NodeB基本知识讲义

...wd......wd......wd...NodeB根本知识讲义TableofContentsTOC\o"1-5"\h\z1.NodeB概貌32.从无线信道的特点谈起33.UTRAN无线接入网的根本协议44.从NodeB的外部接口谈起54.1Iub接口54.2Uu接口75.NodeB的内部架构76.接入网概貌〔软切换、分集〕86.1NodeB的中继功能说明96.2软切换和分集概念107.射频相关知识117.1线性化117.2射频常用术语127.2小区和扇区128.无线网络规划138.1小区呼吸现象138.2无线网络规划主要考虑点138.3WCDMA扩容的主要方法149.ReferenceMaterials14FiguresTOC\h\z\c"Figure"Figure1:NodeBSketch3Figure2:AirInterfaceProtocolsinUTRAN4Figure3:TheEntireProtocolsinUTRAN5Figure4:LogicalModelofNodeB6Figure5:RelationshipamongthetransportChannelsandthephysicalChannelsofNodeB7Figure6:TheInnerStructureofNodeB8Figure7:RRCLinkSetupProceduretoexplaintheRELAYfunctionofNodeB10Figure8:StructureofUTRAN11Figure9:StructureofCells12TablesTOC\h\z\c"Table"Table1:Referencetable14这本讲义主要是从整体上描述WCDMANodeB，使读者对NodeB的来龙去脉有一个整体的理解，是WCDMANodeB入门知识的一个引子，以帮助读者可以更有针对性的去了解感兴趣的内容和相关协议。由于时间关系，不能一一列举参考资料。1.NodeB概貌NodeBUE塔放NodeBUE塔放天馈RNC电缆或光纤无线电波LMT/DB-MT(本地维护调试终端)基站电源〔AC220V或者蓄电池〕基站备用时钟〔GPS或者BITS〕LMT/DB-MT(本地维护调试终端)基站电源〔AC220V或者蓄电池〕基站备用时钟〔GPS或者BITS〕FigureSEQFigure\*ARABIC1:NodeBSketch接下来的章节将从NodeB的两个接口〔天线侧和RNC侧〕逐步由外向内，来说明NodeB的原理，下面先从无线信道的特点谈起。2.从无线信道的特点谈起与有线信道相比，无线信道具有易受干扰，不稳定等特点，比方大尺度衰减和小尺度衰减等等。由于WCDMA无线信道所在的波段为微波，具有直线传播和反射的特点，接收点的信号往往为多条路径信号的合成。为了增加其可靠性，必须在信道编码、调制方式、分集、信令、以及多址接入方式等方面，采取各种技术。信道编码的主要思想是增加冗余信息〔比方卷积编码，CRC校验等技术〕和进展信息交织〔将集中的信息比特在时间轴错开〕，以减小各种瞬间突发干扰。调制方式采用传统的QPSK。分集处理采用Rake接收机技术，其原理从多条独立传输路径传来的信号中，按一定的算法得到最接近真实的信号〔比方最大比合并，等增益合并和选择合并等〕。信令层比方RLC〔无线链路控制层〕具有出错重发机制〔ARQ〕。总结起来，增加无线信道稳定可靠性的措施如下：卷积编码、Turbo编码、交织编码Rake接收技术CDMA接入方案RLC〔无线链路控制层〕这些措施的表达就是UTRAN无线接入网的协议。3.UTRAN无线接入网的根本协议TransportChannels(ThroughIubTransportChannels(ThroughIub)PhysicalLayermainlyrelatedtoNodeBMACLayerRLCLayerPDCPBMCRRCLogicalChannelsL1L2L3ControlPanelDataPanelABSRBRBFigureSEQFigure\*ARABIC2:AirInterfaceProtocolsinUTRAN在上图中，RLC提供应上层的数据传输服务被称为无线承载RB〔RadioBearer〕，提供应RRC的数据传输服务，为了强调RRC的信令特征，又被称为信令无线承载SRB〔SignalRadioBearer〕。整个接入网的协议如以下列图所示。在UE中集中的同时存在UTRAN协议各层实体，与它对应的各对等层分别分布在UTRAN的NodeB和RNC，例如与UE的RRC层对应的UTRAN的RRC在RNC中，物理层在NodeB中，MAC层主要在RNC中等。FigureSEQFigure\*ARABIC3:TheEntireProtocolsinUTRANUu/Iub/Iur/Iu等各接口处的信令消息均以ASN.1〔AbstractSyntaxNotationOne〕来描述，以PER〔PackedEncodingRules〕格式来实现二进制编码，从而实现各接口的开放性。4.从NodeB的外部接口谈起4.1Iub接口UTRAN协议中，A接口和B接口两个合起来在3GPP协议中是Iub接口。A接口对应Iub的NodeB控制端口〔NodeBControlPort：1个〕和业务终结点的通信控制端口〔CommunicationControlPort：多个〕，B接口对应Iub的各个传输通道数据端口〔TransportChannelDataPort〕。NodeB的逻辑模型如以下列图所示。Iub上的各数据端口对应UTRAN协议中的各个TransportChannel，比方RACH对应RACH数据端口，CPCH对应CPCH数据端口，FACH对应FACH数据端口，DCH对应DCH数据端口等等。BCH传输信道走的是NodeBControlPort端口，同时走的是NBAP公共过程信令。各CommunicationControlPort端口上走的NBAP专用过程信令，用来控制UE上下文〔UE在NodeB占用的资源就叫UEContext〕。FigureSEQFigure\*ARABIC4:LogicalModelofNodeBIub的实现在物理上可以是电缆或者光缆，分别对应E1/T1或者SDH，在链路层对应ATM的虚通道VCC。比方NodeBControlPort对应ATM的VCC为VPI＝8，VCI＝128。各控制端口需要在NodeB和RNC之间事先配置好。通信控制各端口可以占用不同的VCC，也可以与NodeBControlPort合用一个VCC。各数据端口是在NBAP信令与RNC通信过程中，由ALCAP协议创立起来的AAL2VCC，可以动态创立和删除。而各控制端口一旦创立好后，一般保持不变。4.2Uu接口在NodeB与UE之间的空中接口上，存在着经过物理层各种特殊处理过的电磁波，根据载频、扩频码、扰码、时序、相位以及信息内容等特点，这个电磁波可以被划分成不同的物理信道，UTRAN协议中Iub口上的各种TransportChannel可以被映射成不同的物理信道，其映射关系如下：FigureSEQFigure\*ARABIC5:RelationshipamongthetransportChannelsandthephysicalChannelsofNodeB比方，Iub口上来的PCH信息，就可以被映射到SCCPCH物理信道上，然后以电磁波的形式向UE发射。通过这样的映射关系，UE和RNC之间的信息就可以从RNC的各种传输信道，再到对应的物理信道传输，或反之。上面讲过，物理信道由载频、扩频码、扰码、时序、相位以及信息内容等参数定义，需要由NBAP的各种过程由RNC来配置。5.NodeB的内部架构从NodeB的两个接口向NodeB的内部实现看，其构造可示意如以下列图：FigureSEQFigure\*ARABIC6:TheInnerStructureofNodeB从逻辑上可以分成以下几个局部：信令基带和RFOMC传输当然还应该包括各种支撑软件和硬件，比方CPU，CNP以及OS_PF等等。NodeB一旦配置好后，UE和RNC之间的数据流就会源源不断的沿着图中蓝线所示方向流动，从而实现无线接入的功能。需要注意的一点就是：天线口处接收和发送的信号是一个叠加信号，这个叠加信号和基带局部各个单元〔编解码、复用、扩频解扩〕之间是一个全连接关系。每一个基带单元在信令的控制下，可以从这个叠加信号中提取并处理它感兴趣的局部。基带单元越多，基站的通信处理能力就越强。6.接入网概貌〔软切换、分集〕6.1NodeB的中继功能说明在说明这个概念之前，我们首先要了解几个概念：RRC连接：RRC连接是UE与UTRAN的RRC协议层之间建设的一种双向点到点的连接。对一个UE来说，至多存在一条RRC连接。RRC连接在UE与UTRAN之间传输无线网络信令，如进展无线资源的分配等等。RRC连接在呼叫建设之初建设，在通话完毕后释放，并在期间一直维持。

Iu信令连接：如果说RRC连接建设了UE与UTRAN之间的信令通路，那么Iu信令连接则是建设了UE与CN之间的信令通路。Iu信令连接主要传输UE与CN之间非接入层信令。在UTRAN中，非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的。

鉴权：出于网络安全性能考虑，在呼叫建设时，网络必须对UE进展鉴权。

无线接入承载〔RAB〕：RAB可以看作是UE与CN之间接入层向非接入层提供的业务，主要用于用户数据的传输。RAB直接与UE业务相关，它涉及接入层各个协议模块，在空中接口上，RAB反映为无线承载〔RB〕。

无线承载〔RB〕：RB是UE与UTRAN之间L2向上层提供的业务。上面我们提到的RRC连接也可以看作是一种承载信令的RB。

无线链路〔RL〕：无线链路是指一个UE和一个UTRAN接入点之间的逻辑连接，它在物理实现上通常是由一到多个无线承载传输组成。在UE与一个UTRAN接入点〔通常指小区〕之间最多存在一条无线链路。NodeB主要表达UTRAN协议中物理层的实现，它在UE和RNC之间主要起到一个中继的作用，根本上是一个透明的物理通道，我们可以从以下列图所示的UERRC建设过程明显的看到这一点。FigureSEQFigure\*ARABIC7:RRCLinkSetupProceduretoexplaintheRELAYfunctionofNodeB除了NBAP和ALCAP过程以外，数据全部是通过NodeB透明的在UE和RNC之间传输，好似NodeB不存在一样。我们可以分析其他的RRC，RAB过程，都不难发现这个特点：即NodeB的中继功能。6.2软切换和分集概念整个接入网的概貌如以下列图所示：FigureSEQFigure\*ARABIC8:StructureofUTRAN接入网由RNC和NodeB组成，在UE和CN之间可能存在多条RL，这些RL在SRNC处进展宏分集合并，然后变成一条链路接入到CN。当UE在不同的NodeB之间移动时，会不断的创立新的RL同时保存原有的RL，当原有的RL质量不好时再进展释放的过程就叫软切换。软切换的目的有两个：一是减少掉话，而是为抑制远近效应而采取的功率控制过程所需要。7.射频相关知识7.1线性化基站的发送功率中最多只有15％的功率是作为有效信号发射到空间中去，其它局部都做无用功无端的消耗掉了，基站里矛盾还不很突出，但对于手机终端来看就不可承受了。还有CDMA技术的前提就是RF局部的线性化，如果没有线性化，CDMA就根本不可能实现。RF功放的非线性化的根本原因在于功放工作在丙类放大方式下，功放的非线性很差。改善的根本途径是改善功放的线性，常用的线性化技术有：反响法，前馈法，基带预失真等方法。7.2射频常用术语RSSI：天线处接收场强dBm：绝对功率值临道泄漏：泄漏道设计频段外的功率比MxN配置：M个扇区，每一个扇区N个载频。从软件的角度一个载频对应一个小区。匹配：射频传输通道的负载阻抗与特征阻抗接近时就叫匹配，相差较大叫不匹配。不匹配时就会产生驻波，射频功率就不能有效的通过天线发送出去。分集：空间分集、极化分集；STTD，TSTD等。频点：整个的WCDMA国际电联给分了一个频段，分别为上行局部〔从UE到UTRAN〕和下行局部〔从UTRAN到UE〕。每一个局部又被分成5M带宽各个频段，这些频段的中心频点就是我们通常说的频点。7.2小区和扇区蜂窝〔cellsite〕指地理上的一个区域〔往往被设计为六角形〕，与之对立的概念是无线通信的大区制。一个蜂窝可以分裂为1个或者1个以上的扇区：1扇区〔又叫全向扇区，英文名叫omni〕、2扇区、3扇区等等，以增加系统容量。在一个蜂窝里可以有1个或者1个以上的载频，蜂窝的容量可以成倍增加。一个扇区一个载频在信令里对应一个本地小区〔localcell〕。因此一个基站的Localcell数量＝扇区数×载频数。UE主要通过射频信号的载频和扰码来区分localcell。在不同的扇区，采用不同的小区扰码。FigureSEQFigure\*ARABIC9:StructureofCells如上图所示，每一个基站采用3个定向天线形成3个六角形的扇区，这3个扇区又组合成一个大的六角形的蜂窝〔cellsite〕。如果采用1个载频，网络的配置就是1Cx3S，1个基站对应3个扇区，1个扇区对应1个小区〔cell〕。如果采用2个载频，网络的配置就是2Cx3S，1个基站对应3个扇区，1个扇区对应2个小区〔cell〕。在空中接口上不同的小区采用不同的下行扰码相区分。8.无线网络规划8.1小区呼吸现象WCDMA小区的覆盖范围会随着小区内活动用户的数量变化而变化。当用户数增加时小区的覆盖范围变小；当用户数减少时小区的覆盖范围变大。这种现象称之为“小区呼吸〞，仿佛人的呼吸一般。在网络环境下，呼吸效应会导致相邻小区之间，可以相互补偿负载容量。比方一个小区用户数增加，它的覆盖范围收缩；但其相邻小区由于用户数减少，其覆盖范围扩大。在应用薄覆盖的网络规划策略时，如果用户数逐渐增长时，则各小区的覆盖范围都在收缩，会导致网络覆盖“空洞〞。8.2无线网络规划主要考虑点UMTS网络规划的复杂性要求我们在各个层面都具备新技术和新知识。第一、是受过专业培训的网络规划工程师，他们精通系统技术；第二、是谙熟业务并富有远见的管理者，他们在建网初期就能洞悉UMTS网络的扩容条件和本钱。第三、就是出类拔萃的规划软件工具，这对UMTS网络规划是必不可少的。无线网络规划需要解决的最主要矛盾是覆盖和容量的关系，而影响这一对矛盾的因素非常多，比方有以下各种因素：〔1〕上下行链路的不对称性，理论上要求两者一致，但实际上有困难。上行链路是受覆盖范围限制的〔coveragelimited〕而下行链路是受容量限制的capacitylimit