1、-1-,WCDMA基礎(chǔ)原理 及關(guān)鍵性技術(shù),3G技術(shù)培訓(xùn),京信通信系統(tǒng)（中國）有限公司 2009年3月,-2-,目 錄,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,WCDMA無線技術(shù)原理,WCDMA空中接口信道,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-3-,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,-4-,頻率分配,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,-5-,上 行 頻 率,下 行 頻 率,頻率分配,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,-6-,目 錄,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,WCDMA無線技術(shù)原理,WCDMA空中接口信道,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-7-,1）碼分多址技術(shù) 2）信道化碼（OVSF) 3）信道擾碼 4）擴(kuò)頻加擾過程,WCDMA無線技術(shù)原理,-8-,

2、頻分多址Frequency Division Multiple Access,User 1,User 2,User 3,頻率,頻率,碼分多址Code Division Multiple Access,擴(kuò)頻多接入SpreadSpectrumMultipleAccess,Multiple Transmitters and Multiple Data Channels,時分多址Time Division Multiple Access,User 1,User 2,User 3,User N,時間,每一個發(fā)射機(jī)的擾碼互不相同每一個信道的正交碼互不相同許多用戶共享同一頻率和時間IS-95, cdma20

3、00, WCDMA,每一個用戶的時隙互不相同每一個數(shù)據(jù)信道在一個時隙內(nèi)的位置互不相同幾個用戶可以共享同一頻率 IS-136, GSM, PDC,每一個用戶的頻率互不相同 (每一個用戶一個語音信道)所有用戶發(fā)射機(jī)可以同時工作AMPS, NMT, TACS,WCDMA無線技術(shù)原理,1）碼分多址技術(shù),-9-,CDMA寬帶擴(kuò)頻技術(shù),WCDMA無線技術(shù)原理,1）碼分多址技術(shù),-10-,每個碼字長度是2的整數(shù)次冪 上行K=2-8;下行K=2-9 對于一定的OVSF碼組，共有SF個長度為SF的OVSF碼字。 長度相同的不同碼字相互之間正交，互相關(guān)值為0,如果一個節(jié)點(diǎn)已經(jīng)使用，那么該節(jié)點(diǎn)上延伸出的其他高階信道

4、化序列就不能使用，同時從碼樹根部到該節(jié)點(diǎn)的所有低階信道化序列也不能使用。,低階,碼樹根,高階,樹節(jié)點(diǎn),WCDMA無線技術(shù)原理,2）信道化碼（OVSF),-11-,OVSF碼樹,低階,高階,假設(shè)： 一個PS384K需要一條SF8的信道， 一個PS64K需要一條SF=32的信道， 一個CS12.2K需要一條SF=128的信道。 結(jié)論： 進(jìn)行一個PS384K業(yè)務(wù)的同時犧牲了4個PS64K業(yè)務(wù)或16個語音業(yè)務(wù)； 進(jìn)行一個PS64K業(yè)務(wù)同時犧牲了4個語音業(yè)務(wù)，同時也相當(dāng)與犧牲了一個PS384K業(yè)務(wù)。但同階的其他3個PS64K業(yè)務(wù)仍然可以開展。,WCDMA無線技術(shù)原理,2）信道化碼（OVSF),-12-,

5、符號速率 擴(kuò)頻因子碼片速率 15k2563.84M 30k1283.84M 60k643.84M 120k32 3.84M 240k163.84M 480k83.84M 960k43.84M 1920k23.84M,可變正交碼產(chǎn)生技術(shù),WCDMA無線技術(shù)原理,2）信道化碼（OVSF),-13-,OC1, OC2,OC3, OC4,OC5, OC6, OC7,OC1 , OC2, OC3,OC1, OC2,OC1, OC2, OC3, OC4,下行: 正交碼用于區(qū)分從單個基站來的多個數(shù)據(jù)信道,上行: 正交碼用于區(qū)分從單個手機(jī)來的多個數(shù)據(jù)信道,WCDMA無線技術(shù)原理,2）信道化碼（OVSF),-1

6、4-,WCDMA無線技術(shù)原理,3）信道擾碼,-15-,擾碼分為512個集合，每個集合有一個主擾碼和15個次擾碼。,WCDMA無線技術(shù)原理,3）信道擾碼,-16-,512個主擾碼又進(jìn)一步分為64個擾碼組，每組8個。,WCDMA無線技術(shù)原理,3）信道擾碼,-17-,下行: SC碼用于區(qū)分不同的基站上行: SC 碼用于區(qū)分不同的手機(jī),擾碼（Scrambling Code）,擾碼主要編碼類型：GOLD CODE,WCDMA無線技術(shù)原理,3）信道擾碼,-18-,WCDMA物理層最重要的兩個步驟：擴(kuò)頻和加擾,擴(kuò)頻：擴(kuò)頻操作又稱信道化操作，將一個高速數(shù)字序列與數(shù)字信號相乘，把一個一個的數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼

7、片。WCDMA采用OVSF碼作為信道化碼；每個符號被轉(zhuǎn)換成碼片的數(shù)目叫擴(kuò)頻因子SF（Spreading Factor）,加擾：用一個偽隨機(jī)序列與擴(kuò)頻后的序列相乘，起到加密作用，擾碼碼片速率與已擴(kuò)頻的符號相同，不影響符號速率。加擾操作上行用來區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)。,WCDMA無線技術(shù)原理,4）擴(kuò)頻加擾過程,-19-,系統(tǒng)為每一個小區(qū)分配且僅分配一個主擾碼，公共導(dǎo)頻信道，公共控制信道使用主擾碼加擾，其他下行物理信道可以使用主擾碼也可使用同個集合里的次擾碼。,一條物理信道可以由頻率、信道碼、擾碼以及相位來描述,頻率？信道碼？擾碼？相位？,頻率？信道碼？擾碼？相位？,WCDMA無線技術(shù)原理,4）擴(kuò)頻

8、加擾過程,-20-,2個數(shù)據(jù)信道(語音, 控制)SC3 + OC1 + OC2,2個數(shù)據(jù)信道(14 kbps數(shù)據(jù), 控制)SC4 + OC1 + OC2,3個數(shù)據(jù)信道(話音, 視頻, 控制)SC2 + OC1 + OC2 + OC3,3個數(shù)據(jù)信道(voice, video, control)SC5 + OC1 + OC2,4個數(shù)據(jù)信道(384 kbps數(shù)據(jù), 話音, 視頻, 控制)SC6 + OC1 + OC2 + OC3 + OC4,4個數(shù)據(jù)信道(384 kbps數(shù)據(jù),話音,視頻,控制)SC2 + OC4 + OC5 + OC6 + OC7,2個數(shù)據(jù)信道(語音, 控制)SC1 + OC1 +

9、 OC2,1個數(shù)據(jù)信道(控制)SC1 + OC3,語音用戶,上行數(shù)據(jù),可視電話,可視電話和數(shù)據(jù),導(dǎo)頻, 廣播SC1 + OCP + OCB,導(dǎo)頻, 廣播SC2 + OCP + OCB,WCDMA無線技術(shù)原理,4）擴(kuò)頻加擾過程,-21-,WCDMA無線技術(shù)原理,4）擴(kuò)頻加擾過程,-22-,目 錄,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,WCDMA無線技術(shù)原理,WCDMA空中接口信道,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-23-,1）物理層結(jié)構(gòu)和功能 2）空中接口信道類型 3）下行物理信道類型 4）上行物理信道類型 5）下行公共導(dǎo)頻介紹 6）上行DPCH信道介紹 7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-24-,

10、無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu),由CN下來的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，我們稱為邏輯信道。 邏輯信道經(jīng)過MAC層處理之后的信道稱為傳輸信道。 傳輸信道在映射到物理信道上去傳輸。,1）物理層結(jié)構(gòu)和功能,WCDMA空中接口信道,-25-,1）物理層結(jié)構(gòu)和功能,WCDMA空中接口信道,物理層技術(shù)實(shí)現(xiàn),-26-,物理層功能： 將編碼后的信息速率匹配到物理信道，加權(quán)合并，擴(kuò)頻/解擴(kuò)，加擾/解擾，調(diào)制/解調(diào)，頻率匹配，時間同步，無線測量，功率控制，射頻處理等。,物理層處理單元：幀和時隙,幀：由15個時隙組成的處理單元，長度是38400chip 時隙：由一定長度的比特組成的處理單元，長度為2560chip,1）物理層結(jié)構(gòu)和功能,WCDMA

11、空中接口信道,-27-,基站Node B,用戶終端UE,2）空中接口信道類型,WCDMA空中接口信道,-28-,公共下行物理信道 P-CCPCH主公共控制物理信道 - 廣播小區(qū)信息 - 廣播小區(qū)系統(tǒng)幀號(SFN); 所有下行信道幀定時參考 SCH同步信道 - 快速同步：主同步碼用于時隙同步，輔同步碼用于幀同步 與P-CCPCH時分復(fù)用 S-CCPCH輔助公共控制物理信道 - 在Idle，CELL_PCH,CELL_FACH下發(fā)送尋呼和控制信令 P-CIPCH公共導(dǎo)頻信道 S-CIPCH輔助公共導(dǎo)頻信道（用于波束成型小區(qū)） PDSCH下行物理共享信道 - 多用戶共享下行時分高速數(shù)據(jù)信道 專用下行

12、物理信道 DPDCH專用下行物理數(shù)據(jù)信道 DPCCH專用物理下行控制信道 - 發(fā)送專用連接模式下物理層信令和控制信息,3）下行物理信道類型,WCDMA空中接口信道,-29-,下行指示信道 捕獲指示信道(AICH) 基站向移動臺指示捕獲到隨即接入試探 指示方式：回應(yīng)移動臺隨機(jī)接入簽名碼 尋呼指示信道(PICH) 通知移動臺監(jiān)視下一個尋呼幀(S-CCPCH) 接入前導(dǎo)指示信道(AP-AICH) 確認(rèn)基站已捕獲到移動臺分組接入試探 指示方式：回應(yīng)移動臺隨機(jī)接入簽名碼 沖突檢測與防止指示信道(CD/CA-ICH) 證實(shí)分組接入試探無沖突 指示方式：回應(yīng)移動臺分組接入沖突檢測簽名碼 也可以提供可用分組信

13、道指配 分組狀態(tài)指示信道(CSICH) 廣播分組信道可用狀態(tài)信息,3）下行物理信道類型,WCDMA空中接口信道,-30-,上行物理信道 公共上行物理信道 PRACH物理隨機(jī)接入信道 - 移動臺發(fā)起向基站的接入信息 PCPCH物理公共分組信道 - 移動臺發(fā)送無連接的分組數(shù)據(jù) 專用上下物理信道 DPDCH專用上行物理數(shù)據(jù)信道 DPCCH專用上行物理控制信道 - 移動臺向基站發(fā)送專用連接模式下物理層信令和控制信息,4）上行物理信道類型,WCDMA空中接口信道,-31-,Pilot符號數(shù)據(jù) (10 符號/時隙),1 無線幀 = 15 時隙 = 10 mSec,1 時隙 = 2560 碼片 = 10 符

14、號 = 20 bits = 666.667 uSec,6,5,7,8,9,10,11,12,13,14,4,3,2,1,0,主公共導(dǎo)頻信道P-CPICH 擴(kuò)頻碼：信道碼 Cch,256,0 主擾碼 每小區(qū)僅有一個并在全小區(qū)廣播 為SCH, P-CCPCH, AICH, PICH, AP-AICH, CD/CA-ICH, CSICH, CPCH附帶的下行DPCCH和S-CCPCH信道提供相位參考和信道估計(jì) 主P-CPICH作為下行DPCH及 PDSCH信道相位參考和信道估計(jì) 切換測量和小區(qū)選擇/再選擇 調(diào)節(jié)主導(dǎo)頻功率可以調(diào)節(jié)鄰小區(qū)間的負(fù)載平衡,5）公共導(dǎo)頻信道（CPICH),WCDMA空中接口信

15、道,-32-,由于WCDMA屬于異步傳輸系統(tǒng)，必需對所傳輸數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行嚴(yán)格的定義，所以在WCDMA系統(tǒng)中一條信道包括數(shù)據(jù)和控制兩個部分。,一條DCH信道,6）上行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-33-,上行DPCH信道幀結(jié)構(gòu),6）上行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-34-,專用數(shù)據(jù)信道DPDCH,專用控制信道DPCCH,用戶數(shù)據(jù)發(fā)送,上行專用物理信道原理,6）上行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-35-,上行業(yè)務(wù)信道擴(kuò)頻和加擾,控制部分和數(shù)據(jù)部分分別擴(kuò)頻后分別映射到I、Q兩條信道中。,DPCH分為DPDCH和DPCCH， 它們在每一個無線幀中I/Q碼分復(fù)用，

16、 它們分別有各自的信道化編碼和同一個擾碼,6）上行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-36-,控制部分固定擴(kuò)頻因子SF256；數(shù)據(jù)部分為可變擴(kuò)頻因子，最大允許一條控制信道與6條數(shù)據(jù)信道合并使用。,6）上行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-37-,下行DCH信道幀結(jié)構(gòu),7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-38-,用戶數(shù)據(jù)發(fā)送,下行專用信道(DPCH)功能描述,7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-39-,下行多碼傳輸?shù)臅r隙結(jié)構(gòu),多個DL-DPCH可以并行傳送，采用相同的擴(kuò)譜系數(shù) 控制信息在第一個DL-DPCH上傳送，其余的DPCH相應(yīng)位置不連續(xù)發(fā)射

17、（DTX）,7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-40-,下行業(yè)務(wù)信道擴(kuò)頻和加擾：,控制部分和數(shù)據(jù)部分采用時分復(fù)用到一條信道上，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換逐比特映射到I、Q支路。然后采用相同的擴(kuò)頻碼（擴(kuò)頻因子可變）擴(kuò)頻，最后加擾。,串并轉(zhuǎn)換（DEMUX）：一路輸入符號數(shù)字序列被分為兩路， 即第0，2，4，6，8位送入”I”支路 而第1，3，5，7，9. 位送入”Q”支路 每支路符號速率實(shí)際降為輸入符號速率的一半，最后的信息速率保持不變。,7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-41-,對于速率為60kbps的數(shù)字信號進(jìn)行信道化（擴(kuò)頻）操作,上行需要的擴(kuò)頻碼為64 下行需要的擴(kuò)頻碼為

18、128,由于上下行信道映射方式不同,7）下行DPCH信道介紹,WCDMA空中接口信道,-42-,目 錄,WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率,WCDMA無線技術(shù)原理,WCDMA空中接口信道,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-43-,1）RAKE接收 2）功率控制 3）呼吸效應(yīng) 4）軟容量 5）導(dǎo)頻污染 6）軟切換 7) 硬切換 8）小區(qū)同步過程,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-44-,RAKE 接收技術(shù)有效地克服多徑干擾，提高接收性能,1） RAKE接收,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-45-,PL1,PL2,L1 L2 PRX,2 PRX,1,PTX,2,PTX,1,PRX,2,PRX,1,每個用戶對于其他用戶都相當(dāng)于干擾

19、，遠(yuǎn)近效應(yīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)容量，基站接收端某個用戶過大的功率甚至阻礙其它用戶的通信 采用功控技術(shù)減少了用戶間的相互干擾，消除遠(yuǎn)近效應(yīng)，提高了系統(tǒng)整體容量,遠(yuǎn)近效應(yīng)的問題,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,2） 功率控制,-46-,由于遠(yuǎn)近效應(yīng)，WCDMA系統(tǒng)必須引入功率控制；引入功率控制后，還能帶來很多其它的好處： 調(diào)整發(fā)射功率，保持上下行鏈路的通信質(zhì)量 克服陰影衰落和快衰落 降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提高系統(tǒng)質(zhì)量和容量 分類： 開環(huán)功率控制 閉環(huán)功率控制 上下行內(nèi)環(huán)功率控制 上下行外環(huán)功率控制,功控的目的,2） 功率控制,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-47-,升功率,降功率,UE 降低發(fā)射功率,升功率,升功率,UE 發(fā)射

20、功率升高,多小區(qū)功率控制,2） 功率控制,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-48-,呼吸效應(yīng),WCDMA系統(tǒng)在沒有用戶時，僅發(fā)送導(dǎo)頻、同步、和廣播信息。 隨著用戶的增多不斷提高，加大業(yè)務(wù)信道的發(fā)射功率，用戶之間的干擾也隨之加大。由于其自身又是一個干擾受限系統(tǒng)，這樣遠(yuǎn)處的用戶由于其到達(dá)基站上行功率弱，不能滿足最低信噪比要求而被拒絕接入。覆蓋范圍隨用戶的增多而縮小。即“呼吸效應(yīng)”,3） 呼吸效應(yīng),WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-49-,系統(tǒng)容量與通信質(zhì)量可以互換 不同的業(yè)務(wù)有不同的容量 不同的業(yè)務(wù)比例和構(gòu)成，有不同的容量,WCDMA系統(tǒng)在達(dá)到一定的用戶數(shù)之后，再增加一個用戶時，系統(tǒng)功率受到限制。但可以降低一些用

21、戶的信噪比，容量可以變化。稱之為“軟容量”,4） 軟容量,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-50-,導(dǎo)頻污染定義為： 能夠進(jìn)入激活導(dǎo)頻集的導(dǎo)頻數(shù)目大于激活導(dǎo)頻集限定的數(shù)量，頻繁發(fā)生進(jìn)入和退出激活導(dǎo)頻集事件。,WCDMA系統(tǒng)將導(dǎo)頻分為三類： 激活導(dǎo)頻集、偵測導(dǎo)頻集、相鄰導(dǎo)頻集,導(dǎo)頻污染后果： 激活導(dǎo)頻集數(shù)目一般設(shè)為與RAKE接收集路徑數(shù)相同，因此不能進(jìn)入激活導(dǎo)頻集地導(dǎo)頻，不能進(jìn)行合并形成有用信號，這樣其變成一路同頻干擾。 加大信令開銷，占用過多空中接口資源。,5） 導(dǎo)頻污染,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-51-,軟切換和更軟切換 先建立后斷開 同一個RNC的軟切換，不同RNC的軟切換。 硬切換 先斷開后建立 不同載波之間的切換，以及與GSM系統(tǒng)的切換。,6） 軟切換,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-52-,Note: DT為測量報(bào)告觸發(fā)時間延時，即在DT時間內(nèi)測量觸發(fā)條件均滿足時才發(fā)送測量報(bào)告,軟切換測量報(bào)告,6） 軟切換,WCDMA關(guān)鍵技術(shù)介紹,-53-,1A （無線鏈路增加事件）:有一個導(dǎo)頻滿足進(jìn)入激活導(dǎo)頻集門限并進(jìn)入激活導(dǎo)頻集。 1B （無線鏈路刪除事件） ：有一個導(dǎo)頻滿足退出激活導(dǎo)頻集門限