WCDMA基础原理知识介绍

OVSF code 1 User 2 signal
Scrambling code 3
OVSF code 2 User 3 signal
下行
上行
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信道化码- OVSF
SF =
TSymbol TChip
=
N Chip N Symbol
=
ChipRate 3.84 Mcps = SymbolRate SymbolRate
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UMTS系统结构
Uu Node B USIM Node B Cu Iub Node B ME Node B RNC Iur RNC
Iu-CS MSC/ VLR Nc GMSC PLMN.PSTN ISDN.etc…
HLR
SGSN Iu-PS Gn
GGSN
Internet 外部网络
UE
UTRAN
DL UL
码复用&时分双工 码复用 时分双工
666.67 µs 频率
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WCDMA的主要业务分类
会话类型
基本特点：对时延要求最高，具有很强的实时性，要求实时会话总是发生 基本特点 在对等的终端用户之间，业务量对称或者基本对称。要求的最大时延需满 足人主观对音频、视频的感觉（主观测量大约需小于400ms）。 典型应用：语音业务、可视电话、视频会议。 典型应用
WCDMA的主要业务分类
互动类型
基本特点：对时延的要求更低，采取终端用户请求—响应模式，要求较低 基本特点 的误码率。 典型应用：网页浏览、网络游戏。 典型应用
后台类型
基本特点：数据流类型对时延要求最低，允许有很大的时延，接收端并不 基本特点 期待数据在短时间内到来，对发送的时间也不太敏感。发送的内容不需透 明传送，但必须无差错接收。 典型应用：E-mail、短消息、彩信、电子明信片、下载服务。 典型应用
扩频码与业务速率的映射； 扩频增益、处理增益的关系
C4,0 = 1 1 1 1
码树
C1,0 = 1
C2,0 = 1 1
C4,1 = 1 1 -1 -1 C4,2 = 1 -1 1 -1
High data rates: low SF Low data rates: high SF
C2,1 = 1 -1
1 Cj
-1
-1
1 Ck
1
-1
-1
-1
-1
1
1
*
1 1 Ck -1 -1 -1 -1 1 1
*
1
-1
1
-1 +
1
-1
1
-1
=0
1
1
1
-1 +
1
1
1
-1
=4
无相关性
正交
2个码由同一个发射机发射 个码由同一个发射机发射
小的相关性
不正交
2个码由不同 或者 个码由不同UE或者 个码由不同 或者BTS发射 发射 需要扰码
CN
图1 UMTS网络单元构成示意图
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内容提要
1. WCDMA概述 2. WCDMA关键技术 3. WCDMA物理层信道 4. 移动性管理 5. WCDMA的无线资源管理 6. 三种3G技术的比较
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多址接入
通信系统中有三种多址接入技术： 通信系统中有三种多址接入技术： • 频分多址 Fre • 时分多址 Fre+Ts • 码分多址 Fre+Code
FDMA
功率
TDMA
功率
CDMA
功率
双工技术
W-CDMA: FDD or TDD
功率
时间
码复用 & 频分双工 UMTS 用户 2
FDD
UL
5 MHz
UMTS 用户 1
DL
频率 双工间隔: 双工间隔 190 MHz 5 MHz
功率
时间
DL UL DL
UMTS 用户 2 UMTS 用户 1
TDD
5 MHz
码字越短，轻微不同步下正交性越差！ 码字越短，轻微不同步下正交性越差！
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信道化码的分配
信道化码的上下行分配：动态、 信道化码的上下行分配：动态、静态
4～512 码字正交性，父子关系； 码字正交性，父子关系；
4～256
码字分配原则： 码字分配原则
尽量保留扩频因子小 的码字以提高利用率； 尽量上、尽量右；
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WCDMA与GSM的主要区别
WCDMA 载波间隔 频率复用度 多址方式 功率控制频率 频率分集 分组数据 下行发射分集 切换 小区规划 导频覆盖的主要判 别依据 覆盖 容量 业务 5MHz 1 CDMA 次 秒 1500次/秒 频率的带宽使其可以采用Rake接收机进行 频率的带宽使其可以采用 接收机进行 MHz频率的带宽使其可以采用 多径分集， 多径分集，宽频可以更好的克服衰落的频率选 择性。 择性。 基于负载的分组调度 支持， 支持，提高下行链路的容量 硬切换、 硬切换、软切换 扰码规划 导频信道的Ec/Io 导频信道的 受负载影响 软容量， 软容量，受覆盖和干扰影响 语音（ 语音 、 、 AMR语音（4.75~12.2kbps)、CS64kbps、 最大2Mbps的分组数据业务。 的分组数据业务。 最大 的分组数据业务 200kHz ～ 1～18 TDMA 次 秒 2次/秒或更低 跳频 中基于时隙的调度 GPRS中基于时隙的调度 标准不支持 硬切换 频率规划 信号强度 不受负载影响 硬容量， 硬容量，不受覆盖和干扰的影响 语音和低速数据业务（ 语音和低速数据业务（理论最大 ，实际几十kbps） ） 171.2kbps，实际几十 GSM
信道化码 (OVSF codes):
上行：在同一UE进行多码道传输时 区分不同的物理信道； 进行多码道传输时， 上行：在同一 进行多码道传输时，区分不同的物理信道； 下行：区分同一小区下的不同物理信道； 下行：区分同一小区下的不同物理信道；
扰码(Scrambling codes): 扰码
上行：区分同一RNC下的不同的用户； 下的不同的用户； 上行：区分同一 下的不同的用户 下行：区分不同的小区； 下行：区分不同的小区；
C4,3 = 1 -1 -1 1
扩频码特点： 非连续性；2的k次方； SF本身代表其长度；
SF = 1
SF = 2
SF = 4
SF = 8 to 512
SF代表本身可用SF码的个数；
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码字正交性
To synchronization -1 -1 1 -1 1 1 no To synchronization 1 -1 -1 1 -1 1 1 Cj
极好的自相关性 •和自身不移位序列 100%相关 和自身不移位序列 100%相关 •和自身移位序列不相关或者相关性很小 和自身移位序列不相关或者相关性很小 极好的互相关性 • 和其他扰码相关性很小
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上行扰码
上行扰码分配
I
X25 + X3 + 1
225-1 chip 长序列
X25 + X3 + X2 + X + 1
PS 64 64kbps 32 30
PS144 144kbps 16 15
PS384 384kbps 8 7 －21－ －
扰码 – PN序列
PN 序列属性
触发、 触发、求和式移位寄存器
Sequence repeats every 2N-1 chips, where N is number of cells in register
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信道化码分配举例
C4,0 C2,0 C4,1
C1,0
C8,0 C8,1 C8,2 C8,3
我要SF＝4
C4,2 C2,1 C4,3
C8,4 C8,5 C8,6 C8,7
我要SF＝4
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码字受限
业务类型 业务速率 SF 链接数
AMR12.2 12.2kbps 128 124
CS64 64kbps 32 30
+a -a
x
+1 -1
Frequency
Tchip
1/Tbit
spreading sequence Tchip = Echip
1/Tchip
=
+a -a
transmitted sequence
a2Tchip 1/Tchip
Data sequence Spreading sequence generator
Modulation
Transmitted signal
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直接扩频
DS-CDMA
接收端
x(t) Power spectrum
received sequence
+a -a a2Tchip Frequency 1/Tchip
x
+1 -1
Tchip
spreading sequence
Tchip = Echip
a2
=
Tbit = Ebit
1/Tchip
+a -a
Tbit
Data sequence
1/Tbit Received signal Demodulation Data sequence
Spreading sequence generator
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码字
物理信道 = 频率+ 码字（+相位） 频率+ 码字（ 相位） 频率+ 相位） = 频率+ 扩频码 + 扰码 （+相位）
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WCDMA系统的基本框图
交织,NRZ编码 加扰 5M带宽 Bit
信源编码
信道编码
Symbol
扩频
Chip
调制
如AMR 编码
加差错保护， 如加CRC校验
无线信道
信源译码
信道译码
解扩
解调
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直接扩频
DS-CDMA
x(t)
直接扩频的意义
发射端
Tbit Data sequence
Power spectrum a2Tbit = Ebit
最小频率需求 频率复用度 载波间隔 语音编码 信道编码 同步方式 接收机 接收机灵敏度 数据类型 调制方式 码片速率 最大业务速率 帧长 时隙长 切换 功率控制频率 功率控制步长 检测 上行： ～ 下行： 上行：1920～1980MHz,下行：2110～2170MHz 下行 ～ 2×5MHz × 1 4.4～5.2MHz ～ 8种速率的 种速率的AMR编码（4.75～12.2kbps) 编码（ 种速率的 编码 ～ 卷积编码， 编码（对高速业务） 卷积编码，Turbo编码（对高速业务） 编码 异步方式 Rake接收机 接收机 Node B：－ ：－121dBm，MS：－ ：－117dBm（BER为10-3） ：－ ， ：－ （ 为 ） 分组和电路交换 上行BPSK，下行QPSK ，下行 上行 3.84Mcps 2Mbps (for Release99&Release4) 10ms（包含 个时隙） 个时隙） （包含15个时隙 666.7us 软切换，更软切换， 软切换，更软切换，硬切换 1500Hz 0.5、1、1.5、2 dB（可变） 、 、 、 （可变） 使用导频符号或公共导频进行相关检测 频率栅格与 定标频率
数据流类型
基本特点：数据流类型业务是非常不对称的，故它对时延要求比会话类型 基本特点 低，允许有较大的时延，但可以通过流式多媒体技术把数据转换成一个稳 定均匀而连续的流来处理，对于较大时延引起的抖动，可以通过缓存来平 滑，最终需保持业务流中各信息实体的时间关系。 典型应用：视频点播。 典型应用
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Q
个长38,400 chips的 共有 224 个长 的 长扰码
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下行扰码
• 大概有262,143( 218－1)个不同的下行扰码 大概有262,143( 1)个不同的下行扰码 • 规范从中选取 8192 个扰码来应用
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码字
Scrambling code 1
Scrambling code OVSF code 1 User 1 signal OVSF code 2 User 2 signal OVSF code 3 User 3 signal
OVSF code 1 User 1 signal
Scrambling code 2
WCDMA基础原理知识介绍 基础原理知识介绍
中讯邮电咨询设计院有限公司
2011年 2011年3月4日
内容提要
1. WCDMA概述 2. WCDMA关键技术 3. WCDMA物理层信道 4. 移动性管理 5. WCDMA的无线资源管理 6. 三种3G技术的比较
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WCDMA的新特点
提供高速的数据速率，最高可达到 提供高速的数据速率，最高可达到2Mbps，将来如果采用 ， HSDPA将提高到 将提高到10Mbps。 将提高到 。 可变比特速率。（可变扩频因子） 可变比特速率。（可变扩频因子） 。（可变扩频因子 采用异步方式，无需GPS精确定时，方便室内规划。 精确定时， 采用异步方式，无需 精确定时 方便室内规划。 支持上、下行不对称的业务，如视频点播和网页浏览，下 支持上、下行不对称的业务，如视频点播和网页浏览， 行业务远大于上行业务。 行业务远大于上行业务。 更高的频谱利用率，频率复用度为 。 更高的频谱利用率，频率复用度为1。 1500Hz的快速功率控制，更好地克服快衰落的影响。 的快速功率控制，更好地克服快衰落的影响。 的快速功率控制