WCDMA基本原理.ppt

1、1,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,2,FDMA Frequency Division Multiple Access 頻分多址,TDMA Time Division Multiple Access 時(shí)分多址,CDMA Code Division Multiple Access 碼分多址,多址技術(shù),3,FDMA,TDMA,CDMA,多址技術(shù),4,CDMA是由多個(gè)碼分信道共享載頻頻道的多址接入技術(shù) UMTS 采用W-CDMA寬帶碼分多址技術(shù) 擴(kuò)頻碼分多址的特點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng) 隱蔽性好 Gp 擴(kuò)頻增益表征擴(kuò)頻通信抗

2、干擾的能力，擴(kuò)頻增益與W/R成正比 W為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬，R為信息帶寬 例: UMTS中：W=3.84Mchip/s、 Rvoice=12kbit/s Gp=10log(3.84M/12k)=25dB 抗衰落、抗多徑干擾 頻譜利用率高：小區(qū)復(fù)用系數(shù)=1,寬帶碼分多址,5,A,A,發(fā)信機(jī)2,A,A,Code 1,Code 1,B,B,B,Code 2,接收機(jī)1,無(wú)線信道,發(fā)信機(jī)1,碼分多址接入,此接收機(jī)1只能處理發(fā)信機(jī)1發(fā)送的信號(hào),它們有相同的地址碼,6,發(fā)信機(jī)2,A,A,Code 1,B,B,Code 2,無(wú)線信道,發(fā)信機(jī)1,A,?,Code 1,B,接收機(jī)1,碼分多址接入,此接收機(jī)1不能處理發(fā)信

3、機(jī)2發(fā)送的信號(hào),它沒(méi)有對(duì)應(yīng)的地址碼,7,無(wú)線信道,Receiver,A,A,Transmitter,擴(kuò)頻,解擴(kuò),Noise,A,A,寬帶擴(kuò)展 擴(kuò)頻即用戶信號(hào)乘上一個(gè)高速序列碼(片),大大提高了原信號(hào)的速率，增加了信號(hào)帶寬，從而降低了能量譜密度(隱蔽性,低輻射) 寬帶擴(kuò)頻，即擴(kuò)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信號(hào)帶寬 W=3.84Mchip/s、 Rvoice=12kbit/s,寬帶擴(kuò)展,8,f,P,W,Processing Gain,Rb,Despreading,擴(kuò)頻增益 Pg=W/R (W=3.84Mchips/s) 收發(fā)信設(shè)備在擴(kuò)頻/解擴(kuò)處理后得到的增益 使發(fā)射信號(hào)能量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于干擾和噪聲 原始信

4、號(hào)R帶寬越窄,擴(kuò)頻增益Pg越大,即增加的冗余比特越多,越安全,擴(kuò)頻增益,9,擴(kuò)頻,解擴(kuò),C1xC2=0, C1,C2,有正交性,直序擴(kuò)頻技術(shù),10,寬帶擴(kuò)頻 擴(kuò)頻即用戶信號(hào)乘上一個(gè)高速序列碼(片),大大提高了原信號(hào)的速率，增加 了信號(hào)帶寬，從而降低了能量譜密度 寬帶擴(kuò)頻，即擴(kuò)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信號(hào)帶寬,Power,Time,Frequency,One user, one code,Carrier 1,Carrier 2,直序擴(kuò)頻技術(shù),11,空中接口擴(kuò)頻信號(hào)和解擴(kuò)后的信號(hào),Pg 擴(kuò)頻增益 Pg = chip rate / bit rate of service S (解擴(kuò)后信號(hào))= S (解

5、擴(kuò)前信號(hào)) + Pg( 擴(kuò)頻增益) Safterdespreading/N Eb/Notarget (保證不同業(yè)務(wù)Qos的能噪比),直序擴(kuò)頻技術(shù),12,1/T bit,Power,T bit,f,bits,DATA,ChannelizationCode,ScramblingCode,SpreadData,chips,1,2,3,1,2,3,擴(kuò)頻過(guò)程,13,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,14,擴(kuò)頻和加擾,A,A,B,C,B,C,A,B,C,空中接口,調(diào)制,展寬分兩步： 擴(kuò)頻：擴(kuò)頻碼 與業(yè)務(wù)速率有關(guān)，展寬到3.8

6、4Mchips/s 加擾：擾碼 不影響信號(hào)帶寬，下行用于標(biāo)識(shí)小區(qū)，上行用于識(shí)別終端,15,Walsh Codes 沃爾什碼 正交沃爾什碼(擴(kuò)頻碼) 碼的長(zhǎng)度 IS-95: 64 碼的長(zhǎng)度 W-CDMA: 4 到 256 碼的長(zhǎng)度 = SF spreading factor = Pg processing gain 第一個(gè)碼 (“C0”) 用于pilot導(dǎo)頻,擴(kuò)頻碼/擾碼,16,Downlink,擴(kuò)頻碼/擾碼,17,Uplink,擴(kuò)頻碼/擾碼,18,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,19,多徑接收機(jī)原理,傳統(tǒng)情況

7、多徑信號(hào)被視為干擾 多徑接收機(jī) 多徑接受機(jī)能同時(shí)處理多路信號(hào) 有效地克服多徑干擾 合并多路信號(hào),提高接收性能 多徑接收機(jī)作用于： 多徑分集 多業(yè)務(wù)（一個(gè)手機(jī)幾個(gè)業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行） 軟切換,20,原始信號(hào) 接收信號(hào) 修正信號(hào) 合并信號(hào),Finger 1 Finger 2 Finger 3,at each time delayphase shifting by adding,多徑接收機(jī)原理,多徑接收機(jī)的原理 多徑信號(hào)被最大化合并,21,多徑接收機(jī)-多徑分集（1）,多徑接收機(jī)的原理 有效利用了信道相干時(shí)間形成的時(shí)間分集效應(yīng) 多徑信號(hào)經(jīng)過(guò)相關(guān)處理被合并 多徑時(shí)延須大于1個(gè)碼片的時(shí)延, 0.26us=78m

8、 通常環(huán)境：1us (300m) 市區(qū) 20us(6000m) 山區(qū),22,A,?,接受機(jī),A,A,發(fā)信機(jī),編碼,解碼,A,直達(dá)信號(hào),反射信號(hào),A,A,A,A,A,色散 一個(gè)碼片時(shí)長(zhǎng) 多徑接收機(jī)不能提供多徑分集,直達(dá)信號(hào),反射信號(hào),編碼,解碼,發(fā)信機(jī),接受機(jī),色散 一個(gè)碼片時(shí)長(zhǎng) 多徑接收機(jī)能提供多徑分集,提高信號(hào)增益,多徑接收機(jī)-多徑分集（2）,23,S,S,多媒體接受機(jī),S,S,發(fā)信機(jī),Code 1,D,D,D,Code 2,D,Code 1,Code 2,空中信道,多徑接收機(jī)-多業(yè)務(wù),一個(gè)手機(jī)多種業(yè)務(wù) 通常一種業(yè)務(wù)一個(gè)地址碼,24,A,A,基站2,A,A,Code 1,Code 1&2,A

9、,A,A,Code 2,手機(jī),基站1,空中信道,多徑接收機(jī)-軟切換,軟切換 同一頻率 每一條路徑有一個(gè)地址碼 手機(jī)同時(shí)處理不同路徑的信號(hào),25,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,26,硬切換 不同頻率間的切換 先斷后通，如GSM網(wǎng)絡(luò) 軟切換 相同頻率間的切換 多條無(wú)線鏈路的連接 先通后斷，減少掉話 Marco Diversity宏分集增益 需要更多的網(wǎng)絡(luò)資源 分配不同的擴(kuò)頻碼,軟切換,27,硬切換與軟切換,先斷后連,先連后斷,硬切換,軟切換,28,Soft HO,Softer HO,Node B,軟切換/更軟切換

10、,軟切換分類 軟切換 連接不同Node B 更軟切換 連接同一Node下 的不同扇區(qū),29,軟切換/更軟切換,軟切換- Soft HO 不同Node B的連接 更軟切換 - Softer HO 同一Node下的不同扇區(qū)的連接 上行軟切換在RNC中進(jìn)行多徑合并； 上行更軟切換在NodeB中進(jìn)行多徑合并； 下行的軟切換都在UE中合并,30,軟切換,軟切換/更軟切換過(guò)程舉例,delta T,delta T,delta T,Pilot cell 1,Pilot cell 2,Pilot cell 3,Cell 1 connected,Event 1A Add cell 2,Event 1C Repla

11、ce cell 1 with cell 3,Event 1B Remove cell 3,Reporting_Range - Hysteresis_event 1A,Hysteresis_event1C,Reporting_Range + Hysteresis_event 1B,31,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,32,Node B,MS2,MS1,為什么要功控？,WCDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，存在遠(yuǎn)近效應(yīng) 遠(yuǎn)近效應(yīng)：離基站很近的手機(jī)上行信號(hào)可能會(huì)屏蔽其他手機(jī)的信號(hào) 上圖中，若MS2不采用功控，MS1信號(hào)很難被

12、接受到 功率控制的目的 維持高質(zhì)量通信,減少無(wú)線干擾,提高系統(tǒng)整體容量 所有到達(dá)基站的信號(hào)功率相同(上行),減少對(duì)其他基站的干擾(下行),33,WCDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，遠(yuǎn)近效應(yīng) 功率控制目的是維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾 開(kāi)環(huán)功率控制 移動(dòng)臺(tái)根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，調(diào)整發(fā)射功率 閉環(huán)功率控制 內(nèi)環(huán)功控 基站根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，利用功率控制比特指示 移動(dòng)臺(tái)調(diào)整輸出功率（快速功控 1500Hz） 外環(huán)功控 RNC根據(jù)接收到的測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，調(diào)整SIR target值 SIR target初始化值由RNC給出,功率控制,34,UE,RNC,Node B,開(kāi)環(huán)功率控制（無(wú)反饋）,閉環(huán)功率控制（有

13、反饋）,UE,Node B,外環(huán),內(nèi)環(huán),功率控制,35,如果接受到的信號(hào) ”強(qiáng)” 那么UE 將說(shuō)的 ”輕” 一些,Node B,Node B,1,2,1,2,如果接受到的信號(hào) ”弱” 那么UE 將說(shuō)的 ”響” 一些,問(wèn)題： 上下行信號(hào)強(qiáng)度不平衡 開(kāi)環(huán)功控不是很精確，只用于無(wú)線接入初期,開(kāi)環(huán)功率控制,開(kāi)環(huán)功控,36,閉環(huán)功率控制是快速功控 內(nèi)環(huán)：Node-B根據(jù)SIR估算，控制UE的發(fā)射功率 SIR測(cè)量估算每0.66ms執(zhí)行一次 (1500Hz 控制指令速率) 外環(huán)：RNC根據(jù)SIR測(cè)量估算，控制調(diào)整SIRtarget值,Node B,閉環(huán)功率控制,.,”Power down”,”Power u

14、p”,”Power down”,”Power .”,SIR estimation,SIR estimation,SIR estimation,SIR estimation,SIR target,閉環(huán)功控,37,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,38,Without TxDiv,With TxDiv,發(fā)射分集,發(fā)射分集TxDiv TxDiv兩種方式： 開(kāi)環(huán)STTD方式 閉環(huán)方式 對(duì)下行鏈路起作用 需要增加第二功放 需要設(shè)備支持,39,開(kāi)環(huán)發(fā)射分集 TSTD: Time Switched Transmit Diver

15、sity STTD: Space Time block coding based Transmit antenna Diversity PCCPCH, SCCPCH, DPCH, PICH, PDSCH, AICH, CSICH,發(fā)射分集,40,閉環(huán)發(fā)射分集,Interleaving,Channel Coding,Multiplex,TPC,TFCI,Data,Antenna1,Antenna2,Spreading,Pilot,Filter,Filter,RF,RF,Uplink DPCCH (FBI field),w1,w2,發(fā)射分集,41,TSTD,STTD,P-CCPCH,-,X,-,S

16、CH,X,-,-,S-CCPCH,-,X,-,DPCH,-,X,X,PICH,-,X,-,PDSCH,-,X,X,AICH,-,X,-,CSICH,-,X,-,OPEN LOOP,CLOSED LOOP,CHANNEL,發(fā)射分集,下行物理信道應(yīng)用情況,42,碼分多址和擴(kuò)頻 擴(kuò)頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無(wú)線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,43,RRM 目的,RRM 是管理無(wú)線資源的一系列算法: 最大化利用已有的無(wú)線資源 功率控制算法 切換算法 無(wú)線資源分配 根據(jù)QoS 的要求，選擇哪種類型的傳輸信道，傳輸格式 允許接入控制 哪些條件下允許新用戶進(jìn)入？ 負(fù)荷控制

17、 (擁塞控制) 如何避免擁塞？ RRM所有的層都由RRC層控制管理,44,RACH / FACH 快速建立,非連續(xù)傳送 無(wú)軟切換和開(kāi)環(huán)功控,CPCH / DSCH 無(wú)時(shí)延保證 無(wú)軟切換,但快速功控,DCH / DCH 在傳輸(TFS)期間, 比特速率可以變化 軟切換和快速功控,上行 / 下行,短分組數(shù)據(jù) 需立即傳送的突發(fā)業(yè)務(wù),中等分組數(shù)據(jù) 允許時(shí)延不敏感的突發(fā)業(yè)務(wù),大的分組數(shù)據(jù) 低時(shí)延的恒定和可變 速率業(yè)務(wù) (LCD) 高比特速率,公共信道,共享信道,專用信道,傳輸信道分配策略,45,10ms radio frame,RRC level: allocation of 1 TF MAC leve

18、l: use of the allocated TF,RRC level: allocation of a pool TFs (TF1, TF2, TF3.) MAC level: selection of according to the instantaneous buffer status,RRC level: Radio Bearer reconfiguration, allocation of a new pool of TFs (TF1, TF2.) MAC level: selection of TF among new pool of TFs,TF,TF1,TF2,TF3,TF

19、1,TF1,高速率變更,電路接入模式,半電路 接入模式,傳輸信道的接入模式,46,接入控制,無(wú)線承載建立和修改所執(zhí)行的算法 檢測(cè)新的接入是否回影響在用連接的質(zhì)量 上下行分開(kāi),獨(dú)立測(cè)量估算 1) 上行鏈路準(zhǔn)入控制的判斷條件是: Irxpwr Interference_level_threshold （Irxpwr 是Node B測(cè)量到的小區(qū)總的干擾水平，即 RSSI） 2)下行鏈路準(zhǔn)入控制的判斷條件是: Ptxpwr + PInitTxPower P total_transmission_power_threshold （Ptxpwr 是Node B測(cè)量到下行總的發(fā)射功率，PInitTxPower 是接入請(qǐng)求所需要的功率）,47,負(fù)荷控制,負(fù)荷控制 (擁塞控制) 保證系統(tǒng)穩(wěn)定且不過(guò)載的算法 一旦網(wǎng)絡(luò)有擁塞，將采取一定對(duì)策(如:小區(qū)呼吸效應(yīng)) 系統(tǒng)超負(fù)荷狀態(tài)將被避免的 可能的控制動(dòng)作 功率控制 硬切換或軟切換 調(diào)整AMR語(yǔ)音速率 調(diào)整分組數(shù)據(jù)的吞吐率 (如：PS384-PS144) 小區(qū)呼吸，掉話,48,負(fù)荷控制舉例,小區(qū)的呼吸效應(yīng) 隨著激活終端的增多,干擾增加 高速業(yè)務(wù)增加,干擾增加 總的干擾 ，服務(wù)質(zhì)量 小區(qū)覆蓋范圍收縮 產(chǎn)生覆蓋盲點(diǎn) 用戶在小區(qū)邊緣地帶