WCDMA的基本原理.ppt

1,目錄,一. 前言 二. WCDMA的信道結構 三. 信道編碼和復用 四. 擴頻與調制 五. 隨機接入和同步 六. 發(fā)射分集與功率控制,2,一. 前 言,關于3G（第三代移動通信） 的背景介紹,3,3G來歷,3G在國際電聯(lián)ITU被成為國際移動通信-2000，即IMT-2000； 在歐洲電信標準協(xié)會ETSI被叫作 個人移動通信UMTS； 地面3G無線傳輸技術共有10種，以寬帶CDMA技術為主流。,4,3G的目標,更高比特率的數(shù)據業(yè)務和更好的頻譜利用率。 對全覆蓋和移動，比特率144kbit/s,最佳比特率384kbit/s; 有限覆蓋和移動，比特率為2Mbit/s; 和現(xiàn)有系統(tǒng)相比，有更高的頻譜利用率； 可以靈活地引入新的業(yè)務。,5,3G的目標,多媒體能力,個人化使用,智能化功能,多速率和高級業(yè)務(2Mb/s),固定網的質量,更簡單的蜂窩結構 容易進行信道規(guī)劃和管理,大容量:60路話/小區(qū)/MHz,低的發(fā)射功率 室外300mw,室內20mW,6,IMT-2000系統(tǒng)的應用業(yè)務,Internet, ISDN,信用卡鑒權； 電子郵件，語音信箱，視頻郵件； 可視電話，會議電視； VOD，遠程購物； 新聞，天氣預報，交通信息； 緊急呼叫，安全管理，遙測等。,7,3G的服務要求,全球范圍的高度兼容 移動業(yè)務與固定業(yè)務兼容 手機體積小，輕，可全球漫游 可以得到高速數(shù)據、低速圖象的服務,8,3G承載業(yè)務要求,9,第三代標準的融合過程,19851994年明確概念和目標，提出未來公共陸地移動電話系統(tǒng)FPLMTS 19871994年確定基本原則 19901998年制定框架和要求，1996年更名為IMT-2000 19921998年確定評估方法和程序 1998年6月30日前征集IMT-2000-RTT技術方案 1998年7月1999年12年制定出最后的技術規(guī)范,10,3G伙伴項目-3GPP和3GPP2,3GPP (3G Partnership Project) 歐洲的ETSI，日本的無線工業(yè)和商業(yè)協(xié)會ARIB，電信技術委員會TTC ，韓國電信技術協(xié)會TTA，美國的電信委員會T1和中國的CWTS六個標準化組織組成。以GSM為核心網，WCDMA和CDMA TDD（TD-SCDMA）為無線接口 3GPP2 由美國的電信工業(yè)協(xié)會TIA，日本ARIB，TTC，韓國TTA和中國的CWTS五個標準化組織組成，以ANSI/IS-95為核心網，CDMA2000為無線接口。,11,3G標準化組織格局,ETSI SMG,TIA T1P1,ARIB TTC TTA CWTS,3GPP,3GPP2,IMT-2000,12,與2G的關系或演變過程,2G,3G,IS-95 CDMA,GSM,CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA,2.5G,GPRS EDGE,IS-95B,13,IMT2000的結構和接口,14,IS41 核心網,GSM 核心網,IS136,UWC136,IS95,CDMA2000,GSM,WCDMA,核心網與無線接口的關系,NNI,15,移動通信發(fā)展的時間表,1970s 1980s 1990s 2000s,提出,標準化,商業(yè)運行,提出,標準化,商業(yè)運行,提出,標準化,商業(yè)運行,提出,1G AMPS,2G GSM,3G IMT-2000,4G OFDM ?.,16,中國參加3G工作的歷程,中國郵電部MPT下屬電信傳輸所RITT負責國內標準。與ETSI和ARIB積極合作，作為一個成員參加ETSI/SMG會議。同時也參加了ITU的討論進程。 以李世鶴先生為主的大唐通信公司提出了TD-SCDMA的 提案和北京郵電大學李道本教授提出了大區(qū)域同步碼分多址LAS-CDMA方案。其中TD-SCDMA成為代表性的標準之一。成為中國在高科技領域提出的第一個 國際標準。,17,中國參加3G工作的歷程,中國不僅僅參加了3G的標準化，還在研究領域作了大量的工作，把第三代移動通信技術列為國家863計劃的一個重要主題加以研究。研制的移動臺樣機，在國內首次實現(xiàn)了移動臺之間及移動臺與CDMA商用手機的通話。 并在剛剛結束的863成果展示、評比中受到好評?！暗谌苿油ㄐ艑＜医M總體組”獲得先進集體獎。東南大學無線電系主任尤肖虎教授也榮獲“個人突出貢獻獎”。,18,3G中的關鍵技術,信源編碼 同步 RAKE接收機 功率控制 信道編解碼,發(fā)射分集 多用戶檢測 軟切換 移動IP,19,3G前景展望,3G的標準是一個大家族，有于牽涉到不同國家和企業(yè)的切身利益。沒有達到統(tǒng)一的唯一系統(tǒng)。最終形成兩大陣營，10幾個方案； 商用還有待于進一步的試驗、測試，運行商大多處于關注階段；估計會在2001以后投入使用； 4G的初始研究已經開始，要支持20M數(shù)據速率。主流看好：空時編碼、智能天線、OFDM、聯(lián)合傳輸、聯(lián)合檢測等新技術的應用。但最終如何還很難說。,20,二 WCDMA的信道結構,信道類型以及時隙、幀結構,21,CN,UTRAN,UE,Uu,Iu,UTRAN: UMTS 陸地無線接入網 Uu：WCDMA無線接口,22,層3-無線資源控制RRC,層2-媒體接入控制MAC,層1-物理層,傳輸信道,邏輯信道,PHY原語,WCDMA無線接口分層結構,23,W-CDMA標準的介紹,W-CDMA有兩種模式：FDD和TDD。 FDD： 上行和下行鏈路采用兩個不同頻率的載波工作的雙工模式。 TDD：上行和下行鏈路采用兩個不同時隙來區(qū)分、在相同的頻段上工作的雙工模式，即上、下行鏈路的信息是交替發(fā)送的。,24,2.1 信道分類,從不同協(xié)議層次上看，信道分三類： 邏輯信道 傳輸信道 物理信道,25,WCDMA傳輸信道,公共信道 包括:廣播信道BCH、 前向接入信道 FACH、 尋呼信道PCH、隨機接入信道RACH、下行共享信道DSCH、公用分組信道CPCH。 專用信道 僅有一種：DCH，用來給特定的UE傳送數(shù)據或控制信息,26,公共傳輸信道分類,27,物理信道(上行),上行信道,上行專用信道,DPDCH,DPCCH,上行公用信道,PRACH,PCPCH,28,物理信道（下行）,下行信道,下行專用信道,DPDCH,DPCCH,下行公用信道,CCPCH,SCH,PDSCH,PICH,AICH,CPICH,29,30,傳輸信道,物理信道,BCH,FACH,PCH,RACH,CPCH,DCH,DSCH,公共導頻信道,主公共導頻信道,輔助公共導頻信道,物理隨機接入信道（PRACH）,物理公共分組信道（PCPCH）,專用物理數(shù)據信道（DPDCH）,專用物理控制信道（DPCCH）,同步信道（SCH）,物理下行公享信道（PDSCH）,尋呼指示信道（PICH）,31,2.2專用物理信道結構,32,33,DPCCH中的域,Pilot：導頻信道 FBI：反饋信息，支持反饋模式發(fā)射分集（FBD）和站址選擇分集（SSD） TPC: 傳輸功率控制 TFCI：傳輸格式組合指示，通知基站有關用戶上行DPDCH多路復用的不同傳輸信道數(shù)據格式（傳輸塊大小、間隔等）,34,FBI域結構,S域用于SSD控制 D域用于FBD反饋模式發(fā)射分集控制,D域,S域,FBI域,35,2.3 上行物理隨機接入信道 PRACH,36,5120chip,隨機接入傳輸,隨機接入傳輸,隨機接入傳輸,幀邊界,RACH基于時隙ALOHA方式,37,前導部分,.,前導部分,前導部分,消息部分,4096Chip,前導部分是長16chip的特征碼重復256次,Data Nbit,Pilot Npbit,TFCI,10ms,slot1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,38,2.4 上行物理公共分組信道 PCPCH,39,.,4096Chip,接入前導,碰撞檢測前導,DPCCH,DPDCH,10ms,N10ms,40,2.5 下行專用物理信道 DPCH,41,42,物理信道1,物理信道2,物理信道L,Pilot,TPC,TFCI,多碼傳輸時下行時隙格式,DPDCH,1個時隙0.625ms,43,2.6 主公共控制物理信道 PCCPCH,（承載廣播信道）,44,數(shù)據,slot1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,幀1,幀2,幀72,幀i,.,.,720ms,256chip,2560chip 20bit,45,2.7 輔助共公控制物理信道 SCCPCH,（承載FACH和PCH）,46,數(shù)據,slot1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,幀1,幀2,幀72,幀i,.,.,720ms,2560chip 20*2Kbit(K=0.6),Pilot,TFCI,47,2.8 同步信道 SCH,（分為主同步P-SCH 和輔助同步S-SCH信道）,48,DATA,acp,acsi,1,256chip,DATA,acp,acsi,2,slot2,DATA,acp,acsi,15,slot15,.,幀,slot1,P-CCPCH,P-SCH,S-SCH,49,同步信道的域,CP表示主同步碼 Csi,k表示輔助同步碼，i表示該小區(qū)使用的擾碼組號；k表時隙號 a表示同步碼上的調制信號，用來指明PCCPCH上是否用了STTD編碼。,50,2.9 物理下行共享信道 PDSCH,（與DPCH信道相關聯(lián)）,51,PDSCH,DCH,Slot=2560chip,52,2.10 下行捕獲指示信道 AICH,（用于傳送AI）,53,AS0 AS1 . ASi . AS14,AI 空閑部分,16symbol(4096chip) 4symbol(1024chip),20ms,AI對應于PRACH或PCPCH上的特征碼，通知用戶準予接入。包含15個接入時隙AS,54,2.11 公用導頻信道 CPICH,（雙天線分集發(fā)送）,55,時隙,天線1,天線2,公共導頻信道調制樣圖,56,2.12 尋呼指示信道 PICH,（傳送PI尋呼指示，其總是和 S-CCPCH相聯(lián)系，SF=256）,57,.,.,1幀10ms,288bits,12bits,每幀發(fā)送N個尋呼指示，N8、36、72、144。如果相應位置的PI為1，就表明與之相關的UE應該去讀取相關的S-CPCH相應幀內容,58,三.信道編碼和復用,為保證高層數(shù)據在無線信道上傳輸，需要將MAC來的數(shù)據流進行編碼/復用，然后在無線鏈路上發(fā)送；同樣地，必須將無線鏈路上接收到的數(shù)據進行解碼/解復用再傳給MAC和高層。,59,兩種模式,非壓縮模式 壓縮模式,60,3.1 非壓縮模式傳輸信道 編碼/復用,以傳送塊集的形式，每個傳送時間間隔TTI傳輸一次，TTI是10,20,40,80ms中的一個,61,編碼/復用步驟（1）,加CRC 傳送塊級聯(lián)和碼塊分割 信道編碼 速率匹配 插入非連續(xù)傳輸DTX指示比特 交織,62,編碼/復用步驟（2）,無線幀分割 傳輸信道的復用 物理信道的分割 物理信道的映射,63,3.2 壓縮模式傳輸信道 編碼/復用,一個幀中時隙Nfirst到Nlast不被用作數(shù)據傳輸，為保持壓縮后的BER不受影響，壓縮幀中其他時隙的傳輸功率加大，何時幀被壓縮，取決于網絡。,64,幀,幀,幀,傳輸間隔用于頻點測試,用打空或減小擴頻因子兩種方式來完成,NfirstNlast,65,3.3 傳輸格式檢測,接收機為了準確解碼，必須知道發(fā)送方的編碼/復用格式。 檢測方式有顯式和陰式（盲傳送格式檢測）兩種,66,TFCI,ReedMuller碼,（10bit）,（30bit）,TFCI,29 28 27 26 1 0,Slot0 Slot1 . Slot14,67,四.擴頻與調制,CDMA系統(tǒng)的基礎。使得系統(tǒng)具有抗多徑衰落，發(fā)射功率低和頻譜利用率高等優(yōu)點。,68,4.1 上行鏈路,69,70,PRACH 消息數(shù)據,PRACH 消息控制,Cc,c,Cd,j,d,Sr,71,C1,1=(1),C2,1=(1,1),C2,1=(1,-1),C4,1=(1,1,1,1),C4,1=(1,1,-1,-1),C4,1=(1,-1,1,-1),C4,1=(1,-1,-1,1),OVSF正交可變擴頻因子信道碼,72,長擾碼的生成,73,短擾碼的生成,74,24 23 3 2 1 0,24 23 3 2 1 0,隨機接入前導擾碼,75,4.2 下行鏈路,76,77,下行擾碼的生成,78,五.隨機接入與同步,WCDMA初始工作中的兩個重要過程。,79,5.1 同步,80,小區(qū)搜索,1 時隙同步 2 幀同步及碼組指示 3 擾碼識別,81,1 時隙同步,UE采用SCH的主同步碼來獲取(在256chip之內完成) 一般采用一個匹配濾波器來完成。 所有小區(qū)主同步碼都相同，即C256,0。,82,2 幀同步和碼組指示,UE采用輔助同步碼來發(fā)現(xiàn)幀同步（在無線幀長10ms之內） 并同時確定小區(qū)的碼組 輔助同步碼是由16個長度為256chip的短碼構成。共有32個，對應了32個擾碼碼組，每個碼組含16個擾碼。,83,3 擾碼識別,UE確定小區(qū)中使用的基本擾碼。 在PCCPCH上與2中識別的碼組中所有碼字進行符號與符號之間的相關運算。 識別了小區(qū)基本擾碼后，同時UE也得到了超幀同步（從BCH上的系統(tǒng)幀序號SFN信息獲得）,84,PRACH同步,隨機接入突發(fā)要按照接入時隙的時序進行，接入時隙的時序從P-CCPCH時序得到。 第n個接入時隙位置起始于P-CCPCH幀邊界后的n10/N ms。N是每10ms的接入時隙數(shù)，n0，1，.，N,85,5.2 隨機接入,WCDMA初始工作中的兩個重要過程。,86,物理隨機接入準備,物理層需要從高層得到以下信息： 前導擾碼 對應每個接入業(yè)務級別ASC的可用特征碼和RACH子信道組 功率變化步長,傳送格式參數(shù)集 最大前導重傳次數(shù) 初始前導功率,87,物理隨機接入步驟(1),1.UE對給定的ASC，從可用的子信道組中隨機選擇一個RACH子信道組 2.選擇接入時隙 3.對給定的ASC，從可用的特征碼中隨機選擇一個特征碼 4.設置前導重傳次數(shù),5.設置前導傳輸功率 6.UE用選定的接入時隙、特征碼、和前導傳輸功率發(fā)送第一個前導 7.如果沒有在下行鏈路的AICH中對應的接入時隙里得到捕獲指示AI:,88,物理隨機接入步驟(2),選擇新的上行接入時隙重新嘗試 在給定的ASC內，從可用的特征碼中隨機選擇新的特征碼 以設定的步長增加前導發(fā)射功率 記錄前導重傳的次數(shù),若前導重傳次數(shù)小于設定值，返回6。 若前導重傳的次數(shù)大于設定值，將“無應答”傳遞給MAC層,89,物理隨機接入步驟(3),8. 若在AICH信道中檢測得到負的捕獲指示，則將“拒絕接入”信息返回MAC層 9. 根據AI