wcdma_基础理论

WCDMA基本原理移动通信网络的演进和发展移动通信技术带动移动应用的发展：CDMA2000-1X更高的数据速率和语音容量容量/质量漫游移动性AMPSTDMAGSMPDCCDMAIS-95ACDMAIS-95B分组数据业务Multi-Mode全球漫游1G2GIMT-20002.5GMulti-BandGPRSCDMA2000-1XEV-DOUMTS用户增加，能力增强移动通信网络的演进和发展第三代(3G)移动通信网络提供的业务：•在3G网络的规范中，用户的业务分成了四类：会话类业务(Conversationnal)，包括话音(Voice)、可视电话(Video)流业务(Streaming)，如：多媒体、视频点播和网络点播交互类业务(Interactive)，如：网页浏览、网络游戏和数据库访问背景业务(Background)，如：E-mail、短信和网络下载等DOCUMENTTYPE1(1)MobilePhonesTypeYourNameHereTypeDateHereConversationalclassVoiceandvideoStreamingclassStreamingvideoInteractiveclassWebbrowsingBackgroundclassMaildownloading移动通信网络的演进和发展三种无线传输技术的比较：UMTSWCDMAUMTSTD-SCDMACDMA2000-1X提出国家欧洲、日本中国美国、韩国继承基础GSMGSMIS-95CDMA信道带宽5MHZ1.6MHZ1.25MHZ码片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps双工方式FDDTDDFDD频段1920~1980MHz/2110~2170MHz1755~1785MHz/1850~1880MHz1880~1920MHz、2010~2025MHz、2300~2400MHz824~849MHz/869~894MHz移动通信网络的演进和发展3GPP演进路线：GSM/GPRS3GPPR993GPPR43GPPR5/6(HSDPA)UMTS系统结构与功能UMTS网络子系统的划分•用户设备(UE)•无线接入网络子系统(UTRAN)•核心网络子系统(CN)•操作维护子系统(OMS)OMSUTRANCNUEUMTSUMTS系统结构与功能基于R99的UMTS网络结构：•用户设备(UE)•接入网(UTRAN)•核心网(CN)•操作维护系统(OMS)•计费中心(CG)UTRANOMSNodeBRNCInternetPSTNUECNIWFHLRAuCEIRMSC/VLRECGMSCGGSNSGSNCN-CSCN-PSOMC-UOMC-TNMCCGUMTS系统结构与功能·RNSRNCRNSRNCCoreNetworkNodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUMTS系统结构与功能GSM/GPRS/UMTS网络结构：SGSNUERNCNodeBUMTSAccessNetworkCoreNetworkBTSMSCBSC/PCUGSMAccessNetworkPacketSwitchedNetworkVoiceSwitchedNetworkMSGGSN多址技术•FDMA把可分配的频谱划分成多个无线信道分别来传输一路信号•TDMA利用同一个信道在不同时间独立的传送多路信号•CDMA通过特殊的编码方式在一个信道上同时传输多个信号。WCDMA主要技术特点信道间隔5MHz接入方式宽带直接序列扩频码分多址码片速率3.84Mchip/s（等同于OVSF码和扰码速率）帧长度10ms,2ms切换软切换、硬切换（频间，和GSM间）功率控制开环，闭环基本概念•误比特率(BER)是在数据传输过程中比特被传错率•误帧率(FER)是数据传输过程中帧传错率•误块率(BLER)传输块经过CRC校验后的错率•SIR信噪比是信号功率与噪声功率的比值•RSCP接收信号码功率，测量得到的是码字功率。•C/I(载干比)是有用信号能量与同信道干扰能量的比值•Ec/No是空中接口上每chip的有用信号能量与噪声能量的比值。•Eb/No是空中接口后的每bit的有用信号能量与噪声能量的比值扩频技术扩频包括两个操作：信道化（channelization）操作，它使数据符号变为码片并增加了信号带宽，每符号的码片数称为扩频因子（SF），可以通过与OVSF相乘得到扰码操作，它作用在扩频信号上数据比特OVSF码扰码扩频后码片比特速率码片速率码片速率数据比特OVSF码扰码扩频后码片扩频技术信道号码（OVSF码）OVSFCode--OrthogonalVariableSpreadingFactor0001拷贝拷贝取反0000001101010110拷贝拷贝取反信道号码（OVSF码）C0(0)=[1]C2(1)=[1-1]C2(0)=[11]C4(0)=[1111]C4(1)=[11-1-1]C4(2)=[1-11-1]C4(3)=[1-1-11]C8(0)=[11111111]C8(1)=[1111-1-1-1-1]C8(2)=[11-1-111-1-1]C8(3)=[11-1-1-1-111]C8(0)=[1-11-11-11-1]C8(5)=[1-11-1-11-11]C8(6)=[1-1-111-1-11]C8(7)=[1-1-11-111-1]C16(0)=[............]C16(1)=[............]C16(15)=[...........]C16(14)=[...........]C16(13=[...........]C16(12)=[...........]C16(11)=[...........]C16(10)=[...........]C16(9)=[............]C16(8)=[............]C16(7)=[............]C16(6)=[............]C16(5)=[............]C16(4)=[............]C16(3)=[............]C16(2)=[............]SF=1SF=2SF=4SF=8SF=16SF=256SF=512...FrequencyPowerdensity(Watts/Hz)UnspreadnarrowbandsignalSpreadwidebandsignalBandwidthW(3.84Mchip/sec)UserbitrateRsec84.3MchipconstWRWdBGpProcessinggain:扩频增益Frequency(Hz)Voiceuser(R=12,2kbit/s)Packetdatauser(R=384kbit/s)Powerdensity(W/Hz)RFrequency(Hz)Gp=W/R=24.98dBPowerdensity(W/Hz)RGp=W/R=10dB•Spreadingsequenceshaveadifferentlength•Processinggaindependsontheuserdatarate扩频增益WCDMA工作原理WCDMA中利用信道码和扰码来减少多用户间干扰，实现码分多址•信道化码-OVSFCODE下行：区分同一个小区内的不同用户和信道上行：区分来自相同UE的数据和控制信道•扰码-GOLDCODE下行：扰码主要用于区分不同的小区上行：扰码主要用于区分不同的UE下行扰码扰码OVSF1用户1OVSF2用户2OVSF3用户3可以使用8192个扰码；分为512个集合用64个组表示，每组8个主扰码。64个主扰码组（codegroup）形成64个辅同步扰码序列，每个序列对应15个时隙UE同步：•时隙同步（通过主同步信道）•帧同步（通过辅同步信道）•确定小区上行扰码UE1扰码1OVSFUE2扰码2OVSFUE3扰码3OVSF使用扰码加扰，并通过上行公共信道通知小区以分离每个UE的信号上行扰码自动生成WCDMA信道介绍WCDMA信道层次WCDMA信道层次：•物理信道(PhysicalChannel)•传输信道(TransportChannel)•逻辑信道(LogicalChannel)Layer2Layer1MACPhysicalLayerRLCUE网络PhysicalChannelTransportChannelLogicalChannelMACPhysicalLayerRLC传输信道分类BCH,广播信道FACH,前向接入信道PCH,寻呼信道RACH,反向（随机）接入信道CPCH,公共分组信道DSCH，下行共享信道DCH，专用信道•DCH信道可以为上行或下行公共传输信道专用传输信道物理信道基本概念物理信道：物理信道：一个特定的载频、扰码、信道化码、开始和结束时间(一段持续时间)以及参考相位物理信道是由无线帧(RadioFrame)组成：一个无线帧是由15个时隙组成的处理单元。一个无线帧的长度对应38400个码片物理信道的最小时间单位是时隙(TimeSlot)：一个时隙是由包含一定比特的字段组成的一个单元。一个时隙的长度对应2560个码片物理信道的分类下行物理信道主要包括：SCH同步信道synchronisationchannelCPICH公共导频信道CommonPilotChannelCCPCH公共控制物理信道CommonControlPhysicalChannelPICH寻呼指示信道PagingIndicatorChannelAICH捕获指示信道AcquisitionIndicatorChannelDL-DPCH专用物理信道DedicatedPhysicalChannel下行物理信道主要包括：PRACH物理随机接入信道PhysicalRandomAccessChannelUL-DPCH专用物理信道DedicatedPhysicalChannel(分为DPDCH和DPCCH)WCDMA信道层次WCDMA信道层次物理信道基本概念DetectcellsAcquireslotsynchronization•AcquireframeSynchronization•Identifythecodegroupofcellfoundinthefirststep•Determinetheexactprimaryscramblingcode•usedbythefoundcellMeasurelevel&qualityofthefoundcell功率控制小区选择和切换技术功率控制功率控制(PowerControl)：•WCDMA功率控制的基本概念功控的分类功控的测量参数功控的步长•WCDMA与GSM功率控制在实现方法和具体参数等方面存在很大差异GSM：控制速度最快约2次/秒(480ms/次)UMTS：控制速度最快1500次/秒功率控制的分类功率控制内环功率控制在UE和基站之间进行外环功率控制涉及到UE、基站和RNC开环功率控制移动台接入系统时的功率控制闭环功率控制系统建立连接后的功率控制，相对于开环功控，又将内环和外环一起称为闭环功控功率控制的作用克服CDMA“远近效应”问题两个UE和基站之间的距离不同，信号就具有不同的衰耗如果两个UE以相同的发射功率进行发射，则基站所接收到的信号的强度相差可达30-70dB这样距离基站远的UE的信号很容易就“淹没”在其他UE的信号中距离基站近的一个UE就可以完全阻塞整个小区信号被离基站近的UE的信号“淹没”，无法通信一个UE就能阻塞整个小区切换类型软切换(SHO--SoftHandover)•软切换(SoftHO)•先连后断•能够同时与多个基站保持通信更软切换(SofterHO)•基站发射时，占用多个OVSF码资源•基站接收时，多路信号合成一路信号，传给RNS•同一个Node-B下，不同小区之间的软切换硬切换(HHO)：•先断后连•不