3G培训之五 (WCDMA无线第一部分)

WCDMA系统无线接入网络介绍——RAN总体和物理层3G培训资料之五（第一部分）目录1、WCDMA总体介绍2、WCDMA系统无线接入网络关键技术3、WCDMA系统无线接入网络体系结构4、总结1、WCDMA总体介绍IMT-2000基本要求信息传输速率：144kbps高速运动384kbps步行运动2Mbps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UIMMTRANCNIMT-2000FamilyUIM-MT(UIM)UNIRAN-CNNNIRAN（RadioAccessNetwork）：无线接入网络，完成与无线有关的所有功能CN(CoreNetwork)：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’99CN-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GPPRAN会议上有介绍和讨论WCDMA标准化状况2、WCDMA系统无线接入网络关键技术2.1WCDMA移动通信环境2.2WCDMA需要解决的问题2.3WCDMA物理层关键技术2.4WCDMA无线资源管理关键技术2.5WCDMA先进技术WCDMA移动通信环境——信道环境衰落（距离、慢衰落）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——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（QualityofService)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WCDMA需要解决的问题什么是WCDMA关键技术？对系统性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WCDMA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WCDMA物理层关键技术WCDMARAKE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道纠错编码卷积码业务：实时的话音和视频业务误码率：10－3编码速率：1/2和1/3译码算法：维特比算法TURBO码业务：对时延不敏感的非实时分组业务如，FTP，E－MAIL等误码率：10－6编码速率：1/3译码算法：LOG－MAP算法卷积码译码算法－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。TURBO译码算法WCDMA切换作用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切换类型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。更软切换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5－15％。更软切换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20－30％。软切换软切换新方式——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系统的硬切换硬切换开环功率控制作用：初始功率计算PRACH功率：PRACH=LPerch+IBTS+ConstantvalueLPerch——移动台测量的路径损耗IBTS——基站测量的小区干扰电平Constantvalue——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环功率控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FER（译码后），出口参数为目标SIR，作为内环功率控制的比较值。闭环功率控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：TransmitPowerControl接纳控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）拥塞控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。接纳控制和拥塞控制示意(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源用户要求无线资源小区呼吸功能目标：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先进技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、WCDMA系统无线接入网络体系结构RNSRNCRNSRNC核心网络（CN）NodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUEUEUuUuWCDMA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NodeB组成。RNC和NodeB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Ix接口综述Ix接口包含Iub，Iur，Iu三大接口，分别用于NodeB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（Uu）总体描述L3controlcontrolcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-planesignallingU-planeinformationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLCMACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplicationavoidanceUuSboundaryBMCL2/BMCRRCcontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGC空中接口协议结构Uu是UE和3GRAN之间的接口，是移动通信系统最有特色的方面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。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。RLC与MAC之间的SAP体现为逻辑信道MAC与物理层之间的SAP体现为传输信道空中接口（Uu）总体描述WCDMA系统功能分布MTNodeBRNCCNUuIubIuCMMMRRC传输WCDMA物理链路示意卷卷卷卷p(t)PAMUX卷卷卷卷*jp(t)PilotDPCCHDPDCHtwcos......twsinI+jQTPCcommandscrambS卷卷1slotIcQc1010DTFCITPCCRC卷卷卷信息匹配滤波器RAKE合并Viterbi译码帧错误检测LPF目标FER判决测定SIR判决TPC命令目标SIR延时内环功控外环功控WCDMAGSM载波间隔5MHz200kHz频率复用系数11~18功率控制频率1500Hz2Hz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与GSM比较载波间隔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IS-95比较WCDMA调制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扩频分为两步：正交扩频和加扰Symbolrate×扩频因子SF=Chiprate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SymbolrateChiprate3.84MHzChiprate3.84MHz正交可变扩频因子信道码OrthogonalVariableSpreadingFactor（OVSF）Cch,SF,n上行SF=4~256下行SF=4~512SF=1SF=2SF=4Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(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（Scramblingcode）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Goldcode短扰码：周期为256码片，可用于多用户