的信道有很大不同：接收機(jī)移動時天線接收到的電波場強(qiáng)有著嚴(yán)重的快衰落（起伏）和相當(dāng)大的多徑時延，以及多卜勒頻移。13WCDMA系統(tǒng)原理移動臺接收機(jī)接收多條傳播路徑來的信號，傳播路徑的長度不同，到來的時間就有先后，信號的相位不同。根據(jù)同相疊加、反相抵消的干涉原理，在移動路線中各處干涉的結(jié)果形成斑馬線狀的干涉條紋，即在移動過程中，MS(UE)收到時強(qiáng)時弱的起伏信號。對于IMT-2000的2GHz工作頻率來說，波長僅僅為15c

7、m，因此在高速的移動時，每秒內(nèi)接收的信號強(qiáng)弱變化很多次。接收功率強(qiáng)弱相差最大可達(dá)40dB，折合1萬倍的功率差別!14WCDMA系統(tǒng)原理多徑示意圖d1d2tttd3發(fā)射接收Raker合并噪聲15WCDMA系統(tǒng)原理接收機(jī)接收到的信號：車速80km/hr、頻率為2GHz時平均衰落持續(xù)時間約6ms。t接收信號-35dB0dB接收信號中值16WCDMA系統(tǒng)原理二、WCDMA系統(tǒng)的原理WCDMA系統(tǒng)是一個FDD直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，碼片速率3.84Mcps。擴(kuò)頻的理論基礎(chǔ)：由Shanon 定理C=Wlog2(1+S/N)可知，在信道容量一定情況下，通信帶寬W與信噪比S/N可以互換。即通過擴(kuò)展頻帶使信噪比降低。

8、擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好（信號頻譜密度低于白噪聲）、抗衰落、抗多徑干擾、可以實(shí)現(xiàn)碼分多址通信；17存在遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于CDMA是同頻接收系統(tǒng)，造成弱信號淹沒在強(qiáng)信號中，從而使得弱信號部分無法正常工作。 擴(kuò)頻定義與處理增益：將信源原始信號帶寬擴(kuò)展的倍數(shù)就是處理增益：PG=Wc/R，其中Wc是碼片速率，R是信息速率。用dB表示： PG=10log10(Wc/R)擴(kuò)頻信號在接收端進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)即可恢復(fù)原始信號。擴(kuò)展倍數(shù)越多，處理增益越高，抗干擾能力越強(qiáng)。WCDMA系統(tǒng)原理18WCDMA系統(tǒng)原理擴(kuò)頻通信過程信號頻譜擴(kuò)頻后信道噪聲接收信號相關(guān)解擴(kuò)低通濾波ffffff19WCDMA系統(tǒng)原理數(shù)字通

9、信接收端信號解調(diào)過程相乘、積分信號正交的概念 在一段時間內(nèi)相乘、積分結(jié)果為零。 例：正弦信號與余弦信號在一個周期內(nèi)積分結(jié)果為零，正交。輸入信號本地PN碼在T=Ts時刻判決解擴(kuò)輸出積分0Ts(*)dt20WCDMA系統(tǒng)原理碼序列的正交概念 兩個取值為+1或-1的碼序列按位對應(yīng)相乘，將每位相乘結(jié)果進(jìn)行累加，結(jié)果為零就表示兩個碼序列正交。 以下兩個序列正交： 以下兩個序列不正交：序列一： +1-1+1+1-1+1-1-1 +1-1+1-1-1+1-1-1序列二： -1+1+1-1-1+1+1-1 +1+1-1+1-1-1+1-1相乘結(jié)果：-1-1+1-1+1+1-1+1 +1-1-1-1+1-1-1

10、+1累加結(jié)果：4個+1、4個-1，累加=0 5個-1、3個+1，累加=-2 符合正交定義 不符合正交定義21WCDMA系統(tǒng)原理CDMA系統(tǒng)：CDMA系統(tǒng)在一個頻率、相同時間內(nèi)，以不同擴(kuò)頻碼進(jìn)行多址通信的系統(tǒng)。 WCDMA系統(tǒng)原理上與CDMA一樣，僅僅帶寬大3倍多。CDMA系統(tǒng)的信道是碼信道，任何時候，各個信道的頻譜混合疊加在一起，所以CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，CDMA系統(tǒng)接收機(jī)接收的信號是各個碼信道的信號之和：Stotal(t)=A1S1(t)PN1PR1+ A2S2(t)PN2PR2+ A3S3(t)PN3PR3+22WCDMA系統(tǒng)原理WCDMA系統(tǒng)中，用兩層碼保護(hù)。因?yàn)镺VSF碼自相關(guān)

11、特性不理想，而PN碼互相關(guān)特性（正交性）不理想。PN1是第一個用戶的擴(kuò)頻碼序列，PR1是第一個用戶的擾碼序列。在WCDMA系統(tǒng)中，在一個小區(qū)中，下行使用同一個擾碼，用戶身份靠擴(kuò)頻碼（OVSF碼）區(qū)分。上行使用相同的擴(kuò)頻碼（相同類型的業(yè)務(wù)時），靠擾碼區(qū)分用戶身份。就象區(qū)分孿生兄弟，要么襯衣不同，要么外衣不同。對第一個用戶進(jìn)行解擴(kuò)、解擾后得到所需的信號： S(t) PN1PR1 =A1S1(t)PN1PR1 PN1PR1 + A2S2(t)PN2PR2 PN1PR1 + A3S3(t)PN3PR3 PN1PR1 +=A1S1(t)+023擾碼是偽隨機(jī)碼序列，自相關(guān)特性很好，但是互相關(guān)特性就不是理想

12、的零值了（理論上就不正交），在采用較長的序列時還是相當(dāng)小的。擴(kuò)頻碼采用OVSF（長度可變的正交擴(kuò)頻因子）碼，在理論上是完全正交的，但是在無線多徑環(huán)境下，無法保持其正交性。即實(shí)際上在接收端進(jìn)行相關(guān)處理時，不同序列之間的互相關(guān)值不為0，以上的解調(diào)表達(dá)式變成： S(t) PN1PR1 =A1S1(t)PN1PR1 PN1PR1 + A2S2(t)PN2PR2 PN1PR1 + A3S3(t)PN3PR3 PN1PR1 +=A1S1(t)+IAMI(t) 后面部分IAMI(t)不為0，這就是多址干擾?？捎酶蓴_抵消技術(shù)或其它技術(shù)（如選取正交性良好的擴(kuò)頻碼組）消去。WCDMA系統(tǒng)原理24WCDMA系統(tǒng)原理

13、WCDMA系統(tǒng)特有的功率攀升現(xiàn)象下行物理碼信道之間的非正交產(chǎn)生多址干擾，存在功率攀升現(xiàn)象。WCDMA系統(tǒng)的所有用戶同時在同一頻段工作，就象一間房間里，兩個廣東人+兩個福建人+兩個上海人交談，只要講話的聲音不是太大，可以做到互不影響。吵架影響大家交談，聲音互相提高，功率攀升。25WCDMA系統(tǒng)原理很明顯，房間外的干擾也會影響房間內(nèi)的談話，這就是WCDMA系統(tǒng)的小區(qū)外干擾。由以上數(shù)學(xué)表達(dá)式看來，CDMA系統(tǒng)信號之間的關(guān)系是相加的關(guān)系，發(fā)射端需要線性的功率放大器（LPA），接收端需要線性的小信號前置放大器（LNA）。26三、 WCDMA系統(tǒng)的容量Shanon公式是：在高斯白噪聲條件下， C=Wlog

14、2(1+S/N)，這里帶寬W單位是Hz，C單位是bits/s。實(shí)際容量遠(yuǎn)達(dá)不到此理論值?？梢酝ㄟ^采用高效的無線傳輸技術(shù)（RTT）來接近理論值。傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)容量是以話路信道數(shù)來衡量的，與擴(kuò)頻增益成正比，與業(yè)務(wù)所需的信噪比成反比。WCDMA系統(tǒng)原理27WCDMA系統(tǒng)原理對于CS（電路交換）通信系統(tǒng)的容量用話務(wù)量表示。對于PS（分組交換）業(yè)務(wù)而言，信道數(shù)相差很遠(yuǎn)。 比如20條64kbps的業(yè)務(wù)信道與4條384kbps業(yè)務(wù)信道的容量相當(dāng)。用吞吐量bits/s來表示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。在考慮話音業(yè)務(wù)的阻塞率時用愛爾蘭B公式?？紤]PS業(yè)務(wù)時可用等效愛爾蘭概念。28WCDMA系統(tǒng)原理等效愛爾蘭容量的概

15、念 愛爾蘭容量是一個針對CS域業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)概念，對于現(xiàn)在的PS域業(yè)務(wù)常常利用等效愛爾蘭容量來計(jì)算系統(tǒng)行為特性，如可容納的用戶數(shù)（放號數(shù)）、阻塞率和掉話率等。例如：分組數(shù)據(jù)用戶的行為特性是：144kbps高速上網(wǎng)下載圖文混合的業(yè)務(wù)，忙時平均點(diǎn)擊下載數(shù)據(jù)10次/小時，10秒/次（180kByte數(shù)據(jù)量/次），那么等效話務(wù)量=10*10/3600=0.028Erls。但對于非實(shí)時分組業(yè)務(wù)，排隊(duì)等候發(fā)送（儲存轉(zhuǎn)發(fā)），無阻塞概念，信道利用率=100%！29WCDMA系統(tǒng)原理業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)模型的實(shí)質(zhì)是各種業(yè)務(wù)不同比例時，系統(tǒng)總體性能的數(shù)學(xué)表示。是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的依據(jù)。一、2G以前的業(yè)務(wù)是純CS域話音，Er

16、lang B公式將系統(tǒng)容量、用戶忙時話務(wù)量和阻塞率聯(lián)系起來。二、2.5G系統(tǒng)是在CS域話音業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上加入PS域分組業(yè)務(wù)，話音部分采用傳統(tǒng)的Erlang B公式描述，分組業(yè)務(wù)是發(fā)送及接收電子郵件、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、在線游戲、移動辦公、電子商務(wù)等，采用無呼損的等效愛爾蘭容量方法。業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)特性和比例沒有標(biāo)準(zhǔn)，建立業(yè)務(wù)模型困難。三、3G的業(yè)務(wù)種類比2.5G的還要多。比如可視電話、小電影等。業(yè)務(wù)模型也是混合的業(yè)務(wù)模型。可以分近、中、遠(yuǎn)期的發(fā)展和城市、鄉(xiāng)村對業(yè)務(wù)比例進(jìn)行預(yù)測，建立混合業(yè)務(wù)模型。近期還是以話音業(yè)務(wù)為主。30WCDMA系統(tǒng)原理WCDMA系統(tǒng)容量特點(diǎn)：容量是軟的。軟容量有以下含義：一是傳統(tǒng)的軟容量概念

17、，沒有絕對固定的信道數(shù)，降低無線鏈路的通信質(zhì)量，可以容納更多用戶，即系統(tǒng)容量與通信質(zhì)量可以互換；二是不同的業(yè)務(wù)有不同的容量，比如8kbps話音的吞吐容量比144kbps分組業(yè)務(wù)的吞吐容量低；三是承載混合業(yè)務(wù)時，不同的業(yè)務(wù)比例和構(gòu)成，有不同的容量，即針對不同的業(yè)務(wù)模型，系統(tǒng)有不同的容量。硬容量：取決于基站硬件資源。31WCDMA系統(tǒng)原理容量與通信帶寬（碼片速率）、無線傳輸技術(shù)（RTT）、所需的信噪比Eb/N0、無線環(huán)境等因素有關(guān)。不同的業(yè)務(wù)，其QoS（服務(wù)質(zhì)量）不同，所需的 Eb/N0不同，因而容量不同。如可容納大約100個用戶8kbps話音業(yè)務(wù)，折合800kbps的吞吐量；或容納20個用戶64

18、kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，折合1280kbps的吞吐容量；或容納10個用戶144kbps業(yè)務(wù)，折合1440kbps的吞吐容量；或容納4個用戶384kbps業(yè)務(wù)，折合1536kbps的吞吐容量。一般上行容量先受限。大約一個384kbps數(shù)據(jù)與25個8kbps話音（不是384/8=48）相當(dāng)。32WCDMA系統(tǒng)原理WCDMA系統(tǒng)接入的是混合業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)的典型速率分別是8kbps、12.2kbps的話音，和64kbps、144kbps、384kbps、2048kbps的數(shù)據(jù)。影響系統(tǒng)容量的因素有：功率控制方法與精度、擴(kuò)頻碼的正交性、無線傳輸環(huán)境（移動速率、多徑、干擾）等，在通信帶寬、無線傳輸技術(shù)（RTT）、

19、擴(kuò)頻碼、功控算法等確定的情況下，要求通信質(zhì)量越高（要求信噪比越高，即誤碼率越低），系統(tǒng)的容量就越小，反之就越大。33WCDMA系統(tǒng)原理混合業(yè)務(wù)情況下，每種業(yè)務(wù)所占用的資源不同。 WCDMA系統(tǒng)軟容量理解示意圖：一個外皮富有彈性的集裝箱，內(nèi)混裝兔子、毛驢、獅子等動物，對應(yīng)業(yè)務(wù)是話音、中速分組數(shù)據(jù)、高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。全裝獅子是可以裝5只，全裝毛驢時可以裝20只，全裝兔子時可以裝100只?；煅b時怎么說內(nèi)裝多少動物呢，不好說。因?yàn)橐恢华{子所占的位置頂25只兔子的。最好用重量來表示一個統(tǒng)一的量，否則一只兔子與一頭只獅子相差太遠(yuǎn)。當(dāng)然，全部裝獅子時總重量就比全裝兔子的大，因?yàn)楠{子的力氣大，將橡皮箱空間擠大

20、了些。34WCDMA系統(tǒng)原理35WCDMA系統(tǒng)原理上行容量干擾受限，上行是多對一通信模式，利用功率控制技術(shù)消除遠(yuǎn)近效應(yīng)。除自己的信號外全是干擾，當(dāng)用戶較多時干擾較大，使信噪比降低；為了達(dá)到額定的信噪比，必然通過功控加大功率，造成互相影響，互相攀比，引起功率攀升，最后使接收的總功率超出前置線性放大器的線性范圍，使CDMA系統(tǒng)不再成立！即引起系統(tǒng)崩潰。下行容量功率受限，下行是一對多通信模式，一般總發(fā)射功率不超過20W/載頻，公共導(dǎo)頻信道等公共信道約需20%的開銷，業(yè)務(wù)信道可用功率為16W，當(dāng)每條碼信道需要0.5W時，可接入32個用戶，可見下行容量受功率限制。當(dāng)小區(qū)覆蓋地域較小時，下行容量就不受功率

21、的限制了。36WCDMA系統(tǒng)原理四、WCDMA系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)第三代移動通信系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)主要有四大類（級）：會話型、交互型、流業(yè)型和后臺型。他們有不同的QoS要求和特性。這樣在系統(tǒng)中有不同的編碼方式、不同的資源分配方法。因此研究業(yè)務(wù)特性是最佳使用系統(tǒng)資源和滿足其QoS的前提。會話型：主要是雙向傳輸?shù)膶?shí)時業(yè)務(wù)，對時延、時延抖動很敏感。典型的業(yè)務(wù)有：話音、可視電話和Telnet、交互游戲等。誤碼率在10-3 （對應(yīng)的誤塊率約為10-2左右）就能保證話音質(zhì)量（MoS）達(dá)到4.0以上，對應(yīng)長途電話的話音質(zhì)量水平。時延小于200ms，抖動小于1ms。而Telnet、交互游戲等業(yè)務(wù)則要求無錯傳輸，但是時延

22、可以適當(dāng)延長，采用ARQ時時延不能太長，故要求誤塊率相當(dāng)?shù)停苌俪霈F(xiàn)重傳的情況。37WCDMA系統(tǒng)原理交互型業(yè)務(wù)：雙向不對稱非實(shí)時的業(yè)務(wù)，主要應(yīng)用是WWW游覽、電子商務(wù)等。要求無錯傳輸，但時延和時延抖動要求不是很高。大約時延小于1s。流業(yè)務(wù)：單向業(yè)務(wù)，主要是音頻流、視頻流和FTP、靜態(tài)圖象傳輸?shù)?。音頻流和視頻流可以有錯誤傳輸，F(xiàn)TP和靜態(tài)圖象不能有錯誤。時延要求較低，一般要求1到10s。后臺型業(yè)務(wù)：單向或雙向非對稱業(yè)務(wù)，主要是電子郵件（E_mail）傳輸和傳真業(yè)務(wù)。電子郵件不能出錯，傳真可以出錯。時延要求很低，可以超過10s。因?yàn)闃I(yè)務(wù)的QoS是端到端的，在無線接入網(wǎng)部分如何實(shí)現(xiàn)總的QoS要求，

23、是無線接入網(wǎng)的核心任務(wù)。QoS分解和分段實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)。比如對要求無錯傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)研究采用何種傳輸方式和協(xié)議。38WCDMA系統(tǒng)原理五、WCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1.功率控制技術(shù)功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)，可以說沒有功率控制就沒有CDMA系統(tǒng)。Qualcomm公司就是解決了這個問題才實(shí)現(xiàn)了CDMA蜂窩通信網(wǎng)。“遠(yuǎn)近效應(yīng)” ：在上行鏈路中，如果小區(qū)內(nèi)所有UE的發(fā)射功率相同，而各UE與NodeB的距離是不同的，導(dǎo)致NodeB接收較近UE的信號很強(qiáng)，接收較遠(yuǎn)UE的信號很弱，由于CDMA是同頻接收系統(tǒng)，造成弱信號淹沒在強(qiáng)信號中，從而使得距離較遠(yuǎn)部分的UE無法正常工作。功率控制可以補(bǔ)償衰落，接收

24、功率不夠時要求發(fā)射方增大發(fā)射功率。功率控制可以克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，對上行功控而言，功率控制的目標(biāo)即為所有的信號到達(dá)基站的功率相同。39WCDMA系統(tǒng)原理功率是CDMA系統(tǒng)的核心，一切是圍繞著功率進(jìn)行。CDMA系統(tǒng)是一個同頻自干擾系統(tǒng)，任何多余不必要的功率不允許發(fā)射，這是一個一定要遵守的總準(zhǔn)則！功率控制就是維護(hù)這個準(zhǔn)則的手段。碼分多址技術(shù)是在同一頻段同時建立多個碼分信道，偽隨機(jī)碼具有很好的自相關(guān)性，但互相關(guān)不為0，產(chǎn)生碼信道之間的干擾多址干擾（AMI）。 多用戶檢測和干擾對消技術(shù)、智能天線技術(shù)可以降低多址干擾。40WCDMA系統(tǒng)原理由于移動信道是一個衰落信道，快速閉環(huán)功控可以隨著信號的起伏進(jìn)行快速改變

25、發(fā)射功率，使接收電平由起伏變得平坦。功率控制技術(shù)能夠解決以上提到的幾種問題，是使CDMA走向?qū)嵱没闹匾P(guān)鍵技術(shù)之一。功率控制分為上行功控和下行功控。功控又分為開環(huán)功控和閉環(huán)功控兩大類。開環(huán)功控是接收機(jī)測量接收到的寬帶導(dǎo)頻信號的功率，并估計(jì)傳播路徑損耗，根據(jù)路徑損耗計(jì)算得到需要發(fā)射的功率。接收到的功率越強(qiáng)，說明收發(fā)雙方距離較近或有非常好的傳播路徑，發(fā)射的功率就越小。由于在FDD系統(tǒng)，收發(fā)頻差是190MHz，大大超過了信道的相關(guān)帶寬（約100KHz左右），收發(fā)頻率（信道）的快衰落特性不相關(guān)，因而從接收信號得到的路徑損耗決定發(fā)射功率的方法誤41WCDMA系統(tǒng)原理 差較大，最大可達(dá)8dB以上，因此開

26、環(huán)功控只能在決定接入初期發(fā)射功率和切換時決定切換后初期發(fā)射功率的時候使用。閉環(huán)功控是發(fā)方根據(jù)收方鏈路質(zhì)量測量結(jié)果的反饋信息，進(jìn)行增加或減少（降低）發(fā)射功率?？梢婇]環(huán)功控需要一個反饋通道。閉環(huán)功控又分快速閉環(huán)功控（內(nèi)環(huán)功控）、慢速功控（外環(huán)功控）兩種?？焖匍]環(huán)（內(nèi)環(huán)）功控：快速閉環(huán)功控在每個時隙（0.67ms）進(jìn)行一次，功控頻率是1500Hz。接收機(jī)在每個時隙測量信道的信噪比（SIR），并與目標(biāo)SIR進(jìn)行比較，當(dāng)測量的SIR低于目標(biāo)值時給出增加功率的指令，發(fā)射方增加一個單位功率，這個單位功率就是功控步長，從0.5dB到2dB不等，一般是1dB，也可以變步長改變發(fā)射功率。當(dāng)SIR測量值高于目標(biāo)值時

27、，就發(fā)出降低一個單位（步長）的功率。直到滿足接收方通信質(zhì)量為止。42WCDMA系統(tǒng)原理慢速閉環(huán)（外環(huán)）功控：慢速閉環(huán)功控比快速閉環(huán)功控慢得多，時間一般是在TTI（傳輸時間間隙）級，一個TTI從20ms到80ms不等。慢速閉環(huán)（外環(huán)）功控是接收方通過每幀的CRC校驗(yàn)來統(tǒng)計(jì)誤幀（塊）率（BLER），當(dāng)誤幀率高于目標(biāo)值時就提高SIR目標(biāo)值，通過快速閉環(huán)功控實(shí)現(xiàn)通信質(zhì)量的提高；當(dāng)誤幀率低于目標(biāo)值時就降低SIR目標(biāo)值，通過快速閉環(huán)功控實(shí)現(xiàn)剛好的通信質(zhì)量，以降低不必要的功率發(fā)射。注意：在這里也體現(xiàn)了不發(fā)射任何多余不必要的功率，以達(dá)到CDMA系統(tǒng)的最大容量。當(dāng)業(yè)務(wù)要求誤塊率為10-3時，需要統(tǒng)計(jì)1000個以

28、上的數(shù)據(jù)塊才能給出一個統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，這樣就需要20s以上的時間才能進(jìn)行一次外環(huán)功控！實(shí)際上是通過時間窗來統(tǒng)計(jì)的，在通信初期可能需要長時間的統(tǒng)計(jì)，在通信過程中，是一個滑動的時間窗（窗口尺寸是20s），每個TTI時間滑動一次，這樣就可以在一個TTI時間進(jìn)行外環(huán)功控了。43WCDMA系統(tǒng)原理2.切換控制技術(shù)基本概念：切換是指當(dāng)移動臺處于移動狀態(tài)中，從一個基站或信道轉(zhuǎn)移到另一個基站或信道的過程。在蜂窩結(jié)構(gòu)的無線移動通信系統(tǒng)中，當(dāng)移動臺從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時，為保持移動用電話不中斷通信需要進(jìn)行的信道切換稱為越區(qū)切換。根據(jù)切換方式不同，越區(qū)切換可以分為硬切換和軟切換兩種情況。硬切換是指移動臺在載波頻率

29、不同的基站覆蓋小區(qū)之間信道的切換。切換過程中，移動用戶僅與新舊基站其中一個連通，從一個基站切換到另一個基站過程中，通信鏈路有短暫的中斷時間。當(dāng)切換時間較長時，將影響用戶通話。軟切換是指移動臺在載波頻率相同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。切換過程中，移動用戶可能同時與兩個基站進(jìn)行通信，44WCDMA系統(tǒng)原理硬切換軟切換45WCDMA系統(tǒng)原理 從一個基站到另一個基站的切換過程中，不需要改變收發(fā)頻率，沒有通信暫時中斷的現(xiàn)象。第三代移動通訊系統(tǒng)的切換分為軟切換和硬切換。軟切換可以不掉話，提高了服務(wù)等級：GoS=Pb+10Pd ，即掉話率Pd在服務(wù)等級中占了比阻塞率Pb高得多的份量。切換可以分為以下三個步

30、驟：無線測量、網(wǎng)絡(luò)判決和系統(tǒng)執(zhí)行。切換的原因可能是：上行鏈路質(zhì)量，下行鏈路的質(zhì)量，上行鏈路信號的測量，下行鏈路信號的測量，距離或業(yè)務(wù)的變化，更優(yōu)的蜂窩出現(xiàn)，操作和管理的干涉，業(yè)務(wù)流量情況等。凡是網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的切換，是由于資源，負(fù)載平衡的原因和網(wǎng)絡(luò)側(cè)操作管理的干涉，強(qiáng)制完成。46WCDMA系統(tǒng)原理根據(jù)UE測量報告發(fā)起的切換，可以根據(jù)一定的算法機(jī)制來處理完成，而宏分集的處理是第三代移動通信WCDMA的一大優(yōu)點(diǎn)。切換過程分為三個階段：測量、判決(算法)和執(zhí)行階段。切換是在UE輔助下完成的。測量是由UE和Node B完成的，判決在RNC中進(jìn)行，執(zhí)行在UE、Node B和RNC共同協(xié)作下完成。在切換測量階

31、段，移動臺要測量下行鏈路的信號質(zhì)量、該移動臺所屬的小區(qū)及臨近小區(qū)的信號能量；基站需要測量上行鏈路的信號質(zhì)量。測量結(jié)果被送到相關(guān)的RRC層。測量結(jié)果以測量報告的形式上報。RNC根據(jù)測量報告上報的參數(shù)，作出初始切換判決。RNC的RRM根據(jù)負(fù)載控制算法和CAC算法，作出無線資源的分配，如果必要（如系統(tǒng)間切換，SRNC重定位，47WCDMA系統(tǒng)原理 MSC間的頻間切換等）CN將和RNC共同作出切換決定（硬切換還是宏分集處理的決定，還會用到上報的測量類型信息），然后發(fā)出最終的切換命令。同時更新有效集。如果是強(qiáng)制切換（由于負(fù)荷控制引起），RNC直接分配資源，進(jìn)行硬切換。更軟切換是CDMA系統(tǒng)的特色，在基站

32、的小區(qū)（扇區(qū)）之間同頻工作時可方便地進(jìn)行。系統(tǒng)內(nèi)切換是指在同一系統(tǒng)內(nèi)的切換，如UMTS系統(tǒng)內(nèi)的切換；系統(tǒng)間切換是指在兩個不同系統(tǒng)間的切換，如從GSM到UMTS的切換，或從UMTS到GSM的切換。48WCDMA系統(tǒng)原理硬切換的測量對移動臺設(shè)備的要求更復(fù)雜。如果要進(jìn)行不同頻率的硬切換，需要在切換前測量多個小區(qū)的導(dǎo)頻信號強(qiáng)度。WCDMA采用壓縮模式的方式來實(shí)現(xiàn)頻間小區(qū)信號的測量，可以減少系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜度。壓縮模式就是在發(fā)送幀中插入壓縮幀，壓縮幀中空出一段時隙用于進(jìn)行對其他頻率的操作（測量）。壓縮模式分為上行壓縮和下行壓縮。下行壓縮是基站通過壓縮發(fā)射時間空出一些時間給UE測量其它頻率的信號。上行壓縮是

33、為了測量GSM1800的信號，以免UE發(fā)射1900MHz的信號影響其接收、測量1800MHz頻段的GSM信號。49WCDMA系統(tǒng)原理壓縮模式發(fā)射時間示意圖50WCDMA系統(tǒng)原理3.接納（擁塞）控制和負(fù)荷控制技術(shù)無線資源是十分有限和寶貴的，在一定的無線調(diào)制解調(diào)技術(shù)（RTT）下，頻譜利用率是固定的，比如WCDMA系統(tǒng)所采用的BPSK和QPSK技術(shù)，那么頻譜利用率是1bite/Hz和2bites/Hz，這樣在5MHz帶寬內(nèi)，實(shí)際是3.84MHz內(nèi)的傳輸速率不會超過10Mbps。盡管3G系統(tǒng)的容量比2G的大得多，但與有線相比還是很有限的。仿真結(jié)果表明，在周圍小區(qū)負(fù)荷較滿時，一個小區(qū)可以同時容納約80多

34、個12.2kbps的話音用戶，是CDMA的3倍多；或者可以容納20個64kbps的數(shù)據(jù)用戶；或者容納10個144kbps的數(shù)據(jù)用戶?？梢娺€是不能滿足日益增長的業(yè)務(wù)要求，尤其是高速無線上網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求。在無限要求和有限資源的情況下，必須要對各種業(yè)務(wù)的接入進(jìn)行接納控制（進(jìn)入許可控制）。51WCDMA系統(tǒng)原理接納控制的過程：當(dāng)用戶（或業(yè)務(wù)）發(fā)起接入呼叫申請資源時，無線接入子系統(tǒng)（RNS）中的RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）進(jìn)行呼叫接納（入）控制（CAC）。接納控制是根據(jù)當(dāng)前測量的系統(tǒng)負(fù)荷，與允許的負(fù)荷（容量）門限相比較，得到一個剩余容量。再對申請接入業(yè)務(wù)所需的資源進(jìn)行評估，得到一個負(fù)荷增量值。將這個負(fù)荷增量值與系統(tǒng)小區(qū)剩余容量相比較，若業(yè)務(wù)的負(fù)荷增量小于系統(tǒng)的剩余容量，則接納，分配相應(yīng)的資源給呼叫用戶；若負(fù)荷增量大于系統(tǒng)的剩余容量，則拒絕接納此呼叫用戶，或者進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商成功后接納此呼叫用戶。用公式表示為： 接納 不接納52WCDMA系統(tǒng)原理接納控制時對呼叫業(yè)務(wù)分優(yōu)先級進(jìn)行接納判斷。切換呼叫的優(yōu)先級高，資源優(yōu)先分配給切換過來的業(yè)務(wù)，以降低掉話率，提高服務(wù)質(zhì)量；新呼叫的優(yōu)