WCDMA系统无线接入网络介绍—RAN总体和物理层培训

1、WCDMAWCDMA系统无线接入网络介绍系统无线接入网络介绍RANRAN总体总体3G培训资料之五（第一部分）目 录1、WCDMAWCDMA总体介绍总体介绍2 2、WCDMAWCDMA系统无线接入网络关键技术系统无线接入网络关键技术3 3、WCDMAWCDMA系统无线接入网络体系结构系统无线接入网络体系结构4 4、总结、总结1 1、WCDMAWCDMA总体介绍总体介绍IMT-2000IMT-2000基本要求基本要求信息传输速率：144 kbps 高速运动 384 kbps 步行运动 2 Mbps 室内运动根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递一个连接中可以同时支持具有不同QoS要求的业务满足不同

2、业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而 为的数据业务）二代、三代系统共存和不同系统之间的切换和负荷平衡支持上行和下行非对称业务高的频谱效率FDD和TDD两种双工模式共存WCDMA 网络总体结构网络总体结构UIM MTRAN CN IMT-2000 Family UIM-MT (UIM)UNIRAN-CN NNIRAN（Radio Access Network）：无线接入网络，完成与无线有关的所有功能CN(Core Network)：核心网络，交换路由呼叫，与其它固定网络通信 WCDMA物理层标准化基本稳定L2和L3(包含RRC)还需要小范围的修改CN网不确定因素较多，目前的标准化步骤为R

3、99 CN-R4-R5下行高达 8Mbps传送速率的标准正在考虑 IMT-2000使用450MHz频谱进行了大量讨论，希望在IMT-2000 中考虑该频段和占用最小2*4.5MHz带宽的要求智能天线和软件无线电将在2000年 12月 GPP RAN会议上有介绍 和讨论WCDMA标准化状况标准化状况2 2、WCDMAWCDMA系统无线接入网络系统无线接入网络关键技术关键技术 2.1 WCDMA移动通信环境2.2 WCDMA需要解决的问题2.3 WCDMA物理层关键技术2.4 WCDMA无线资源管理关键技术2.5 WCDMA 先进技术WCDMA移动通信环境移动通信环境信道环境信道环境衰落（距离、慢

4、衰落）色散（时间、频率、角度）时变信道信号衰落示意多媒体业务、数据业务将占很大的比重不同的业务具有不同的 QoS大量突发业务业务在不同地理位置分布密度不同，网络优化比较重要存在多址干扰（MAI)WCDMA移动通信环境移动通信环境业务环境业务环境 无线资源包括频谱、时间、功率、空间和扩频码等 WCDMA系统目标： （1）提高无线资源利用率 （2）不同QoS（Quality of Service) 业务 WCDMA系统关键： （1）物理层选择抗干扰、抗多径衰落能力强的技术 （2）依靠无线资源管理技术保证资源的有效利用WCDMAWCDMA需要解决的问题需要解决的问题什么是WCDMA关键技术？对系统性

5、能有重要影响的技术如功率控制是提高无线资源利用率和灵活支持各种业务的RAN技术WCDMAWCDMA需要解决的问题需要解决的问题 径 1径 2径 3 径1 3 信 道 传 输 后 相干合并WCDMAWCDMA物理层关键技术物理层关键技术WCDMA RAKEWCDMA RAKE接收特点接收特点比窄带扩频IS-95高3倍的多径分辨能力, 信号能量积累能力更强反向链路也可以进行相干合并信信 道道 纠纠 错错 编编 码码 卷卷 积积 码码 业务：实时的话音和视频业务误码率：103编码速率： 1/2和1/3译码算法：维特比算法 TURBO TURBO 码码业务：对时延不敏感的非实时分组业务如WWW，FTP

6、，EMAIL等误码率：106编码速率： 1/3译码算法： LOGMAP算法卷积码译码算法卷积码译码算法维特比译码算法维特比译码算法在接收的信道符号对和可能的信道符号对之间采用汉明距离累计误差度量，选取幸存路径回溯译码性能与分组长度没有关系。 MAP译 码 器 1N - 比 特去 交 织器N - 比 特交 织 器N - 比 特交 织 器MAP译 码 器 2e12Le21Lp1yp2ysx输出N - 比 特去 交 织器Turbo-涡轮旋转TURBO码的译码过程是在两个译码器间交互信息，多次迭代的过程。 译码性能与分组长度有关，分组长度越长，其译码性能越好。TURBOTURBO译码算法译码算法WCD

7、MA 切切 换换 作作 用用切换保证了通信的连续软切换降低通信中断概率软切换移动台同时与两个或以上的基站保持通信软切换先连后断注：在3GPP规范中没有扇区概念只有小区（cell）概念，每 个小区有一套独立的信道资源WCDMA 切切 换换 类类 型型更软切换软切换硬切换站址选择发射分集 有向天线在基站内形成多个小区在两个小区交叠处，发生更软切换移动台将通过两条空中信道 与两个小区进行通信。更更 软软 切切 换换更软切换是在基站控制下完成的，建立过程快。下行移动台通过RAKE接收机接收来自两个小区的信号，按最大比率合并以提高接收性能上行信号合并通过RAKE接收机在基站内完成 更软切换发生的概率为5

8、15。更更 软软 切切 换换发生环境：移动台处于两个基站交叠区下行：移动台通过RAKE接收机接收两个基站的信号上行：两个基站分别接收来自移动台的相同信号并传给基站控制器，在基站控制器处进行选择合并 软切换在基站控制器的控制下完成软切换发生概率为2030。软软 切切 换换软切换新方式软切换新方式站址选择发射分集站址选择发射分集 移动台在软切换状态时，选择一个小区作为主小区，其他小区为非主小区。 通过测量每个分集小区的公共导频信道（CPICH），确定当前的主小区传输专用物理控制信道（DPCCH）和专用物理数据信道（DPDCH），非主小区只发射DPCCH。WCDMA系统硬切换包含系统内部的硬切换、系

9、统间硬切换：同一基站不同载频间硬切换基站间硬切换基站控制器间的硬切换FDD 与TDD之间的切换2G到3G系统的硬切换硬硬 切切 换换开开 环环 功功 率率 控控 制制 作用：初始功率计算 PRACH功率：PRACH = LPerch + IBTS + Constant value LPerch 移动台测量的路径损耗 IBTS 基站测量的小区干扰电平 Constant value 根据信号所需的SIR确定 基站主公共导频传输功率 UE公共导频接收功率外外 环环 功功 率率 控控 制制下行链路功率控制目的，节约基站的功率资源上行链路功率控制目的，克服远近效应外环功率控制入口参数为目标FER和测量F

10、ER（译码后），出口参数为目标SIR，作为内环功率控制的比较值。 闭闭 环环 功功 率率 控控 制制下行功率控制步长为0.5、1、1.5、2dB；上行为1dB、2dB若测定SIR目标SIR， 则TPC=-1，降低移动台发射功率若测定SIR目标SIR， 则TPC=1，增加移动台发射功率CDMA闭环功率控制频率为1500Hz，反向功率控制动态范围是80dB。 注：TPC：Transmit Power Control接接 纳纳 控控 制制接入控制通常发生在如下三种情况： （1）用户发起第一次呼叫； （2）正在通信的用户期望加入某一小区； （3）用户期望增加一个业务承载。当系统资源不能满足用户要求时拒

11、绝用户当系统剩余的资源够用户使用时，接纳呼叫的用户，分配相应的资源（如扰码、信道码等）拥拥 塞塞 控控 制制无线 传输环境的恶化，引起发射功率的上升，使系统负荷增大，此时无线网络控制器（RNC）中的无线资源管理（RRM）模块就要控制系统的负荷以达到平衡。负荷控制使系统负荷限制在一定的范围内，保证系统稳定运行。若没有对系统实行很好的负荷控制，那么系统就不稳定工作甚至发生崩溃。接接 纳纳 控控 制制 和和 拥拥 塞塞 控控 制制 示示 意意 (a) 接 入 控 制 1 (b) 接 入 控 制 2 (c) 拥 塞 控 制 用户1占有无线资源 用户2占有无线资源 所有用户占有资源 系 统 剩 余 资

12、源 用 户 要 求 无 线 资 源小小 区区 呼呼 吸吸 功功 能能目标：各个小区在合理的负荷下稳定运行作用：降低了呼损率，提高了重负荷小区的服务质量，使系统资源得到充分的利用。方式：改变下行公共导频信道（CPICH）的发射功率，使其有效覆盖范围改变，将处于小区边缘的用户“推”给另一个小区或从另一个小区“吸入”小区边缘的用户。WCDMA 先先 进进 技技 术术技术名称特点和作用智能天线 基带形成波束 增大通信距离，提供更大范围的覆盖 可以实现特殊需求的覆盖 增加系统通信容量 与其它技术结合，提供无线电定位，提供新的电信业务 改善通信质量，降低误码率 克服小区内外干扰。多用户检测 克服多址干扰和

13、远近效应无线电定位 基带扩展功能，需要网络配合 提供增殖电信业务3 3、WCDMAWCDMA系统无线接入系统无线接入网络体系结构网络体系结构RNS RNC RNS RNC 核心网络 （ CN） Node B Node B Node B Node B Iu Iu Iur Iub Iub Iub Iub UE UE Uu Uu WCDMA无线接入网络系统（RAN）由一组通过Iu连到核心网（CN）的无线网络子系统（RNS）组成。 一个RNS由一个基站控制器（RNC）和一个或多个基站Node B组成。 RNC和Node B之间通过Iub接口连接。UE通过空中接口（Uu）接入RNS。无线接入网络总体描述

14、无线接入网络总体描述Ix 接接 口口 综综 述述 Ix接口包含Iub，Iur，Iu三大接口，分别用于Node B和RNC，RNC和RNC，以及RNC和CN之间的互连，并支持业务数据流和信令流在其上的传输。与GSM不同，Ix接口都是开放的接口，便于不同厂家的设备互连。空中接口（空中接口（ Uu ）总体描述）总体描述L 3controlcontrolcontrolcontrolL o g ic a lC h a n n e lsT ra n s p o rtC h a n n e lsC -p la n e s ig n a llin gU -p la n e in fo rm a tio nP

15、H YL 2 /M A CL 1R L CD CN tG CL 2 /R L C M A CR L CR L CR L CR L CR L CR L CR L CD u p lic a tio n a v o id a n c eU u S b o u n d a ryB M CL 2 /B M CR R Cc o n tro lP D C PP D C PL 2 /P D C PD CN tG C空空 中中 接接 口口 协协 议议 结结 构构l Uu是UE和3G RAN之间的接口，是移动通信系统最有特色的方面l 无线资源控制层（RRC）是层3（L3）最下面的一个子层，属于控制面。 它与每个下

16、层协议实体（PDCP、BMC、RLC、MAC和PHY）之间都存 在一个控制服务接入点（SAP）。RRC通过这些控制SAP配置和控制这 下层协议实体。因此RRC是整个空中接口协议的控制核心。l L2包括PDCP、BMC、RLC、MAC，其中PDCP、BMC仅位于用户面， RLC被分成控制面和用户面两部分。l RLC与MAC之间的SAP体现为逻辑信道l MAC与物理层之间的SAP体现为传输信道空中接口（空中接口（ Uu ）总体描述）总体描述WCDMA 系统功能分布系统功能分布 MTNode B RNC CN UuIubIu CMMMRRC传输WCDMAWCDMA物理链路示物理链路示意意卷积编码p(

17、t)PAMUX解 调交 织*jp(t)PilotDPCCHDPDCHtcos.tsinI+jQTPC commandscrambS时 延1slotIcQc1010TFCITPCCRC尾 比特信息匹配滤波器RAKE合并Viterbi译码帧错误检测LPF目标FER判决测定S I R判决TPC命令目标S I R延时内环功控外环功控WCDMAGSM载波间隔5MHz200kHz频率复用系数1118功率控制频率1500Hz2 Hz或更低质量控制 无线资源管理算法 频率规划频率分集采用Rake接收机跳频分组数据负荷控制的方法 GPRS下行发射分集有无WCDMA WCDMA 与与 GSM GSM 比比 较较载

18、波间隔5MHz1.25MHz码片速率3.84Mcps1.2288Mcps功能控制频率1500Hz,包括上行和下行上行:800Hz;下行：慢速功控基站间同步异步同步频率间切换可以，压缩模式下测量可能，没有指明测量方法高效无线资源管理算法需要提供QoS对于纯话音网络不需要分组数据基于负荷控制的分组方案采用短的电路交换方式进行下行发射分集有无WCDMA 与与 IS-95 比比 较较WCDMA 调调 制制 上下行均采用QPSK调制 不同之处在于调制之前的扩频部分扩频后的复数序列SImSReScos(t)-sin(t)Splitreal &imag.partsPulse-shapingPulse

19、-shaping扩扩 频频 扩频分为两步：正交扩频和加扰 Symbol rate 扩频因子SF = Chip rate 正交扩频：OVSF信道码区分信道 扰码：上行区分用户，下行区分小区DATA信道码OVSF扰码Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz正交可变扩频因子信道码正交可变扩频因子信道码 Orthogonal Variable Spreading Factor（OVSF）C ch,SF,n 上行SF=4256 下行SF=4512SF = 1SF = 2SF = 4Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (

20、1,-1)Cch,4,0 =(1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)上行扰码（上行扰码（Scrambling code） 上行可用长扰码或短扰码区分用户 长扰码：周期为38400码片（一帧）， 25阶Gold code 短扰码 ：周期为256码片，可用于多用户检测cn1,cn2,MSBLSB下行扰码（下行扰码（Scrambling code） 共有512个主扰码，区分小区 主扰码分为64组，每组8个 一个小区分配一个主扰码，15个辅助扰码IQ1100223344556677889917171

21、616151514141313121211111010上上 行行 扩扩 频频DPDCH（data）扰码信道码DPCCH（control）上行专用数据信道和专用控制信道分别在I、Q传输信道码IQ*j I+jQ增益因子增益因子下下 行行 扩扩 频频下行专用信道数据和控制部分时分复用 I DPDCH + DPCCH SP 信信道道码码 j 扰扰码码 Q I+jQ 上行专用信道帧结构上行专用信道帧结构上行专用信道DPDCH和DPCCH码分复用 Pilot Npilot bitsTPC NTPC bitsDataNdata bitsSlot #0Slot #1Slot #iSlot #14Tslot =

22、 2560 chips, 10*2k bits (k=0.6)1 radio frame: Tf = 10 msDPDCHDPCCHFBI NFBI bitsTFCI NTFCI bits上上 行行 多多 码码 传传 输输（1）最多6个数据信道复用（2）只有在Q路有一个控制信道I jcd,1dSlong,n or Sshort,nI+jQDPDCH1Qcd,3dDPDCH3cd,5dDPDCH5cd,2dDPDCH2cd,4dDPDCH4cd,6dDPDCH6cccDPCCH下行专用信道帧结构下行专用信道帧结构 DPDCH和DPCCH以时分的方式复接One radio frame, Tf =

23、10 msTPC NTPC bitsSlot #0Slot #1Slot #iSlot #14Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0.7)Data2Ndata2 bitsDPDCHTFCI NTFCI bitsPilot Npilot bitsData1Ndata1 bitsDPDCHDPCCHDPCCH10、20、40 or 80msdatadatadataTrCH-idataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCd a t aCBLCBLCBL0、8、16 or 24bits块长 Z512Ktail ， 卷积码5120K

24、tail ，Turbo码CedBLCedBLCedBLCoded data卷积码 或 Turbo码Rate matched dataRate matched dataDTXororData before 1st interleavingData after 1st interleaved交织器列数：1、2、4 或 8无线帧无线帧无线帧无线帧数目：1、2、4 或 8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1 TrCH-2TrCH-IDTXCCTrCHPh-1Ph-2Ph-P10ms时间内10ms时间内Ph-1Ph-2Ph-PTPC TFCIpilot扩频、加扰扩频、加扰扩频、加

25、扰TrCH-i+1data1data2TPC TFCIpilotdata1data2TPC TFCIpilotdata1data2扩频前物理信道的形成流程扩频前物理信道的形成流程扩频前物理信道的形成流程扩频前物理信道的形成流程 每个传输信道上可传送不同业务数据，多个传输信道复用为一个码组合信道CCTrCH，所以WCDMA支持多个业务共用一个物理连接。 CCTrCH的形成： 业务数据加CRC校验码； 信道纠错编码：根据业务类型选择卷积编码或Turbo编码； 速率匹配； 交织； 多个传输信道复用为CCTrCH CCTrCH映射到物理信道的数据部分 物理层填加物理层信号TFCI、TPC和Pilot，

26、形成完整物理信道，而后进行扩频加扰，最后在无线接口上发送。随机接入过程随机接入过程PRACH/AICHOne access slotp-ap-mp-pPre-amblePre-ambleMessage partAcq.Ind.AICH accessslots RX at UEPRACH accessslots TX at UE 有突发数据要上传时，用户开始随机接入过程。 接入方式采用时隙ALOHA访问方式： 用户首先发送接入前导（功率不断攀升），收到 Node B 从AICH发出的确认后，才发数据部分。其它物理信道介绍其它物理信道介绍 上行除了专用信道DPDCH和DPCCH外，还有公共信道PRACH和PCPCH，PCPCH和PRACH类似，增加了碰撞检测前导和功率控制前导，主要用于突发数据。 下行除了专用信道DPDCH和DPCCH外，还有： 公共导频信道CPICH 提供相位参考； 公共控制信道CCPCH提供公共控制信息； 同步信道SCH用于小区搜索和帧同步； 共享信道PDSCH伴随专用信道传送大业务数据。 其它物理信道介绍其