WCDMA原理关键技术简介

1夏习彬[e-mail]自我介绍2WCDMA原理、关键技术简介及其发展趋势UT斯达康(中国)有限公司3G市场拓展部夏习彬31、WHAT？2、WHY？WCDMA3、HOW？4、NGN讨论目的：4商业、公司•需拟工作组•移动办公室•远程办公信息方面•网上冲浪•智能搜索•在线翻译•位置信息服务教育方面•虚拟学校•在线实验室•在线图书馆•在线培训娱乐•在线点歌•在线游戏•VOD点播•虚拟观光公共服务•公众投票•公众调查通信类•可视电话•视频会议•语音•语音识别•彩信MMS•短信SMS特殊服务•紧急呼叫•远程诊所金融服务•在线支付•电话银行遥感、遥测•位置跟踪(GPS)•交通信息•导航3G应用业务5WCDMA—宽带码分多址（WideCodeDivisionMultipleAddress）是：一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统。什么是WCDMA6实现全球漫游：5W提供多种业务：语音、数据、视频、多媒体适应不同环境：静止、步行、高速足够的系统容量：多用户、并发业务3G的目标73G需要解决的关键问题:–高传输速率问题静止状态：=2Mbps步行状态：=384Kbps车辆行驶状态：=144Kbps–传输速率能按需分配问题(QOS)语音、数据、视频、多媒体–无线资源管理问题8主要原因：1、WCDMA规模效应大，全球漫游能力强，在全球已发的116张3G牌照中有114家选用WCDMA；2、WCDMA系统使用了更为成熟的关键技术；3、WCDMA的标准和产品在所有3G标准中更为成熟，向下一代全IP网络平滑演进的路线明确。为什么选择WCDMA9WCDMA扩频技术RAKE接收技术信道编码技术WCDMA功控技术WCDMA切换技术WCDMA的关键技术10移动通信的多址接入技术回顾PowerPowerPowerFDMATDMACDMAFDMA是采用频分的多址技术.业务信道在不同频段分配给不同的用户。TDMA是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间片段分配给不同的用户。CDMA是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。11扩频的目的1、为移动通信业务提供更多的业务信道；2、用不同的扩频码来区分不同的业务信道；3、用不同的扩频增益来产生不同的带宽，为不同带宽的业务需求服务。12WCDMA扩频码•扩频码/信道化码的产生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)1Cch,1,011110,1,0,1,0,1,0,1,1,2,0,2,chchchchchchCCCCCC12,2,12,2,12,2,12,2,1,2,1,2,1,2,1,2,0,2,0,2,0,2,0,2,112,12,212,12,3,12,2,12,1,12,0,12,:::nnchnnchnnchnnchnchnchnchnchnchnchnchnchnnchnnchnchnchnchnchCCCCCCCCCCCCCCCCCC码树是用来产生正交可变扩频码的工具；Cch,SF,k:k(码号,0=k=SF-1)SF（SpreadingFactor）就是扩频因子，也叫扩频增益；13码序列正交概念正交——相乘、累加的结果为0以下两个序列正交以下两个序列不正交序列一：+1-1+1+1-1+1-1-1+1-1+1-1-1+1-1-1序列二：-1+1+1-1-1+1+1-1+1+1-1+1-1-1+1-1相乘：-1-1+1-1+1+1-1+1+1-1-1-1+1-1-1+1累加：=0=-2符合正交定义不符合正交定义14WCDMA扩频技术的实现要点：1、扩频过程：先扩频码扩频，再加扰码；2、比特速率=码片速率(3.84MHz)/扩频增益；3、通过加入扰码，信号可以从不同的发送器(终端或机站)分离。DATA扩频码码片速率3.84MHz扰码码片速率3.84MHz比特速率15WCDMA扩频技术RAKE接收技术信道编码技术WCDMA功控技术WCDMA切换技术WCDMA成熟的关键技术16多径传播时间离散h()00123123无线传播环境17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接收技术18RAKE接收技术有效地克服多径干扰，提高系统接收性能。Rake接收技术功能19WCDMA扩频技术RAKE接收技术信道编码技术WCDMA功控技术WCDMA切换技术WCDMA成熟的关键技术20编码目的：使接收方能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。21WCDMA采用高性能的信道编码，提高系统性能。WCDMA主要采用这两种编码方法：卷积码：在WCDMA系统中主要用于低速率的话音信道和控制信道；Turbo码：在WCDMA系统中主要用于分组业务数据的传送。信道编码技术23卷积码•译码简单，时延较短；•误码率较高（一般在10-3）；•适合实时业务，如话音和视频业务的传送。TURBO码•译码复杂，时延较长；•误码率低（可以达到10－6）；•适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务（如，FTP，E－MAIL等）。信道编码技术24WCDMA扩频技术RAKE接收技术信道编码技术WCDMA功控技术WCDMA切换技术WCDMA成熟的关键技术25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远近效应Powerf26•克服远近效应•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27三种功率控制开环功率控制从信道中测量干扰条件，并调整发射功率。闭环－内环功率控制测量信噪比和目标信噪比比较，并向移动台发送指令调整它的发射功率，CDMA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－外环功率控制测量误帧率（误块率），调整目标信噪比。28各种功率控制技术P(初始值)开环功控P(SIR目标值,UL)P(SIR目标值,DL)内环功控DL-TPCUL-TPCSIR目标值,DL测量BLER,DL下行外环功控RNCSIR目标值,UL测量BLER,UL上行外环功控BLER=BlockErrorRate（误块率）SIR=SignaltoInterferenceRatio（信噪比）TPC=TransmitPowerControl（发射功率控制）29内环功率控制基本原理接收方根据接收到信号的信干比与控制信道的信干比目标值比较，然后向发送方返回一个TPC命令，发送方根据接收到的TPC命令，通过高层给定的内环功率控制算法得出是增加发射功率还是减小发射功率。内环功率控制30外环功率控制基本原理外环功控比快速闭环功控慢得多，时间一般是在TTI（传输时间间隙）级；外环功控是接收方通过每帧的CRC校验来统计误帧（块）率（BLER），和目标误帧（块）率（BLER）比较来调整信噪比（SIR）目标值。外环功率控制31功率控制效果功率控制的目的：•下行链路：节约基站的功率资源，减少对其他基站的干扰；•上行链路：克服远近效应，使所有的信号到达基站的功率相同。32WCDMA扩频技术RAKE接收技术信道编码技术WCDMA功控技术WCDMA切换技术WCDMA成熟的关键技术33WCDMA切换技术同RNC不同NodeB间切换不同RNC间切换软切换：同NodeB不同扇区间切换更软切换：异频切换不同系统间切换硬切换：WCDMA系统支持多种切换技术34切换技术硬切换软切换35BCABCAIubIubNodeB1NodeB2RNC间的软切换RNC1RNC2Iur36BCABCAIubIubRNCNodeB1NodeB2RNC内NodeB间的软切换37NodeB内的软切换(更软切换)BCANodeBIubRNC381、扩频技术A、功能:1、为移动通信业务提供更多的业务信道；2、用不同的扩频码来区分不同的业务信道；3、用不同的扩频增益来产生不同的带宽，为不同带宽的业务需求服务。B、关键词：扩频码，扩频增益小结1392、RAKE接收技术A、功能：RAKE接收技术有效地克服多径干扰，提高系统接收性能。B、关键词：多径传播，时间离散小结2403、信道编码技术A、目的：使接收方能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。B、关键词：卷积码，TURBO码小结3414、功控技术A、功能：下行链路：节约基站的功率资源，减少对其他基站的干扰；上行链路：克服远近效应，使所有的信号到达基站的功率相同。B、关键词：远近效应，开环，闭环/内环，闭环/外环小结4425、切换技术A、特点:WCDMA引进软切换技术，大大降低了掉话率。B、关键词：硬切换，软切换，更软切换小结543其它几个关心的话题WCDMA的QoS等级R99,R4,R5比较NGN网络结构44业务等级业务特征会话类conversational确保呼叫实体间的实时关系，严格的低时延。如传统话音通信，可视电话，电视会议…流媒体类streaming确保呼叫实体间的时间关系，允许一定的时延，但延时变化小，通常为单向多媒体业务。如：Realplay媒体播放,VOD…交互类interactive请求响应模式，确保内容的完整性，允许可变时延。不同的应用可以被分配到不同的会话处理优先级。如：网络浏览，网络游戏，QQ,YahooMessenger…后台类background确保内容的完整性，允许更大范围的可变时延，优先级低于交互类。如：电子邮件，多媒体短消息等。WCDMAQoS等级45WCDMA标准的发展3GPPRel993GPPRel43GPPRel5功能冻结时间点2000/032001/032002/03•GSM/GPRS核心网•WCDMAFDD•电路域IP话音承载•电路域MSCServer/MGW•TD-SCDMA•VoIPQoS是关键•AllIP实时多媒体•HSDPA•IPV646WCDMAR99系统基本结构HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNBTSBTSNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGrGnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubCNGi47R99技术分析优势R99充分考虑了对现有产品（GSM/GPRS）的向下兼容。系统采用分组域和电路域分别承载与处理的方式，分别接入PSTN和公用数据网，从根本上保证了技术在现有网络上的可操作性。实时业务的QoS的保证采用TDM技术组网的成熟性未解决问题R99是网络发展的一个过渡结构，为了满足向下兼容和网络建设的快捷方便，就形成一些固有的缺陷。没有从根本上解决网络后续发展的问题，从而在一定程度上会造成新的投资浪费。48WCDMAR4系统基本结构AuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubNbNcMGWGMSCServerMcMSCServer/VLRMcHHLRMGWGi49R4技术分析优势在核心网络上体现了NGN的体系构架思想。电路域由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分