第11章WCDMA和TDD-CDMA系統(tǒng)介紹

第11章

WCDMA和TDD/CDMA系統(tǒng)介紹概述WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)體系WCDMA的信道結(jié)構(gòu)WCDMA的鏈路WCDMA中的信道編碼。功率控制和切換WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)TDD/CDMA介紹11.1概述WCDMA技術(shù)特點(diǎn)寬帶直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)5MHz帶寬

3.84Mchip/s碼片速率可變的用戶速率頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）支持異步基站上下行鏈路采用基于導(dǎo)頻符號(hào)或公共導(dǎo)頻的相干檢測(cè)WCDMA的主要參數(shù)多址接入方式DC-CDMA雙工方式FDD/TDD基站同步異步方式碼片速率3.84Mchip/s幀長(zhǎng)10ms載波帶寬5MHz多速率可變的擴(kuò)頻因子和多碼檢測(cè)使用導(dǎo)頻符號(hào)或公共導(dǎo)頻進(jìn)行相干檢測(cè)多用戶檢測(cè)、智能天線標(biāo)準(zhǔn)支持，應(yīng)用時(shí)可選業(yè)務(wù)復(fù)用具有不同服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)復(fù)用到同一個(gè)連接中11.2WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)體系版本完成時(shí)間RANCNR991999年12月無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)采用UTRA的3.84Mchip/sFDD和TDD模式，Iu系列接口采用ATM承載基于演進(jìn)的GSM、MSC和GPRS、GSN，開放的業(yè)務(wù)架構(gòu)R42001年3月TDD無(wú)線接口采用1.28Mchip/s的LCR模式，即TD-SCDMA

電路域的控制與業(yè)務(wù)分離R52002年3月基于IP的RAN結(jié)構(gòu)，HSDPA支持10Mbit/s速率全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)體系基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，WCDMA無(wú)線通信協(xié)議?？蓜澐譃榻尤雽?AccessStratum)和非接入層(Non-AccessStratum)。WCDMA無(wú)線接入部分標(biāo)準(zhǔn)主要覆蓋了OSI

模型的低三層，分別是:物理層(L1)、數(shù)據(jù)鏈路層(L2)、網(wǎng)絡(luò)層(L3)。WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)體系物理層是由一系列的上、下行物理信道組成，提供信息傳輸通道。鏈路層基本功能是對(duì)物理層的資源進(jìn)行管理和控制，并根據(jù)所配置的參數(shù)通過(guò)ARQ等方式對(duì)上層提供有不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層還兼顧了傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層的功能，它負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的呼叫信令處理，以及話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的控制和處理。WCDMA的標(biāo)準(zhǔn)體系WCDMA系統(tǒng)的協(xié)議棧分為用戶平面和控制平面。物理層、MAC子層和RLC子層為控制平面和用戶平面所共用，L3層中處理信令的部分歸類于控制平面，PDCP、BMC和應(yīng)用層的用戶數(shù)據(jù)部分則歸類于用戶平面。11.3WCDMA的信道結(jié)構(gòu)MAC物理層RRCCPHY原語(yǔ)PHY原語(yǔ)第三層第二層第一層圖11.1物理層接口WCDMA的信道結(jié)構(gòu)傳輸信道介于MAC和層一之間

,分為公共傳輸信道和專用傳輸信道兩種類型。公共傳輸信道包括隨機(jī)接入信道（RACH）、前向接入信道（FACH）、下行共享信道（DSCH）、公共分組信道（CPCH）、廣播信道（BCH）和尋呼信道（PCH）。專用傳輸信道只有一種，即為專用信道（DCH）

WCDMA的信道結(jié)構(gòu)邏輯信道介于MAC和RLC之間，分為控制信道和業(yè)務(wù)信道。控制信道只用于控制平面信息的傳送，包括廣播控制信道（BCCH）、尋呼控制信道（PCCH）、公共控制信道（CCCH）、專用控制信道（DCCH）和共享信道控制信道（SHCCH）。業(yè)務(wù)信道只用于用戶平面信息的傳送包括專用業(yè)務(wù)信道（DTCH）、公共業(yè)務(wù)信道（CTCH）。專用傳輸信道專用傳輸信道用于發(fā)送特定用戶物理層以上的所有信息，其中包括實(shí)際業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)以及高層的控制信息。

專用傳輸信道主要特征包括諸如：快速功率控制，諸幀快速數(shù)據(jù)速率變化，以及通過(guò)改變自適應(yīng)天線系統(tǒng)的天線權(quán)值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某小區(qū)或某扇區(qū)的特定部分區(qū)域的發(fā)射等，還支持軟切換。公共傳輸信道廣播信道下行傳輸信道，用于廣播系統(tǒng)或小區(qū)特定的信息在整個(gè)小區(qū)內(nèi)發(fā)射，并且有一個(gè)單獨(dú)的傳送格式前向接入信道

下行傳輸信道，用于向位于某一小區(qū)的終端發(fā)送控制信息，尋呼信道下行傳輸信道，用于發(fā)送與尋呼過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)用于網(wǎng)絡(luò)與終端進(jìn)行初始化

公共傳輸信道隨機(jī)接入信道上行傳輸信道，發(fā)送來(lái)自終端的控制信息

上行鏈路公共分組信道

RACH信道的擴(kuò)展

發(fā)送基于分組的用戶數(shù)據(jù)

下行鏈路共享信道發(fā)送專用用戶數(shù)據(jù)和/或控制信息的傳輸信道

可以由幾個(gè)UE共享

傳輸信道到物理信道的映射傳輸信道物理信道BCHFACHPCHRACHDCHDSCHCPCH主公共控制物理信道（PCCPCH）輔公共控制物理信道（SCCPCH）物理隨機(jī)接入信道（PRACH）專用物理數(shù)據(jù)信道（DPDCH）專用物理控制信道（DPCCH）物理下行共享信道（PDSCH）物理公共分組信道（PCPCH）同步信道（SCH）公共導(dǎo)頻信道（CPICH）捕獲指示信道（AICH）尋呼指示信道（PICH）CPCH狀態(tài)指示信道（CSICH）碰撞檢測(cè)/信道分配指示信道（CD/CA-ICH）物理信道物理信道是由特定的載頻、擾碼、信道化碼、開始和結(jié)束時(shí)間的持續(xù)時(shí)間段，上行鏈路中的相對(duì)相位來(lái)定義的。無(wú)線幀是一個(gè)包括15個(gè)時(shí)隙的處理單元，一個(gè)無(wú)線幀的長(zhǎng)度是38400chips（10ms）。時(shí)隙是由包含一定比特的字段組成的一個(gè)單元，時(shí)隙的長(zhǎng)度是2560chips。上行專用物理信道分為上行專用物理數(shù)據(jù)信道（上行DPDCH）和上行專用物理控制信道（上行DPCCH）DPDCH和DPCCH在每個(gè)無(wú)線幀內(nèi)是I/Q碼復(fù)用。

上行DPDCH用于傳輸專用傳輸信道（DCH），在每個(gè)無(wú)線鏈路中可以有0個(gè)、1個(gè)或幾個(gè)上行DPDCH上行DPCCH用于傳輸控制信息，包括支持信道估計(jì)以進(jìn)行相干檢測(cè)的已知導(dǎo)頻比特、發(fā)射功率控制指令（TPC）、反饋信息（FBI）、以及一個(gè)可選的傳輸格式組合指示（TFCI）

上行專用物理信道圖11.3上行DPDCH/DPCCH的幀結(jié)構(gòu)上行公共物理信道物理隨機(jī)接入信道（PRACH）

基于帶有快速捕獲指示的時(shí)隙ALOHA方式的傳輸PRACH分為前綴部分和消息部分

UE可以在一個(gè)預(yù)先定義的時(shí)間偏置開始傳輸，表示為接入時(shí)隙

物理公共分組信道（PCPCH）基于帶有快速捕獲指示的DSMA-CD（

DigitalSenseMultipleAccess-CollisionDetection）方法傳輸定時(shí)和結(jié)構(gòu)與RACH相同下行專用物理信道即下行DPCH圖11.4下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)

下行公共物理信道公共導(dǎo)頻信道CPICH

固定速率（30kbps、SF=256）傳送預(yù)定義的比特/符號(hào)序列

主CPICH和從CPICH

P-CPICH是SCH、主CCPCH、AICH、PICH、

AP-AICH、CD/CA-ICH、CSICH和PCH映射的S-CCPCH信道的相位基準(zhǔn)，P-CPICH也可以是FACH映射的S-CCPCH和下行DPCH缺省相位基準(zhǔn)

下行公共物理信道公共控制物理信道（CCPCH）主公共控制物理信道（P-CCPCH）從公共控制物理信道（S-CCPCH）P-CCPCH固定速率（30kbps、SF=256）傳輸BCH

幀結(jié)構(gòu)沒(méi)有TPC指令、TFCI、導(dǎo)頻比特在每個(gè)時(shí)隙的第一個(gè)256chips內(nèi)，發(fā)射主SCH和從SCH

S-CCPCH用于傳送FACH和PCH

可以通過(guò)包含TFCI來(lái)支持可變速率

下行公共物理信道同步信道（SCH）

用于小區(qū)搜索的下行鏈路信號(hào)

主SCH和從SCH

物理下行共享信道（PDSCH）

傳送下行共享信道（DSCH）

尋呼指示信道（PICH）

固定速率（SF=256）

傳輸尋呼指示（PI）

11.4WCDMA的鏈路信道化碼

調(diào)制擾碼下行鏈路擴(kuò)頻上行鏈路擴(kuò)頻信道化碼信道化碼用于區(qū)分來(lái)自同一信源的傳輸

WCDMA的擴(kuò)頻/信道化碼是基于正交可變擴(kuò)頻因子技術(shù)（OVSF）物理信道要采用某個(gè)信道化編碼必須滿足：某碼樹中的下層分支的所有碼都沒(méi)有被使用，也就是說(shuō)此碼之后的所有高階擴(kuò)頻因子碼都不能被使用

信道化碼圖11.6

用于產(chǎn)生正交可變擴(kuò)頻因子碼OVSF

的碼樹

擾碼擾碼的目的是為了將不同的終端或基站區(qū)分開來(lái)。上行物理信道可用的擾碼分為長(zhǎng)擾碼和短擾碼，共有224個(gè)上行長(zhǎng)擾碼和224個(gè)上行短擾碼，上行擾碼由高層分配。下行物理信道是由218

階的gold序列組成擾碼圖11.7上行擾碼序列產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)圖

擾碼圖11.8

下行鏈路擾碼產(chǎn)生器上行鏈路擴(kuò)頻上行鏈路擴(kuò)頻包括DPDCH/DPCCH、PRACH和PCPCH三種。

圖11.9上行鏈路擴(kuò)頻上行鏈路擴(kuò)頻PRACH消息部分和PCPCH消息部分?jǐn)U頻和擾碼原理與專用信道相同，包括數(shù)據(jù)和控制部分，對(duì)應(yīng)專用信道的DPDCH和DPCCH

。下行鏈路擴(kuò)頻圖11.10下行物理信道的擴(kuò)頻調(diào)制WCDMA系統(tǒng)的調(diào)制碼片速率是3.84Mcps，

通過(guò)擴(kuò)頻產(chǎn)生的復(fù)數(shù)值碼片用QPSK方式進(jìn)行調(diào)制，上下行鏈路調(diào)制相同。11.5WCDMA中的信道編碼、功率控制和切換信道編碼功率控制切換WCDMA的信道編碼WCDMA的信道編碼方案包括以下幾部分：糾錯(cuò)編碼/譯碼（包括速率適配），交織/解交織，傳輸信道映射至/分離出物理信道。決定信道編碼性能最基本的問(wèn)題還是它的差錯(cuò)控制方案。兩類糾錯(cuò)方式：前向糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ）。

WCDMA的信道編碼在早期的WCDMA提議中，建議了四種前向信道糾錯(cuò)碼：卷積碼、RS碼與卷積碼的串行級(jí)聯(lián)、Turbo碼業(yè)務(wù)專用編碼。功率控制在WCDMA系統(tǒng)中，無(wú)線資源管理包括功率管理、移動(dòng)性管理、負(fù)載管理、信道分配與重配置，以及AMR模式控制等幾個(gè)方面。

功率管理是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。

功率控制的目的是在所有時(shí)間內(nèi)使在基站接收到的所有移動(dòng)臺(tái)的比特功率都相等。功率控制1.快速功率控制特性對(duì)于WCDMA系統(tǒng)，在上行情況下，DPCCH將10ms的無(wú)線幀劃分為15個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)功控命令（TPC_cmd）。功控的速度高于快衰落，從而有效保證了慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)臺(tái)的接收質(zhì)量。能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的功率，從而在很大程度上避免了遠(yuǎn)近效應(yīng)的產(chǎn)生。同時(shí)功率的迅速調(diào)整也減少了對(duì)其他小區(qū)或移動(dòng)臺(tái)的干擾。功率控制2.功率控制實(shí)現(xiàn)方式內(nèi)環(huán)功控外環(huán)功控內(nèi)環(huán)功控的主要作用是是通過(guò)控制物理信道的發(fā)射功率，使接收SIR收斂于目標(biāo)SIR。WCDMA系統(tǒng)中使用的參數(shù)是Eb/No

外環(huán)功控是通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整內(nèi)環(huán)功控的SIR目標(biāo)值，使通信質(zhì)量始終滿足要求（即達(dá)到規(guī)定的FER/BLER/BER值）。

有必要根據(jù)實(shí)際FER/BLER值動(dòng)態(tài)調(diào)整SIR目標(biāo)值。功率控制2.功率控制實(shí)現(xiàn)方式

圖11.15外環(huán)功率控制的基本結(jié)構(gòu)功率控制3.反向功率控制——實(shí)時(shí)調(diào)整各移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，使本小區(qū)內(nèi)的任一移動(dòng)臺(tái)無(wú)論離基站多遠(yuǎn)，在信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)剛好達(dá)到保證通信質(zhì)量所需的最小信噪比門限。（1）反向開環(huán)功率控制

移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫或響應(yīng)基站的呼叫

補(bǔ)償信道中的平均路徑損耗和陰影效應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍很大

功率控制(2)

反向閉環(huán)功率控制

工作過(guò)程：基站對(duì)解調(diào)后反向業(yè)務(wù)信道信號(hào)的信噪比(SNR)每隔一定時(shí)間檢測(cè)一次，然后將其與事先設(shè)定的門限比較，若收到的SNR高于門限值，基站就在前向信道上送出一個(gè)減小移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的指令；反之，就送出一個(gè)增大移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的指令。移動(dòng)臺(tái)每次調(diào)整發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)范圍稱之為“功率控制步長(zhǎng)”。

功率控制(3)反向外環(huán)功率控制

圖11.16反向外環(huán)功率控制流程圖

功率控制4.前向功率控制目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配相對(duì)較小的前向發(fā)射功率，對(duì)那些較遠(yuǎn)的和解調(diào)信噪比低的移動(dòng)臺(tái)分配較大的前向發(fā)射功率。

基站通過(guò)移動(dòng)臺(tái)對(duì)前向解調(diào)誤幀率的反饋報(bào)告，決定對(duì)該移動(dòng)臺(tái)前向鏈路功率的增大或減小。

切換1.切換分類按照MS與網(wǎng)絡(luò)之間連接建立釋放的情況可以分為：更軟切換、軟切換和硬切換。按照切換的目的可以分為：邊緣切換、質(zhì)量差緊急切換、快速電平下降緊急切換、干擾切換、速度敏感性切換、負(fù)荷切換、分層分級(jí)切換等。切換典型過(guò)程：測(cè)量控制—〉測(cè)量報(bào)告—〉切換判決—〉切換執(zhí)行—〉新的測(cè)量控制。

切換2.測(cè)量控制UE所做的測(cè)量可以分為6種類型：

同頻測(cè)量：測(cè)量與導(dǎo)頻集內(nèi)頻率相同的下行物理信道；

異頻測(cè)量：測(cè)量與導(dǎo)頻集內(nèi)頻率不同的下行物理信道；

異系統(tǒng)測(cè)量：測(cè)量另一個(gè)系統(tǒng)的下行物理信道；

業(yè)務(wù)量測(cè)量：測(cè)量上行業(yè)務(wù)量；切換QOS測(cè)量：測(cè)量質(zhì)量參數(shù)，如下行傳輸塊誤塊率；

UE內(nèi)部測(cè)量：測(cè)量UE發(fā)射功率和RSSI。在UE中，將測(cè)量小區(qū)分為三類

ActiveSet中的小區(qū)：軟切換和更軟切換中與UE同時(shí)通信的小區(qū)。

MonitoredSet中的小區(qū)：除了Activeset外，UE需要監(jiān)測(cè)的鄰區(qū)。

DetectedSet中的小區(qū)：UE檢測(cè)到的所有小區(qū)。切換３.切換判決根據(jù)測(cè)量報(bào)告的類型、組合和內(nèi)容來(lái)決定切換類型、切換時(shí)機(jī)和切換目標(biāo)小區(qū)。切換圖11.17切換判決示意圖

切換對(duì)上面過(guò)程加以總結(jié)就是：

(1)如果ActiveSet

里的某個(gè)小區(qū)的CPICH信道的Ec/Io測(cè)量值低于（ActiveSet中最優(yōu)小區(qū)的測(cè)量值-相對(duì)門限（As_Th）-相對(duì)門限的滯后（As_Th_Hyst），并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)觸發(fā)時(shí)間，就從ActiveSet中移去這個(gè)小區(qū)，這個(gè)小區(qū)已經(jīng)是ActiveSet

中的最差小區(qū)。(2)如果MonitoredSet里的某個(gè)小區(qū)的CPICH信道的Ec/Io測(cè)量值大于ActiveSet中最優(yōu)小區(qū)的測(cè)量值-相對(duì)門限（As_Th）-相對(duì)門限的

切換

滯后（As_Th_Hyst），并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)觸發(fā)時(shí)間，而且ActiveSet不滿，就把這個(gè)小區(qū)加入ActiveSet。(3)

如果MonitoredSet里的最好小區(qū)的CPICH信道的Ec/Io測(cè)量值大于ActiveSet中最差小區(qū)的測(cè)量值+相對(duì)滯后（As_Rep_Hyst），并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)觸發(fā)時(shí)間，而且ActiveSet已滿，就用這個(gè)小區(qū)取代ActiveSet中最差小區(qū)。11.6WCDMA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖11.8

WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)注：粗線：數(shù)據(jù)接口虛線：信令接口BSSBSCRNSRNCCNNodeBNodeBAIuPSIurIubisUSIMMEMSCuUuMSCSGSNGsGGSNGMSCGnHLRGrGcCDEAuCHEIRFGfGiPSTNIuCSGbVLRBGpVLRGBTSBTSUmRNCAbisSIMSIM-MEi/forMSCBPSTNPSTNcell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各網(wǎng)元的功能１.UE

用戶終端設(shè)備

通過(guò)Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務(wù)功能。

UE包括兩部分：ME

和USIM

2.NodeBWCDMA系統(tǒng)的基站，通過(guò)Iub接口與RNC互連，完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

主要功能是擴(kuò)頻調(diào)制信道編碼及解擴(kuò)解調(diào)信道解碼，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換等功能。３.RNC（RadioNetworkController）

執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制功能切換和RNC遷移等移動(dòng)性管理功能

宏分集合并功率控制無(wú)線承載分配等無(wú)線資源管理和控制功能

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.CN(CoreNetwork)

負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和對(duì)UE的通信和管理

主要的功能實(shí)體有：

(1)MSC/VLR(2)GMSC(3)SGSN(4)GGSN(5)HLR(6)ExternalNetworks系統(tǒng)接口UTRAN部分主要有如下接口：Cu接口

USIM卡和ME之間的電氣接口

2)Uu接口

WCDMA的無(wú)線接口

3)Iu接口

連接UTRAN和CN的接口

系統(tǒng)接口4)Iur接口

Iur接口是連接RNC之間的接口。

用于對(duì)RAN中移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)管理。5)Iub接口

連接NodeB與RNC之間的接口。

11.7TDD/CDMA介紹TDD系統(tǒng)的概念

TDD模式的優(yōu)點(diǎn)TDD模式的缺點(diǎn)TDD系統(tǒng)的概念圖11.9

FDD和TDDTDD系統(tǒng)的概念在FDDCDMA中，上行或下行的用戶用相同的頻段，用不同的碼字來(lái)區(qū)分用戶。

TDDCDMA每個(gè)時(shí)隙可以給不同的用戶，可以用作上行或下行，每個(gè)時(shí)隙中的用戶用不同的碼來(lái)區(qū)分。TDD

的主要優(yōu)點(diǎn)為能夠處理不對(duì)稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及它的上下行信道的相關(guān)性等。存在同步實(shí)現(xiàn)的困難以及相關(guān)的干擾問(wèn)題。

TDD模式的優(yōu)點(diǎn)有利于頻譜有效利用可以充分利用那些不成對(duì)的頻段，分配頻段也比較簡(jiǎn)單。

更適用于不對(duì)稱業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)的改變上下行的時(shí)隙數(shù)，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率。