華為課件WCDMA基本原理.ppt

1、WCDMA系統(tǒng)基本原理,無線案例與培訓部 WRAN培訓組,Page 2,學習完此課程，您將會： 掌握WCDMA系統(tǒng)的發(fā)展歷程 掌握WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及無線網(wǎng)絡接口 掌握CDMA技術的基本原理 掌握WCDMA系統(tǒng)無線信道類型及其功能 掌握WCDMA系統(tǒng)主要的信令流程,目 標,Page 3,內(nèi)容介紹,第1章 3G概述 第2章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 CDMA基本原理 第4章 WCDMA無線接口 第5章 WCDMA接口協(xié)議與信令流程,Page 4,什么是3G?,討論篇-請思考,Page 5,移動通信發(fā)展歷程,3G為用戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案,Page 6,3G標準化組織,Page

2、7,3G頻譜分配,Page 8,中國3G頻譜分配（2009年1月）,（一）中國電信： 頻分雙工（FDD）方式：19201935MHz21102125MHz （二）中國聯(lián)通： 頻分雙工（FDD）方式：19401955MHz21302145MHz （三）中國移動： 時分雙工（TDD）方式：1880-1900MHz和20102025MHz,Page 9,WCDMA能夠使用的頻段,（一）主要工作頻段： 19201980MHz21102170MHz WCDMA頻點計算公式：頻點號頻率5 上行中心頻點號：96129888 下行中心頻點號：1056210838 （二）補充工作頻率： 17551785MHz1

3、8501880MHz 中國移動和中國聯(lián)通目前已有的GSM頻段以后可以用于WCDMA,Page 10,WCDMA的擴展頻段,Page 11,討論篇-開動腦筋,“Service is the life of 3G” 你怎么理解 ? 3G將會給我們的生活帶來那些改變 ? 3G的業(yè)務是如何分類的 ?,Page 12,豐富的3G業(yè)務,時延,誤碼,不同業(yè)務QOS要求,會話類業(yè)務,流類業(yè)務,交互類業(yè)務,背景類業(yè)務,Page 13,內(nèi)容介紹,第1章 3G概述 第2章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 CDMA基本原理 第4章 WCDMA無線接口 第5章 WCDMA接口協(xié)議與信令流程,Page 14,WCDMA協(xié)議版

4、本的演進,R99,保留2G/2.5G核心網(wǎng) 核心網(wǎng)分CS電路域和PS分組域 接入網(wǎng)引入WCDMA RAN 核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATM,R4,保留WCDMA R99 RAN 核心網(wǎng)電路域采用NGN架構(gòu)，以IP承載話音業(yè)務,核心網(wǎng)增加IM（IP多媒體域），增強IP QoS能力 接入網(wǎng)增加HSDPA功能，單載波下載高達14.4Mbps的數(shù)據(jù)接入能力 接入網(wǎng)向IP RAN方向發(fā)展,2000,2001,2002,規(guī)范完成時間,全IP解決方案 HSUPA Phase II 單載波上載速率高達5.76Mbps HSPA(64QAM, CPC,MIMO) LTE (OFDMA , MIMO),20

5、04,Page 15,WCDMA RAN體系結(jié)構(gòu),Page 16,WCDMA R5網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),GSM /GPRS BSS,BTS,BSC,NodeB,RNC,PCU,UTRAN,SCP,SMS,SCE,HLR/AUC/HSS,SGSN,CG,BG,GGSN,GPRS backbone,CN,MGW,MGW,VMSC Server,GMSC Server,IP/ATM Backbone,CS domain,PS domain,Iu-CS,Iu-PS,IP backbone,MRFP,IMS domain,MGW,P-CSCF,S-CSCF,MGCF,MRFC,RAN,SS7,PSTN/PLMN,I

6、nternet, Intranet,Page 17,內(nèi)容介紹,第1章 3G概述 第2章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 CDMA基本原理 第4章 WCDMA無線接口 第5章 WCDMA接口協(xié)議與信令流程,Page 18,內(nèi)容介紹,第3章 CDMA基本原理 3.1 雙工技術與多址技術 3.2 擴頻通信原理,Page 19,雙工技術,TDD方式上下行頻率相同 可用于任何頻段 適合于上下行非對稱及對稱業(yè)務 FDD方式上下行頻率配對 需要成對頻段 適合于上下行對稱業(yè)務；,Page 20,多址技術,Page 21,碼分多址（CDMA）的技術特點,優(yōu)點 頻率復用度高，頻譜利用率大大提高 CDMA系統(tǒng)的用戶容量

7、是軟容量，具備一定的話務自適應能力（小區(qū)呼吸） 缺點 CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)用戶互相干擾 技術實現(xiàn)難度大：功率控制技術、負載控制技術等,Page 22,內(nèi)容介紹,第3章 CDMA基本原理 3.1 雙工技術與多址技術 3.2 擴頻通信原理,Page 23,擴展頻譜（SS:Spread Spectrum)通信簡稱擴頻通信。 擴頻通信技術:在發(fā)端采用擴頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在收端采用相同的擴頻碼進行相關解調(diào)來解擴以恢復所傳信息數(shù)據(jù)。,直接序列擴展頻譜DSSS CDMA采用的是直接序列擴頻，即將需要傳送的信號與速率遠大于信息速率的偽隨機序列編碼（擴頻碼）直接混

8、合，這樣調(diào)制信號的頻譜寬度遠大于原來信息的頻譜寬度。,擴頻通信的定義,Page 24,擴頻通信就是將信號的頻譜展寬后進行傳輸?shù)募夹g。 其理論基礎為Shannon定理： C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，單位b/s B：信號頻帶寬度，單位Hz S：信號平均功率，單位W N：噪聲平均功率，單位W,結(jié)論：在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質(zhì)量.,擴頻通信的理論基礎,Page 25,擴頻碼速率：3.84Mc/s； 擴頻碼：OVSF碼。,直接擴頻通信,Page 26,擴頻與解擴（DS-C

9、DMA）,Page 27,擴頻過程中的頻譜變化,Page 28,擴頻通信的技術特點,優(yōu)點 抗干擾能力強 保密性強：擴頻后的信號近似白噪聲 低發(fā)射功率 大容量通信 缺點 占用帶寬較大,Page 29,內(nèi)容介紹,第1章 3G概述 第2章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 CDMA基本原理 第4章 WCDMA無線接口 第5章 WCDMA接口協(xié)議與信令流程,Page 30,內(nèi)容介紹,第4章 WCDMA無線接口 4.1 WCDMA無線接口關鍵技術 4.2 WCDMA無線信道,Page 31,WCDMA通信模型,信源 解碼,信源 編碼,Interleaving,deinterleaving,信道編碼 交織,去交

10、織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page 32,WCDMA的信源編碼,系統(tǒng)采用AMR（Adaptive Multi-Rate）語音編碼 多速率：8種編碼速率，從12.2Kbps到4.75Kbps，與目前各種主流移動通信系統(tǒng)（如GSM，IS-95，PDC等）使用的編碼兼容，利于設計多模終端； 多種語音速率與目前各種主流移動通信系統(tǒng)使用的編碼方式兼容，有利于設計多模終端； 根據(jù)用戶離基站遠近，自動調(diào)整語音速率，減少切換，減少掉話； 根據(jù)小區(qū)負荷，自動降低部分用戶語音速率，可以節(jié)省部分功率，從而容納更多用戶；,Page 33,WCDMA通信模型,信源

11、解碼,信源 編碼,Interleaving,deinterleaving,信道編碼 交織,去交織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page 34,WCDMA的信道編碼,信道編碼的作用：在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，增加符號間的相關性，以便在受到干擾的情況下恢復信號。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 22 33 44 55 66 77 88 99 編碼類型 語音業(yè)務：卷積碼（1/2、1/3），約束長度為9，加8個尾比特 數(shù)據(jù)業(yè)務：Turbo碼（1/3），兩個8狀態(tài)的并行級聯(lián)卷積碼構(gòu)成，加6個尾比特,Page 35,交織,交織的作用：打亂符號間的相

12、關性，減小信道快衰落和干擾帶來的影響,Page 36,WCDMA通信模型,信源 解碼,信源 編碼,Interleaving,deinterleaving,信道編碼 交織,去交織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page 37,擴頻解擴過程,Page 38,碼序列的正交 累加為0表示正交,碼序列的正交性,Page 39,WCDMA的擴頻碼：OVSF,OVSF：正交可變擴頻因子，由Walsh矩陣生成,SF = 1,SF = 2,SF = 4,Cch,1,0 = (1),Cch,2,0 = (1,1),Cch,2,1 = (1,-1),Cch,4,0 =(

13、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),Page 40,信道化碼的特點,1.分配碼的前提： 要保證其到樹根路徑上和其子樹上沒有其它碼被分配； 2.分配碼的結(jié)果： 會阻塞掉其子樹上的所有低速擴頻碼和其到根路徑上的高速擴頻碼；,Page 41,三個結(jié)果中任取一個,碼分配示例,Page 42,OVSF碼的用途,在下行信道，OVSF用于區(qū)分用戶 在上行信道，OVSF用于區(qū)分同一個用戶的不同業(yè)務,Page 43,WCDMA通信模型,信源 解碼,信源 編碼,Interleaving,deinter

14、leaving,信道編碼 交織,去交織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page 44,數(shù)據(jù) 比特,擴頻后 碼片,擾碼使用戶信息偽隨機化，加強保密性 WCDMA擾碼是兩個m序列（最大長度線性移位寄存器序列）的疊加，成為Gold碼序列。 擾碼分為上行擾碼和下行擾碼，作用不一樣,擾碼介紹,Page 45,WCDMA的擾碼：GOLD序列,在上行信道，擾碼用于區(qū)分用戶 上行有224個上行長擾碼和224個上行短擾碼 在下行信道，擾碼用于區(qū)分小區(qū)（扇區(qū)載頻） 下行有2 181262143個擾碼，但目前只使用08191號擾碼中的主擾碼。 0，1，8191，分為51

15、2個集合，每個集合包括一個主擾碼和15個次級擾碼。 512個主擾碼又可以分為64個擾碼組，每組由8個主擾碼組成 擾碼每10ms重復一次，長度是38400chips,Page 46,下行擾碼,集0,集1,集511,主擾碼0,從擾碼1,從擾碼15,主擾碼 51116,從擾碼 511161,從擾碼 5111615,8192個擾碼,512集,每集分為1個主擾碼，15個從擾碼,目前系統(tǒng)主要采用主擾碼,主擾碼和從擾碼,Page 47,WCDMA通信模型,信源 解碼,信源 編碼,Interleaving,deinterleaving,信道編碼 交織,去交織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻

16、發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page 48,WCDMA的調(diào)制,調(diào)制的作用 把需要傳遞的信息送上射頻信道 采用不同的調(diào)制方式可以極大地影響空中接口提供數(shù)據(jù)業(yè)務的能力 R99/R4：采用QPSK，下行最大數(shù)據(jù)速率2.7Mbps HSDPA：采用16QAM，下行最大數(shù)據(jù)速率14.4Mbps,Page 49,WCDMA調(diào)制方式,調(diào)制方式QPSK（HSDPA階段引入16QAM調(diào)制）,Page 50,WCDMA通信模型,信源 解碼,信源 編碼,Interleaving,deinterleaving,信道編碼 交織,去交織 信道解碼,加擾,解擾,擴頻,解擴,調(diào)制,解調(diào),射頻發(fā)射,射頻接收,無線信道,Page

17、51,實部 與 虛部 分離,脈沖 成型,脈沖 成型,串 并 轉(zhuǎn) 換,串 并 轉(zhuǎn) 換,下行物理 信道1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G2,下行物理 信道2,Gp,Gp,P-SCH,S-SCH,cos(wt),-sin(wt),Re(T),Im(T),物理信道擴頻調(diào)制過程-下行,Page 52,實部 與 虛部 分離,脈沖 成型,脈沖 成型,cos(wt),-sin(wt),Sdpch,n,Re(S),Im(S),Cd,1,d,I,cc,Q,j,I+jQ,DPDCH1,Cd,3,d,DPDCH3,Cd,5,d,DPDCH5,Cd,2,

18、d,DPDCH2,Cd,4,d,DPDCH4,Cd,6,d,DPDCH6,cc,Cc,c,DPCCH,Q,物理信道擴頻調(diào)制過程-上行,Page 53,無線通信的大敵：衰落,Page 54,快衰落的類型,空間選擇性衰落 在不同地點（空間）衰落特性不一樣 一般是由于物體反射形成 時間選擇性衰落 在不同時間衰落特性不一樣 主要是快速移動用戶引起的多普勒頻移造成 頻率選擇性衰落 在不同頻率衰落特性不一樣 主要由寬帶信號的時間色散引起,Page 55,分集技術克服快衰落的主要手段,空間選擇性衰落 空間分集：分集天線水平距離大于10倍波長 極化分集：兩接收天線極化方向正交 發(fā)射分集：克服大尺度衰落，可以提

19、高下行覆蓋，使WCDMA基站覆蓋與GSM 900相當，從而支持WCDMA與GSM共站址建設！ 時間選擇性衰落 時間分集信道交織、 RAKE接收機 頻率選擇性衰落 頻率分集跳頻、擴頻,Page 56,RAKE接收機,RAKE 接收技術有效地克服多徑干擾，提高接收性能,Page 57,RAKE接收,A,?,接收,A,A,發(fā)射,coding,A,直射信號,反射信號,如果時間差 1 碼片長度,A,A,A,A,A,decoding,直射信號,反射信號,發(fā)射,接收,如果時間差 1 碼片長度,coding,decoding,Page 58,WCDMA的快速功率控制,功率控制速度達到1500次/秒，功控速度大

20、于衰落速度，可以有效地克服陰影衰落和快衰落 降低網(wǎng)絡干擾，提高系統(tǒng)質(zhì)量和容量 省電，延長手機的通話時間,Page 59,三種功率控制,開環(huán) 從信道中測量干擾條件，并調(diào)整發(fā)射功率；,閉環(huán)內(nèi)環(huán) 測量信噪比和目標信噪比（SIR Tar）相比較，并發(fā)送指令調(diào)整發(fā)射功率（WCDMA閉環(huán)功率控制頻率為1500Hz）； 若測定SIR目標SIR， 降低移動臺發(fā)射功率； 若測定SIR目標SIR， 增加移動臺發(fā)射功率；,閉環(huán)外環(huán) 測量誤塊率（BLER），調(diào)整目標信噪比,Page 60,UE,Node B,開環(huán)功率控制的目的：提供初始發(fā)射功率的粗略估計,開環(huán)功率控制,Page 61,UE,外環(huán),內(nèi)環(huán),1500Hz,

21、測量接收信號 SIR并比較,10-100Hz,設置SIRtar,測量接收數(shù)據(jù) BLER并比較,TPC,設置BLERtar,Node B,閉環(huán)功率控制,Page 62,UE move,Target BS,Source BS,WCDMA的切換硬切換,硬切換的特點 先中斷源小區(qū)的鏈路，后建立目標小區(qū)的鏈路 通話會產(chǎn)生“縫隙” 非CDMA系統(tǒng)都只能進行硬切換,Page 63,WCDMA切換軟切換,軟切換特點 CDMA系統(tǒng)所特有，只能發(fā)生在同頻小區(qū)間 先建立目標小區(qū)鏈路，后中斷源小區(qū)鏈路，可以避免通話“縫隙” 軟切換會比硬切換占用更多的系統(tǒng)資源 當進行軟切換的兩個小區(qū)屬于同一個NodeB時，此時為“更軟

22、切換”;,UE move,Target BS,Source BS,N o “GAP” of communication,Page 64,內(nèi)容介紹,第4章 WCDMA無線接口 4.1 WCDMA無線接口關鍵技術 4.2 WCDMA無線信道,Page 65,信道分類,從不同協(xié)議層次上講，WCDMA承載用戶各種業(yè)務的信道被分為三類: 邏輯信道：直接承載用戶業(yè)務 根據(jù)承載的是控制平面業(yè)務還是用戶平面業(yè)務，分為控制信道和業(yè)務信道 傳輸信道：物理層對MAC層提供的服務 根據(jù)傳輸?shù)氖轻槍σ粋€用戶的專用信息還是針對所有用戶的公共信息，分為專用信道和公共信道 物理信道：各種信息在無線接口傳輸時的最終體現(xiàn)形式,P

23、age 66,信道概念,Page 67,業(yè)務邏輯信道（TCH）,控制邏輯信道（CCH）,專用業(yè)務信道 （DTCH） 公共業(yè)務信道 （CTCH）,廣播控制信道 （BCCH） 尋呼控制信道 （PCCH） 專用控制信道 （DCCH） 公共控制信道 （CCCH）,邏輯信道分類,Page 68,廣播信道 BCH 前向接入信道FACH 尋呼信道 PCH 反向（隨機）接入信道 RACH,專用信道 DCH,公共傳輸信道,專用傳輸信道,傳輸信道分類,Page 69,物理信道分類,物理信道分為上行物理信道和下行物理信道 物理信道可以由某一載波頻率、碼（信道碼和擾碼）、相位確定 多數(shù)信道由無線幀和時隙組成，每一無線

24、幀10ms，包括15個時隙,Data,Slot #0,Slot #1,Slot #14,T,slot,= 2560 chips,T = 10 ms, 38400chips,Data,Slot #i,Page 70,上行公共物理信道 物理隨機接入信道 (PRACH),上行專用物理信道 專用物理數(shù)據(jù)信道 (uplink DPDCH) 專用物理控制信道 (uplink DPCCH),上行物理信道,上行物理信道,Page 71,下行公共物理信道 公共控制物理信道 (CCPCH) 同步信道 (SCH) 尋呼指示信道 (PICH) 捕獲指示信道 (AICH) 公共導頻信道 (CPICH),下行專用物理信道

25、 (downlink DPCH),下行物理信道,下行物理信道,Page 72,傳輸信道和物理信道的映射關系,系統(tǒng)信道分類,Page 73,公共物理信道的功能,SCH（同步信道）：用于小區(qū)搜索 分成主同步信道P-SCH和從同步信道S-SCH CPICH（公共導頻信道）：用于擾碼識別 分成主公共導頻信道P-CPICH和從公共導頻信道S-CPICH P-CPICH：信道碼固定為Cch,256,0，擾碼為主擾碼 P-CPICH是其它下行物理信道的功率基準 從公共導頻信道S-CPICH：主要用于智能天線 P-CCPCH（主公共控制物理信道）：用于承載系統(tǒng)消息 信道碼固定為Cch,256,1 以上信道每個

26、小區(qū)必須配置且僅能配置一條,Page 74,公共物理信道的功能,S-CCPCH（從公共控制物理信道）：用于承載下行信令 PICH（尋呼指示信道）：用于承載尋呼指示，與S-CCPCH成對配置 PRACH（物理隨機接入信道）：用于承載上行信令 接入時隙的間隔為5120chips，代表WCDMA基站最大覆蓋半徑為200公里 AICH（捕獲指示信道）：用于承載對PRACH前綴的捕獲指示，與PRACH成對配置 以上信道每個小區(qū)必須至少配置一條,Page 75,專用物理信道的功能,DPDCH（專用物理數(shù)據(jù)信道）：用于承載用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)，單碼道最大數(shù)據(jù)速率為384Kbps DPCCH（專用物理控制信道）：用

27、于承載控制信息，為DPDCH提供解調(diào)、功控等控制數(shù)據(jù) 上行DPDCH和DPCCH在不同碼道上傳送； 下行DPDCH和DPCCH在同一碼道上以時間復用的方式傳送 當用戶所需數(shù)據(jù)速率大于單碼道最大數(shù)據(jù)速率時，可以采用多碼道傳輸 上行最大數(shù)據(jù)速率：384Kbps6碼道 下行最大數(shù)據(jù)速率：384Kbps7碼道,Page 76,HSDPA物理信道的功能,HS-PDSCH（HSDPA物理下行共享信道）：用于承載用戶的業(yè)務數(shù)據(jù)，單碼道最大數(shù)據(jù)速率為960Kbps HS-SCCH（HSDPA共享控制信道）：用于承載HS-PDSCH信道的控制信令 HS-DPCCH（HSDPA專用物理控制信道）：用于信令傳輸和功

28、率控制 HSDPA最大數(shù)據(jù)速率： 960Kbps15碼道14.4Mbps,Page 77,開機及搜索小區(qū),UE開機并開始搜索網(wǎng)絡； 與所在小區(qū)(SCH)進行同步； 通過P-SCH的基本同步碼（PSC），可以實現(xiàn)時隙同步； 通過S-SCH，可以實現(xiàn)幀同步，并且識別小區(qū)的擾碼碼組； 通過與P-CPICH進行相關計算，得到小區(qū)的下行擾碼； 根據(jù)小區(qū)主擾碼，檢測到BCH(P-CCPCH)，并讀取系統(tǒng)消息，從而獲得小區(qū)的相關基本信息； 偵聽PICH和PCH(S-CCPCH)上的尋呼信息； UE進入IDLE 狀態(tài)； UE準備進行位置更新； 完成位置更新后，UE的位置信息登記到網(wǎng)絡側(cè)，UE進入待機狀態(tài)，可以

29、進行主叫或被叫；,Page 78,第一步：選擇小區(qū)和時隙同步,Page 79,第二步：幀同步和確定擾碼組,Page 80,第三步：確定擾碼號,CPICH是預先定義的符號序列 擴頻因子為256 (Cch,256,0) 采用主擾碼進行加擾 UE根據(jù)確定的擾碼族中的8個主擾碼對CPICH進行解碼，解碼正確的主擾碼即為該小區(qū)的主擾碼,Page 81,解碼P-CCPCH信道獲得廣播消息,P-CCPCH包括當前的SFN和系統(tǒng)廣播消息 P-CCPCH的擴頻因子為256 (Cch,256,1) P-CCPCH用主擾碼加擾 UE可以用主擾碼對P-CCPCH承載的BCH信道進行解碼，獲得系統(tǒng)廣播,Page 82,物理信道的功能,基站Node B,用戶終端UE,Page 83,內(nèi)容介紹,第1章 3G概述 第2章 WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第3章 CDMA系統(tǒng)原理 第4章 WCDMA無線接口 第5章 WCDMA接口協(xié)議與信令流程,Page 84,思考題,所有