WCDMA的基本原理及关键技术解析课件

1、WCDMA系统的基本原理及关键技术中国联通山西省分公司移动网络建设部 李翠萍2009年1月第1页，共114页。一、第三代移动通信系统概述二、WCDMA系统的主要特点三、WCDMA的基本原理和关键技术四、WCDMA系统的无线资源管理五、WCDMA系统主要物理信道提纲第2页，共114页。3G的三个主流标准3G标准 WCDMA核心网络：基于MAP TD-SCDMA核心网络：基于MAP CDMA2000核心网络：基于ANSI-41CDMA技术是3G的主流技术第3页，共114页。三大国际标准的技术比较(1)WCDMACDMA2000TD-SCDMA最小带宽需求5MHZ1.25MHZ1.6MHZ扩频技术类

2、型直接序列扩频CDMA直接序列扩频CDMA时分同步CDMA双工方式FDDFDDTDD信道间隔5MHZ1.25MHZ1.6MHZ码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps帧长10ms20ms10ms基站间同步异步（不需GPS)同步（需GPS)同步（主从）调制方式QPSK/BPSKQPSK/BPSKQPSK/8PSK扩频因子4-5124-2561-16反向信道结构导频/TPC/业务信道/信令/分组业务码时分复用导频/控制信道/基本信道/补充信道码复用导频/TPC/业务信道/信令/分组业务码时分复用第4页，共114页。三大国际标准的技术比较(2)WCDMACDMA2000TD-SC

3、DMA同步检测:前向 反向与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与下行导频时隙相干与上行导频时隙相干下行信道导频公共导频和专用导频(采用导频符号,与其他数据和控制信息时分复用)公共导频信道(与其他业务和控制信道码复用)导频和其他信道时分复用上行信道导频导频符号和TPC以及控制数据信息时分复用和I/Q复用各信道码分复用(有反向导频信道)导频和其他信道时分复用切换硬切换,软切换,更软切换硬切换,软切换, 更软切换硬切换,接力切换功率控制速度1500HZ800HZ1400HZ语音编码自适应多速率语音编码AMR可变速率自适应多速率语音编码AMR业务信道编码卷积码,码率1/2或1/3,

4、高速用TURBO卷积码,码率1/2或1/3,高速用TURBO卷积码,码率1/2或1/3,高速用TURBO控制信道编码卷积码,码率为1/2前向:卷积码,码率1/4反向:卷积码,码率为1/2卷积码,码率为1/2或1/3;1/3TURBO第5页，共114页。IMT-2000的频谱分配(MHz)第6页，共114页。中国3G移动通信的频谱分配60 MHzFDDTDD100 MHz15MHz 40 MHz 178518501755188019201980201020252110217022002400 Satellite Empty Satellite 2300WCDMA+CDMA2000TD-SCDMA

5、30 MHz 155MHz第7页，共114页。WCDMA标准演进继承2G（GSM、GPRS）的所有业务和功能；核心分为电路域和分组域接入网引入WCDMA；核心和接入之间引入基于ATM的Iu接口。R99 R4 R5R62000.3 2001.3 2002.62005.12 无线引入HSUPAMBMS框架结构的研究继承R99的所有业务和功能；电路域结构发生改变，控制与承载分离MSC采用MSC SERVER和MGW实现；电路域引入分组话音，支持多种承载方式TDM、ATM、IP。继承R4的所有业务和功能；核心网引入IMS（IP多媒体域）；无线引入HSDPA。RAN向IP发展，增强的IP QOS。第8页

6、，共114页。 R99网络结构第9页，共114页。R99网络特点R99核心思想：1. RAN引入WCDMA，基于ATM承载替代TDM承载，采用RANAP替代BSSAP；2. CN CS部分继承GSM，继续采用TDM承载；3. CN PS继承GPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps； R99核心网侧的主要特点和变化：1. 逻辑上划分为CS电路域和PS分组域2. 网络架构和GSM/GPRS保持一致，核心网和接入网之间的Iu接口引入ATM承载;3. 电路域基于TDM承载技术，信令是基于7号信令体系的RANAP, MAP,ISUP/TUP； 4. 分组域基于GPRS技术，GTP隧道延伸

7、到接入网；5. 充分考虑UMTS/GSM系统间互操作,包括系统间切换和漫游的考虑；6. 系统安全性的增强，鉴权三元组增强到鉴权五元组，增加终端对网络的鉴权以及内容的完整性保护等安全功能；7. TC单元要求放置在核心网侧。第10页，共114页。R4网络结构 核心网电路域引入软交换架构第11页，共114页。R4网络特点R4核心思想：1. 核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构；2. 核心网电路域支持TDM/IP/ATM承载。R4核心网侧的主要特点和变化：1. R4标准是R99标准的超集，反向兼容R99网络；2. 电路域引入基于软交换的控制和承载分离构架；3. R4电路域支持TDM /ATM /

8、IP承载；4. 基于IP承载，R4支持SIGTRAN信令；5. 基于ATM、IP承载R4支持BICC实现局间互通；6. 引入TrFO功能，节省传输带宽；7. R4标准引入新的业务与网络结构基本无关；8. R4对MMS、LCS、OSA、STREAM等业务做了增强，但其业务架构同样适用于R99的网络结构。第12页，共114页。R5网络结构无线侧：引入HSDPA技术，下行数据业务速率最大可达14.4Mb/s；核心网侧：引入IMS。第13页，共114页。R5网络的特点R5核心思想：1. 继承R4阶段的CS、PS；2. 在PS域叠加以SIP协议为核心的IMS域（IP多媒体）；3. 基于IMS控制和PS承

9、载完成对语音、数据、多媒体业务的融合4. IMS被人为下一代NGN标准，实现了移动固定业务的全面融合R5核心网侧的主要特点和变化：1. R5引入IP多媒体域IMS，在IMS域实现全业务的融合思路；2. IMS域为叠加域，在R99、R4的网络架构下均可以提前引入；3. 基于IETF制订的SIP实现多媒体呼叫建立，更改和终结的信令协议；4. IMS业务提供可以充分发挥强大的IP领域的资源；5. 引入可选的IPv6机制，解决用户IP地址的问题以及Qos问题；6. 引入HSS ，在传统HLR 的用户数据存储基础上，扩展用户的Profile信息提供IMS业务，甚至包括用户的业务逻辑，支持Diameter

10、， XML 协议等第14页，共114页。R6网络的主要特性：采用HSUPA技术，上行速率提高到5.76Mb/sR7网络的主要特性:采用HSPA，在上下行引入高阶调制，MIMO下行速率提到到28Mbps，上行速率提高到11Mbps R8网络的主要特性: WCDMA R8，也就是WCDMA LTE（Long term evolution） 空口的接入技术由原来的CDMA改为OFDM上/下行速率达到50Mbps/100Mbps，而带宽是20MHz 减少回路时延，提高QosWCDMA R6和后期网络的特点第15页，共114页。CDMA2000标准演进第16页，共114页。TD-SCDMA标准发展历程第

11、17页，共114页。移动宽带化是后续演进趋势第18页，共114页。提纲一、第三代移动通信系统概述二、WCDMA系统的主要特点三、WCDMA的基本原理和关键技术四、WCDMA系统的无线资源管理五、WCDMA系统主要物理信道第19页，共114页。WCDMA系统的主要特点WCDMA具有支持多媒体业务的能力由于WCDMA系统的高带宽，因此WCDMA能够支持从语音到数据到多媒体的业务，同时支持并发业务的通信。快速移动环境，最高速率达144kb/s; 室外步行环境，最高速率达384kb/s；HSDPA提供下行速率14.4Mb/s提供上行速率5.76Mb/sHSUPA第20页，共114页。WCDMA系统的主

12、要特点 WCDMA是一个自干扰系统码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀升现象。 WCDMA网络 会议室码信道传输 用方言交谈信道功率 说话声音保证信道质量 听清对话信道功率增加 谈话声音提高功率攀升 大家都提高声音超过线性范围崩溃 喊破喉咙，仍然听不清第21页，共114页。WCDMA系统的主要特点 GSM系统覆盖和容量都是确定的 GSM网络覆盖主要决定于发射功 率，基站发射或终端发射功率一 旦确定，那么基站的覆盖半径也 相应确定； 网络容量主要取决于载频数，一 个载频所能承载的信道数是固定 的覆盖和容量没有直接关系WCDMA系统容量覆盖 负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小（小区呼吸）

13、质量容量 通过降低部分连接的质量，可以提高系统容量质量覆盖 通过降低部分连接的质量，可以增加覆盖能力 WCDMA系统是软容量、软覆盖的系统WCDMA所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配第22页，共114页。WCDMA系统的主要特点软容量软覆盖第23页，共114页。WCDMA系统的主要特点导频污染第24页，共114页。WCDMA系统的主要特点WCDMA系统的频率复用系数为1WCDMA系统采用CDMA 技术。通过扰码和正交码 区分小区和用户；在网络 规划中，不需要进行频率 规划，但需要扰码规划； GSM采用TDMA技术， 不同用户用不同频率和不 同时隙区分；在网络规划 时，需

14、要进行频率规划。区 别第25页，共114页。提纲一、第三代移动通信系统概述二、WCDMA系统的主要特点三、WCDMA的基本原理和关键技术四、WCDMA系统无线资源管理五、WCDMA系统主要物理信道第26页，共114页。三、WCDMA的关键技术及基本原理1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术第27页，共114页。1、编码技术 CDMA原理图第28页，共114页。编码技术信源编码信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输；最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化和编码三步

15、；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s;移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s；第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.第29页，共114页。编码技术信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由

16、于传输媒介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息，提高数据传输速率。 无纠错编码： BER10-1 10-2不能满足通信需要卷积编码： BER10-3满足语音通信需要Turbo 码： BER10-6满足数据通信需要信道编码的特点信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）使用编码增加了无效负荷和传输时间适合纠正非连续的少量错误第30页，共114页。编码技术信道编码床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓

17、晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国第31页，共114页。编码技术 卷积码译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务和低速数据业务 ；误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。 TURBO 码译码复杂（LOGMAP算法），时延较长；误码率低（可以达到106 ）。编码速率为1/3适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务第32页，共114页。编码技术交织编码技术时间幅度到译码器原始数据1 2 3 4 5 6 7 8 9交织矩阵1 2 34 5 67 8 9发射机交织后的数据1 4 7 2 5 8 3 6 9射频传输信道经过空中传输后的交织数据1 4 7 2

18、 5 8 3 6 9集中差错De-Interleaving Matrix1 2 34 5 67 8 9解交织后的数据1 2 3 4 5 6 7 8 9接收机差错分配优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求选择。第33页，共114页。信道编码和交织技术的结合使用床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓

19、丈国光晓丈国床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国编码交织去交织解码突发错误第34页，共114页。三、WCDMA的关键技术及基本原理1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术第35页，共114页。2、码分多址技术FDMA是采用频分的多址技术.业务信道在不同频段分配给不同的用户。TDMA是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间片段分配给不同的用户。CDMA是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。常见

20、的多址技术第36页，共114页。码分多址技术WCDMA系统PN码（扰码） GOLD序列扰码每10ms重复一次，长度38400chips上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有224-1个长扰码和224个短扰码下行物理信道，可以产生218-1=262143个扰码，但只用了0-8191号的扰码正交码（信道化码） OVSF码定义：CCh,SF,k描述信道码，SF表示扩频因子 K为码号 PN扰码和正交码共同使用FrequencyCode Division Multiple AccessSpreadSpectrumMultipleAccessUser 1User 2User 3.第37页，共11

21、4页。码分多址技术扩频包括两个操作信道化操作，它使数据符号变为码片，并增加信号带宽，每符号的码片称为扩频因子（SF)，可以通过它与OVSF相乘得到扰码操作，它作用在扩频信号上3.84MChip/S3.84MChip/S第38页，共114页。码分多址技术扩频码的产生（OVSF码树型结构图）第39页，共114页。码分多址技术 分配码的前提：要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配； 分配码的结果：分配的OVSF码如果不合理，则会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码； 红色代表已分配的码字； 兰色代表由于低速扩频因子码字被分配而阻塞掉的高速扩频因子码字第40页，共114页。

22、码分多址技术扩频码的分配4倍数据速率的用户 = 不能使用的码空间480 kb/s480 kb/s480 kb/s480 kb/s1.92 Mb/s1111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110码片速率 = 3.840 Mcps例：5个用户时扩频码的分配SF=1SF=2SF=4SF=8第41页，共114页。码分多址技术下行链路不同扩频因子对应的用户数据速率及信道容量DPDCH扩频因子业务速率(kb/s)理论上同时提供的最大信道数实际系统同时提供的业务信道数（50%负荷）12

23、812.212850个左右64646430个左右16128K168个左右838484个左右第42页，共114页。码分多址技术OC1, OC2OC3, OC4OC5, OC6, OC7OC1 , OC2, OC3OC1, OC2OC1, OC2, OC3, OC4下行: 正交码用于区分从单个基站来的数据信道上行: 正交码用于区分从单个手机来的数据信道 扩频码的作用第43页，共114页。码分多址技术PN3PN4PN5PN6PN1PN1基站 “1”采用PN码1发射PN2PN2基站 “2”采用PN码2发射下行: PN 码用于区分不同的小区上行: PN 码用于区分不同的手机 扰码的作用第44页，共114

24、页。码分多址技术扰码的数量第45页，共114页。码分多址技术主扰码第46页，共114页。码分多址技术扰码规划组别宏蜂窝微蜂窝室内覆盖Group0SC0SC1SC2SC3SC4SC5SC6SC7Group1SC8SC9SC10SC11SC12SC13SC14SC15Group2SC16SC17SC18SC19SC20SC21SC22SC23Group63SC505SC506SC507SC508SC509SC510SC511SC512第47页，共114页。1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术三、WCDMA的关键技术及基本原理第48页，共11

25、4页。3、扩频技术扩频码扩频码积分合并窄带信号fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声+宽带信号P(f)f低通滤波分离信号与噪声P(f)f扩频通信原理扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)第49页，共114页。扩频技术扩频的种类直接扩频（DSSS）通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声序列由伪噪声生成器产生误码率受限于多址干扰和远近效应的影响用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度WCDMA采用的是直接扩频方式 跳频扩频（FH-SS）数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中每个信道

26、上，在发射机再次跳频之前，数据用传统的窄带调制方式发送一些小的突发无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率第50页，共114页。扩频技术输入数据+1-1+1+1-1+1归一化+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1发射用正交 码xxx+8-8+8积分结果积分积分积分+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1-1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1发射序列=+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1-1 1 1 1 1 1 1 -1+1 +1 +1

27、+1 +1 +1 +1 +1=+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1接收用P正交码xxx发射接收码的相关特性情况 I: 正交码自相关在相同时间偏移用相同码发射和接收第51页，共114页。扩频技术输入数据+1-1+1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1-1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1-1 +1 1 +1 +1 1 -1 +1

28、+1 -1 +1 1 +1 +1 1 -1-1 +1 +1 +1 1 -1 +1 +1-1 1 1 +1 1 +1 1 -1-1 1 1 +1 +1 +1 +1 -1-1 1 +1 +1 +1 +1 +1 -1发射用正交 码发射序列接收正交 码-402积分结果-0.500.25归一化码的相关特性情况 II: 正交码互相关接收和发射用不同码xxx积分积分积分=xxx=发射机接收机第52页，共114页。扩频增益=10lg（扩频后的信号带宽/原始信息速率）扩频技术 WCDMA系统扩频带宽为3.84MHZ AMR 12.2K的语音业务 扩频增益=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K的

29、可视电话 扩频增益=10lg(3840/64)=17dB PS 144k的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=14dB PS 384K的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=10dB 扩频增益对系统的影响 扩频增益的存在使CDMA技术具有了和FDMA/TDMA不同的特征 扩频增益使CDMA系统具有较强的抗干扰能力，保密性好，所以说CDMA系统绿色、安全、环保 扩频增益也影响不同速率业务的链路损耗，从而影响不同业务覆盖半径。速率越高，覆盖半径越小；反之，覆盖半径越大。第53页，共114页。1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、RAKE接收技术5、多用户检测技术6、

30、智能天线技术三、WCDMA的关键技术及基本原理第54页，共114页。 4、 RAKE接收技术时间接收信号强度发射信号第55页，共114页。4、RAKE接收技术 由于无线传输中存在多径效应，如果不加以处理，会对正常的接收造成干扰。根据同相加强，反相抵消的原理，在通话时会感觉时断时续。 WCDMA系统中采用了Rake接收技术，将不同路径来的信号进行分离合并，使得总的接收信噪比大大提高。th(t)1 2 3 4能量t+ RAKE = (4 fingers)第56页，共114页。4、RAKE接收技术RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信

31、号强度与时延合 并合并后的信号tts(t)s(t)RAKE接收原理第57页，共114页。三、WCDMA的关键技术及基本原理1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术第58页，共114页。多用户检测技术多址干扰（MAI）是CDMA系统中的主要干扰。在传统的CDMA系统信号分离方法中，把MAI看作热噪声。多用户检测技术是充分利用MAI中的先验信息，如：已知的用户信道码已知的训练序列 将非目标用户信息从MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。第59页，共114页。智能天线技术使用智能天线 .定向发射、定向接收。正在通信的移动终端在整个 小区内

32、处于受合成波束跟踪的状态。不使用智能天线 .全向发射、全向接收。所有小区内的移动终端均相互干扰。智能天线的优势减少小区间和小区内干扰。降低多径干扰。等效发射功率提高。提高接收灵敏度。改进了小区覆盖（合成波束）。增加了容量及小区覆盖半径。降低发射功率，降低基站成本。第60页，共114页。一、第三代移动通信系统概述二、WCDMA系统的主要特点三、WCDMA的基本原理和关键技术四、WCDMA系统的无线资源管理五、WCDMA系统主要物理信道提纲第61页，共114页。四、WCDMA系统的无线资源管理1、功率控制2、切换控制3、接纳控制4、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配第62页，共114页。1、功率

33、控制技术 由于码分多址技术是在同一频段建立多个码分信道。虽然伪随机码具有很好的自相关性，但是无法避免其它信道对指定通信链路的干扰，这种干扰是由各用户间的PN码的互相关性不为0造成的，因此也称为多址干扰（MAI）。为了克服多址干扰，保证自己的通信质量，终端必然会提高自己的发射功率。而发射功率的提高又加剧了对其他用户的干扰。 功率控制的目的是尽量降低对其它信道的干扰。功率控制解决的问题之一-降低多址干扰频率时间码字码分多址自干扰示意图相关输出时间同步第63页，共114页。功率控制技术 在上行链路中，如果小区内所有UE的发射功率相同，因为各UE与NodeB的距离是不同的，导致NodeB接收较近的UE

34、的信号强，接收较远的UE的信号弱，由于CDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得距离基站较远的UE无法正常工作。电波传播中经常会遇到“远近效应”的问题，必须实时改变发射功率，才能保证通信质量 。 功率控制解决的问题之二-克服“远近效应”PowerfPowerf第64页，共114页。功率控制技术功率控制解决的问题之三补偿衰落 由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦快速功率控制每秒钟能够达到1500次第65页，共114页。功率控制功率控制开环功率控制闭环功率控制上行开环功率控制下行开环功率控制下行公共信道功率控制外环功率

35、控制内环功率控制上行专用信道外环功率控制下行专用信道外环功率控制上行专用信道内环功率控制下行专用信道内环功率控制分类第66页，共114页。开环功率控制开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。UE测量导频CPICH的接收功率计算上行初始发射功率第67页，共114页。上行内环功率控制内环功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等每一个UE都有自己的控制环路第68页，共114页。BLER-SIR最终接入网提供给核心网络的服务中QOS表征量为BLER， 而非SIR;根据无线通信的原理，SIR固定的情况下，B

36、LER会随着 无线环境的变化而变化SIR第69页，共114页。上行外环功控第70页，共114页。四、WCDMA系统的无线资源管理1、功率控制技术2、切换控制技术3、接纳控制技术4、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配第71页，共114页。切换技术定义：当移动台走出原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来替代，这就是切换。切换是移动性管理的内容，在3G中主要由RRC层协议负责完成此项功能。硬切换-当移动台开始与一个新基站联系时，必须先断掉所有已存在的连接，然后建立新连接。先断后通不同频率、不同系统间切换软切换-当移动台开始与一个新基站联系时

37、，并不立即中断与原来基站之间的通信，软切换是CDMA系统固有的。先通后断同一个频率下切换切换过程中保持多条无线链路连接，占用无线资源比较多更软切换接力切换-当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行定位，根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。主要用于TD-SCDMA系统中。不同小区、不同频点第72页，共114页。三种切换技术比较(切换前)接力切换硬切换软切换基站A基站B基站A基站B基站A基站B第73页，共114页。三种切换技术比较(切换中)

38、接力切换硬切换软切换（长期保持）基站A基站B基站A基站B基站A基站B软切换浪费资源！硬切换容易掉话！第74页，共114页。三种切换技术比较(切换后)接力切换硬切换软切换基站A基站B基站A基站B基站A基站B第75页，共114页。RNC内NodeB间的软切换BCABCAIubIubNodeB1NodeB2 软切换是CDMA核心技术之一，通过RAKE多径接收机实现。 软切换可以大大改善小区边缘的通信可靠性，但对基站资源有一定消耗，因此在网络规划中，对软切换比例有一定限制。根据区域和网络负荷不同，一般软切换比例限制在30-50%之间。第76页，共114页。NodeB内的软切换(更软切换)BCANode

39、BIubRNC 更软切换的小区处于 同一个基站之下，切换处 理在同一个信道单元内完 成，不消耗基站额外的信 道单元； 消耗基站的下行功率和OVSF 码资源，带来下行干扰，降 低容量。但上行软切换和更 软切换总是改善接收，增加 容量。第77页，共114页。BCABCAIubIubNodeB1NodeB2SRNC1DRNC2IurRNC间的软切换在跨RNC软切换中，对参与切换的链路，主控RNC（SRNC)拥有控制权，目标 RNC(DRNC）作用 类似于一个路由器，对数据进行转发。上行方向，UE的信号一路直接送到SRNC，另一路信号到DRNC后，通过Iur接口，送到SRNC，然后两路信号进行选择行合

40、并，择优送到核心网。下行方向，数据由核心网到达SRNC,SRNC把数据复制一份，一份直接送给下属基站发给UE，另一份经过Iur接口送到DRNC，再由DRNC送给其下属基站发给UE，UE对接收的两路信号进行最大比合并。当SRNC收到DRNC下属小区的导频信号强度达到激活集门限时，通知UE激活集更新，并通过Iur接口把主控权交给DRNC，此时DRNC就变成SRNC，原SRNC下属小区从激活集中删除，相应的链路也被删除，UE便过渡到新的RNC覆盖区域。第78页，共114页。切换测量小区集合的分类小区集合类型集合特征描述激活集Active Set当前与UE建立了无线连接的小区组成的集合监视集Monit

41、ored Set不在激活集中，但RNC明确指示要求UE进行测量的小区组成的集合检测集Detected SetUE检测到的既不属于激活集又不属于监视集的小区第79页，共114页。软切换的测量报告T为测量报告触发时间延时，即在T时间内测量触发条件均满足时才发送测量报告AS_Th AS_Th_HystAs_Rep_HystAs_Th + As_Th_Hyst导频1导频 2导频 3时间DTDTDT导频强度Ec/Io事件1A增加小区2到激活集事件1C小区3替换小区1事件1B激活集中删除小区3激活集中只存在小区1T1T2T3第80页，共114页。软切换的测量报告1A事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值

42、进入报告区A时进行报告。报告区A为区间大于MAX_CPICH_AS-(AS_TH-AS_TH_Hyst)的区间。1B事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值离开报告B时进行报告。报告区B为区间小于MAX_CPICH_AS-(AS_TH+AS_TH_Hyst)的区间。1C事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值变得优于活动集中某小区的导频信号强度测量值时进行报告。备注：MAX_CPICH_AS活动集小区导频信号强度最大值 AS_TH-报告相对门限 AS_TH_Hyst-替换门限迟滞值第81页，共114页。硬切换频内硬切换码树调整频间硬切换900MHZ 1800MHZ系统间切换2G 3GFDD T

43、DD第82页，共114页。WCDMA和GSM系统间的硬切换BCABCAIubIubNodeBBTSRNCBSC频率1频率2WCDMA系统GSM系统 当W系统和GSM系统进行硬切换时，需要确定切换策略： 语音单向切换3G 2G 数据业务双向切换3G 2G第83页，共114页。压缩模式系统间切换或异频切换时使用压缩模式压缩模式是基站通过压缩发射时间空出一些时间给UE测量其它频率的信号。压缩模式发射时间示意图第84页，共114页。压缩模式压缩模式实现方法打孔(是通过提高传输层编码速率来获得用于测量的事件缝隙)。对高层简单，不影响码资源分配但受限于信道编码特性，增加系统干扰，降低编码冗余度。采用打孔方

44、式时，一帧内能够获得的最大发射缝隙为5个时隙。扩频因子减半（是通过降低扩频因子，提高物理信道的传输比特率，从而在传输信息量保持不变的条件下减少信息的传送时间，产生用于测量其他频率信息的时间缝隙）。此方法实现简单，但会降低码资源利用率。最大可有7个时隙用于压缩模式测量。高层调度(降低来自高层数据速率)，此方法对底层简单，不影响物理层现有配置，但高层调度复杂。一帧内最大发射缝隙为7个。缺点压缩模式的使用会带来系统性能的降低（比如冗余度的降低，会带来误码率的提高），因此尽量避免过多使用压缩模式。第85页，共114页。四、WCDMA系统的无线资源管理1、功率控制技术2、切换控制技术3、准入控制技术4、

45、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配第86页，共114页。3、准入控制概念在用户发起呼叫时，RRM根据系统资源的可用情况决定接纳还是拒绝用户。当系统资源不能满足用户的要求时拒绝用户的呼叫请求。当系统剩余的资源足够用户使用时，接纳呼叫的用户，并分配相应的资源（如扰码、信道码等）给呼叫用户。目的：控制新连接的建立和新呼叫的接入，保证系统始终处于稳定状态。第87页，共114页。3、准入控制准入控制的对象一个移动用户在小区中发起新的呼叫一个已经建立呼叫的用户需要进行切换一个已经建立呼叫的移动用户需要增加新的业务连接一个已经建立呼叫的用户需要对已有业务信道进行重配置准入控制的算法基于宽带功率的准入控制基

46、于吞吐量的准入控制第88页，共114页。3、准入控制基于宽带功率上行准入控制判决条件： RTWP_pre=RTWP_curret+RTWPRTWP_threshold第89页，共114页。3、准入控制基于宽带功率的下行准入控制判决条件：Pcarrier_pre= p carrier_current+p carrierpcarrier_threshold第90页，共114页。3、准入控制基于吞吐量的上行准入控制第91页，共114页。3、准入控制基于吞吐量的下行准入控制 第92页，共114页。四、WCDMA系统的无线资源管理1、功率控制技术2、切换控制技术3、准入控制技术4、负载控制（拥塞控制）5

47、、动态信道分配第93页，共114页。4、负载控制 在系统的运行中，由于移动终端速度和位置的变化，会造成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。负荷控制就是在系统负荷过高时通过各种方法降低系统的负荷，使系统负荷限制在一定的范围内，以保证系统稳定运行。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。负 载 控 制 的 概 念第94页，共114页。4、负载控制负载平衡负载重整拥塞控制第95页，共114页。4、负载控制负载平衡小区呼吸-措施一当相邻小区的用户密度不同造成负荷不平衡时

48、，可以通过WCDMA系统的小区呼吸功能来实现小区间的负荷分摊，以保证各个小区在合理的负荷下稳定运行，同时降低了呼损率，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。小区呼吸功能实际上就是通过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。一般是用户密集的小区降低导频功率，将小区边缘的用户“推”给（呼出）周围小区。潜在用户控制-措施二使处于Idle模式和连接模式下但非CELL-DCH的UE预先驻留在负载较轻的小区或载频上，从而当UE进入Cell-DCH后，可以有效避免负载不均衡。第96页，共1

49、14页。4、负载控制负载重整负载重整包括三个阶段：降低BE业务速率，降低可控速率的RT业务速率，停止新用户接入。当小区负载超过门限“降低BE门限”时，将启动负载重整第一阶段。此时，系统将降低已有BE业务速率，并控制新用户的准入，限制新接入BE用户的速率；当小区负载超过门限“降低RT门限”时，将启动负载此花真合在重整第二阶段。系统将限制RT业务速率。当小区负载超过门限“准入门限”时，将启动负载重整的第三阶段。此时，系统将停止接入新用户。第97页，共114页。4、负载控制拥塞控制拥塞控制的目的保证系统处于绝对稳定的门限下拥塞控制的措施将BE业务的速率降为0，即暂时中断BE业务对其他业务，依业务和用

50、户优先顺序选择部分用户，中断连接第98页，共114页。四、WCDMA系统的无线资源管理1、功率控制技术2、切换控制技术3、准入控制技术4、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配第99页，共114页。5、动态信道分配3G业务速率变化大，传统信道分配方式利用率低3G采用统计复用的信道分配方式分配的信道带宽总与实际需求接近节约系统资源，提高系统容量系统容量传统信道配置业务源速率动态信道配置第100页，共114页。提纲一、第三代移动通信系统概述二、WCDMA系统的主要特点三、WCDMA的基本原理和关键技术四、WCDMA系统的无线资源管理五、WCDMA系统主要物理信道第101页，共114页。WCDMA空中接口OSI分层模型逻辑信道传输信道物理信道无线资源控制 (RRC)媒体接入控制(MAC)物理层(PHY)层3 层2 层1 空中接口RRC直接控制物理层接口无线链路控制 (RLC)逻辑信道（定义信息的类型：业务，控制信息)-业务信道-控制信道传输信道（定义在空中接口上数据传输的方式和特性）-公共传输信道-专用传输信道物理信道(定