-1-10WCDMA基本知识(UT)

作为UMTS，WCDMA由CN、UTRAN和UE组成，各部分由标准接口连接。 UTRAN包括多个RNS，一个RNS包括一个RNC（无线网络控制器）和多个 Node B，一个Node B可以包括1、3或6个扇区（cell）。
WCDMA的空中接口是UMTS中最重要的开放接口
空中接口协议结构
无线资源 控制协议
测量
测量 测量 测量 控制 控制 控制平面 测量
用户平面
L3
网络层
RRC
控制PDCP分组数据 Nhomakorabea聚协议层
L2/PDCP
广播/多播控制层
BMC
L2/BMC
RLC
控制
L2/RLC
无线链路控制层
逻辑信道
MAC PHY
L2/MAC
媒体接入控制层
控制
传输信道 L1 无线信道
物理层
与OSI结构相应，WCDMA空中接口也是3层结构

WCDMA的物理层具有变速率业务处理能力，其最高速 率可以达到“IMT-2000家族概念”的数据速率要求
物理层的公共传输信道


广播信道（BCH）：小区发送公共广播信息，包括随机接入码、接入 时隙、发送分集类别等。接收不到BCH就不能进行终端登记。大功率 、固定低速率传输以保证信号被区内所有终端正确接收。 前向接入信道（FACH）：向已经位于本小区的手机发送信息。不使用
MAC层的功能
使用物理层提供的传输信道并向无线链路控制层（RLC）提供逻辑信道
MAC层的具体功能如下： • 根据业务的实时源速率，按照无线资源控制协议层（ RRC ）的要求，为 每一个传输信道选择适当的传输格式TFI。 • UE 数据流之间的优先级处理。依据无线承载业务属性和 RLC缓冲状态来 确定优先级，并考虑来自物理层的传输功率指示。高优先级数据将被映射 到高比特率的物理层传输格式上。 • 为RACH传输选择接入业务类（ASC）。MAC通过网络广播得到接入类的 相应参数，再将RACH资源（接入时隙和前导签名）分为不同的ASC以区分 优先级。 • 加密。若RLC使用透明模式，则在MAC层上执行加密。 • 业务量检测。对逻辑信道的业务量进行检测并向RRC汇报。基于该信息， RRC执行传输信道切换判断。 • 动态传输信道类型切换。在RRC命令下，MAC执行公共和专用传输信道之 间的切换。 WCDMA的MAC层充分利用物理层所具有的变速率业务处理能力
扩 频 方 式 DS-SS
信 道 化 码 OVSF码
扰 码 Gold序 列
下 分 开 环 集
行 发 射 集 环 、 闭 发 射 分
基 站 间 同 步 异 步
4、 8、 16、 32、 64、 128、 256 随 机 接 入 机 制 在 发 送 消 息 前 ， 逐 步 试 探 性 增 加 功 率
双 向 闭 环 功 控 1500Hz的 上 、 下 行 功 控
IMT-2000系统接口概述
UTRAN
UIM MT RAN
CN 其他IMT-2000家 庭成员的CN
UIM-MT接口
UNI接口
空中接口 Uu
RAN-CN接口
NNI接口
Iu
不同3G 系统的主要区别在于空中接口的无线传输技术 空中接口=无线接口=Uu
WCDMA的空中接口
多 址 方 式 码 分 多 址 话 音 速 率 4.75到 12.2kbps 的 AMR编 码 双 工 方 式 频 分 双 工 物 理 帧 长 度 每 帧 10ms固 定 载 波 间 隔 5MHz 物 构 每 隙 隙 比 成 扩 理 帧 结 帧 15时 ， 每 时 667us由 特 域 构 频 增 益 码 片 速 率 3.84Mcps 信 方 卷 码 码 道 编 码 式 积 ,Turbo 功 控 速 度 1500次 / 秒 解 调 方 式 上 、 下 行 相 干 解 调
只要所建议的系统可以满足3G的基本要求，都可以成为家族成员。
家族形成的意义
* 给予地区标准化组织以灵活性 * 明确了3G的目标；
WCDMA是“IMT-2000”家族的主流技术
IMT-2000家族的要求
3G要求的基本框架
传输能力 高速移动 120km/h，最大可支持 144 kbps 的信息传输速率； 步行移动 3km/h，最大可支持 384 kbps 的信息传输速率； 室内静止环境，最大可支持 2Mbps 的信息传输速率；（第二阶段） 业务性能 综合（多媒体）业务； 可变速率传输业务； 支持持续在线； 网络能力 支持终端的全球漫游 支持终端的虚拟本地环境；（第二阶段） 接口能力 满足ITU定义的各接口规范：UIM-MT, UNI, RAN-CN, NNI； WCDMA满足3G的所有要求
DSCH CPCP
物理层的专用传输信道
专用信道（DCH）用来向特定的用户传送数据信息，分为上行和下行
专用信道。
专用信道（DCH）被映射到两种物理信道上，DPCCH和DPDCH。其 中DPCCH速率是固定的，而DPDCH是可以逐帧（每10ms）改变的。

WCDMA规定，每个无线连接的专用信道最多只有一个DPCCH，但采 用多码道则最多可以支持6个DPDCH信道同时传输。
RLC层的功能
在控制平面上为上层提供信令无线承载，在用户平面上为用户数据提供无线承载 RLC层的具体功能如下： • 分段和重组。将不同长度的高层PDU分段为小的RLC负荷单元PU，在对等 端再进行重组PDU。PDU的大小根据实际的传输格式集进行调整。 • 联接与填充。适应RLC PDU和PU的不同长度。 • 发送用户数据。传送用户数据，支持确认、非确认和透明3种传输模式。 • 错误纠正。在确认数据传输模式中，通过重传以纠错。 • 流量控制。控制对等发送端RLC发送信息的速率。 • 序号检查。对于非确认数据传输模式，保证重组PDU的完整性并提供一个 检测恶化的RLC SDU机制。恶化的SDU将被丢弃。 • 协议错误检测和恢复。在RLC协议操作中检测错误并予以恢复。 • 加密。对RLC层确认和非确认传输模式的数据进行加密操作，防止非授权 访问。 • 暂停或继续数据的传输。 WCDMA的RLC层协议提供了完备的无线链路管理机制
物理层的功能
执行无线电信号处理，向高层提供比特流的传输信道 其具体功能如下： • RF、中频和基带信号处理，扩频/调制，解调/解扩； • 同步（码片、比特、时隙、帧）和传输速率匹配； • 信道编码/解码，传输信道数据的交织/解交织；
• 闭环功率控制；
• 传输信道的复用，编码组合传输信道的解复用及其到物理信道的映射； • 合并/分离宏分集和执行软切换； • 对传输信道进行错误检测并向高层指示； 物理层是移动通信系统的关键
伪随机码：Gold序列，加扰，在上行信道用来区分用户，下行信道用来区分 小区；码自相关特性很好，互相关特性稍差，序列周期可以很长，抗干扰 、抗多径、抗截获； WCDMA的扩频增益大小可变以适应数据通信中的多速率业务
信道编码
功能：为移动通信传输数据提供差错控制方案
WCDMA为信道提供前向纠错FEC和自动重发请求ARQ两类纠错方式；
传输信道和物理信道的映射
WCDMA的业务数据经过高层的封装，由传输信道来承载。承载业务的 多个传输信道进入同一个复合传输信道（CCTrCH），再映射到物理信道 执行无线收发进程。
Transport Channels BCH FACH PCH RACH DCH Physical Channels 主公共控制物理信道 (PCCPCH) 辅公共控制物理信道 (SCCPCH) 物理随机接入信道 (PRACH) 专用物理数据信道 (DPDCH) 专用物理控制信道 (DPCCH) 下行物理共享信道 (PDSCH) 物理公共分组信道 (PCPCH) 同步信道 (SCH) 公共导频信道 (CPICH) 请求指示信道 (AICH) 寻呼指示信道 (PICH) CPCH状态指示信道 (CSICH) 冲突检测/信道分配指示信道(CD/CA-ICH)
WCDMA原理
本节要点
• 基本概念综述 • WCDMA空中接口
• 关键技术专题
3G的目标
新的频段
高的频谱利用率 多媒体数据业务 快的数据速率
优良的业务质量
全球的漫游通信
廉价的普遍服务
WCDMA是当前实现3G目标的最佳技术
IMT-2000家族的形成
家族概念的由来
全球范围内，各自提出3G建议的机构众多。在此背景下，ITU提出 了“IMT-2000家族”的概念。ITU不再要求无线传输技术的一致性，

通过区分DPCCH和DPDCH信道，WCDMA的物理层能够支持可变比特 速率。

比特速率 = 码片速率(3.84MHz)/ 扩频增益；OVSF码的扩频增益取4 ，则一条DPDCH信道的比特速率为960kbps。取6个DPDCH信道并行传 输时，一条物理信道的最高传输比特率为5760kbps，若选用效率为1/3到 1/2的信道编码，可以为用户提供1.92Mbps到2.88Mbps的数据传输业务。
什么是CDMA？
频 率
频道
时 间
频 率
时 隙
FDMA 频 率
TDMA
时 间
码道
码 字
时 间 CDMA
波束
CDMA就是码分多址，WCDMA是宽带码分多址
无线资源的物理要素
频率
时间
扩频码道 空间 信号功率 信号相位
在有限的频谱内，如何用尽可能低的成本实现尽量高的QoS和 系统容量，是对当前无线移动通信技术的挑战。
扩频编码
功能：为移动通信传输数据提供扩展频谱的码道 正交码OVSF 伪随机扰码Gold
比特速率
DATA Bit Rate
码片速率
Chip Rate 3.84MHz
码片速率
扩频编码：先正交码扩频，再伪随机码加扰； 比特速率 = 码片速率(3.84MHz)/ 扩频增益；
正交码：OVSF码，扩频，区分信道，扩频增益可变(4-256)，以适应不同的比 特速率(960k-15kbps)；
WCDMA对不同业务的数据采用不同的信道编码策略以最佳地适应业务特征
分集技术
功能：为移动通信系统提供信道衰落抵抗方案
• 交织编码——时间分集：用交织将信号比特在时间上扩散，使得由于
信道突发脉冲干扰造成的连串错误比特被离散开来，得以逐个纠正。 • 发射分集 ——空间分集：WCDMA 的基站在发射时采用两根正交天线 发送信息信号的不同调制版本。发射分集减少了下行信道之间的干扰、 有利移动台的RAKE分集接收。 • RAKE接收——多路径分集：采用滑动相关器来搜索若干条路径信号以 合并输出，大幅提高接收机信噪比指标，降低差错率。相比其它3G系统 而言，WCDMA的码片速率最高，RAKE接收的分辨率更好，多径传播 路径差仅78米就可以被分集。
WCDMA建议了3种前向信道纠错编码：
• 卷积码 误码率要求不高，实时业务，码型与GSM相同，编码效率1/3； • Turbo码 误码率指标高，非实时业务，两递归系统卷积码级联，编码效率1/3 ； • 业务专用编码 WCDMA 允许业务数据自带特殊的编码方式而不经过标准信道编码的 处理，为物理层提供更大的灵活性。
BMC层功能
仅仅存在于用户平面，为了处理广播和多播业务而设计
具体功能如下： • 存储小区广播消息。存储小区广播中心 CBC- 无线网络控制器 RNC接口上 接收的小区广播消息。 • 业务量监测和CBS无线资源请求。计算小区广播业务的速率，并向RRC请 求合适的信道资源。 • 调度 BMC消息。UTRAN 侧的BMC调度 BMC消息序号，在UE侧的BMC对 调度消息进行评估并向RRC指示调度参数，以便RRC配置低层CBS非连续接 收。 • 向UE发送BMC消息。调度发送BMC消息。 • 向高层（NAS）传送小区广播消息。向 UE 的高层传送收到的小区广播消 息。
WCDMA综合采用各种分集技术以提高接收机性能
要点
• 基本概念综述
• WCDMA空中接口 • 关键技术专题
WCDMA系统组成
RNS—无线接入网系统 Node B1 UE Uu接口 UE Iub接口 Iu接口 RNC
UTRAN
CN PSTN和 Internet等
Node B2
Node B n UE Iur接口 RNS
快速功率控制。
寻呼信道（PCH）：当由网络发起呼叫时使用。相同的一条寻呼消息可
能在一个小区或者上百个小区中发送。寻呼信道的设计影响手机待机时间。


随机接入信道（RACH）：传送手机发向基站的控制信号，比如连接 请求及一些小的分组信息。低速率传输以保证能在小区全范围内能被 基站正确接收。 公共分组信道（CPCH）：是RACH的扩展，用来传送上行分组用户 数据。和它相对的下行信道是FACH。 CPCH和RACH的区别是它使用 了快速功率控制、碰撞检测机制和状态监视过程。RACH一般只持续 一到二个帧，而CPCH可以是好几个帧。 下行共享信道（DSCH）：用来传送专用用户数据信息和控制信息， 可以被几个用户所共享。DSCH和FACH有点类似，DSCH支持快速功 率控制，而且可以逐帧改变传送速率。须和一个专用信道配合使用。 WCDMA的公共物理信道设计具有高的可靠性和灵活性