WCDMA基础知识――室分培训稿

WCDMA基础知识内部资料严格保密吴凯洲移动网络优化中心2009.6.22主要内容一、WCDMA发展概况二、WCDMA无线原理三、WCDMA关键技术四、WCDMA网络基本参数GSM向3G的演进10k100k64k1M2M1k9899000102时间速率bps9.6SMS14.4EDGE话音GPRS2.5代UMTSWCDMA3代HSCSD移动通信的发展技术名称WCDMAcdma2000空中接口WCDMAcdma2000,兼容IS95双工方式FDDFDD频带宽度5M1.25M×n(n=1,3,6)码片速率3.84Mc/s(1.2288×n)Mc/s同步要求同步/异步GPS同步继承基础GSM窄带CDMA采用地区欧洲、日本北美、韩国商用试验20012000GSMTD-SCDMATD-SCDMA中国移动2007TDD1.6M1.28Mc/s同步主流3G体制的比较040080012001600200020012002200320042005200620072008GSM/GPRS/EDGE/WCDMAPDCTDMACDMA/CDMA2000Analog&Others全球移动市场数据用户数(百万)(年底)模拟与其它3G商用进展UTRANUECNUMTSWCDMA系统WCDMA系统基本架构R99R4R5R6n引入Iu接口n最大速率2Mbps2000.32001.32002.6功能冻结时间点n控制与承载分离n增加TD-SCDMAn有待完善n引入多媒体域(IMS)n无线引入HSDPAn有待完善n研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作nMBMSn框架结构的研究WCDMA标准发展进程主要内容一、WCDMA发展概况二、WCDMA无线原理三、WCDMA关键技术四、WCDMA网络基本参数•扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。•其理论基础为Shannon定理：C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/sB：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.扩频通信的理论基础编码交织基带调制扩频加扰射频调制无线信道解码解交织基带解调解扩解扰射频解调WCDMA收发信机数据处理过程手机数据手机数据SF=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)OVSF：OrthogonalvariablespreadingfactorOVSF-正交可变扩频因子符号速率×扩频因子＝码片速率上行信道码的SF为：4~256下行信道码的SF为：4~512OVSF码扰码数据符号扩频后码片WCDMA系统的扩频用户数据＝-1+1-1-1+1-1扩频码＝+1-1-1+1-1+1+1-1扩频信号＝用户数据×扩频码解扩数据＝用户数据×扩频码＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1解扩扩频WCDMA扩频示意-11-11-1-111-1-111-11-11解扩-11-11-1-1111-11-11111-4400判断-111-11-1-11扩频积分扩频解扩过程举例不同信道使用不同的扩频码正交码的作用OC1,OC2OC3,OC4OC5,OC6,OC7OC1,OC2,OC3OC1,OC2OC1,OC2,OC3,OC4上行:正交码用于区分从一个用户终端发出的不同信道下行:正交码用于区分从一个基站发出的不同信道码分多址的一个形象比喻S1xC1S2XC2WS1S2扩频解扩(S1xC1)+(S2xC2)空中接口[S1xC1+S2xC2]xC2=S2[S1xC1+S2xC2]xC1=S1NSC1与C2正交：C1xC2=0扩频解扩过程举例fS（f）f0扩频前的信号频谱信号S（f）ff0扩频后的信号频谱信号S（f）ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS（f）f0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号窄带干扰宽带干扰扩频通信示意图OVSF码扰码数据比特扩频后码片扰码使用户信息伪随机化，加强保密性WCDMA扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为Gold码序列。扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样扰码介绍扩频通信原理WCDMA系统中的扰码•WCDMA的扰码是由GOLD序列生成的–Gold序列具有良好的自相关性质，其分段序列之间互相关很小，用于码分多址中区分小区和用户，进行多址。nWCDMA系统中的扰码是一种伪随机序列(PN码)它具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。通过扰码可以使用户数据进一步随机化，增强了保密性能，同时便于进行多址通信。扩频通信原理上/下行扰码作用•上行扰码共224个，用于区分同一小区的不同用户–上行扰码分为长扰码和短扰码，其中短扰码用于多用户检测•下行扰码共218-1个，用于区分不同的小区–常用扰码是0，1，……，8191，分为512个集合，每个集合包括一个主扰码和15个次级扰码。–512个主扰码又可以分为64个扰码组，每组由8个主扰码组成扩频通信原理主要内容一、WCDMA发展概况二、WCDMA无线原理三、WCDMA关键技术四、WCDMA网络基本参数•码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀升现象。•WCDMA网络会议室码信道传输——用方言交谈信道功率——说话声音保证信道质量——听清对话信道功率增加——谈话声音提高功率攀升——大家都提高声音超过线性范围崩溃——喊破喉咙，仍然听不清小区外的干扰——房间外的干扰功率攀升信号被离基站近的UE的信号“淹没”，无法通信一个UE就能阻塞整个小区Powerf远近效应每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量Powerf采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量功率控制Powerf•克服远近效应和补偿衰落•减小多址干扰，保证网络容量•延长电池使用时间下行功率控制小区发射功率上报功率控制比特手机发射信号功率控制命令上行功率控制功率控制三种功率控制开环从信道中测量干扰条件，并调整发射功率闭环－内环测量信噪比和目标信噪比比较，发送指令调整发射功率WCDMA闭环功率控制频率为1500Hz若测定SIR目标SIR，降低移动台发射功率若测定SIR目标SIR，增加移动台发射功率闭环－外环测量误帧率（误块率BLER），调整目标信噪比UENodeB开环功率控制的目的：提供初始发射功率的粗略估计开环功率控制UE从BCH信道得道导频信道CPICH的发射功率P1；UE测量自己的接收功率P2；UE根据△P=P1-P2得出下行路损值；根据互易原理，有下行路损估计出上行路损，从而得出UE的发射功率；②①BCHRACH闭环功率控制UENodeBRNC内环功控外环功控闭环功控是对专用信道精确的功率控制！上行内环功率控制UENodeB内环功控闭环功控是对专用信道精确的功率控制；上行内环功控目地：使基站处接受到的每个UE信号的bit能量相等；发生位置UE和NodeB之间控制者/被控制者NodeB/UENodeB控制UE的功率控制依据SIRtar控制信号TPC测量接受数据的SIR并与SIRtar比较，从而设置功率控制；频率：1500Hz两个概念BLER-SIR最终无线接入网（RAN）提供给NAS的服务中QoS的表征量为BLER，并非SIR；根据无线通信的原理，SIR固定的情况下，BLER并非固定，而是会随着无线环境的变化而变化；上行外环功率控制NodeBRNC外环功控闭环功控是对专用信道精确的功率控制！发生位置RNC和NodeB之间控制者/被控制者RNC/NodeBRNC控制NodeB控制依据BLERtar（CN提供）控制信号TPC测量接受数据的BLER并与BLERtar比较，从而设置SIRtar；频率：10-100Hz下行闭环功率控制UE物理层NodeB内环功控外环功控和上行的闭环功控的区别：功控的方向：UE控制NodeB的发射功率（UE也有控制功能，UE发TPC命令控制基站）；上行外环功控发生在RNC-NodeB之间，下行的外环功控发生在UE的物理层和UE的层3之间，UE层3设置SIRtar；UE层3闭环功率控制•内环功率控制:–快速闭环功率控制，速度是1500次/秒–在基站与移动台之间的物理层进行–一个时隙（0.67ms）给出一次功率控制命令•外环功率控制–业务质量是主要由误块率确定的，是直接的关系，与信噪比是间接的关系。–信噪比与误码率（误块率）的关系随环境的变化而变化，是非线性的外环功率控制是慢变化的粗调节（RNC到NodeB）内环功率控制是快变化的细调节（NodeB到UE）功率控制效果•下行链路功率控制目的–节约基站的功率资源，减少对其他基站的干扰•上行链路功率控制目的–克服远近效应–目标是在信号接收端，所有的用户有相同的信号干扰比SIR(SignaltoInterferenceRatio).功率控制决定了WCDMA系统的容量切换的概念•当移动台慢慢走出原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代，这就是切换的含义。•目的：为了保持终端在移动过程中跨越不同无线覆盖区域时，业务的连续性。切换技术•软切换：–软切换则在载波频率相同的基站覆盖小区之间的信道切换–当UE开始与一个新的小区建立联系时并不中断与原小区的联系。在软切换状态下，UE与多于一个小区建立无线链路。–切换过程中，移动用户可能同时与两个基站进行通信，从一个基站到另一个基站的切换过程中，没有通信中断的现象，真正实现了无缝切换。–CDMA系统独有的切换功能，可有效地提高切换的可靠性。•硬切换：–硬切换是当呼叫从一个小区交换到另一个小区或者从一个载波交换到另一个载波时发生，它是一个时刻只有一个业务信道可用时发生的切换。–硬切换采取的是连接之前先断开的方式，在与新的业务信道建立连接之前先断开与旧的业务信道的连接。–切换过程中，移动用户仅与新旧基站其中一个连通，从一个基站切换到另一个基站过程中，通信链路有短暂的中断时间（可能掉话）。切换技术硬切换软切换切换基本分类•软切换–同一NodeB下的小区软切换（更软切换）–不同NodeB间的小区软切换–不同RNC间的小区软切换（涉及Iur口）•硬切换–不同载频间的硬切换–同一载频下的硬切换（强制性硬切换）–系统间硬切换（如与GSM之间）–不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）切换控制中小区的关系•激活集（activeset）：指与某个移动台建立连接的小区的集合。用户信息从这些小区发送。•监测集（monitorset）：不在激活集中，但是根据UTRAN分配的相邻节点列表而被监测的小区，属于监测集。•检测集（detectedset）：UE能够检测到的，既不在激活集中，也不在监测集中的小区。切换控制的一般流程（顺序）•1.测量(UE)；•2.测量结果的报告(UE到NodeB、RNC)；•3.根据切换算法进行判决(RNC)；•4.切换的执行(RNC到NodeB、UE)。主要内容一、WCDMA发展概况二、WCDMA无线原理三、WCDMA关键技术四、WCDMA网络基本参数基本网络参数1.RSCP:(ReceivedSignalCodePower)Givenonlysignalpowerisreceived,theaveragepowerofthereceivedsignalafterde-spreadingandcombining接收信号码功率：信号解扩及合并后的平均接收功率，一般即指该信道的有用信号的接收功率。在WCDMA网络测量中，一般就是指CPICH信道的接收码功率。是衡量手机接收到的小区导频信道上有用功率水平的参数。此数值越高，表示接收到的手机信号越好。但网络是否可以提供良好接入，还需要结