WCDMA基本原理.ppt

1、1,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 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 時分多址,CDMA Code Division Multiple Access 碼分多址,多址技術,3,FDMA,TDMA,CDMA,多址技術,4,CDMA是由多個碼分信道共享載頻頻道的多址接入技術 UMTS 采用W-CDMA寬帶碼分多址技術 擴頻碼分多址的特點 抗干擾能力強 隱蔽性好 Gp 擴頻增益表征擴頻通信抗

2、干擾的能力，擴頻增益與W/R成正比 W為擴頻信號帶寬，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)復用系數(shù)=1,寬帶碼分多址,5,A,A,發(fā)信機2,A,A,Code 1,Code 1,B,B,B,Code 2,接收機1,無線信道,發(fā)信機1,碼分多址接入,此接收機1只能處理發(fā)信機1發(fā)送的信號,它們有相同的地址碼,6,發(fā)信機2,A,A,Code 1,B,B,Code 2,無線信道,發(fā)信機1,A,?,Code 1,B,接收機1,碼分多址接入,此接收機1不能處理發(fā)信

3、機2發(fā)送的信號,它沒有對應的地址碼,7,無線信道,Receiver,A,A,Transmitter,擴頻,解擴,Noise,A,A,寬帶擴展 擴頻即用戶信號乘上一個高速序列碼(片),大大提高了原信號的速率，增加了信號帶寬，從而降低了能量譜密度(隱蔽性,低輻射) 寬帶擴頻，即擴頻信號帶寬遠遠大于原始信號帶寬 W=3.84Mchip/s、 Rvoice=12kbit/s,寬帶擴展,8,f,P,W,Processing Gain,Rb,Despreading,擴頻增益 Pg=W/R (W=3.84Mchips/s) 收發(fā)信設備在擴頻/解擴處理后得到的增益 使發(fā)射信號能量可以遠遠低于干擾和噪聲 原始信

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

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

6、4Mchips/s 加擾：擾碼 不影響信號帶寬，下行用于標識小區(qū)，上行用于識別終端,15,Walsh Codes 沃爾什碼 正交沃爾什碼(擴頻碼) 碼的長度 IS-95: 64 碼的長度 W-CDMA: 4 到 256 碼的長度 = SF spreading factor = Pg processing gain 第一個碼 (“C0”) 用于pilot導頻,擴頻碼/擾碼,16,Downlink,擴頻碼/擾碼,17,Uplink,擴頻碼/擾碼,18,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,19,多徑接收機原理,傳統(tǒng)情況

7、多徑信號被視為干擾 多徑接收機 多徑接受機能同時處理多路信號 有效地克服多徑干擾 合并多路信號,提高接收性能 多徑接收機作用于： 多徑分集 多業(yè)務（一個手機幾個業(yè)務同時進行） 軟切換,20,原始信號 接收信號 修正信號 合并信號,Finger 1 Finger 2 Finger 3,at each time delayphase shifting by adding,多徑接收機原理,多徑接收機的原理 多徑信號被最大化合并,21,多徑接收機-多徑分集（1）,多徑接收機的原理 有效利用了信道相干時間形成的時間分集效應 多徑信號經(jīng)過相關處理被合并 多徑時延須大于1個碼片的時延, 0.26us=78m

8、 通常環(huán)境：1us (300m) 市區(qū) 20us(6000m) 山區(qū),22,A,?,接受機,A,A,發(fā)信機,編碼,解碼,A,直達信號,反射信號,A,A,A,A,A,色散 一個碼片時長 多徑接收機不能提供多徑分集,直達信號,反射信號,編碼,解碼,發(fā)信機,接受機,色散 一個碼片時長 多徑接收機能提供多徑分集,提高信號增益,多徑接收機-多徑分集（2）,23,S,S,多媒體接受機,S,S,發(fā)信機,Code 1,D,D,D,Code 2,D,Code 1,Code 2,空中信道,多徑接收機-多業(yè)務,一個手機多種業(yè)務 通常一種業(yè)務一個地址碼,24,A,A,基站2,A,A,Code 1,Code 1&2,A

9、,A,A,Code 2,手機,基站1,空中信道,多徑接收機-軟切換,軟切換 同一頻率 每一條路徑有一個地址碼 手機同時處理不同路徑的信號,25,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 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 軟切換 相同頻率間的切換 多條無線鏈路的連接 先通后斷，減少掉話 Marco Diversity宏分集增益 需要更多的網(wǎng)絡資源 分配不同的擴頻碼,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中進行多徑合并； 上行更軟切換在NodeB中進行多徑合并； 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,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 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)，存在遠近效應 遠近效應：離基站很近的手機上行信號可能會屏蔽其他手機的信號 上圖中，若MS2不采用功控，MS1信號很難被

12、接受到 功率控制的目的 維持高質(zhì)量通信,減少無線干擾,提高系統(tǒng)整體容量 所有到達基站的信號功率相同(上行),減少對其他基站的干擾(下行),33,WCDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，遠近效應 功率控制目的是維持高質(zhì)量通信，又不對其他用戶產(chǎn)生干擾 開環(huán)功率控制 移動臺根據(jù)測量的結果，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)接收到的信號強度，利用功率控制比特指示 移動臺調(diào)整輸出功率（快速功控 1500Hz） 外環(huán)功控 RNC根據(jù)接收到的測量信號強度，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,開環(huán)功率控制（無反饋）,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 ”強” 那么UE 將說的 ”輕” 一些,Node B,Node B,1,2,1,2,如果接受到的信號 ”弱” 那么UE 將說的 ”響” 一些,問題： 上下行信號強度不平衡 開環(huán)功控不是很精確，只用于無線接入初期,開環(huán)功率控制,開環(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,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 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： 開環(huán)STTD方式 閉環(huán)方式 對下行鏈路起作用 需要增加第二功放 需要設備支持,39,開環(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,下行物理信道應用情況,42,碼分多址和擴頻 擴頻碼和擾碼 多徑接收 軟切換 功率控制 發(fā)射分集 無線資源管理 覆蓋與容量,WCDMA 基本原理,43,RRM 目的,RRM 是管理無線資源的一系列算法: 最大化利用已有的無線資源 功率控制算法 切換算法 無線資源分配 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入？ 負荷控制

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 無軟切換和開環(huán)功控,CPCH / DSCH 無時延保證 無軟切換,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,中等分組數(shù)據(jù) 允許時延不敏感的突發(fā)業(yè)務,大的分組數(shù)據(jù) 低時延的恒定和可變 速率業(yè)務 (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,無線承載建立和修改所執(zhí)行的算法 檢測新的接入是否回影響在用連接的質(zhì)量 上下行分開,獨立測量估算 1) 上行鏈路準入控制的判斷條件是: Irxpwr Interference_level_threshold （Irxpwr 是Node B測量到的小區(qū)總的干擾水平，即 RSSI） 2)下行鏈路準入控制的判斷條件是: Ptxpwr + PInitTxPower P total_transmission_power_threshold （Ptxpwr 是Node B測量到下行總的發(fā)射功率，PInitTxPower 是接入請求所需要的功率）,47,負荷控制,負荷控制 (擁塞控制) 保證系統(tǒng)穩(wěn)定且不過載的算法 一旦網(wǎng)絡有擁塞，將采取一定對策(如:小區(qū)呼吸效應) 系統(tǒng)超負荷狀態(tài)將被避免的 可能的控制動作 功率控制 硬切換或軟切換 調(diào)整AMR語音速率 調(diào)整分組數(shù)據(jù)的吞吐率 (如：PS384-PS144) 小區(qū)呼吸，掉話,48,負荷控制舉例,小區(qū)的呼吸效應 隨著激活終端的增多,干擾增加 高速業(yè)務增加,干擾增加 總的干擾 ，服務質(zhì)量 小區(qū)覆蓋范圍收縮 產(chǎn)生覆蓋盲點 用戶在小區(qū)邊緣地帶