1、2005年7月,3G無線基本原理,中國(guó)移動(dòng)研究開發(fā)中心 2005年7月,2005年7月,內(nèi)容,UMTS概述 WCDMA基本原理 WCDMA的移動(dòng)性管理 WCDMA的無線資源管理 UTRAN協(xié)議與信道 WCDMA的業(yè)務(wù)與QoS,2005年7月,數(shù)字技術(shù) IMT-2000 (ITU) UMTS (WCDMA, TD-SCDMA), CDMA 2000,第二代,1990,2000,第一代,第三代,數(shù)字技術(shù) 例如: GSM, CDMA (IS-95),模擬技術(shù) 例如: NMT, TACS, AMPS, R2000,移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn),Universal Mobile Telecommunication

2、 System,2005年7月,RAN,IMS IP多媒體子系統(tǒng),3GPP UMTS R4 March01,3GPP UMTS R5 3Q02,3GPP UMTS R99 March00,3GPP標(biāo)準(zhǔn)概況,CS-電路域,PS-分組域,R99 RAN：基于WCDMA的全新技術(shù) R4 RAN：加入了TD_SCDMA選項(xiàng) CS域：承載與控制分離 R5 RAN：HSDPA ,IP UTRAN選項(xiàng) 核心網(wǎng)：引入了IP多媒體子系統(tǒng)(IMS) ,2005年7月,R99和R4主要設(shè)備與接口,Node B,Uu,Iub,RNC,Iur,接入網(wǎng),核心網(wǎng),TRAU,MSC,VLR,PSTN,SGSN,GGSN,Ex

3、ternal Packet Networks,Gi,Iu-CS,Iu-PS,HLR/AuC,D,C,Gr,UE,Private IP Backbone,2005年7月,RNC 基本功能（1）,2005年7月,RNC 基本功能（2）,控制平面/Control Plane,用戶平面/User Plane,FP: Frame Protocol,網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議終接Network Interface protocol termination RANAP (Iu Interface) RNSAP (Iur Interface) NBAP (Iub Interface) ALCAP (all interfac

4、es) 無線資源管理Radio Resource Management RRC termination RRM Strategy QoS Management UTRAN OA Ec/No在數(shù)值上接收到的導(dǎo)頻功率/總的接收功率，一般指下行。 Eb：bit能量；是NodeB設(shè)備和終端接收機(jī)解調(diào)能力的一種反映；上行、下行。,接收信號(hào),數(shù)據(jù)序列,擴(kuò)頻序列發(fā)生器,信道解碼,解調(diào),Ec,Eb,2005年7月,Ec/No與 Eb/No,Eb / No = Ec / No + 處理增益 （dB）,功率譜,所需的Eb/No,干擾信號(hào),decoding user 1,Echip,N0,Ebit,用戶1,噪聲,用

5、戶2,用戶3,處理增益 =10log(3.84Mcps/x kbps),25dB for 12.2k voice,10dB for 384k data,18dB for 64k data,2005年7月,練習(xí),已知：在一種多徑衰落信道環(huán)境下，終端的接收機(jī)對(duì)PS384K業(yè)務(wù)的Eb/No的最小的要求為2.4dB，對(duì)CS12.2K業(yè)務(wù)的Eb/No的最小的要求為7.5dB; 請(qǐng)問：PS384K業(yè)務(wù)、CS12.2K業(yè)務(wù)終端接收機(jī)前端的Ec/No分別至少為多少時(shí)，才可以正確解調(diào)？,2005年7月,TX,D(t),Delay 0,Delay 1,C(t-0),(+) D(t),C(t-1),Delay (1

6、),RX,C(t-n),Delay (0),Delay (n),RX,RX,C(t),0,1,n,D(t),D(t),利用多徑分集進(jìn)行合并,BTS,RAKE 接收機(jī),2005年7月,RAKE 接收機(jī),信號(hào)在空中傳輸?shù)倪^程中，受到障礙物的反射，散射，折射等影響，接收機(jī)就會(huì)收到多個(gè)不同時(shí)延、同一消息的多路信號(hào)。從每一個(gè)多徑信號(hào)的角度看，其他多徑信號(hào)都是干擾，若可以用RAKE接收機(jī)將多個(gè)信號(hào)進(jìn)行合成將會(huì)進(jìn)一步得到改善，故而引入了RAKE接收機(jī)。 RAKE接收機(jī)的作用是將多個(gè)信號(hào)進(jìn)行合成。 RAKE接收機(jī)包含多個(gè)相關(guān)器，每一個(gè)相關(guān)器接收一路信號(hào)，并賦予它們一定的時(shí)間補(bǔ)償，使它們達(dá)到同步，采用最大比值合

7、并。因?yàn)榻邮諜C(jī)的多路信號(hào)是互相衰落獨(dú)立的，因此進(jìn)行分集可以提高接收性能。,2005年7月,內(nèi)容,UMTS概述 WCDMA基本原理 WCDMA的移動(dòng)性管理 小區(qū)選擇與重選 切換 軟切換 硬切換 系統(tǒng)間切換 WCDMA的無線資源管理 UTRAN協(xié)議與信道 WCDMA的業(yè)務(wù)與QoS,2005年7月,小區(qū)選擇,當(dāng)PLMN選定之后，UE嘗試在該P(yáng)LMN尋找合適的小區(qū)駐留，目的是選擇一個(gè)屬于這個(gè)PLMN的信號(hào)較好的小區(qū) 小區(qū)選擇的準(zhǔn)則：S準(zhǔn)則,其中兩個(gè)主要的參數(shù)： Qqualmin：CPICH Ec/No表示的最低接入門限 Qrxlevmin：CPICH RSCP表示的最低接入門限,類似GSM的C1準(zhǔn)則,

8、2005年7月,小區(qū)重選,在UE駐留的小區(qū)信號(hào)逐漸變差時(shí)，UE將啟動(dòng)相應(yīng)的小區(qū)重選 小區(qū)重選的測(cè)量一般包括： 同頻測(cè)量，即當(dāng)前小區(qū)小區(qū)的信號(hào)小于同頻測(cè)量門限，則啟動(dòng)同頻小區(qū)重選 異頻測(cè)量，即當(dāng)前小區(qū)小區(qū)的信號(hào)小于異頻測(cè)量門限，則啟動(dòng)異頻小區(qū)重選 異系統(tǒng)測(cè)量，即當(dāng)前小區(qū)小區(qū)的信號(hào)小于異系統(tǒng)測(cè)量門限，則啟動(dòng)異系統(tǒng)小區(qū)重選,2005年7月,小區(qū)重選判決,小區(qū)重選應(yīng)用準(zhǔn)則：R準(zhǔn)則 WCDMA FDD小區(qū)使用CPICH RSCP或Ec/No GSM小區(qū)使用接收信號(hào)平均強(qiáng)度值 根據(jù)R值排序，并選擇具有最高R值的小區(qū),2005年7月,切換分類,軟切換： 同一個(gè)NodeB不同扇區(qū)間的更軟切換 同一個(gè)RNC不同

9、NodeB間的軟切換 不同RNC間的軟切換 硬切換： 同頻硬切換，如沒有Iur接口的兩個(gè)RNC間硬切換 異頻硬切換：手機(jī)在不同頻率間的切換 系統(tǒng)間切換：WCDMA和GSM、GPRS間的切換 GSM只有硬切換，沒有軟切換。,2005年7月,不同類型的切換,NodeB 3,Cell 4,SRNC,DRNC,Iub,Iur,NodeB 2,Iub,UMTS Carrier 1,Iub,GSM/GPRS,Softer HO,Soft HO,Soft HO inter -RNC,2G to 3G HHO,3G to 2G HHO,更軟切換 RNC內(nèi)的軟切換 2G到3G的系統(tǒng)間切換,圖例,UMTS Car

10、rier x,Inter-Frequency HHO,RNC間的軟切換 3G到2G的系統(tǒng)間切換 異頻硬切換,2005年7月,切換三步曲,1、測(cè)量（主要由UE完成） 測(cè)量控制 測(cè)量的執(zhí)行與結(jié)果的處理 測(cè)量報(bào)告 2、判決（主要由RNC 完成） 以測(cè)量為基礎(chǔ) 資源申請(qǐng)與分配 3、執(zhí)行（RNC/NodeB/UE共同完成） 信令過程 測(cè)量控制更新,2005年7月,軟切換特點(diǎn) CDMA系統(tǒng)所特有，只能發(fā)生在同頻小區(qū)間 先建立目標(biāo)小區(qū)的鏈路，后中斷源小區(qū)的鏈路 可以避免通話的“縫隙” 軟切換會(huì)比硬切換占用更多的系統(tǒng)資源,UE move,Target BS,Source BS,N o “GAP” of com

11、munication,軟切換的特點(diǎn),2005年7月,軟切換的數(shù)據(jù)合并,不同RNC間的軟切換：,2005年7月,激活集（ Active Set）:UE用來發(fā)送用戶信息的所有小區(qū)的集合，這些小區(qū)必須全部位于CELL_INFO_LIST中. 監(jiān)視集 （Monitored Set）:CELL_INFO_LIST中非激活集小區(qū)的集合 檢測(cè)集（Detected Set）:不在CELL_INFO_LIST中，但是UE對(duì)小區(qū)質(zhì)量的測(cè)量進(jìn)入上報(bào)門限的小區(qū),軟切換與激活集,2005年7月,激活集更新算法,2005年7月,導(dǎo)頻污染,手機(jī)的RAKE接收機(jī)最多只能同時(shí)接收3個(gè)小區(qū)的多徑信號(hào) 這意味著手機(jī)可以與某個(gè)或多個(gè)

12、基站的最多3個(gè)信號(hào)進(jìn)行通信，并將之合并成一個(gè)單一的強(qiáng)信號(hào)，便于后續(xù)處理 當(dāng)一個(gè)手機(jī)激活集已經(jīng)有3個(gè)小區(qū)信號(hào)，監(jiān)視集還有小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度超過某個(gè)上限（被認(rèn)為是強(qiáng)信號(hào)），這種情況就叫做導(dǎo)頻污染pilot pollution,C (-12dB),Pollution Source,Active Set,Active Set,Active Set,Drive Test Route,Not a Pollution Source, or in Active Set,B (-14dB),D (-12dB),A (-12dB),E (-18dB),2005年7月,硬切換的特點(diǎn) 先中斷UE和系統(tǒng)源小區(qū)的鏈路，然后建

13、立目標(biāo)小區(qū)的鏈路 通話會(huì)產(chǎn)生“縫隙” 節(jié)省資源,硬切換,2005年7月,異頻硬切換,WCDMA和GSM在異頻切換的不同： GSM是不連續(xù)接收的，可以利用TDD間隙進(jìn)行異頻測(cè)量； WCDMA是連續(xù)接收的，UE一般只有一個(gè)接收機(jī)，不能同時(shí)進(jìn)行不不同頻率的信號(hào)測(cè)量，需要通過一定的方式產(chǎn)生時(shí)間間隙進(jìn)行異頻異系統(tǒng)的測(cè)量（雙接收機(jī)的終端可以同時(shí)接收兩個(gè)頻率的信號(hào)）；,2005年7月,異頻硬切換,WCDMA如何進(jìn)行異頻硬切換？ 盲切換方式：明確知道切換的目標(biāo)小區(qū)，如異頻同覆蓋小區(qū)時(shí)，可以使用； 啟動(dòng)壓縮模式方式：通過SF/2、打孔或高層調(diào)度產(chǎn)生間隙進(jìn)行異頻、異系統(tǒng)信號(hào)的測(cè)量；壓縮模式也應(yīng)用于系統(tǒng)間切換。,O

14、ne Frame (10 ms),Transmission gap (3 to 10 time slots),Measurements on other frequency,2005年7月,內(nèi)容,UMTS概述 WCDMA基本原理 WCDMA移動(dòng)性管理 WCDMA無線資源管理 概述 功率控制 準(zhǔn)入控制 動(dòng)態(tài)信道分配 UTRAN協(xié)議與信道 WCDMA的業(yè)務(wù)與QoS,2005年7月,無線資源管理目的,無線資源管理（RRM）的主要目的是保證用戶的QoS，同時(shí)盡量節(jié)約系統(tǒng)的功率和帶寬資源 功率控制：在保證用戶的QoS的前提下，使用戶的發(fā)射功率最小，從而減少該UE對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的容量和覆蓋

15、切換控制：需要確保UE移動(dòng)到其他小區(qū)（系統(tǒng)）后，能夠繼續(xù)得到服務(wù)，以保證QoS 狀態(tài)遷移和動(dòng)態(tài)信道配置：充分利用用戶的活動(dòng)性進(jìn)行空口資源的優(yōu)化 負(fù)載控制：接入一定數(shù)量的UE后，需要確保整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載保持在穩(wěn)定的水平，以保證系統(tǒng)中每條連接的QoS,2005年7月,無線資源管理概述,2005年7月,CDMA自從被提出以來，前幾十年時(shí)間沒有得到大規(guī)模應(yīng)用的主要問題就是無法克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，功率控制的目的就是為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng),功控的目的,2005年7月,功率控制的分類： 開環(huán)功率控制 閉環(huán)功率控制 內(nèi)環(huán)功率控制 外環(huán)功率控制 WCDMA和GSM功率控制的差別 功控頻率：WCDMA：1500Hz，GSM

16、 2Hz或更低,功控的分類,2005年7月,開環(huán)功控的目的是提供初始發(fā)射功率的粗略估計(jì)。它是根據(jù)UE的測(cè)量（CPICH接收功率）對(duì)路徑損耗和干擾水平進(jìn)行估計(jì)，從而計(jì)算初始發(fā)射功率的過程。,開環(huán)功控,2005年7月,WCDMA內(nèi)環(huán)功控頻率為1500Hz，外環(huán)功率控制頻率一般為10100Hz； 內(nèi)環(huán)功率控制步長(zhǎng)為0.5dB, 1dB, 1.5dB, 2dB 等；,閉環(huán)功控,1. RNC 根據(jù)BLERTarget設(shè) 置內(nèi)環(huán)功率控制的SIR目標(biāo)值,2. Node B 根據(jù)SIR 目標(biāo)值進(jìn)行功率控制,3. MS Tx,4. RNC 檢測(cè) BLER,5. RNC 更新SIR目標(biāo)值,6. Node B 根據(jù)

17、新的SIR目標(biāo)值繼續(xù)功率控制,內(nèi)環(huán)功率控制,外環(huán)功率控制,Node B,UE,RNC,2005年7月,功率控制主要參數(shù),BLERTarget的典型設(shè)置： CS AMR：1 CS 64K：0.11% PS：5,2005年7月,準(zhǔn)入控制目的、觸發(fā)時(shí)機(jī),目的： 通過接納或拒絕用戶的接入使小區(qū)的負(fù)荷保持在一個(gè)合理的水平，保證已有用戶的通信質(zhì)量 觸發(fā)時(shí)機(jī) 在呼叫建立時(shí) 切換請(qǐng)求切入小區(qū)時(shí) 呼叫進(jìn)行無線資源的重配置時(shí),2005年7月,準(zhǔn)入控制流程,2005年7月,準(zhǔn)入控制,準(zhǔn)入控制相關(guān)參數(shù)： 上行主要通過RTWP (Received Total Wide band Power)攀升來判決，一般設(shè)置使上行負(fù)

18、載為50； 下行主要通過TCP (Transmitted Carrier Power)門限來判決，一般參數(shù)設(shè)置使下行負(fù)載為75；,2005年7月,內(nèi)容,UMTS概述 WCDMA基本原理 WCDMA的移動(dòng)性管理 WCDMA的無線資源管理 UTRAN協(xié)議與信道 協(xié)議棧 邏輯信道 傳輸信道 物理信道 RRC狀態(tài)遷移 WCDMA的業(yè)務(wù)與QoS,2005年7月,UMTS協(xié)議棧,2005年7月,Radio Network Layer,Transport Network Layer,Physical Layer,Application Protocol,Data Stream(s),Control Plan

19、e,User Plane,Signaling Bearer(s),Signaling Bearer(s),Data Bearer(s),ALCAP(s),Transport Network User Plane,Transport Network User Plane,Transport Network Control Plane,UTRAN接口的一般模型,UMTS Terrestrial Radio Access Network,2005年7月,控制平面/Control Plane,2005年7月,用戶平面/User Plane,2005年7月,Uu接口協(xié)議棧,Layer 1,Layer 3

20、,Layer 2,Control Plane,User Plane,PHY (PHYsical),MAC (Medium Access Control),RLC (Radio Link Control),PDCP,BMC,RRC (Radio Resource Control),Management functions: MM, CC,Non Access Stratum,Access Stratum,Network layer protocol: Ipv4, Ipv6, .,AMR,2005年7月,信道（1）,UMTS定義了三種信道: 邏輯信道Logical channels: 消息的類型

21、傳輸信道Transport channels: 傳輸格式（卷積碼、時(shí)長(zhǎng)、編碼方式、分塊方式、BLOCK的傳送周期、BLOCK的大小等）等 物理信道Physical channels:頻率擴(kuò)頻碼擾碼,2005年7月,信道（2）,2005年7月,部分信道縮略語,2005年7月,信道映射關(guān)系,邏輯信道,傳輸信道,物理信道,BCCH,BCH,P-CCPCH,FACH,S-CCPCH,PCCH,PCH,S-CCPCH,CCCH,RACH,PRACH,FACH,S-CCPCH,CTCH,FACH,S-CCPCH,DCCH, DTCH,DCH,DPDCH或DPCCH,CPCH,PCPCH,DSCH,PDSC

22、H,RACH, FACH,PRACH, S-CCPCH,GSM：BCCH,GSM：PCH,GSM：RACH AGCH,物理信道： GSM：物理信道是通過不同時(shí)隙區(qū)分； WCDMA：網(wǎng)絡(luò)信道是通過不同碼字區(qū)分；,GSM：CBCH,GSM：SDCCH SACCH FACCH,GSM：TCH,GSM沒有傳輸信道！,2005年7月,邏輯信道業(yè)務(wù),= 下行,= 上行,DTCH (Dedicated Traffic CHannel),CTCH (Common Traffic CHannel),AMR語音： 12.20 kbps; 10.20 kbps; 7.95 kbps; 7.40 kbps; 6.70

23、 kbps; 5.90 kbps; 5.15 kbps; 4.75 kbps 電路交換的數(shù)據(jù) 分組交換的數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù),透明非確認(rèn)模式下的公共用戶數(shù)據(jù) 小區(qū)廣播信息 (天氣,交通等),AMR,E-mail,SMS,FTP,VoIP,RNC,Info provider,2005年7月,邏輯信道控制,BCCH (Broadcast Control CHannel),PCCH (Paging Control CHannel),BCH or FACH上廣播的系統(tǒng)消息, 頻率號(hào) (UARFCN); Cell 、 PLMN 標(biāo)識(shí); 允許的最大上行發(fā)射功率等.,在空閑、cell_PCH 或 URA

24、_PCH狀態(tài)尋呼(尋呼類型1) 通知UE系統(tǒng)消息改變,DCCH (Dedicated Control CHannel),發(fā)送專用控制消息給UE 測(cè)量報(bào)告 cell_FACH或cell_DCH狀態(tài)尋呼UE (尋呼類型 2); 激活集更新消息等,CCCH (Common Control CHannel),Cell不了解UE位置時(shí)，此信道發(fā)送發(fā)送控制消息 (RRC connection, cell or URA updates) 碼字的分配、UTRAN臨時(shí)標(biāo)識(shí),2005年7月,傳輸信道,Semi Static Part: CRC size Channel Coding TTI,Dynamic Par

25、t: Transport Block Size Transport Block Set Size,傳輸信道定義了一系列的傳輸格式特性,Transport Block,Transport Block,Transport Block,Transport Block,Transport Block,Transmission Time Interval,Transport Block Size,Transport Block Set Size,Transport Format #1,Transport Format #2,2005年7月,主要的傳輸信道,2005年7月,物理信道幀結(jié)構(gòu),Frame #0

26、,Frame #1,Frame #i,Frame #4095,System frame = 4096 frames = 40.96 seconds,Slot #0,Slot #1,Slot #j,Slot #14,Frame = 15 time slots = 10 ms = 38400 chips,Slot = 0.667 ms = 2560 chips,Data or control or mixed: 10*2k bits, k from 0 to 6 (UL), from 0 to 7 (DL),2005年7月,下行384K業(yè)務(wù)的速率形成過程,DTCH,DCCH,Turbo code

27、R=1/3,Radio frame FN=4N+1,Radio frame FN=4N+2,Radio frame FN=4N+3,Radio frame FN=4N,Information data,CRC detection,2nd interleaving,9120,9050,70,9050,70,9050,70,9050,9050,9050,#170,#270,#370,#470,9120,9120,9120,9050,11568,3856,CRC16,3840,3840,70,280,360,100,CRC12,Rate matching,1st interleaving,CRC d

28、etection,Information data,9050,9050,9050,280,100,Radio Frame Segmentation,slot segmentation,480 ksps DPCH (including TFCI bits),Rate matching,1st interleaving,0,1,14,608,608,0,1,608, ,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,0,1,14,608,608,0,1,608,14,Termination 12,112,Tail8,Tail bit d

29、iscard,Viterbi decoding R=1/3, , , , , , , ,2005年7月,物理信道、開機(jī)搜索,P-SCH：UMTS的cell存在？時(shí)隙邊界 ，SF=256 S-SCH ：幀邊界、時(shí)隙號(hào)、主擾碼組號(hào)，SF=256 P-CPICH：主擾碼，SF=256 PCCPCH：MIB、SIB廣播消息塊， SF=256 PRACH：隨機(jī)接入 AICH：接入指示.，SF=256 S-CCPCH：FACH、RACH的映射， SF=4256 PICH：尋呼指示. SF=256 DPDCH、DPCCH,2005年7月,P-CPICH 不承載任何傳輸信道 固定速率30 kbps OVSF

30、code = Cch,256,0 用主擾碼加擾 CPICH_EC/N0: P-CPICH信號(hào)的質(zhì)量 UE對(duì)小區(qū)的CPICH EC/N0進(jìn)行測(cè)量，上報(bào)給RNC，據(jù)此進(jìn)行： 小區(qū)選擇和小區(qū)重選 評(píng)定激活組 觸發(fā)切換 設(shè)置初始下行功率 計(jì)算鏈路質(zhì)量,主-公共導(dǎo)頻信道,2005年7月,RRC狀態(tài)遷移,狀態(tài)遷移的目的：節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源、手機(jī)省電 遷移的路線： 省電，省資源: CELL_DCH到CELL_FACH到CELL_PCH到URA_PCH 根據(jù)用戶的需要，增加用戶的帶寬，提高QoS： URA_PCH到CELL_PCH到CELL_FACH到CELL_DCH,2005年7月,RRC狀態(tài)遷移,上行：專用信道

31、 下行：專用信道或共享信道(DSCH),上行：RACH 或CPCH 下行：FACH,空閑模式,UE只能監(jiān)聽PCH；UE需發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需轉(zhuǎn)移至CELL_FACH狀態(tài),UE位置信息限定于URA級(jí)；其它與CELL_PCH相同,2005年7月,UE工作模式比較,2005年7月,內(nèi)容,UMTS概述 WCDMA基本原理 WCDMA的移動(dòng)性管理 WCDMA的無線資源管理 UTRAN協(xié)議與信道 WCDMA的業(yè)務(wù)與QoS 業(yè)務(wù)類別 QOS保障與協(xié)商機(jī)制,2005年7月,QoS - 可用性(接通率&掉話等)、時(shí)延、抖動(dòng)、流量、丟包率等,Video Conference speech CS data,Video Stream Audio Stream,Basic Browsing