WCDMA優(yōu)化培訓の基礎原理課件

WCDMA無線基礎理論WCDMA無線基礎理論1UMTS結構RNCRNCCoreNetworkNodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUu(the“radiointerface”)UEUTRAN: UTRANetworkRNC: RadioNetworkControllerUE: UserEquipmentUTRAN空中接口UMTS結構RNCRNCCoreNetworkNode2UERRCRLCMACPHYRLCCTRLUSERDATAUTRANRRCMACPHYRLCRLCCTRLUSERDATAUTRAN(UMTSTerrestrialradioaccessnetwrok)模型Physicalchannels

PhysicalChannelsDistinguishedby:

-RFFrequency

-ChannelizationCode

-SpreadingCode

-Modulation(I/Q)Phase(uplink)

-Timeslot(TDDmode)SignalingRadioBearerRadioBearerTransportchannels

-groupedbymethodoftransportLogicalchannels

-groupedbyinformationcontent

-UserData

-ControlandsignalingUTRANOSI模型L1L2L2L3L1L2L2L33GPPTS25.201?V3.1.0用戶面控制面邏輯信道傳輸信道物理信道用戶面控制面UERRCRLCMACPHYRLCCTRLUSERUTRAN3內容安排WCDMA基本原理基本功能功率控制移動性(軟切換和頻間切換)信道轉換準入控制擁塞控制內容安排WCDMA基本原理4基本原理基本原理5基本接入技術FDMA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)射機可以同時工作

AMPS,NMT,TACSUser1User2User3Frequency每一個發(fā)射機的擴頻碼互不相同

每一個信道的正交碼互不相同

許多用戶公享同一頻率和時間

IS-95,cdma2000,WCDMAFrequencyCDMAMultipleTransmittersandMultipleDataChannels每一個用戶的時隙互不相同

每一個數據信道在一個時隙內的位置互不相同

幾個用戶可以共享同一頻率

IS-136,GSM,PDCTDMAUser1User2User3UserNTime基本接入技術FDMA每一個用戶的頻率互不相同

(每一個用63.84Mcps碼速率異步模式可變擴頻和multi-code使用,SF=4…512高速數據

-384kbpswithwide-areacoverage

-Upto2Mbpswithlocalcoverage(packetservices)FDD載波間隔4.2-5MHz(200kHzsteps)幀長10msft10msframe4.2-5.0MHzMultiplexedVariablerateusersP3GPPWCDMA基本概念3.84Mcps碼速率ft10msframe4.2-7DS-CDMA-原理fP3窄帶干擾寬帶干擾MODDEMLPDET(960kb/s)(3,84Mc/s)54321擴頻增益g=RchipRbitP4P5P2P1fDS-CDMA-原理fP3窄帶干擾寬帶干擾MODDEML8抗干擾InterferenceRejection使用擴頻，在解碼后有用信號變成尖峰，而干擾變成小信號。fPSpreadSpectrumfPSpreadSpectrumNoiseFloorLevelWantedsignalInterferer1Interferer2InterferernfPSpectrumafterDe-spreading

(Processing)NoiseFloorLevelInterferer1Interferer2InterferernCombinedlevelfor

NoiseandInterferenceWantedsignalC/I抗干擾InterferenceRejection使用擴9干擾和容量小區(qū)中所有正在進行的呼叫決定干擾電平呼叫越多，干擾越大.覆蓋邊緣的用戶沒有足夠的發(fā)射功率抵抗干擾.(隨著容量的增加覆蓋減小–小區(qū)呼吸)每個新呼叫影響正在進行的呼叫i.e.AnewcallaffectstheQoSofon-goingcalls.功率控制必不可少。干擾和容量10(W)CDMA系統(tǒng)容量單個小區(qū)容量支持用戶數: K~Gp/(Eb/I0)多個小區(qū)容量100%頻率復用容量干擾受限其他小區(qū)用戶產生的干擾(不受基站功率控制的用戶)->減少上行容量其他基站對UE接收機產生的干擾->減少下行容量上下行都需要快速功率控制(W)CDMA系統(tǒng)容量單個小區(qū)容量11WCDMA碼的使用從單個小區(qū)來看:所有移動臺共享同一個載波正交碼區(qū)分區(qū)分不同用戶，和同一用戶連接的不同信道信道碼Channelizationcodes從整個網絡來看:多個發(fā)射機(RBS,UE)共存于同一區(qū)域下的同一頻率近似正交碼區(qū)分發(fā)射機擾碼ScramblingcodesWCDMA碼的使用從單個小區(qū)來看:12CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

combinerFilteringModulator,TransmitterRBS,sector1DataUser2DataUser3DataUsernCC1CC2CC3CCnSC1DataUser1FilteringReceiver,

DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

DemodulatorUE2CC2SC1User

Data

1User

Data

2User

Data

3User

Data

nSC1User

Data

1NoiseNoiseNoiseCC2CC1CC3CCnSC1CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co13CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

combinerFilteringModulator,TransmitterRBS,sector1DataUser2DataUser3DataUsernCC1CC2CC3CCnSC1DataUser1FilteringReceiver,

DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

DemodulatorUE2CC2SC1User

Data

1User

Data

2User

Data

3User

Data

nSC1User

Data

1NoiseNoiseNoiseCC2CC1CC3CCnCC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co14CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

combinerFilteringModulator,TransmitterRBS,sector1DataUser2DataUser3DataUsernCC1CC2CC3CCnSC1DataUser1FilteringReceiver,

DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

DemodulatorUE2CC2SC1User

Data

1User

Data

2User

Data

3User

Data

nSC1User

Data

1NoiseNoiseNoisescramblingchannelizationCC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co15擾碼，PN碼(偽隨機碼)截斷的Gold碼在WCDMA中作為擾碼用每一個基站和終端都被分配一個唯一的擾碼碼的特性：編碼帶寬要遠大于信號(所傳信息)的帶寬自相關性好(為使“正確”信號的峰值清晰)如果發(fā)射機和接收機之間的編碼不能完全同步，由于自相關性好也不會有大的降級使正確同步的可能性最大互相關性低使RBS和UE間的干擾最小擾碼，PN碼(偽隨機碼)截斷的Gold碼16擾碼的規(guī)劃8192個擾碼分為主擾碼和輔擾碼512個主擾碼最好的自相關和互相關特性每個主擾碼配15個輔擾碼用于多個擾碼和其他特殊情況自相關和互相關特性稍差主擾碼分成64個組，每組8個加快小區(qū)搜索擾碼的規(guī)劃8192個擾碼17擾碼的規(guī)劃每個小區(qū)分配一個主擾碼相鄰小區(qū)使用統(tǒng)一個組的擾碼可以重復使用相鄰小區(qū)不能重復使用按照S/IandEc/I0

復用若運營商在臨界區(qū)使用同一個頻率，需要相互協(xié)調碼的使用預留擾碼便于協(xié)調SC1SC2SC3SC49SC50SC51SC17SC18SC19SC65SC66SC67SC33SC34SC35SC1SC2SC3SC33SC34SC35SC81SC82SC83擾碼的規(guī)劃每個小區(qū)分配一個主擾碼SC1SC2SC3SC49S18信道碼(正交碼)正交可變擴頻因子(OVSF)碼在WCDMA中作為信道碼用從一個發(fā)射機來的每一個信道都被分配一個唯一的OVSF碼

碼的特性：基于Walsh函數非常好的自相關性如果完全同步，具有正交互相關性不同的信道可以在相同的擾碼上傳輸而沒有相互間的干擾，也就是說，在接收機方有可能完全分離信道對同步要求高(不適用于擾碼)可用編碼的最大數量依賴于碼長在WCDMA中8,16,32,64,128,256(或512)個碼片信道碼(正交碼)正交可變擴頻因子(OVSF)碼19正交碼樹CodelimitationAllcodeswithinthetreeareorthogonalSpreadingfactor12481632:C(1,1)C(1,-1)C(1,1,1,1)C(1,1,-1,-1)C(1,1,1,1,1…)C(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)C(….)C(….)C(1)正交碼樹CodelimitationSpreading20比特率和擴頻因子比特率和擴頻因子21WCDMA發(fā)射機結構UserDataCRCFECInterleaverOSVFCodeGeneratorChannelIDScrambling

CodeGeneratorCellID/UEIDComplexSpreading

(DL)HPSKSpreading(UL)FilterFilterIQModulatorRF5-1000kbps3.84Mcps30-1920kbps3.84Mcps3.84McpsRepeatedevery10ms,

sameforallphysicalchannelsRepeatedeverysymbol,

uniqueforeachchannelErrorDetectionErrorCorrectionErrorRandomizationSpreadingScramblingSpectralContainmentModulation&RFSignalGenerationWCDMA發(fā)射機結構UserDataCRCFECInte22無線信道多徑傳播時間離散h()00123123無線信道多徑傳播時間離散h()00123123WCDMA接收機Transmitter: STx(t)=dkck*costkklReceiver: SRx(t)=lkdkck(t-lk)cos[(+dlk)t+lk]tklSingleusertklMultipleuserstklRakereceiverprincipleWCDMA接收機Transmitter: STx(t)=24Rake接收機每條多徑稱為一個“finger”為每個“finger”估計信道特性:時延幅度相位Rake接收機能夠區(qū)分的多徑間隔onechipperiodTchip WCDMA:3.84Mcps

Tchip=0.26μs78mchiprate越高能吸收更多的路徑(需要更多的處理能量)Rake接收機每條多徑稱為一個“finger”25時間離散和信道估計12h1h0h2ChannelDiversityCombinationSelectiveEqualgainMaximum

RatioChannelEstimationDelayDelayDelayand

complexamplitudesa2a1a00011/31/31/3h2*h1*h0*gggC(n)21C(n)C(n)a2a1a0r(n)DiversityCombinationTo

Decodera0a1a2122時間離散和信道估計12h1h0h2ChannelDiv26WCDMA接收機結構RFReceiverFrontEndDespreaderChannelEstimatorDemodulator&DescramblerCRC,ChannelDecoder,

Deinter-leaverRadioConfigurationControlA/DMultipathEstimator…...Multi-user

DetectionMulti-path

CombinerUserData…...…...OSVFCodeGeneratorScrambling

CodeGenerator5-1000kbps3.84Mcps30-1920kbps3.84Mcps3.84McpsResolvingofmultiplepathsInterferenceCancellationErrorCorrectionDespreadingDemodulation&

DescramblingWCDMA接收機結構RFReceiverDespreade27WCDMA基本功能WCDMA基本功能28功率控制–為什么?L1L2L1>>L2

PRX,2>>PRX,1PTX,2PTX,1PRX,2PRX,1所有用戶在同一頻率發(fā)射一個大功率發(fā)射的用戶可以阻塞整個小區(qū)上行功控抵抗路徑損耗和快衰落下行功控主要消除快衰落其他因素：硬件(MCPA)限制,UE功率消耗功率控制–為什么?L1L2L1>>L2PRX29消除快衰落TXpowerTXpowerRXpowerRXpowertttt沒有功控有功控消除快衰落TXpowerTXpowerRXpowerR30謝謝!!!謝謝!!!31演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！32WCDMA無線基礎理論WCDMA無線基礎理論33UMTS結構RNCRNCCoreNetworkNodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUu(the“radiointerface”)UEUTRAN: UTRANetworkRNC: RadioNetworkControllerUE: UserEquipmentUTRAN空中接口UMTS結構RNCRNCCoreNetworkNode34UERRCRLCMACPHYRLCCTRLUSERDATAUTRANRRCMACPHYRLCRLCCTRLUSERDATAUTRAN(UMTSTerrestrialradioaccessnetwrok)模型Physicalchannels

PhysicalChannelsDistinguishedby:

-RFFrequency

-ChannelizationCode

-SpreadingCode

-Modulation(I/Q)Phase(uplink)

-Timeslot(TDDmode)SignalingRadioBearerRadioBearerTransportchannels

-groupedbymethodoftransportLogicalchannels

-groupedbyinformationcontent

-UserData

-ControlandsignalingUTRANOSI模型L1L2L2L3L1L2L2L33GPPTS25.201?V3.1.0用戶面控制面邏輯信道傳輸信道物理信道用戶面控制面UERRCRLCMACPHYRLCCTRLUSERUTRAN35內容安排WCDMA基本原理基本功能功率控制移動性(軟切換和頻間切換)信道轉換準入控制擁塞控制內容安排WCDMA基本原理36基本原理基本原理37基本接入技術FDMA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)射機可以同時工作

AMPS,NMT,TACSUser1User2User3Frequency每一個發(fā)射機的擴頻碼互不相同

每一個信道的正交碼互不相同

許多用戶公享同一頻率和時間

IS-95,cdma2000,WCDMAFrequencyCDMAMultipleTransmittersandMultipleDataChannels每一個用戶的時隙互不相同

每一個數據信道在一個時隙內的位置互不相同

幾個用戶可以共享同一頻率

IS-136,GSM,PDCTDMAUser1User2User3UserNTime基本接入技術FDMA每一個用戶的頻率互不相同

(每一個用383.84Mcps碼速率異步模式可變擴頻和multi-code使用,SF=4…512高速數據

-384kbpswithwide-areacoverage

-Upto2Mbpswithlocalcoverage(packetservices)FDD載波間隔4.2-5MHz(200kHzsteps)幀長10msft10msframe4.2-5.0MHzMultiplexedVariablerateusersP3GPPWCDMA基本概念3.84Mcps碼速率ft10msframe4.2-39DS-CDMA-原理fP3窄帶干擾寬帶干擾MODDEMLPDET(960kb/s)(3,84Mc/s)54321擴頻增益g=RchipRbitP4P5P2P1fDS-CDMA-原理fP3窄帶干擾寬帶干擾MODDEML40抗干擾InterferenceRejection使用擴頻，在解碼后有用信號變成尖峰，而干擾變成小信號。fPSpreadSpectrumfPSpreadSpectrumNoiseFloorLevelWantedsignalInterferer1Interferer2InterferernfPSpectrumafterDe-spreading

(Processing)NoiseFloorLevelInterferer1Interferer2InterferernCombinedlevelfor

NoiseandInterferenceWantedsignalC/I抗干擾InterferenceRejection使用擴41干擾和容量小區(qū)中所有正在進行的呼叫決定干擾電平呼叫越多，干擾越大.覆蓋邊緣的用戶沒有足夠的發(fā)射功率抵抗干擾.(隨著容量的增加覆蓋減小–小區(qū)呼吸)每個新呼叫影響正在進行的呼叫i.e.AnewcallaffectstheQoSofon-goingcalls.功率控制必不可少。干擾和容量42(W)CDMA系統(tǒng)容量單個小區(qū)容量支持用戶數: K~Gp/(Eb/I0)多個小區(qū)容量100%頻率復用容量干擾受限其他小區(qū)用戶產生的干擾(不受基站功率控制的用戶)->減少上行容量其他基站對UE接收機產生的干擾->減少下行容量上下行都需要快速功率控制(W)CDMA系統(tǒng)容量單個小區(qū)容量43WCDMA碼的使用從單個小區(qū)來看:所有移動臺共享同一個載波正交碼區(qū)分區(qū)分不同用戶，和同一用戶連接的不同信道信道碼Channelizationcodes從整個網絡來看:多個發(fā)射機(RBS,UE)共存于同一區(qū)域下的同一頻率近似正交碼區(qū)分發(fā)射機擾碼ScramblingcodesWCDMA碼的使用從單個小區(qū)來看:44CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

combinerFilteringModulator,TransmitterRBS,sector1DataUser2DataUser3DataUsernCC1CC2CC3CCnSC1DataUser1FilteringReceiver,

DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

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Data

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Data

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Data

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Data

1NoiseNoiseNoiseCC2CC1CC3CCnSC1CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co45CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

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DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

DemodulatorUE2CC2SC1User

Data

1User

Data

2User

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Data

1NoiseNoiseNoiseCC2CC1CC3CCnCC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co46CC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataUser1Cell

combinerFilteringModulator,TransmitterRBS,sector1DataUser2DataUser3DataUsernCC1CC2CC3CCnSC1DataUser1FilteringReceiver,

DemodulatorUE1CC1SC1DataUser2FilteringReceiver,

DemodulatorUE2CC2SC1User

Data

1User

Data

2User

Data

3User

Data

nSC1User

Data

1NoiseNoiseNoisescramblingchannelizationCC2CC1CC3CCn擾碼和信道碼DataCell

co47擾碼，PN碼(偽隨機碼)截斷的Gold碼在WCDMA中作為擾碼用每一個基站和終端都被分配一個唯一的擾碼碼的特性：編碼帶寬要遠大于信號(所傳信息)的帶寬自相關性好(為使“正確”信號的峰值清晰)如果發(fā)射機和接收機之間的編碼不能完全同步，由于自相關性好也不會有大的降級使正確同步的可能性最大互相關性低使RBS和UE間的干擾最小擾碼，PN碼(偽隨機碼)截斷的Gold碼48擾碼的規(guī)劃8192個擾碼分為主擾碼和輔擾碼512個主擾碼最好的自相關和互相關特性每個主擾碼配15個輔擾碼用于多個擾碼和其他特殊情況自相關和互相關特性稍差主擾碼分成64個組，每組8個加快小區(qū)搜索擾碼的規(guī)劃8192個擾碼49擾碼的規(guī)劃每個小區(qū)分配一個主擾碼相鄰小區(qū)使用統(tǒng)一個組的擾碼可以重復使用相鄰小區(qū)不能重復使用按照S/IandEc/I0

復用若運營商在臨界區(qū)使用同一個頻率，需要相互協(xié)調碼的使用預留擾碼便于協(xié)調SC1SC2SC3SC49SC50SC51SC17SC18SC19SC65SC66SC67SC33SC34SC35SC1SC2SC3SC33SC34SC35SC81SC82SC83擾碼的規(guī)劃每個小區(qū)分配一個主擾碼SC1SC2SC3SC49S50信道碼(正交碼)正交可變擴頻因子(OVSF)碼在WCDMA中作為信道碼用從一個發(fā)射機來的每一個信道都被分配一個唯一的OVSF碼

碼的特性：基于Walsh函數非常好的自相關性如果完全同步，具有正交互相關性不同的信道可以在相同的擾碼上傳輸而沒有相互間的干擾，也就是說，在接收機方有可能完全分離信道對同步要求高(不適用于擾碼)可用編碼的最大數量依賴于碼長在WCDMA中8,16,32,64,128,256(或512)個碼片信道碼(正交碼)正交可變擴頻因子(OVSF)碼51正交碼樹CodelimitationAllcodeswithinthetreeareorthogonalSpreadingfactor12481632:C(1,1)C(1,-1)C(1,1,1,1)C(1,1,-1,-1)C(1,1,1,1,1…)C(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)C(….)C(….)C(1)正交碼樹CodelimitationSpreading52比特率和擴頻因子比特率和擴頻因子53WCDMA發(fā)射機結構UserDataCRCFECInterleaverOSVFCodeGeneratorChannelIDScrambling

CodeGeneratorCellID/UEIDComplexSpreading

(DL)HPSKSpreading(UL)FilterFilterIQModulatorRF5-1000kbps3.84Mcps30-1920kbps3.84Mcps3.84McpsRepeatedevery10ms,

sameforallphysicalchannelsRepeatedeverysymbol,

uniqueforeachchannelErrorDetectionErrorCorrectionErrorRandomizationSpreadingScramblingSpectralContainmentModulation&RFSignalGenerationWCDMA發(fā)射機結構UserDataCRCFECInte54無線信道多徑傳播時間離散h()00123123無線信道多徑傳播時間離散h()00123155WCDMA接收機Transmitter: STx(t)=dkck*costkklReceiver: SRx(t)=lkdkck(t-lk)cos[(+dlk)t+lk]tklSingleusertklMultipleuserstklRakereceiverpri