WCDMA原理与关键技术Ecom学习课程

1、第1页/共91页第一页，编辑于星期日：七点 五十七分。第2页/共91页第二页，编辑于星期日：七点 五十七分。发展与演进32021-11-20第3页/共91页第三页，编辑于星期日：七点 五十七分。系统的要求 支持全球漫游，支持2G与3G之间的相互漫游 支持对称与非对称传输 支持多媒体业务 高的频谱使用率 同时支持电路域的服务与分组域的服务 数据传输速率的要求： 在高速移动情况下达到 144kbit/s 在低速移动情况下达到 384kbit/s 在室内环境下最高能达到 2Mbit/s42021-11-20第4页/共91页第四页，编辑于星期日：七点 五十七分。什么是WCDMA？ WCDMA 是英文W

2、ideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWideband CDMA 是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。 与GSM相比，WCDMA在技术上有以下优势： 1、高系统容量 2、高数据速率 3、多业务种类 4、更可靠的无线传输 5、更高的语音质量更低的传送功率 52021-11-20第5页/共91页第五页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-206第6页/共91页第六页，编辑于星期日：七点 五十七分。 FD

3、D模式技术规范2021-11-207第7页/共91页第七页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA Frequency Allocations2021-11-208第8页/共91页第八页，编辑于星期日：七点 五十七分。中国联通频率范围中国 WCDMA FDD(Frequency Division Duplex频分双工) 模式:1. 上行1920-1980 MHz2. 下行2110-2170 MHz中国联通上行发射频率为 1940-1955MHz；下行发射频率为 2130-2145MHz.目前联通所采用的 F1/F2模式，F1采用1950-1955MHz频段进行上行传输；2140-2145MH

4、z 进行下行传输2021-11-209第9页/共91页第九页，编辑于星期日：七点 五十七分。3GPP介绍2021-11-2010 3GPP是由各个国家的地方性标准组织成立的对UMTS标准进行标准化的组织。 国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种，它们分别是CDMA2000，WCDMA和TD-SCDMA，其中，CDMA2000和WCDMA属于FDD方式，TD-SCDMA属于TDD方式，系统的上、下行工作于同一频率。 3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其R99协议于2000年3月冻结功能，R4协议于2001年3月冻结功能。R99、R4目前已经成熟商用，R5、R6协

5、议还在进一步完善过程中。第10页/共91页第十页，编辑于星期日：七点 五十七分。3GPP版本演进2021-11-2011第11页/共91页第十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。3G的三大主流技术标准比较2021-11-2012第12页/共91页第十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。3G的三大主流技术标准比较(续)2021-11-2013第13页/共91页第十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。3G的三大主流技术标准比较(续)2021-11-2014第14页/共91页第十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。3G的三大主流技术标准比较(续)2021-11-2015第15页/共91页第十五页，编

6、辑于星期日：七点 五十七分。3G的三大主流技术标准比较(续)WCDMAWCDMACDMA2000CDMA2000TD-SCDMATD-SCDMA功能可视电话、高速数据上网、WAP、彩信、话音、短信可视电话、高速数据上网、WAP、彩信、话音、短信可视电话、高速数据上网、WAP、彩信、话音、短信技术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部署国家100多个国家，258张网络

7、62个国家中国；缅甸、非洲建有试验网，小规模放号用户数3.2亿，全球市场占有率77%9500万，全球市场占有率23%中国41万，少量国外试验用户代表运营商英国沃达丰、日本NTT DoCoMo、和记黄埔3、西班牙电信、德国电信、法国电信、意大利电信、美国AT&T、中国联通等全球绝大多数运营商美国Verizon+Alltel、Sprint、日本KDDI、中国电信、印度Reliance、Tata(注：除Sprint选择WiMAX外，其他CDMA运营商都计划转网至HSPA或LTE)中国移动主要设备商爱立信、诺基亚西门子、华为、中兴、阿尔卡特朗讯阿尔卡特朗讯、中兴、华为、摩托罗拉大唐移动、中兴、

8、上海贝尔、鼎桥简评产业链最广，全球用户最多，技术最完善本身技术优秀，但因产业链一家独占发展不乐观中国自有3G技术，获政府支持2021-11-2016第16页/共91页第十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。第17页/共91页第十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2018第18页/共91页第十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA RAN Interfaces2021-11-2019第19页/共91页第十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。Uu Interface2021-11-2020第20页/共91页第二十页，编辑于星期日：七点 五十七分。UTRAN接口的一般协议模

9、型2021-11-2021第21页/共91页第二十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。第22页/共91页第二十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。双工技术：区分用户的上行/下行信号 频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行WCDMA、cdma2000使用FDD优点：实现简单缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低 时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行TD-SCDMA使用TDD 优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时 隙，频谱利用效率高缺点： 实现较复杂，需要GPS同步；和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难2021-11-2023第

10、23页/共91页第二十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。多址技术：区分不同用户2021-11-2024第24页/共91页第二十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频概念2021-11-2025第25页/共91页第二十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频与解扩（DS-CDMA）2021-11-2026第26页/共91页第二十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频理论基础-香农定理2021-11-2027第27页/共91页第二十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频系统的主要特点2021-11-2028第28页/共91页第二十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频改善系统性能-抗干扰

11、2021-11-2029第29页/共91页第二十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频改善系统性能-难侦破2021-11-2030第30页/共91页第三十页，编辑于星期日：七点 五十七分。扩频改善系统性能-抑多径2021-11-2031第31页/共91页第三十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA的扩频2021-11-2032DATA信道码OVSF扰码Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz分为扩频和加扰两个步骤：符号速率 SF = 3.84MbpsWCDMA中，上行信道码的SF为：4256 下行信道码的SF为：4512第32页/共91页

12、第三十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。地址码2021-11-2033第33页/共91页第三十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2034WCDMA 码的使用 从整个网络来看: 多个发射机 (RBS, UE) 共存于同一区域下的同一频率 近似正交码区分发射机扰码Scrambling codes 从单个小区来看: 所有移动台共享同一个载波 正交码区分区分不同用户，和同一用户连接的不同信道信道码Channelization codes第34页/共91页第三十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2035扰码 (伪随机码) 截断的 Gold 码 在WCDMA 中作为扰

13、码用 每一个基站和终端都被分配一个唯一的扰码 码的特性： 定义了块的长度，块是由符合随机统计分布且数量相等的“0”和“1”组成(类噪声 = 伪噪声) 编码带宽要远大于信号(所传信息)的带宽 自相关性好 (为使“正确”信号的峰值清晰) 如果发射机和接收机之间的编码不能完全同步，由于自相关性好也不会有大的降级 互相关性差第35页/共91页第三十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2036扰码Rate DataRate Code PN两个信号在空中混和发送PN Code 1FrequencyAmplitude信号1PN Code 2FrequencyAmplitude信号2扩频增益P

14、rocessing Gain PN Code 1信号1被恢复信号2看起来象噪声两个信号被一起接收在接收机端两个发射机工作在同一个频率第36页/共91页第三十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2037扰码的规划 8192 个扰码 分为主扰码和辅扰码 512个主扰码 最好的自相关和互相关特性 每个主扰码配15个辅扰码 用于多个扰码和其他特殊情况 自相关和互相关特性稍差 主扰码分成64个组，每组8个 加快小区搜索第37页/共91页第三十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2038信道码( (正交码) ) 正交可变扩频因子 (OVSF) 码 在 WCDMA中作为信道码

15、用 从一个发射机来的每一个信道都被分配一个唯一的OVSF码 码的特性： 基于 Walsh 函数 非常好的自相关性 如果完全同步，具有正交互相关性 不同的信道可以在相同的扰码上传输而没有相互间的干扰，也就是说，在接收机方有可能完全分离信道 对同步要求高 (不适用于扰码) 可用编码的最大数量依赖于码长 在WCDMA中8, 16, 32, 64, 128, 256 (或 512) 个码片第38页/共91页第三十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2039信道码(Orthogonal Data Channelization)OC 4OC 3OC 2OC 1RFModulationRFD

16、emodOC 3Data Channel 1Data Channel 2Data Channel 3Data Channel 4Receiver接收机使用正交码3来解扩，结果是一个没有其他信道干扰的数据信道3的完整恢复。 为了得到完美的互相关特性，正交码的同步是基本要求Linear AdditionTransmitter第39页/共91页第三十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2040正交码树l Code limitation l All codes within the tree are orthogonalSpreading factor12481632:C(1,1)C(

17、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页/共91页第四十页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2041用户速率和扩频因子SFChiprateMchips/sUser BitrateUplink3,843,843,843,843,843,843,84256128643216841530601202404809603,843,843,843,843,843,843,843,84512256128643216841530601202404809601920SFChiprate

18、Mchips/sUser BitrateDownlink第41页/共91页第四十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA的容量特点2021-11-2042第42页/共91页第四十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。功率攀升2021-11-2043第43页/共91页第四十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA的容量（1/2）2021-11-2044第44页/共91页第四十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。WCDMA的容量（2/2）2021-11-2045第45页/共91页第四十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2046WCDMA 系统的关键技术RAKE 接收机功

19、率控制软切换 更软切换 系统间切换 频间切换准许接入控制拥塞控制第46页/共91页第四十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2047无线信道多径传播时间离散h()00123123第47页/共91页第四十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2048050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618050100150200250300350400-2024681012141618“RAKE” 接收机1/2-chip delayTo Viterbi Dec

20、oderComposite Received SignalPN, Walsh Codes1/2-chip delay1/2-chip delayAiAiAi相关器相关器相关器把接收的多径信号加权调整使合成之后的信号得以加强time050100150200250300350400-2024681012141618123123123123123+ Interference+ Interference+ Interference第48页/共91页第四十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。RAKE接收器框图2021-11-2049第49页/共91页第四十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-1

21、1-2050WCDMA功率控制 内环功率控制 外环功率控制 开环功率控制下行功率分配第50页/共91页第五十页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2051功率控制 为什么L1L2L1 L2 PRX,2 PRX,1PTX,2PTX,1PRX,2PRX,1所有用户在同一频率发射 一个大功率发射的用户可以阻塞整个小区功率是共享资源，节约功率就是提高容量第51页/共91页第五十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2052WCDMA 功率控制开环功率控制计算初始发射功率测量来自基站的功率从广播信道中读取基站的发射功率发射接入前导接入允许吗？增加发射功率1dBNoYes终端开始

22、上行业务信道发送Outer-Loop (slow) Power ControlInner-Loop (fast) Power ControlFER 可接受吗?增加载噪比目标值降低载噪比目标值NoYes接收信号载噪比 target?增加发射功率1dB降低发射功率1dBNoYes第52页/共91页第五十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2053WCDMA 功率控制内环功率控制(起始接收功率目标值l基站接收功率目标值开环功率控制接入前导I外环功率控制(更新的接收功率目标值基站接收功率时间800 updates/sec (IS-95, cdma2000)1500 updates/se

23、c (WCDMA)第53页/共91页第五十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2054BLER = Block Error RateSIR = Signal to Interference RatioTPC = Transmit Power ControlP(Startvalue)开环P(SIR-Target,UL)P(SIR-Target, DL)内环DL-TPCUL-TPCSIR-Target,DLBLER-Measured,DL下行外环RNCSIR-Target,ULSIR-Error,UL上行外环WCDMA功率控制(Power Control) 第54页/共91页第五十

24、四页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2055功率控制TX powerTX powerRX powerRX powertttt没有功控有功控第55页/共91页第五十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2056为什么要有软切换Soft handover possible and necessary with a one-cell frequency reuse.BS 1BS 2RNC第56页/共91页第五十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2057Radio Network Controller软/更软切换 宏分集增益 下行: 移动台RAKE接收机

25、最大比值合并 上行: 在 RNC 选择性合并 在基站RAKE接收机最大比值合并第57页/共91页第五十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2058软切换种类Softer HOSoft-Soft HOSofter-Soft HOSoft HOPower of MS is controlled by the commands from the basestations第58页/共91页第五十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2059频间切换为什么UTRAN需要频间切换?需要频间测量!: 微蜂窝,使用 f1: 宏蜂窝, 使用 f2分层小区结构HCS:高话务小区, 使

26、用 f1 + f2: 低话务小区, 使用 f1热点地区第59页/共91页第五十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2060频间测量TDMA: 非连续发射RXRXDownlinkTXTXUplink空闲时间频间测量RXDownlinkTXUplinkWCDMA: 通常连续发射没有频间测量的空闲时间!第60页/共91页第六十页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2061 解决方案: 压缩模式不同的选择带来不同的影响 低低扩频扩频因子因子+ 同样的用户数据速率- 功率提高- 需要分配原来一半速率的扩频因子SF/21) 分配同一个码树的正交码 -保持正交性2) 分配另一个码

27、树的正交码 - 易于得到正交码 打孔打孔+ 同样的用户数据速率+ 保持同样的扩频因子(正交码)- 功率提高 高层高层安排安排+ 避免提高功率- 低用户数据速率第61页/共91页第六十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2062Tf = 10 ms频间测量的空闲时间SF=SF0SF=SF0/2SF=SF0压缩模式 E.g. 低扩频因子第62页/共91页第六十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2063Capacity Management作用：1,控制小区负荷2,确保给不同的Connection所需要的QOSCapacity Management主要功能:1,监测

28、主要资源的使用情况,对新连接请求(包括软切换和连接重配) 所需要的资源进行估计.(注意传输资源不在监测范围之内)2, AC: 准入控制,接受或拒绝对一些关键资源的使用请求.(综合考虑请求的性质和资源的使用情况)(请求的性质:业务类型(g,ng),建立方式(ho或new)3, CC:拥塞状态的监测和缓解,拥塞可能由于一些用户的无线环境波动导致,通过降低Packet业务的速率或拆线来解决.(拥塞就是指功率拥塞,下行发射功率,上行RTWP,通过RBS测量得到),对系统的Retainbility有负面影响第63页/共91页第六十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2064准许接入控制(

29、Admission Control)通过控制用户数量，保证总的业务质量 干扰容量/负荷计划的负荷计划的覆盖覆盖这一点之上的新用户被拒绝增加的用户准许接入门限第64页/共91页第六十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2065信道转换Switch todedicatedRelease dedicated channelRandom-AccessRequestRandom-Access ChannelPacketPacketPacketDedicated ChannelTTime-outSwitch to commonRandom-AccessRequestUser 1User 2

30、 信道类型转换 信道速率转换第65页/共91页第六十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2066拥塞控制(Congestion Control)比特率第66页/共91页第六十六页，编辑于星期日：七点 五十七分。第67页/共91页第六十七页，编辑于星期日：七点 五十七分。Uu Interface2021-11-2068第68页/共91页第六十八页，编辑于星期日：七点 五十七分。专用物理信道(DPCH)下行物理信道上行物理信道公用物理信道物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕获指示信道(AICH)寻呼指示信道(PICH)物

31、理下行共享信道(PDSCH)专用物理信道(DPCH)公用物理信道物理信道物理信道分类辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH状态信道(CSICH)同步信道(SCH)接入前缀捕获指示信道(AP-AICH)碰撞检测/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用导频信道(CPICH)第69页/共91页第六十九页，编辑于星期日：七点 五十七分。物理层的功能2021-11-2070第70页/共91页第七十页，编辑于星期日：七点 五十七分。信道的映射2021-11-2071第71页/共91页第七十一页，编辑于星期日：七点 五十七分。第72页/共91页第七十二页，编辑于星期日：七点 五十七分。2021-11-2073第73页/共91页第七十三页，编辑于星期日：七点 五十七分。高速下行分组接入（HSDPA）2021-11-2074第74页/共91页第七十四页，编辑于星期日：七点 五十七分。HSDPA基本概念2021-11-2075第75页/共91页第七十五页，编辑于星期日：七点 五十七分。HSDPA功能概览2021-11-2076