87中国通信网3G系列讲座-3G无线基本原理

1中国通信网3G系列讲座3G3G无线基本原理无线基本原理©2006CNTTR.AllRightsReserved.内容UMTS概述WCDMA基本原理WCDMA的移动性管理WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS©2006CNTTR.AllRightsReserved.数字技术CDMA2000数字技术IMT-2000(ITU)UMTS(WCDMA,TD-SCDMA),CDMA2000第二代19902000第一代第三代数字技术例如:GSM,CDMA(IS-95)模拟技术例如:NMT,TACS,AMPS,R2000移动通信技术的演进UniversalMobileTelecommunicationSystem©2006CNTTR.AllRightsReserved.RANIMSIP多媒体子系统3GPPUMTSR4–March’013GPPUMTSR5–3Q’023GPPUMTSR99–March’003GPP标准概况CS-电路域PS-分组域•R99–RAN：基于WCDMA的全新技术•R4–RAN：加入了TD_SCDMA选项–CS域：承载与控制分离•R5–RAN：HSDPA,IPUTRAN选项–核心网：引入了IP多媒体子系统(IMS)…©2006CNTTR.AllRightsReserved.R99和R4主要设备与接口NodeBUuIubRNCIur接入网核心网TRAUMSCVLRPSTNSGSNGGSNGnGnExternalPacketNetworksGiIu-CSIu-PSHLR/AuCDCGrUEPrivateIPBackbone©2006CNTTR.AllRightsReserved.RNC基本功能（1）安全性功能CoreNetworkiRNC陆地电路资源管理NodeBNodeBNodeBNodeBRNS无线接入承载(RAB)QoSParametersCoreNetwork无线资源管理(RRM)控制节点/ControlNode接口节点/InterfaceNode©2006CNTTR.AllRightsReserved.RNC基本功能（2）控制平面/ControlPlane用户平面/UserPlaneFP:FrameProtocol•网络接口协议终接NetworkInterfaceprotocoltermination–IuFP–IurFPs–IubFPs-Selecting/Splitting•数据包头压缩Compression•加密Ciphering•无线协议Radioprotocols–RLC–MAC•网络接口协议终接NetworkInterfaceprotocoltermination–RANAP(IuInterface)–RNSAP(IurInterface)–NBAP(IubInterface)–ALCAP(allinterfaces)•无线资源管理RadioResourceManagement–RRCtermination–RRMStrategy–QoSManagement•UTRANOA&M•RNCOA&M©2006CNTTR.AllRightsReserved.网络接口NodeB基本功能（1）Overview无线接入与调制解调CodingInterleavingD1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D812345678Demodulation002104017113002104017113ModulationQ1101I1000QPSK功率控制切换呼叫处理（辅助RNC完成）小区管理公共信道管理专用信道管理测量处理同步信号©2006CNTTR.AllRightsReserved.NodeB基本功能(2)双极化定向天线NBBIMTRUMTRUMTRUMAFUMAFUMAFUNFANwireholderwireholderbusbarNCCUHBBINMPTNDTI扇区1天线扇区2天线扇区3天线供电Iub口STM1/E1传输网RNC主集收发双工处理信令处理、基带编解码、解调处理等多载波数字功放每扇区均为两天线接收分集分集扇区机顶口发射功率20W－40W基带框射频框双工器框©2006CNTTR.AllRightsReserved.内容UMTS概述WCDMA基本原理§概述§扩频§加扰、复用§Ec/Io与Eb/NoWCDMA的移动性管理WCDMA的无线资源管理UTRAN协议与信道WCDMA的业务与QoS©2006CNTTR.AllRightsReserved.•1950s:CDMA应用于军方需求市场•1956:提出RAKE接收机的形式(Rakereceiver)•1961:提出扩频系统中的远近效应(Near-farproblem)•1978:建议基于研究结果的扩频系统的蜂窝系统应用•1993:窄带CDMA系统标准(NarrowbandCDMAIS-95)•1995:在3G系统中定义宽带CDMA(widebandCDMA)•2000s:宽带CDMA(widebandCDMA)系统的商业应用CDMA历史©2006CNTTR.AllRightsReserved.功率FDMATDMACDMA多址接入技术功率功率Code1Code2CodeN©2006CNTTR.AllRightsReserved.JeparlefrancaisIchsprechedeutschIspeakenglish我说中文!CDMA的类比©2006CNTTR.AllRightsReserved.双工间隔DuplexSpacing:190MHzTime频率功率5MHz5MHz码分复用CodeMultiplexULDLUMTS用户1UMTS用户2WCDMA:FDD©2006CNTTR.AllRightsReserved.采用直序扩频码分多址技术§每一用户由不同的码来区分§所有用户分享同样的频谱资源，提高系统的频谱利用率§系统有很高的抗干扰性、抗衰落性、保密性采用软切换及更软切换技术§降低掉话率采用Rake多径分集接收技术§有效利用多径传输来的信号，提高系统的接收性能采用快速功率控制§快速准确的闭环功率控制有效地降低近-远效应，提高系统容量WCDMA的无线接入技术特点©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMAGSM多址方式CDMATDMA载频间隔5MHz200kHz频率复用系数1大于1功控频率1500Hz2Hz或更低切换软切换、硬切换硬切换分集5MHz带宽可以进行RAKE接收机多径分集跳频WCDMA和GSM的主要不同©2006CNTTR.AllRightsReserved.WCDMA的主要技术参数多址方式直扩码分多址（DS－CDMA）码片速率3.84M个码片/秒载波带宽5MHz帧长10ms多速率可变的扩频因子©2006CNTTR.AllRightsReserved.前向纠错编码、速率匹配、交织、复用WCDMA系统物理层基本框图WCDMA系统物理层基本框图信源编码信道编码扩频调制信源译码信道译码解扩解调无线信道信道码、扰码、物理信道GSM没有扩频、解扩过程©2006CNTTR.AllRightsReserved.TbitTchip信道编码后的序列扩频序列发出的信号序列a2Tbit=Ebit1/TbitTchip=Echip1/TchipFrequencya2Tchip1/Tchip+a-a-1+1-a+ax=数据序列发出的信号扩频序列发生器调制x(t)功率谱扩频原理－发射信道编码©2006CNTTR.AllRightsReserved.TbitTchip信道解码前的数据序列扩频序列接收信号a2Tbit=Ebit功率谱1/TbitTchip=Echip1/Tchip频率a2Tchip+a-a-1+1-a+ax=1/Tchipx(t)扩频原理－接收接收信号数据序列扩频序列发生器信道解码解调©2006CNTTR.AllRightsReserved.码分多址功率频谱用户1扩频SpreadingCode1Code2Code3Code4Code5合成信号5MHz用户2用户3用户4用户5©2006CNTTR.AllRightsReserved.正交变长扩频因子－OVSFC1,0=1C2,0=11C2,1=1-1C4,0=1111C4,1=11-1-1C4,2=1-11-1C4,3=1-1-11C8,0C8,1C8,2C8,3C8,4C8,5C8,6C8,7SF＝1SF＝2SF＝4SF＝8SF＝256…SF＝128(PS384)(AMR12.2)SF：扩频因子信道化码定义为CSF,k，其中SF是码的扩频因子，k是码的序号，0≦k≦SF-1树根的码字被使用后，树梢的码字将无法再使用©2006CNTTR.AllRightsReserved.常见无线承载的SF(下行)无线承载类型扩频因子（SF）CS12.2K128CS64K32PS64K32PS128K16PS384K8©2006CNTTR.AllRightsReserved.练习只从码字资源角度考虑且只考虑业务信道占用码字，如果单小区已有3个用户，3个用户正在使用PS384进行数据传输，此小区最多还可以接入多少个AMR12.2K语音用户？©2006CNTTR.AllRightsReserved.+-1-1-1-1-1-1-111111111-1*1111-1-1-1-1CjCk同步=0+-1-1-1-1-1-1-111111111-1*11111-11-1CjCk不同步=4Ä正交OrthogonalÄ非正交NonorthogonalOVSF正交性©2006CNTTR.AllRightsReserved.扰码与OVSF码Scramblingcode下行上行User3signalUser3signalScramblingcode1Scramblingcode2Scramblingcode3User2signalSpreadingcodeSpreadingcodeSpreadingcode扰码1扰码2扰码3User2signalOVSFCodeOVSFCodeOVSFCodeUser1signalSpreadingcode2Spreadingcode3User1signalUser2signalUser3signalOVSFCode1User1signalUser2signalUser3signal扰码OVSFCode2OVSFCode3OVSF码用来扩频，上行扰码用来区分UE，下行扰码用来区分小区©2006CNTTR.AllRightsReserved.选位加和移位寄存器ShiftRegister序列每2N-1个码片重复一次，N为移位寄存器盒子的个数扰码扰码特性:•38400码片长的序列•每10ms重复一次•来源于伪随机（PseudoNoise）序列©2006CNTTR.AllRightsReserved.上行扰码共计224个长度为38400码片的长扰码225-2码片长序列X25+X3+1X25+X3+X2+X+1IQ©2006CNTTR.AllRightsReserved.下行扰码8192种扰码512组：1个主扰码+15个辅扰码512主扰码被分为64组•共有262,143种不同的下行扰码的可能性•仅从其中定义了8192种不同的扰码8192...Cell#1Cell#512...主扰码辅扰码#1辅扰码#2辅扰码#15UMTS只需要进行简单的小区扰码规划:邻小区不属于同一扰码组即可©2006CNTTR.AllRightsReserved.OVSF码复用-11User1User2Code1:Cch(SF=)Code2:Cch(SF=)1-111-11=+**==2-2011-1-1111-1-11-1-111-11-1用户复用后信号©2006CNTTR.AllRightsReserved.加扰用户复用后的信号扰码*20-220-2=1-1发射信号©2006CNTTR.AllRightsReserved.空口噪声干扰20-2发射信号00噪声接收信号=1-