WCDMA基本原理

主要目录1概述2WCDMA基本原理－RAKE接收机简介－WCDMA切换简介－WCDMA功率控制简介－介绍WCDMA中使用的基本编码方式－前向纠错编码(FEC)–信道化编码(ChannelisationCoding)扩频–扰码（扩谱）主要目录3UMTS地面接口协议简介4UMTS的无线接口协议简介5WCDMAD的物理层简介-扩频和加扰(内容主要来自U2)-物理信道结构(对几个主要物理信道进行说明)-编码和复用映射到物理层(传输信道映射到物理信道)1概述•1.1相关名词•1.2IMT2000系统间的关系•1.3UMTS的网络结构1.1相关名词3GITUIMT-2000UMTSWCDMA3GPP3G:第三代移动通信,是个大概念,相对于2GITU:internationaltelecommunicationunion,国际电联IMT-2000:3G的标准,国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定以基于WCDMA的UTRAFDD(W-WCDMA)和CDMA2000,基于TDMA的UMC-136和DECT以及基于WCDMA的TDD模式的UTRATDD和TDS-WCDMA为主流的6种无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT-2000）。UMTS:全球移动通信系统（UMTS）是ITU主要的3G移动通信技术。UMTS系统是无线技术采用WCDMA的第三代移动通信系统.3GPP:3rdGenerationPartnershipProject,第三代协作伙伴项目,是由一些组织共同发起为了建立通用的WCDMA标准.1.2IMT2000系统间的关系IMT-2000TDMAWCDMAUWC-136DECTDS多载波TDDWCDMAWCDMAUTRATDD3.84MTD-SWCDMA1.28M1.3UMTS的网络结构•1.3.13GPPR99的网络结构•1.3.2网络结构简单介绍•UMTS系统(UniversalMobileTelecommunicationSystem):–同时提供较高的数据和话音传输能力.•Bandwidth:5Mhz•ChipRate:3.84Mcps•WWCDMA/FDMA(FDD/TDD两种模式)(*TDD模式不过多介绍)•话音容量:可采用OVSF512/256(Downlink/Uplink)(*VoiceAMR:OVSF128/64)•数据率:最大可达384kbps(*多路并行传送可达到2Mbps)GSM到UMTS的技术发展和演进•GSM/GPRS/UMTS系统设备的发展和演进:–GSM+GPRS+UMTS(Rel.99)的主要接口名称:GSM到UMTS的技术发展和演进BTSBSCMSCuPSTNGGSNSGSNuPCUInternetRNCNODEBAA-bisGbIu-CSIu-BIu-PSGnGiWCDMA在什么位置?RNCIu-R•GSM/GPRS/UMTS系统设备的发展和演进:–GSM+GPRS+UMTS(Rel.99)的主要接口名称:GSM到UMTS的技术发展和演进BTSBSCMSCuPSTNGGSNSGSNuPCUInternetRNCNODEBAA-bisGbIu-CSIu-BIu-PSGnGiWCDMARNCIu-RUMTS网络组件•UMTS陆地无线接入网（UTRAN）：–包括多个无线网络系统（RNS)–无线网络系统（RNS）•无线网络控制器（RNC）•NodeBUTRANNodeBNodeBRNCNodeBNodeBRNCRNSRNSMSCSGSNRNSRNSUMTS网络组件•无线网络系统（RNS)：–RNS是用户与MSC/SGSN的连接枢纽–RNS由一个RNC与若干个NodeB组成–RNS是一个逻辑概念UTRANNodeBNodeBRNCNodeBNodeBRNCMSCSGSNUMTS网络组件•无线网络控制器（RNC）：–RNC用来支持和管理它下面所带的NodeB–RNC功能为：RNSRNSUTRANNodeBNodeBRNCRNCMSCSGSNNodeBNodeBUMTS网络组件•NodeB–负责一个或多个小区的无线收发–能够处理L1信息–调制/解调–每个NodeB支持最多6个小区RNSRNSUTRANNodeBNodeBRNCRNCMSCSGSNNodeBNodeBUMTS网络组件•核心网（CN）：–核心网-电路交换(CN-CS:CoreNetwork-CircuitSwitched)•GMSC/MSC/VLR/IWF/EC–核心网-分组交换(CN-PS:CoreNetwork-PacketSwitched)•GGSN/SGSN–CN-CS与CN-PS共享部分•HLR/AUC/EIRCNIWFVLRHLRAUCEIRMSCECGMSCGGSNSGSNCN-CSCN-PS网络结构简单介绍•NodeBB节点(NodeB)的主要功能是进行空中接口L1层处理(信道编码和交织、速率匹配、扩频等)，也执行一些基本的无线资源管理操作，如内环功率控制，逻辑上相当于GSM中的基站网络结构简单介绍•无线网络控制器(RNC)RNC逻辑上相当于GSM的BSC，负责控制UTRAN无线资源，并且负责终止定义移动设备和UTRAN之间的消息和进程的无线资源协议(RRC)。如果用户设备连接到多个RNC，将涉及到RNC的另外两个独立的逻辑功能S-RNC和D-RNC.与CN有连接，为UE提供资源的RNC叫SRNC；与CN没有连接，为UE提供资源的RNC叫DRNC（DRIFTRNC）网络结构简单介绍•UTRAN(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)UTRAN包含RNC和NodeB。NodeB通过Iub接口连接到RNC，一个RNC和与之相连的一个或多个NodeB组成一个无线网络子系统(RNS，RadioNetworkSubsystem)，UTRAN包含一个或多个RNS。RNC之间通过Iur接口连接，可以支持软切换。•UMTS标准的版本:–Rel.99(也称为Rel.3)UMTS的第一个商用版本,该版本在2001~2002年定稿.目前市场上的UMTS系统基本以此为标准.话音仍为CircuitSwitchedPacketData.–Rel.00(也称为Rel.4)增强IP功能…–Rel.01(也称为Rel.5)向全IP发展,HSDPA…GSM到UMTS的技术发展和演进•UMTS空间接口WCDMA的基本参数:–Frequencybands:(a)1920–1980MHzUp-link(UEtransmit,NodeBreceive)2110–2170MHzDown-link(NodeBtransmit,UEreceive)GSM到UMTS的技术发展和演进•UMTS空间接口WCDMA的基本参数:–Bandwidth:5Mhz–ChipRate:3.84McpsGSM到UMTS的技术发展和演进•UMTS空间接口WCDMA的基本参数:–ChannelnumberThecarrierfrequencyisdesignatedbytheUTRAAbsoluteRadioFrequencyChannelNumber(UARFCN).GSM到UMTS的技术发展和演进UplinkNu=5*Fuplink0.0MHzFuplink3276.6MHzwhereFuplinkistheuplinkfrequencyinMHzDownlinkNd=5*Fdownlink0.0MHzFdownlink3276.6MHzwhereFdownlinkisthedownlinkfrequencyinMHz•UMTS空间接口WCDMA的基本参数:–UARFCNAbsoluteRadioFrequencyChannelNumberGSM到UMTS的技术发展和演进FrequencyBandUplinkUEtransmit,NodeBreceiveDownlinkUEreceive,NodeBtransmitForoperationinfrequencyband(a)9612to988810562to10838•UMTS空间接口WCDMA的基本参数:–UEmaximumoutputpowerGSM到UMTS的技术发展和演进PowerClassNominalmaximumoutputpowerTolerance1+33dBm+1/-3dB2+27dBm+1/-3dB3+24dBm+1/-3dB4+21dBm±2dB**•UMTS是一种3G移动通信标准的统称,涵盖很多的内容和规范.•陆地接口标准和规范虽然很多,但绝大多数并不陌生,也不难理解.绝大多数已在相应的GSM/GPRS课程中介绍过.也有很多在工作中已有所接触和了解.•空间接口WCDMA对大多数从事GSM或初次接触UMTS的技术人员来说,是全新的和较难理解的部分.但这部分属于UMTS的核心精华技术.理解和掌握WCDMA,是从事UMTS工作所必不可少的.•RAKE接收机简介•WCDMA切换简介•WCDMA功率控制简介•介绍WCDMA中使用的基本编码方式－前向纠错编码(FEC)–信道化编码(ChannelisationCoding)扩频–扰码（扩谱）2WCDMA基本原理RAKE接收机的基本原理•——发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，多径信号实际上可被看作是互不相关的，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理RAKE接收机的基本原理•用Rakereceiver进行的多径接收可以有效的抵抗由多径效应引起的快衰落。一般而言多径效应是影响通信质量的大敌，但是在CDMA技术中使用的多径接收合并的技术可以变废为宝，从多径中获得增益（主要是考虑到互相独立的多径传输各自的衰落是独立的，在同一时间多径信号到达目的地的时候同时处于深度衰落的概率很小，因此可以从合并多径信号中获得增益）RAKE接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能RAKE接收原理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号强度与时延合并合并后的信号tts(t)s(t)RAKE接收机框图∑Q∑I合并相加I延迟估计带DLL的相关器相位旋转信道估计本地扩频码延迟均衡IQ第一径第二径第三径基带输入信号时间量（径位置）QRAKE接收机框图器件简介•通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户数据符号的解扩和积分。•信道估计器使用导频符号估计信道状态；由于信道中快速衰落和噪声的影响实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转•相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号中去除；•延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。•而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。因为不同路径信号到达时间不一样，等到最后一个信号到达完毕后，便可以进行合并了。把这些不同延迟点上恢复出的信号进行相加，也被称为最大比合并（MRC,MaximalRadioCombining)•最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗衰落的多径分集。匹配滤波器（搜索器）结构本地的扩频码和扰码NN-1…0NN-1…0∑…串行输入的采样数据WCDMAHandover基本概念1.Handover基本概念:–GSM系统有很多Handover的控制方式,包括Level、Quality、Distance、Interference、PowerBudget等.但所有GSM切换均为HardH