NodeB基本知識(shí)講義

...wd......wd......wd...NodeB根本知識(shí)講義TableofContentsTOC\o"1-5"\h\z1.NodeB概貌32.從無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)談起33.UTRAN無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的根本協(xié)議44.從NodeB的外部接口談起54.1Iub接口54.2Uu接口75.NodeB的內(nèi)部架構(gòu)76.接入網(wǎng)概貌〔軟切換、分集〕86.1NodeB的中繼功能說(shuō)明96.2軟切換和分集概念107.射頻相關(guān)知識(shí)117.1線(xiàn)性化117.2射頻常用術(shù)語(yǔ)127.2小區(qū)和扇區(qū)128.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃138.1小區(qū)呼吸現(xiàn)象138.2無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要考慮點(diǎn)138.3WCDMA擴(kuò)容的主要方法149.ReferenceMaterials14FiguresTOC\h\z\c"Figure"Figure1:NodeBSketch3Figure2:AirInterfaceProtocolsinUTRAN4Figure3:TheEntireProtocolsinUTRAN5Figure4:LogicalModelofNodeB6Figure5:RelationshipamongthetransportChannelsandthephysicalChannelsofNodeB7Figure6:TheInnerStructureofNodeB8Figure7:RRCLinkSetupProceduretoexplaintheRELAYfunctionofNodeB10Figure8:StructureofUTRAN11Figure9:StructureofCells12TablesTOC\h\z\c"Table"Table1:Referencetable14這本講義主要是從整體上描述WCDMANodeB，使讀者對(duì)NodeB的來(lái)龍去脈有一個(gè)整體的理解，是WCDMANodeB入門(mén)知識(shí)的一個(gè)引子，以幫助讀者可以更有針對(duì)性的去了解感興趣的內(nèi)容和相關(guān)協(xié)議。由于時(shí)間關(guān)系，不能一一列舉參考資料。1.NodeB概貌NodeBUE塔放NodeBUE塔放天饋RNC電纜或光纖無(wú)線(xiàn)電波LMT/DB-MT(本地維護(hù)調(diào)試終端)基站電源〔AC220V或者蓄電池〕基站備用時(shí)鐘〔GPS或者BITS〕LMT/DB-MT(本地維護(hù)調(diào)試終端)基站電源〔AC220V或者蓄電池〕基站備用時(shí)鐘〔GPS或者BITS〕FigureSEQFigure\*ARABIC1:NodeBSketch接下來(lái)的章節(jié)將從NodeB的兩個(gè)接口〔天線(xiàn)側(cè)和RNC側(cè)〕逐步由外向內(nèi)，來(lái)說(shuō)明NodeB的原理，下面先從無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)談起。2.從無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)談起與有線(xiàn)信道相比，無(wú)線(xiàn)信道具有易受干擾，不穩(wěn)定等特點(diǎn)，比方大尺度衰減和小尺度衰減等等。由于WCDMA無(wú)線(xiàn)信道所在的波段為微波，具有直線(xiàn)傳播和反射的特點(diǎn)，接收點(diǎn)的信號(hào)往往為多條路徑信號(hào)的合成。為了增加其可靠性，必須在信道編碼、調(diào)制方式、分集、信令、以及多址接入方式等方面，采取各種技術(shù)。信道編碼的主要思想是增加冗余信息〔比方卷積編碼，CRC校驗(yàn)等技術(shù)〕和進(jìn)展信息交織〔將集中的信息比特在時(shí)間軸錯(cuò)開(kāi)〕，以減小各種瞬間突發(fā)干擾。調(diào)制方式采用傳統(tǒng)的QPSK。分集處理采用Rake接收機(jī)技術(shù)，其原理從多條獨(dú)立傳輸路徑傳來(lái)的信號(hào)中，按一定的算法得到最接近真實(shí)的信號(hào)〔比方最大比合并，等增益合并和選擇合并等〕。信令層比方RLC〔無(wú)線(xiàn)鏈路控制層〕具有出錯(cuò)重發(fā)機(jī)制〔ARQ〕?？偨Y(jié)起來(lái)，增加無(wú)線(xiàn)信道穩(wěn)定可靠性的措施如下：卷積編碼、Turbo編碼、交織編碼Rake接收技術(shù)CDMA接入方案RLC〔無(wú)線(xiàn)鏈路控制層〕這些措施的表達(dá)就是UTRAN無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的協(xié)議。3.UTRAN無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的根本協(xié)議TransportChannels(ThroughIubTransportChannels(ThroughIub)PhysicalLayermainlyrelatedtoNodeBMACLayerRLCLayerPDCPBMCRRCLogicalChannelsL1L2L3ControlPanelDataPanelABSRBRBFigureSEQFigure\*ARABIC2:AirInterfaceProtocolsinUTRAN在上圖中，RLC提供應(yīng)上層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)被稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)承載RB〔RadioBearer〕，提供應(yīng)RRC的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，為了強(qiáng)調(diào)RRC的信令特征，又被稱(chēng)為信令無(wú)線(xiàn)承載SRB〔SignalRadioBearer〕。整個(gè)接入網(wǎng)的協(xié)議如以下列圖所示。在UE中集中的同時(shí)存在UTRAN協(xié)議各層實(shí)體，與它對(duì)應(yīng)的各對(duì)等層分別分布在UTRAN的NodeB和RNC，例如與UE的RRC層對(duì)應(yīng)的UTRAN的RRC在RNC中，物理層在NodeB中，MAC層主要在RNC中等。FigureSEQFigure\*ARABIC3:TheEntireProtocolsinUTRANUu/Iub/Iur/Iu等各接口處的信令消息均以ASN.1〔AbstractSyntaxNotationOne〕來(lái)描述，以PER〔PackedEncodingRules〕格式來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼，從而實(shí)現(xiàn)各接口的開(kāi)放性。4.從NodeB的外部接口談起4.1Iub接口UTRAN協(xié)議中，A接口和B接口兩個(gè)合起來(lái)在3GPP協(xié)議中是Iub接口。A接口對(duì)應(yīng)Iub的NodeB控制端口〔NodeBControlPort：1個(gè)〕和業(yè)務(wù)終結(jié)點(diǎn)的通信控制端口〔CommunicationControlPort：多個(gè)〕，B接口對(duì)應(yīng)Iub的各個(gè)傳輸通道數(shù)據(jù)端口〔TransportChannelDataPort〕。NodeB的邏輯模型如以下列圖所示。Iub上的各數(shù)據(jù)端口對(duì)應(yīng)UTRAN協(xié)議中的各個(gè)TransportChannel，比方RACH對(duì)應(yīng)RACH數(shù)據(jù)端口，CPCH對(duì)應(yīng)CPCH數(shù)據(jù)端口，F(xiàn)ACH對(duì)應(yīng)FACH數(shù)據(jù)端口，DCH對(duì)應(yīng)DCH數(shù)據(jù)端口等等。BCH傳輸信道走的是NodeBControlPort端口，同時(shí)走的是NBAP公共過(guò)程信令。各CommunicationControlPort端口上走的NBAP專(zhuān)用過(guò)程信令，用來(lái)控制UE上下文〔UE在NodeB占用的資源就叫UEContext〕。FigureSEQFigure\*ARABIC4:LogicalModelofNodeBIub的實(shí)現(xiàn)在物理上可以是電纜或者光纜，分別對(duì)應(yīng)E1/T1或者SDH，在鏈路層對(duì)應(yīng)ATM的虛通道VCC。比方NodeBControlPort對(duì)應(yīng)ATM的VCC為VPI＝8，VCI＝128。各控制端口需要在NodeB和RNC之間事先配置好。通信控制各端口可以占用不同的VCC，也可以與NodeBControlPort合用一個(gè)VCC。各數(shù)據(jù)端口是在NBAP信令與RNC通信過(guò)程中，由ALCAP協(xié)議創(chuàng)立起來(lái)的AAL2VCC，可以動(dòng)態(tài)創(chuàng)立和刪除。而各控制端口一旦創(chuàng)立好后，一般保持不變。4.2Uu接口在NodeB與UE之間的空中接口上，存在著經(jīng)過(guò)物理層各種特殊處理過(guò)的電磁波，根據(jù)載頻、擴(kuò)頻碼、擾碼、時(shí)序、相位以及信息內(nèi)容等特點(diǎn)，這個(gè)電磁波可以被劃分成不同的物理信道，UTRAN協(xié)議中Iub口上的各種TransportChannel可以被映射成不同的物理信道，其映射關(guān)系如下：FigureSEQFigure\*ARABIC5:RelationshipamongthetransportChannelsandthephysicalChannelsofNodeB比方，Iub口上來(lái)的PCH信息，就可以被映射到SCCPCH物理信道上，然后以電磁波的形式向UE發(fā)射。通過(guò)這樣的映射關(guān)系，UE和RNC之間的信息就可以從RNC的各種傳輸信道，再到對(duì)應(yīng)的物理信道傳輸，或反之。上面講過(guò)，物理信道由載頻、擴(kuò)頻碼、擾碼、時(shí)序、相位以及信息內(nèi)容等參數(shù)定義，需要由NBAP的各種過(guò)程由RNC來(lái)配置。5.NodeB的內(nèi)部架構(gòu)從NodeB的兩個(gè)接口向NodeB的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)看，其構(gòu)造可示意如以下列圖：FigureSEQFigure\*ARABIC6:TheInnerStructureofNodeB從邏輯上可以分成以下幾個(gè)局部：信令基帶和RFOMC傳輸當(dāng)然還應(yīng)該包括各種支撐軟件和硬件，比方CPU，CNP以及OS_PF等等。NodeB一旦配置好后，UE和RNC之間的數(shù)據(jù)流就會(huì)源源不斷的沿著圖中藍(lán)線(xiàn)所示方向流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入的功能。需要注意的一點(diǎn)就是：天線(xiàn)口處接收和發(fā)送的信號(hào)是一個(gè)疊加信號(hào)，這個(gè)疊加信號(hào)和基帶局部各個(gè)單元〔編解碼、復(fù)用、擴(kuò)頻解擴(kuò)〕之間是一個(gè)全連接關(guān)系。每一個(gè)基帶單元在信令的控制下，可以從這個(gè)疊加信號(hào)中提取并處理它感興趣的局部?；鶐卧蕉?，基站的通信處理能力就越強(qiáng)。6.接入網(wǎng)概貌〔軟切換、分集〕6.1NodeB的中繼功能說(shuō)明在說(shuō)明這個(gè)概念之前，我們首先要了解幾個(gè)概念：RRC連接：RRC連接是UE與UTRAN的RRC協(xié)議層之間建設(shè)的一種雙向點(diǎn)到點(diǎn)的連接。對(duì)一個(gè)UE來(lái)說(shuō)，至多存在一條RRC連接。RRC連接在UE與UTRAN之間傳輸無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信令，如進(jìn)展無(wú)線(xiàn)資源的分配等等。RRC連接在呼叫建設(shè)之初建設(shè)，在通話(huà)完畢后釋放，并在期間一直維持。

Iu信令連接：如果說(shuō)RRC連接建設(shè)了UE與UTRAN之間的信令通路，那么Iu信令連接則是建設(shè)了UE與CN之間的信令通路。Iu信令連接主要傳輸U(kuò)E與CN之間非接入層信令。在UTRAN中，非接入層信令是通過(guò)上下行直接傳輸信令透明傳輸?shù)摹?/p>

鑒權(quán)：出于網(wǎng)絡(luò)安全性能考慮，在呼叫建設(shè)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)UE進(jìn)展鑒權(quán)。

無(wú)線(xiàn)接入承載〔RAB〕：RAB可以看作是UE與CN之間接入層向非接入層提供的業(yè)務(wù)，主要用于用戶(hù)數(shù)據(jù)的傳輸。RAB直接與UE業(yè)務(wù)相關(guān)，它涉及接入層各個(gè)協(xié)議模塊，在空中接口上，RAB反映為無(wú)線(xiàn)承載〔RB〕。

無(wú)線(xiàn)承載〔RB〕：RB是UE與UTRAN之間L2向上層提供的業(yè)務(wù)。上面我們提到的RRC連接也可以看作是一種承載信令的RB。

無(wú)線(xiàn)鏈路〔RL〕：無(wú)線(xiàn)鏈路是指一個(gè)UE和一個(gè)UTRAN接入點(diǎn)之間的邏輯連接，它在物理實(shí)現(xiàn)上通常是由一到多個(gè)無(wú)線(xiàn)承載傳輸組成。在UE與一個(gè)UTRAN接入點(diǎn)〔通常指小區(qū)〕之間最多存在一條無(wú)線(xiàn)鏈路。NodeB主要表達(dá)UTRAN協(xié)議中物理層的實(shí)現(xiàn)，它在UE和RNC之間主要起到一個(gè)中繼的作用，根本上是一個(gè)透明的物理通道，我們可以從以下列圖所示的UERRC建設(shè)過(guò)程明顯的看到這一點(diǎn)。FigureSEQFigure\*ARABIC7:RRCLinkSetupProceduretoexplaintheRELAYfunctionofNodeB除了NBAP和ALCAP過(guò)程以外，數(shù)據(jù)全部是通過(guò)NodeB透明的在UE和RNC之間傳輸，好似NodeB不存在一樣。我們可以分析其他的RRC，RAB過(guò)程，都不難發(fā)現(xiàn)這個(gè)特點(diǎn)：即NodeB的中繼功能。6.2軟切換和分集概念整個(gè)接入網(wǎng)的概貌如以下列圖所示：FigureSEQFigure\*ARABIC8:StructureofUTRAN接入網(wǎng)由RNC和NodeB組成，在UE和CN之間可能存在多條RL，這些RL在SRNC處進(jìn)展宏分集合并，然后變成一條鏈路接入到CN。當(dāng)UE在不同的NodeB之間移動(dòng)時(shí)，會(huì)不斷的創(chuàng)立新的RL同時(shí)保存原有的RL，當(dāng)原有的RL質(zhì)量不好時(shí)再進(jìn)展釋放的過(guò)程就叫軟切換。軟切換的目的有兩個(gè)：一是減少掉話(huà)，而是為抑制遠(yuǎn)近效應(yīng)而采取的功率控制過(guò)程所需要。7.射頻相關(guān)知識(shí)7.1線(xiàn)性化基站的發(fā)送功率中最多只有15％的功率是作為有效信號(hào)發(fā)射到空間中去，其它局部都做無(wú)用功無(wú)端的消耗掉了，基站里矛盾還不很突出，但對(duì)于手機(jī)終端來(lái)看就不可承受了。還有CDMA技術(shù)的前提就是RF局部的線(xiàn)性化，如果沒(méi)有線(xiàn)性化，CDMA就根本不可能實(shí)現(xiàn)。RF功放的非線(xiàn)性化的根本原因在于功放工作在丙類(lèi)放大方式下，功放的非線(xiàn)性很差。改善的根本途徑是改善功放的線(xiàn)性，常用的線(xiàn)性化技術(shù)有：反響法，前饋法，基帶預(yù)失真等方法。7.2射頻常用術(shù)語(yǔ)RSSI：天線(xiàn)處接收?qǐng)鰪?qiáng)dBm：絕對(duì)功率值臨道泄漏：泄漏道設(shè)計(jì)頻段外的功率比MxN配置：M個(gè)扇區(qū)，每一個(gè)扇區(qū)N個(gè)載頻。從軟件的角度一個(gè)載頻對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)。匹配：射頻傳輸通道的負(fù)載阻抗與特征阻抗接近時(shí)就叫匹配，相差較大叫不匹配。不匹配時(shí)就會(huì)產(chǎn)生駐波，射頻功率就不能有效的通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。分集：空間分集、極化分集；STTD，TSTD等。頻點(diǎn)：整個(gè)的WCDMA國(guó)際電聯(lián)給分了一個(gè)頻段，分別為上行局部〔從UE到UTRAN〕和下行局部〔從UTRAN到UE〕。每一個(gè)局部又被分成5M帶寬各個(gè)頻段，這些頻段的中心頻點(diǎn)就是我們通常說(shuō)的頻點(diǎn)。7.2小區(qū)和扇區(qū)蜂窩〔cellsite〕指地理上的一個(gè)區(qū)域〔往往被設(shè)計(jì)為六角形〕，與之對(duì)立的概念是無(wú)線(xiàn)通信的大區(qū)制。一個(gè)蜂窩可以分裂為1個(gè)或者1個(gè)以上的扇區(qū)：1扇區(qū)〔又叫全向扇區(qū)，英文名叫omni〕、2扇區(qū)、3扇區(qū)等等，以增加系統(tǒng)容量。在一個(gè)蜂窩里可以有1個(gè)或者1個(gè)以上的載頻，蜂窩的容量可以成倍增加。一個(gè)扇區(qū)一個(gè)載頻在信令里對(duì)應(yīng)一個(gè)本地小區(qū)〔localcell〕。因此一個(gè)基站的Localcell數(shù)量＝扇區(qū)數(shù)×載頻數(shù)。UE主要通過(guò)射頻信號(hào)的載頻和擾碼來(lái)區(qū)分localcell。在不同的扇區(qū)，采用不同的小區(qū)擾碼。FigureSEQFigure\*ARABIC9:StructureofCells如上圖所示，每一個(gè)基站采用3個(gè)定向天線(xiàn)形成3個(gè)六角形的扇區(qū)，這3個(gè)扇區(qū)又組合成一個(gè)大的六角形的蜂窩〔cellsite〕。如果采用1個(gè)載頻，網(wǎng)絡(luò)的配置就是1Cx3S，1個(gè)基站對(duì)應(yīng)3個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)1個(gè)小區(qū)〔cell〕。如果采用2個(gè)載頻，網(wǎng)絡(luò)的配置就是2Cx3S，1個(gè)基站對(duì)應(yīng)3個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)2個(gè)小區(qū)〔cell〕。在空中接口上不同的小區(qū)采用不同的下行擾碼相區(qū)分。8.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃8.1小區(qū)呼吸現(xiàn)象WCDMA小區(qū)的覆蓋范圍會(huì)隨著小區(qū)內(nèi)活動(dòng)用戶(hù)的數(shù)量變化而變化。當(dāng)用戶(hù)數(shù)增加時(shí)小區(qū)的覆蓋范圍變??；當(dāng)用戶(hù)數(shù)減少時(shí)小區(qū)的覆蓋范圍變大。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為“小區(qū)呼吸〞，仿佛人的呼吸一般。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，呼吸效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致相鄰小區(qū)之間，可以相互補(bǔ)償負(fù)載容量。比方一個(gè)小區(qū)用戶(hù)數(shù)增加，它的覆蓋范圍收縮；但其相鄰小區(qū)由于用戶(hù)數(shù)減少，其覆蓋范圍擴(kuò)大。在應(yīng)用薄覆蓋的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略時(shí)，如果用戶(hù)數(shù)逐漸增長(zhǎng)時(shí)，則各小區(qū)的覆蓋范圍都在收縮，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋“空洞〞。8.2無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要考慮點(diǎn)UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的復(fù)雜性要求我們?cè)诟鱾€(gè)層面都具備新技術(shù)和新知識(shí)。第一、是受過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師，他們精通系統(tǒng)技術(shù)；第二、是諳熟業(yè)務(wù)并富有遠(yuǎn)見(jiàn)的管理者，他們?cè)诮ňW(wǎng)初期就能洞悉UMTS網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容條件和本錢(qián)。第三、就是出類(lèi)拔萃的規(guī)劃軟件工具，這對(duì)UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是必不可少的。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要解決的最主要矛盾是覆蓋和容量的關(guān)系，而影響這一對(duì)矛盾的因素非常多，比方有以下各種因素：〔1〕上下行鏈路的不對(duì)稱(chēng)性，理論上要求兩者一致，但實(shí)際上有困難。上行鏈路是受覆蓋范圍限制的〔coveragelimited〕而下行鏈路是受容量限制的capacitylimit