WCDMA基礎(chǔ)知識(shí)

1、 2007 ZTE CorporationWCDMA系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理WCDMA技術(shù)原理系列膠片lWCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)原理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)原理無(wú)線通訊基本原理無(wú)線通訊基本原理WCDMA相關(guān)無(wú)線技術(shù)相關(guān)無(wú)線技術(shù)lWCDMA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)lWCDMA 物理信道物理信道lHSDPA介紹介紹lHSUPA介紹介紹3n無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無(wú)線通訊基本原理無(wú)線通訊基本原理4無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性n電磁傳播：直射、反射、散射和繞射n無(wú)線環(huán)境中的信號(hào)衰減分成三部分u路徑損耗：電磁波在宏觀大范圍（即公里級(jí)）空間傳播所產(chǎn)生的損耗，

2、它反映了傳播在空間距離的接收信號(hào)電平的變化趨勢(shì)。u慢衰落：在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗u快衰落：電磁波信號(hào)在數(shù)個(gè)或者數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)范圍發(fā)生快速衰落n快衰落包絡(luò)分布的描述方法u瑞利分布：非視距傳播u萊斯分布：視距傳播5無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)0dB發(fā)送信號(hào)-25dB接收信號(hào)0 + 發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)0 2 3 + 發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)2+2 3+6多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)7n無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無(wú)線通訊基本原理無(wú)線通訊基本原理8多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)Frequen

3、cyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA頻分多址技術(shù)頻分多址技術(shù) 業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同的用戶。業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同的用戶。如如TACS、AMPS時(shí)分多址技術(shù)時(shí)分多址技術(shù) 業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間分配給不同的用業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間分配給不同的用戶。如戶。如GSM、DAMPS碼分多址技術(shù)碼分多址技術(shù) 所有用戶在同一時(shí)間、同一頻段上、根所有用戶在同一時(shí)間、同一頻段上、根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。如據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。如CDMA9n無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編

4、碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無(wú)線通訊基本原理無(wú)線通訊基本原理10擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理n擴(kuò)頻通信就是將信號(hào)的頻譜展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)n其理論解釋為Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)FastSpreadingSequenceSlowInformationSentTXSlowInformationRecoveredRXFastSpreadingSequenceWidebandSignal11擴(kuò)頻通信原理示意圖擴(kuò)頻通信原理示意圖fS（f）f0擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜信號(hào)S（f）ff0擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜信號(hào)S（f）ff0解擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜信號(hào)干擾噪聲fS（f）f0解擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜信號(hào)

5、干擾噪聲信號(hào)脈沖干擾白噪聲12擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)n抗多徑干擾能力強(qiáng)n抗突發(fā)脈沖干擾n保密性高n低發(fā)射功率n易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信n占用頻帶寬n實(shí)現(xiàn)復(fù)雜13n無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播特性n多址方式多址方式n擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)n信道編碼信道編碼n交織技術(shù)交織技術(shù)n分集技術(shù)分集技術(shù)無(wú)線通訊基本原理無(wú)線通訊基本原理14信道編碼的目的信道編碼的目的n編碼目的：u在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，使接收機(jī)能夠檢測(cè)和糾正由于傳輸媒介帶來(lái)的信號(hào)誤差，同時(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸速率。無(wú)糾錯(cuò)編碼：無(wú)糾錯(cuò)編碼： BER10-1 10-2不能滿足通信需要卷積編碼：卷積編碼： BER10-3滿足語(yǔ)音通信需要Turbo 碼：碼： BE

6、R 信道的相關(guān)時(shí)間，RAKE接收利用的多徑信號(hào)被認(rèn)為是發(fā)射機(jī)多次發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)lWCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)原理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)原理lWCDMA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)功率控制功率控制切換切換RAKE接收接收l(shuí)WCDMA 物理信道物理信道lHSDPA介紹介紹lHSUPA介紹介紹40功率控制功率控制nCDMA通信技術(shù)并不是一種嶄新的技術(shù)n功率控制是CDMA通信技術(shù)的關(guān)鍵n實(shí)現(xiàn)CDMA通信的規(guī)模商用，必須解決好功率控制41遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)PowerfPowerf42多址干擾多址干擾nWCDMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)u來(lái)源: 共享頻譜；沒(méi)有理想自相關(guān)和互相關(guān)特性的擴(kuò)頻碼u現(xiàn)象: 功率攀升頻率時(shí)間碼字碼分多址自干擾示意圖相關(guān)輸出時(shí)間

7、同步43功率控制的目的功率控制的目的下行功率控制小區(qū)發(fā)射功率上報(bào)功率控制比特手機(jī)發(fā)射信號(hào)功率控制命令上行功率控制 克服遠(yuǎn)近效應(yīng)和補(bǔ)償衰落 減小多址干擾，保證網(wǎng)絡(luò)容量 延長(zhǎng)電池使用時(shí)間44功率控制的種類(lèi)功率控制的種類(lèi)開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)從信道中測(cè)量干擾條件，并調(diào)整發(fā)射功率閉環(huán)內(nèi)環(huán)閉環(huán)內(nèi)環(huán)測(cè)量信噪比和目標(biāo)信噪比比較，并向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令調(diào)整它的發(fā)射功率CDMA閉環(huán)功率控制頻率為1500Hz若測(cè)定SIR目標(biāo)SIR， 降低移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率若測(cè)定SIR UE) serving cell E-HICH (ACK/NACKs) E-RGCH (relative grants) (ChCode, signature - UE

8、) MRC MRC 1 TNL bearer per MAC-d flow Iur/Iub FP 服務(wù)RLS非服務(wù)RLSE-DCH激活集E-DCH服務(wù)小區(qū)軟切換狀態(tài)下的軟切換狀態(tài)下的HSUPA工作原理圖工作原理圖對(duì)于非軟切換狀態(tài)，只有一個(gè)小區(qū)負(fù)責(zé)E-DCH調(diào)度，就是E-DCH服務(wù)小區(qū)。101基本概念基本概念Serving E-DCH cell：E-DCH服務(wù)小區(qū)服務(wù)小區(qū)n UE接收絕對(duì)授權(quán)（Absolute Grants）的小區(qū)。UE只有一個(gè)只有一個(gè)E-DCH服務(wù)小區(qū)服務(wù)小區(qū)。Serving E-DCH RLS or Serving RLS：E-DCH服務(wù)服務(wù)RLSn 包含E-DCH服務(wù)小區(qū)的

9、一個(gè)小區(qū)集合，UE只有一個(gè)服務(wù)只有一個(gè)服務(wù)RLS，在服務(wù)，在服務(wù)RLS下，下，UE可以接收合并一個(gè)相對(duì)授權(quán)可以接收合并一個(gè)相對(duì)授權(quán)。Non-serving E-DCH RLS or Non-serving RLS：非服務(wù)：非服務(wù)E-DCH RLSn 不包含E-DCH服務(wù)小區(qū)的一個(gè)小區(qū)集合，UE可以沒(méi)有、有一個(gè)或多個(gè)非服務(wù)可以沒(méi)有、有一個(gè)或多個(gè)非服務(wù)RLS，在非服務(wù)在非服務(wù)RLS下，下，UE只可以接收一個(gè)相對(duì)授權(quán)只可以接收一個(gè)相對(duì)授權(quán)。E-DCH active set：E-DCH激活集激活集n 與UE之間有E-DCH承載的小區(qū)集合。102HARQ 快速混合快速混合ARQ技術(shù)技術(shù)n HARQ是一種

10、糾錯(cuò)技術(shù)，而混合（Hybrid）即是對(duì)前向糾錯(cuò)碼（FEC）和重傳（ARQ）的綜合。n HARQ功能分別位于Node B和UE的MAC-e實(shí)體中n HSUPA的快速的快速HARQ的基本原理是在的基本原理是在NodeB增加增加HARQ功能實(shí)體，如果沒(méi)有正確接功能實(shí)體，如果沒(méi)有正確接收，收，Node B將請(qǐng)求將請(qǐng)求UE重傳上行分組數(shù)據(jù)。重傳上行分組數(shù)據(jù)。n 在上行方向，HARQ采用N信道停止和等待HARQ協(xié)議（NSAW）。n 在HSUPA中，HARQ進(jìn)程數(shù)與TTI有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系：10msTTI對(duì)應(yīng)4個(gè)HARQ進(jìn)程，2msTTI對(duì)應(yīng)8個(gè)HARQ進(jìn)程。HARQ的主要作用是減小傳輸時(shí)延，提高 UE和系統(tǒng)

11、的吞吐率103HARQ的重傳合并方式的重傳合并方式n CC方式重傳的信息和第一次發(fā)送的內(nèi)容完全一樣，這樣UE在解碼前，先把重傳的信息進(jìn)行最大比合并后，再進(jìn)行解碼，提高解碼增益。n IR方式的重傳支持兩種類(lèi)型：l一種是重傳時(shí)發(fā)送和前次發(fā)送完全不一樣的冗余信息，該信息只有和第一次發(fā)送的信息合并后才可以解碼；l另外一種是重傳時(shí)發(fā)送和前次完全不一樣的冗余信息，但該信息是可以自解碼的。在每次HARQ重傳時(shí)，通過(guò)給定增量冗余方式，提高譯碼前向糾錯(cuò)的能力。 上行HARQ的前向糾錯(cuò)，可以分為CC（Chase Combining）以及IR（Incremental Redundancy）兩種方式。 Node B可

12、以使用不同方法來(lái)合并單個(gè)分組的多個(gè)重傳，從而降低各個(gè)傳輸要求的接收Ec/No。 通過(guò)HARQ，HSUPA可有效的提高數(shù)據(jù)傳輸速率和減小傳輸時(shí)延。104HSUPA HARQ重傳與重傳與R99 RLC級(jí)重傳比較級(jí)重傳比較n 通過(guò)快速HARQ，首次傳輸?shù)哪繕?biāo)BLER 可能明顯的高一些，這是因?yàn)榕cRLC級(jí)重傳相比，重傳接收出錯(cuò)的分組的延遲有明顯的下降。n 更高的BLER target可以降低傳輸一定速率的數(shù)據(jù)時(shí)要求的UE傳輸功率。因此對(duì)相同的小區(qū)負(fù)荷，快速HARQ可以提高小區(qū)容量。n 在數(shù)據(jù)速率固定時(shí)，降低每個(gè)比特的能量還有助于改善覆蓋距離。105快速分組調(diào)度技術(shù)快速分組調(diào)度技術(shù)n 在R99/R4/R

13、5中，分組調(diào)度功能位于RNC中。 n 在HSUPA中，調(diào)度功能位于Node B中，且調(diào)度周期可能會(huì)較短（2ms），可以實(shí)現(xiàn)最新的調(diào)度決策，從而更好地利用提供的上行空中接口容量。nRNC控制的分組調(diào)度會(huì)引入一定的延時(shí)，不能快速地反映當(dāng)前時(shí)變信道的狀況，因此不能進(jìn)行快速的鏈路自適應(yīng)和快速分組調(diào)度。n在HSUPA系統(tǒng)中，Node B的分組調(diào)度實(shí)體可以直接使用物理層實(shí)時(shí)測(cè)量的信息、內(nèi)部的統(tǒng)計(jì)信息以及UE報(bào)告的信息進(jìn)行調(diào)度，這樣可以及時(shí)利用不同用戶的信道狀況和衰落特性，減少系統(tǒng)的傳輸延時(shí)。106快速上行分組調(diào)度快速上行分組調(diào)度n 作為服務(wù)Node B為服務(wù)E-DCH小區(qū)下的UEs分配上行資源。 n 作為

14、非服務(wù)Node B檢測(cè)其他小區(qū)的干擾，并向UEs發(fā)送相對(duì)授權(quán)信息。n 在缺乏處理資源時(shí)向SRNC報(bào)告。無(wú)線分組調(diào)度是區(qū)分上下行的，但資源控制復(fù)雜度不同n 下行方向： Node B容易了解各個(gè)業(yè)務(wù)流占用緩存的情況，且下行總功率資源是集中控制的，Node B可以精確分配和回收功率資源，從而有效控制系統(tǒng)負(fù)荷、保證各種業(yè)務(wù)的QoS。n 上行方向：上行業(yè)務(wù)流信息需要通過(guò)無(wú)線信道報(bào)告給Node B，這樣就存在延時(shí)和不確定性。上行方向，每個(gè)UE都有自己的功率資源，由于無(wú)線信道的時(shí)變特性和碼資源的限制等因素，導(dǎo)致對(duì)上行系統(tǒng)資源即上行鏈路總功率的精確控制更為復(fù)雜，增加了上行分組調(diào)度的復(fù)雜性。Node B調(diào)度器的

15、功能：1072ms TTIE-DCH 類(lèi)別類(lèi)別最大最大E-DCH信道數(shù)信道數(shù)最小最小擴(kuò)頻因子擴(kuò)頻因子TTI類(lèi)型類(lèi)型最大傳輸塊大小最大傳輸塊大小(10ms TTI)最大傳輸塊大小最大傳輸塊大小(2ms TTI)Category 11SF410 ms TTI only7110-Category 2 2SF410 ms and2 ms TTI144842798Category 32SF410 ms TTI only14484-Category 42SF210 ms and2 ms TTI200005772Category 52SF210 ms TTI only20000-Category 64SF2