WCDMA的基本原理
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Pilot：导频信道 FBI：反馈信息，支持反馈模式发射分集 （FBD）和站址选择分集（SSD） TPC: 传输功率控制 TFCI：传输格式组合指示，通知基站有 关用户上行DPDCH多路复用的不同传输 信道数据格式（传输块大小、间隔等）
33
FBI域结构 S域
FBI域
D域
S域用于SSD控制 D域用于FBD反馈模式发射分集控制
目录
一. 二. 三. 四. 五. 六. 前言 WCDMA的信道结构 信道编码和复用 扩频与调制 随机接入和同步 发射分集与功率控制
1
一. 前
言
关于3G（第三代移动通信） 的背景介绍
2
3G来历
3G在国际电联ITU被成为国际移动 通信-2000，即IMT-2000； 在欧洲电信标准协会ETSI被叫作 个人移动通信UMTS； 地面3G无线传输技术共有10种， 以宽带CDMA技术为主流。
中国参加3G工作的历程
中国不仅仅参加了3G的标准化，还在研究领 域作了大量的工作，把第三代移动通信技术列 为国家863计划的一个重要主题加以研究。研 制的移动台样机，在国内首次实现了移动台之 间及移动台与CDMA商用手机的通话。 并在刚刚结束的863成果展示、评比中受到好 评。“第三代移动通信专家组总体组”获得先 进集体奖。东南大学无线电系主任尤肖虎教授 也荣获“个人突出贡献奖”。 17
9
3G伙伴项目------3GPP和3GPP2
3GPP (3G Partnership Project) 欧洲的ETSI，日 本的无线工业和商业协会ARIB，电信技术委员 会TTC ，韩国电信技术协会TTA，美国的电信 委员会T1和中国的CWTS六个标准化组织组 成。以GSM为核心网，WCDMA和CDMA TDD （TD-SCDMA）为无线接口 3GPP2 由美国的电信工业协会TIA，日本 ARIB，TTC，韩国TTA和中国的CWTS五个标 准化组织组成，以ANSI/IS-95为核心网， CDMA2000为无线接口。 10
19
二
WCDMA的信道结构
——信道类型以及时隙、帧结构
20
CN
Iu
UTRAN
Uu
UE UTRAN: UMTS 陆地无线接入网 Uu：WCDMA无线接口
21
WCDMA无线接口分层结构
层3-----无线资源控制RRC 逻辑信道 层2-----媒体接入控制MAC PHY原 语 层1-----物理层 传输信道
7
3G承载业务要求
实 时 /时 延 恒 定 测试环境 农村室外 2 5 0 k m /h 城 市 /郊 区室外 1 5 0 k m /h 室 内 /小 范围 1 0 k m /h 比特率 >144 最 好 384 >384 最 好 512 2M B E R /延 时 1 0 -3 ~ -7 20~300m s 1 0 -3 ~ -7 20~300m s 1 0 -3 ~ -7 20~300m s
DPDCH Data1 TPC Ndata1bits bits TPC
DPCCH TPC NTPC bits
DPDCH Data2 Ndata2 bits
DPCCH Pilot Npilot bits
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..7) Slot #0 Slot #1 Slot #i One radio frame, Tf = 10 ms Slot #14
slot2
...sloti ...
10ms
slot15
帧1
帧2
...
帧i
...
帧72
720ms
46
2.8 同步信道 SCH （分为主同步P-SCH 和辅助同步S-SCH信道）
47
slot1
slot2
slot15
DATA
acp
acsi,1 256chip
DATA
acp
acsi,2
DATA
...
acp
acsi,15
帧
P-SCH S-SCH
48
P-CCPCH
同步信道的域
CP表示主同步码 Csi,k表示辅助同步码，i表示该小区使用 的扰码组号；k表时隙号 a表示同步码上的调制信号，用来指明P －CCPCH上是否用了STTD编码。
CN NNI 接口 UIM MT RAN CN
UIM－MT 接口
UNI 接口
RAN-CN 接口
13
核心网与无线接 口的关系
GSM 核心网
GSM GSM WCDMA WCDMA
NNI
IS－41 核心网
IS－136 IS－136 UWC－136 UWC－136
IS－95 IS－95 CDMA2000 CDMA2000
3G标准化组织格局
IMT-2000
3GPP
3GPP2
ARIB TTC ETSI SMG TIA T1P1 TTA CWTS
11
与2G的关系或演变过程
2G IS-95 CDMA GSM 2.5G 3G CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA
12
IS95B
GPRS EDGE
IMT2000的结构和接口
逻辑信道 传输信道 物理信道
24
WCDMA传输信道
公共信道 包括:广播信道BCH、 前向接入信道 FACH、 寻呼信道PCH、随机接入信道 RACH、下行共享信道DSCH、公用分组 信道CPCH。 专用信道 仅有一种：DCH，用来给特定的UE传送 数据或控制信息
25
公共传输信道分类
广播信道 广播小区信息 BCH 前向接入信道 系统知道 UE 所处小区时，给 UE 传 FACH 送控制信息，可以用波束传输 寻呼信道 PCH 系统不知 UE 所处何处，在整个小区 中发送给 UE 控制信息。 随机接入信道 传送来自用户的控制信息，有可能发 RACH 生碰撞。 公共分组信道 上行传输数据量较小的分组 CPCH 下行共享信道 几个 UE 共享的下行信道，只有数据， DSCH 无控制信息。必须和 DCH 相关联。 26
可以得到高速数据低速图象的服务3g实时时延恒定非实时时延可变测试环境比特率ber延时ber延时农村室外250kmh144最好384103720300ms城市郊区室外150kmh384最好512103720300ms室内小范围10kmh2m103720300ms1058150ms?19851994年明确概念和目标提出未来公共陆地移动电话系统fplmts?19871994年确定基本原则?19901998年制定框架和要求1996年更名为imt2000?19921998年确定评估方法和程序?1998年6月30日前征集imt2000rtt技术方案?1998年7月1999年12年制定出最后的技术规范103g3gpp3gpp23gpp3gpartnershipproject欧洲的etsi日本的无线工业和商业协会arib电信技术委员会ttc韩国电信技术协会tta美国的电信委员会t1和中国的cwts六个标准化组织组成
物理信道(上行)
上行信道
上行专用信道 DPDCH
DPCCH
上行公用信道
PRACH
PCPCH
27
物理信道（下行）
下行信道 下行专用信道 DPDCH DPCCH 下行公用信道 CCPCH SCH PDSCH PICH AICH CPICH
28
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物理信道 上行物理信道 上行专用物理信道: DPDCH DPCCH 上行公用物理信道: PRACH PCPCH 下行物理信道 下行专用物理信道: 下行公用物理信道: DPDCH DPCCH CCPCH SCH PDSCH PICH AICH CPICH W-CDMA 的物理信道分类
34
2.3 上行物理随机接入信道 PRACH
35
5120chip
随机接入传输 随机接入传输 随机接入传输
帧边界
RACH基于时隙ALOHA方式
36
前导部分 4096Chip
前导部分
... 前导部分
消息部分
10ms 前导部分是长16chip的特征码重复256次
Data Nbit Pilot Npbit
22
W-CDMA标准的介绍
W-CDMA有两种模式：FDD和TDD。 FDD： 上行和下行链路采用两个不同 频率的载波工作的双工模式。 TDD：上行和下行链路采用两个不同 时隙来区分、在相同的频段上工作的 双工模式，即上、下行链路的信息是 交替发送的。
23
2.1 信道分类
从不同协议层次上看，信道分三类：
数据
2560chip 20bit slot1 slot2
...sloti ...
10ms
slot15
帧1
帧2
...
帧i
...
帧72
720ms
44
2.7 辅助共公控制物理信道 S－CCPCH （承载FACH和PCH）
45
TFCI
数据
2560chip 20*2Kbit(K=0...6)
Pilot
slot1
5
IMT-2000系统的应用业务
Internet, ISDN,信用卡鉴权； 电子邮件，语音信箱，视频邮件； 可视电话，会议电视； VOD，远程购物； 新闻，天气预报，交通信息； 紧急呼叫，安全管理，遥测等。
6
3G的服务要求
全球范围的高度兼容 移动业务与固定业务兼容 手机体积小，轻，可全球漫游 可以得到高速数据、低速图象的 服务
8
非 实 时 /时 延 可变 B E R /延 时
1 0 -5 ~ -8 150m s
第三代标准的融合过程
•1985~1994年明确概念和目标，提出未来公共 陆地移动电话系统FPLMTS •1987~1994年确定基本原则 •1990~1998年制定框架和要求，1996年更名为 IMT-2000 •1992~1998年确定评估方法和程序 •1998年6月30日前征集IMT-2000-RTT技术方案 •1998年7月~1999年12年制定出最后的技术规范
14
移动通信发展的时间表
1970‘s 1G AMPS 2G GSM 3G IMT-2000 4G OFDM ?... 提出
标准化
1980’s
1990’s
2000’s
商业运行 提出 标准化 商业运行 提出 标准化 商业运行 提出
15
中国参加3G工作的历程
中国邮电部MPT下属电信传输所RITT负责国 内标准。与ETSI和ARIB积极合作，作为一个 成员参加ETSI/SMG会议。同时也参加了ITU 的讨论进程。 以李世鹤先生为主的大唐通信公司提出了TDSCDMA的 提案和北京邮电大学李道本教授提 出了大区域同步码分多址LAS-CDMA方案。 其中TD-SCDMA成为代表性的标准之一。成 为中国在高科技领域提出的第一个 国际标 16 准。
帧#1
帧#2
帧# One super frame, Tsuper = 720 ms
帧#72
下行时隙、帧结构
41
TFCI
TPC
Pilot
物理信道1
DPDCH 物理信道2
物理信道L
1个时隙0.625ms
多码传输时下行时隙格式
42
2.6 主公共控制物理信道 P－CCPCH （承载广播信道）
43
256chip
3G中的关键技术
信源编码 同步 RAKE接收机 功率控制 信道编解码 发射分集 多用户检测 软切换 移动IP
18
3G前景展望
3G的标准是一个大家族，有于牵涉到不同国家和企 业的切身利益。没有达到统一的唯一系统。最终形 成两大阵营，10几个方案； 商用还有待于进一步的试验、测试，运行商大多处 于关注阶段；估计会在2001以后投入使用； 4G的初始研究已经开始，要支持20M数据速率。主 流看好：空时编码、智能天线、OFDM、联合传 输、联合检测等新技术的应用。但最终如何还很难 说。
29
传输信道 BCH FACH PCH RACH CPCH DCH DSCH
物理信道
公共导频信道 主公共导频信道 辅助公共导频信道 物理随机接入信道 （PRACH） 物理公共分组信道 （PCPCH） 专用物理数据信道 （DPDCH） 专用物理控制信道 （DPCCH） 同步信道（SCH） 物理下行公享信道 （PDSCH） 寻呼指示信道 （PICH）
slot1 slot2
TFCI
slot15
...sloti ...
10ms
37
2.4 上行物理公共分组信道 PCPCH
38
...
4096Chip 接入前导 10ms N×10ms 碰撞检测 前导
DPCCH
DPDCH
39
2.5 下行专用物理信道 DPCH
40
DPCCH TFCI NTFCI bits
30
2.2专用物理信道结构
31
DPDCH
Data Ndata bits Tslot = 2560 chips, Ndata = 10*2k bits (k=0..6)
DPCCH
Pilot Npilot bits
TFCI NTFCI bits Tslot = 2560 chips, 10 bits
3
3G的目标
更高比特率的数据业务和更好的频谱 利用率。 对全覆盖和移动，比特率144kbit/s,最 佳比特率384kbit/s; 有限覆盖和移动，比特率为2Mbit/s; 和现有系统相比，有更高的频谱利用 率； 可以灵活地引入新的业务。
4
3G的目标
多速率和高级业务(2Mb/s) 多媒体能力 固定网的质量 智能化功能 更简单的蜂窝结构 容易进行信道规划和管理 大容量:>60路话/小区/MHz 个人化使用 低的发射功率 室外<300mw,室内<20mW
FBI NFBI bits
TPC NTPC bits
Slot #0
Slot #1
Slot #i 1 radio frame: Tf = 10 ms
Slot #14
帧#1
帧#2
帧# 1 super frame: Tsuper = 720 ms
帧#72
上行 DPDCH/DPCCH 的帧、时隙结构
32
DPCCH中的域
33
FBI域结构 S域
FBI域
D域
S域用于SSD控制 D域用于FBD反馈模式发射分集控制
目录
一. 二. 三. 四. 五. 六. 前言 WCDMA的信道结构 信道编码和复用 扩频与调制 随机接入和同步 发射分集与功率控制
1
一. 前
言
关于3G（第三代移动通信） 的背景介绍
2
3G来历
3G在国际电联ITU被成为国际移动 通信-2000，即IMT-2000； 在欧洲电信标准协会ETSI被叫作 个人移动通信UMTS； 地面3G无线传输技术共有10种， 以宽带CDMA技术为主流。
中国参加3G工作的历程
中国不仅仅参加了3G的标准化，还在研究领 域作了大量的工作，把第三代移动通信技术列 为国家863计划的一个重要主题加以研究。研 制的移动台样机，在国内首次实现了移动台之 间及移动台与CDMA商用手机的通话。 并在刚刚结束的863成果展示、评比中受到好 评。“第三代移动通信专家组总体组”获得先 进集体奖。东南大学无线电系主任尤肖虎教授 也荣获“个人突出贡献奖”。 17
9
3G伙伴项目------3GPP和3GPP2
3GPP (3G Partnership Project) 欧洲的ETSI，日 本的无线工业和商业协会ARIB，电信技术委员 会TTC ，韩国电信技术协会TTA，美国的电信 委员会T1和中国的CWTS六个标准化组织组 成。以GSM为核心网，WCDMA和CDMA TDD （TD-SCDMA）为无线接口 3GPP2 由美国的电信工业协会TIA，日本 ARIB，TTC，韩国TTA和中国的CWTS五个标 准化组织组成，以ANSI/IS-95为核心网， CDMA2000为无线接口。 10
19
二
WCDMA的信道结构
——信道类型以及时隙、帧结构
20
CN
Iu
UTRAN
Uu
UE UTRAN: UMTS 陆地无线接入网 Uu：WCDMA无线接口
21
WCDMA无线接口分层结构
层3-----无线资源控制RRC 逻辑信道 层2-----媒体接入控制MAC PHY原 语 层1-----物理层 传输信道
7
3G承载业务要求
实 时 /时 延 恒 定 测试环境 农村室外 2 5 0 k m /h 城 市 /郊 区室外 1 5 0 k m /h 室 内 /小 范围 1 0 k m /h 比特率 >144 最 好 384 >384 最 好 512 2M B E R /延 时 1 0 -3 ~ -7 20~300m s 1 0 -3 ~ -7 20~300m s 1 0 -3 ~ -7 20~300m s
DPDCH Data1 TPC Ndata1bits bits TPC
DPCCH TPC NTPC bits
DPDCH Data2 Ndata2 bits
DPCCH Pilot Npilot bits
Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0..7) Slot #0 Slot #1 Slot #i One radio frame, Tf = 10 ms Slot #14
slot2
...sloti ...
10ms
slot15
帧1
帧2
...
帧i
...
帧72
720ms
46
2.8 同步信道 SCH （分为主同步P-SCH 和辅助同步S-SCH信道）
47
slot1
slot2
slot15
DATA
acp
acsi,1 256chip
DATA
acp
acsi,2
DATA
...
acp
acsi,15
帧
P-SCH S-SCH
48
P-CCPCH
同步信道的域
CP表示主同步码 Csi,k表示辅助同步码，i表示该小区使用 的扰码组号；k表时隙号 a表示同步码上的调制信号，用来指明P －CCPCH上是否用了STTD编码。
CN NNI 接口 UIM MT RAN CN
UIM－MT 接口
UNI 接口
RAN-CN 接口
13
核心网与无线接 口的关系
GSM 核心网
GSM GSM WCDMA WCDMA
NNI
IS－41 核心网
IS－136 IS－136 UWC－136 UWC－136
IS－95 IS－95 CDMA2000 CDMA2000
3G标准化组织格局
IMT-2000
3GPP
3GPP2
ARIB TTC ETSI SMG TIA T1P1 TTA CWTS
11
与2G的关系或演变过程
2G IS-95 CDMA GSM 2.5G 3G CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA
12
IS95B
GPRS EDGE
IMT2000的结构和接口
逻辑信道 传输信道 物理信道
24
WCDMA传输信道
公共信道 包括:广播信道BCH、 前向接入信道 FACH、 寻呼信道PCH、随机接入信道 RACH、下行共享信道DSCH、公用分组 信道CPCH。 专用信道 仅有一种：DCH，用来给特定的UE传送 数据或控制信息
25
公共传输信道分类
广播信道 广播小区信息 BCH 前向接入信道 系统知道 UE 所处小区时，给 UE 传 FACH 送控制信息，可以用波束传输 寻呼信道 PCH 系统不知 UE 所处何处，在整个小区 中发送给 UE 控制信息。 随机接入信道 传送来自用户的控制信息，有可能发 RACH 生碰撞。 公共分组信道 上行传输数据量较小的分组 CPCH 下行共享信道 几个 UE 共享的下行信道，只有数据， DSCH 无控制信息。必须和 DCH 相关联。 26
可以得到高速数据低速图象的服务3g实时时延恒定非实时时延可变测试环境比特率ber延时ber延时农村室外250kmh144最好384103720300ms城市郊区室外150kmh384最好512103720300ms室内小范围10kmh2m103720300ms1058150ms?19851994年明确概念和目标提出未来公共陆地移动电话系统fplmts?19871994年确定基本原则?19901998年制定框架和要求1996年更名为imt2000?19921998年确定评估方法和程序?1998年6月30日前征集imt2000rtt技术方案?1998年7月1999年12年制定出最后的技术规范103g3gpp3gpp23gpp3gpartnershipproject欧洲的etsi日本的无线工业和商业协会arib电信技术委员会ttc韩国电信技术协会tta美国的电信委员会t1和中国的cwts六个标准化组织组成
物理信道(上行)
上行信道
上行专用信道 DPDCH
DPCCH
上行公用信道
PRACH
PCPCH
27
物理信道（下行）
下行信道 下行专用信道 DPDCH DPCCH 下行公用信道 CCPCH SCH PDSCH PICH AICH CPICH
28
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物理信道 上行物理信道 上行专用物理信道: DPDCH DPCCH 上行公用物理信道: PRACH PCPCH 下行物理信道 下行专用物理信道: 下行公用物理信道: DPDCH DPCCH CCPCH SCH PDSCH PICH AICH CPICH W-CDMA 的物理信道分类
34
2.3 上行物理随机接入信道 PRACH
35
5120chip
随机接入传输 随机接入传输 随机接入传输
帧边界
RACH基于时隙ALOHA方式
36
前导部分 4096Chip
前导部分
... 前导部分
消息部分
10ms 前导部分是长16chip的特征码重复256次
Data Nbit Pilot Npbit
22
W-CDMA标准的介绍
W-CDMA有两种模式：FDD和TDD。 FDD： 上行和下行链路采用两个不同 频率的载波工作的双工模式。 TDD：上行和下行链路采用两个不同 时隙来区分、在相同的频段上工作的 双工模式，即上、下行链路的信息是 交替发送的。
23
2.1 信道分类
从不同协议层次上看，信道分三类：
数据
2560chip 20bit slot1 slot2
...sloti ...
10ms
slot15
帧1
帧2
...
帧i
...
帧72
720ms
44
2.7 辅助共公控制物理信道 S－CCPCH （承载FACH和PCH）
45
TFCI
数据
2560chip 20*2Kbit(K=0...6)
Pilot
slot1
5
IMT-2000系统的应用业务
Internet, ISDN,信用卡鉴权； 电子邮件，语音信箱，视频邮件； 可视电话，会议电视； VOD，远程购物； 新闻，天气预报，交通信息； 紧急呼叫，安全管理，遥测等。
6
3G的服务要求
全球范围的高度兼容 移动业务与固定业务兼容 手机体积小，轻，可全球漫游 可以得到高速数据、低速图象的 服务
8
非 实 时 /时 延 可变 B E R /延 时
1 0 -5 ~ -8 150m s
第三代标准的融合过程
•1985~1994年明确概念和目标，提出未来公共 陆地移动电话系统FPLMTS •1987~1994年确定基本原则 •1990~1998年制定框架和要求，1996年更名为 IMT-2000 •1992~1998年确定评估方法和程序 •1998年6月30日前征集IMT-2000-RTT技术方案 •1998年7月~1999年12年制定出最后的技术规范
14
移动通信发展的时间表
1970‘s 1G AMPS 2G GSM 3G IMT-2000 4G OFDM ?... 提出
标准化
1980’s
1990’s
2000’s
商业运行 提出 标准化 商业运行 提出 标准化 商业运行 提出
15
中国参加3G工作的历程
中国邮电部MPT下属电信传输所RITT负责国 内标准。与ETSI和ARIB积极合作，作为一个 成员参加ETSI/SMG会议。同时也参加了ITU 的讨论进程。 以李世鹤先生为主的大唐通信公司提出了TDSCDMA的 提案和北京邮电大学李道本教授提 出了大区域同步码分多址LAS-CDMA方案。 其中TD-SCDMA成为代表性的标准之一。成 为中国在高科技领域提出的第一个 国际标 16 准。
帧#1
帧#2
帧# One super frame, Tsuper = 720 ms
帧#72
下行时隙、帧结构
41
TFCI
TPC
Pilot
物理信道1
DPDCH 物理信道2
物理信道L
1个时隙0.625ms
多码传输时下行时隙格式
42
2.6 主公共控制物理信道 P－CCPCH （承载广播信道）
43
256chip
3G中的关键技术
信源编码 同步 RAKE接收机 功率控制 信道编解码 发射分集 多用户检测 软切换 移动IP
18
3G前景展望
3G的标准是一个大家族，有于牵涉到不同国家和企 业的切身利益。没有达到统一的唯一系统。最终形 成两大阵营，10几个方案； 商用还有待于进一步的试验、测试，运行商大多处 于关注阶段；估计会在2001以后投入使用； 4G的初始研究已经开始，要支持20M数据速率。主 流看好：空时编码、智能天线、OFDM、联合传 输、联合检测等新技术的应用。但最终如何还很难 说。
29
传输信道 BCH FACH PCH RACH CPCH DCH DSCH
物理信道
公共导频信道 主公共导频信道 辅助公共导频信道 物理随机接入信道 （PRACH） 物理公共分组信道 （PCPCH） 专用物理数据信道 （DPDCH） 专用物理控制信道 （DPCCH） 同步信道（SCH） 物理下行公享信道 （PDSCH） 寻呼指示信道 （PICH）
slot1 slot2
TFCI
slot15
...sloti ...
10ms
37
2.4 上行物理公共分组信道 PCPCH
38
...
4096Chip 接入前导 10ms N×10ms 碰撞检测 前导
DPCCH
DPDCH
39
2.5 下行专用物理信道 DPCH
40
DPCCH TFCI NTFCI bits
30
2.2专用物理信道结构
31
DPDCH
Data Ndata bits Tslot = 2560 chips, Ndata = 10*2k bits (k=0..6)
DPCCH
Pilot Npilot bits
TFCI NTFCI bits Tslot = 2560 chips, 10 bits
3
3G的目标
更高比特率的数据业务和更好的频谱 利用率。 对全覆盖和移动，比特率144kbit/s,最 佳比特率384kbit/s; 有限覆盖和移动，比特率为2Mbit/s; 和现有系统相比，有更高的频谱利用 率； 可以灵活地引入新的业务。
4
3G的目标
多速率和高级业务(2Mb/s) 多媒体能力 固定网的质量 智能化功能 更简单的蜂窝结构 容易进行信道规划和管理 大容量:>60路话/小区/MHz 个人化使用 低的发射功率 室外<300mw,室内<20mW
FBI NFBI bits
TPC NTPC bits
Slot #0
Slot #1
Slot #i 1 radio frame: Tf = 10 ms
Slot #14
帧#1
帧#2
帧# 1 super frame: Tsuper = 720 ms
帧#72
上行 DPDCH/DPCCH 的帧、时隙结构
32
DPCCH中的域