第十五部分WCDMA.ppt
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1、1,第十五章 WCDMA,2,一、概论 第三代无线通信的全球标准IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000)主流的有: SC-TDMA (UMC-136); MC-TDMA (EP-DECT); MC-CDMA (CDMA2000 MC); DS-CDMA (UTRA/WCDMA); TDD CDMA (TD-SCDMA和UTRA TDD)。,8,IMT- 2000的目标 为移动通信提供一个全球性的系统 多种环境下的操作(车辆、步行、办公室、卫星) 支持分组交换和电路交换服务 支持多媒体服务 期望的数据速率(144kbps, 3
2、84kbps, 2Mbps),9,IMT-2000对终端用户设备的要求 成本低 重量轻 低功耗/通话时间长 高度的安全性 同一用户ID可以使用多种服务(通过个人ID使用服务、路由和收费) 国际漫游 大范围的服务(固定和移动的、语音、数据和多媒体),10,IMT- 2000的关键架构要求 .宽带无线接入 数据速率:144, 384, 2000 kbps 由2G过渡 (CDMA, TDMA, GSM, PHS, etc.) 移动性和固定的无线接入 .宽带骨干基础设备 集中了语音、数据、图像等 .网络架构 业务分配 WIN (Wireless Intelligent Network), GSM MA
3、P (Mobile Application Part), INAP (Intelligent Network Application Part),12,二、欧洲的3G系统 在成对的频率段上使用WCDMA (FDD) 在不成对的频率段上使用WTDMA/CDMA (TDD),表 WCDMA-FDD主要的技术指标,14,双模终端(UMTS和GSM) UMTS的参数被布置到UMTS-GSM的双模终端中 任何工作环境下,都能保证UMTS和GSM之间的切换 使用新频谱的双模能力为GSM运营商提供了很大灵活性的 使用GSM来传输语音和低的速率传输 使用UMTS来完成高的速率传输,15,UMTS总体结构 包括
4、: 核心网CN (Core Network) UMTS陆地无线接入网UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network):应用了基于WCDMA的两种接入模式UTRAN/FDD (应用于成对的频带)和UTRAN/TDD (WTDMA/CDMA) (应用于不成对的频带) 终端用户设备UE (User Equipment)。,17,ME:移动设备 USIM:智能卡,记录有用户标识 Node B:转换在Uu和Iub接口之间的数据流,相当于GSM系统中的基站 RNC:负责控制它辖域内的无线资源,是UTRAN提供给CN所有业务的业务接入点。根据功能不同可分为服务SRNC
5、 (Serving RNC)、漂移DRNC (Drifting RNC)和控制CRNC (Controlling RNC)之分 Cu:USIM和ME间的电气接口 Uu:WCDMA的无线接口,是UMTS中最重要的开放接口 Iu:连接着UTRAN和CN Iur:支持不同制造商的RNC间的软切换,是Iu接口的补充 Iub:连接Node B和RNC,18,域 UMTS中基本的域见图15-7。,20,1.域的分离 主要分为:用户设备域User Equipment Domain和基础设备域Infrastructure domain。 用户设备是指用户用来接入UMTS服务的设备。用户设备包含接向基础设备的空
6、中接口。基础设备是由物理节点构成的,这些节点完成空中接口要求的多种功能和支持用户的通信服务需求。 基础设备是共享的资源,它为在它作用范围之内所有允许使用的终端用户提供服务。 在用户设备域和基础设备域间的参考点是:Uu (UMTS空中接口)。,21,.用户设备域 该域包含了多种带有不同级别功能性的设备类型。用户设备可以包含一个可用在不同用户设备类型中的可移动的智能卡。用户设备又可以被分为移动设备域ME (Mobile Equipment Domain )和用户服务身份模块域USIM (User Services Identity Module Domain )。 ME和USIM的参考点是:Cu。
7、,22,移动设备域 移动设备完成无线传输和应用。移动设备又可以分为数个实体:完成无线传输以及相关功能的移动终点MT (Mobile Termination)和完成端对端应用的终端设备TE (Terminal Equipment)。,23,用户服务身份模块域 USIM包含可以明确和安全地确定用户身份数据和规程。这些功能是嵌入到智能卡中的。,24,.基础设备域 基础设备域被分为直接和用户设备联系的接入网络域(Access Network Domain)和核心网络域(Core Network Domain)。 两者之间的参考点是:Iu。,25,接入网络域 接入网络域由管理接入网络资源的物理实体组成,
8、并且提供一个可以接入到核心网络的机制给用户。,26,核心网络域 核心网络由为网络特征和电信服务提供支持的物理实体组成。提供的支持包括用户地理位置信息管理、网络特征和服务的控制、信令和用户信息的转发机制。 核心网络域又被分为服务网络域(Serving Network Domain)、归属网络域(Home Network Domain)和转接网络域(Transit Network Domain)。 服务网络域和归属网络域之间的参考点:Zu。 服务网络域和转接网络域之间的参考点:Yu。,27,服务网络域 服务网络域作为核心网络域的一部分,连接到提供用户接入的接入网络域。 服务网络域提供从源节点到目的
9、节点的路由和传输用户数据/信息服务。它可以和归属域相结合,为用户特殊的数据/服务提供服务;和转接域相结合,为用户提供服务。,28,归属网络域 归属网络域体现了核心网络功能中不管用户接入点的位置,管理一个永久地理位置的功能。 归属网络域至少包含了用户一些特别的数据和负责注册信息的管理。也可以处理些归属特别服务。,29,转接网络域 转接网络域是核心网络中被定位在服务网络域和远程的对方通信路径上的部分。,图 interactions between the USIM, MT/ME, Access Network, Serving Network and Home Network domains,不直
10、接相连的域之间的直接流(direct flows)是透明传输在域间的通信链路上。,31,WCDMA的无线信道 在WCDMA中,分配给用户的频带以及所分配频带具有的控制功能,统称为信道。 包括:逻辑信道(logical channels)、传输信道(transport channels)和物理信道(physical channels)。,32,逻辑信道描述的是要发送的信息种类; 传输信道描述的是逻辑信道如何变化的; 物理信道是一个用来转发信息的无线平台; 物理信道指的是Uu接口上针对不同用处而分配的不同类型的频带; 传输信道承载了Uu接口上不同的信息流,基站负责将这些信息流映射到物理信道; 逻辑
11、信道并不是真正的信道,更象是网络和终端间在不同时刻要完成的不同任务。,图 信道种类和在UTRAN中所处位置,34,.逻辑信道 BCCH (Broadcast Control Channel):网络用来通知UE网络状况,包括小区和相邻小区使用的码值、允许的功率电平等,为下行信道 PCCH (Paging Control Channel):用来对UE进行寻呼,为下行信道 CCCH (Common Control Channel):下行时,用来传输网络发送给小区中所有UE的公共信息;上行时,用来传输UE发送给网络的信息,35,DCCH (Dedicated Control Channel):专用模式
12、下,网络和UE用来交换和该连接相关的控制信息,为上下行信道 DTCH (Dedicated Traffic Channel):专门为一个用户服务的专用话务信道,为上下行信道 CTCH (Common Traffic Channel):用来发送信息给小区内所有的UE或者某个特定小组所用,仅存在于下行链路方向,为下行信道,36,.传输信道 BCH (Broadcast Channel):承载BCCH信道的内容,也就是小区中UTRA特殊的信息。如:随机接入码(random access codes)、接入时隙信息(access slot information)和相邻小区的相关信息,为下行信道 PC
13、H (Paging Channel):承载寻呼信息,为下行信道 FACH (Forward Access Channel):承载给小区中确定UE的控制信息。如:RNC对UE请求接入的应答,为下行信道,37,DCH (Dedicated Channel):承载专用的话务和控制信息,为上、下行信道 DSCH (Downlink Shared Channel):承载专用用户的分组业务信息,一条信道可以被多个用户共享,为下行信道 RACH (Random Access Channel):承载UE发给UTRAN的控制信息。如连接建立请求,为上行信道 CPCH (Common Packet Channel
14、):传输分组数据的公共信道,为上行信道 其中,除DSCH是可选之外,其他所有信道都是必需的。,40,.物理信道 物理信道用于UE和基站之间。 P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) 在下行方向,承载BCH。 特点: 使用固定的信道化码,便于小区范围内的所有终端都能够正确解调它的内容 为了保证高的发送功率,使用30kbps的低速率 扩频因子为256,41,S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) 承载PCH和FACH两条传输信道。 特点: 每个小区至少有一条S-CCPCH S
15、-CCPCH的配置灵活多样,如插入导频符号与否 为提高系统性能,可将PCH信息和FACH复用到之上,同时将相关的PCH的寻呼标识置于PICH (Paging Indicator Channel)信道上传输,42,DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) 承载DCH信道(专用的用户业务)。 特点: 可以承载多个呼叫/连接 成对地分配给一个连接:一条用来转发控制信息,另一条用来转发当前业务,43,DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) 承载DCH信道,与DPDCH时间复用在下行链路上(如DPDCH承载用户信息,DP
16、CCH承载功率控制信息)。 特点: 在上行链路上, DPDCH和DPCCH分别在I/Q支路上调制,如果DPDCH空闲,没有特殊的电磁干扰信号产生。,44,PDSCH (Physical Dedicated Shared Channel) 承载DSCH信道。下行的DCH信道会提示UE是否需要对PDSCH信道上额外的用户信息解码。,45,PCPCH (Physical (uplink) Common Channel) 承载CPCH信道。当UE要发送分组而RACH信道容量不足时,UE将使用CPCH。,46,PRACH (Physical RACH) 承载与随机接入流程相关的所有信息。,47,SCH
17、(Synchronisation Channel) 为小区覆盖范围内的UE提供小区搜索信息,由P-SCH (Primary SCH)和S-SCH (Secondary SCH)组成。 特点: P-SCH的帧使用了固定的256个码片的信道化码(channalisation code),该码的值在系统内的所有小区中是唯一的 UE完成对P-SCH的解码后,即完成了与系统的帧同步以及时间同步,也了解了小区内可以使用的扰码组,48,CPICH (Common Pilot Channel) 是一条非调制码信道,并经过了小区专用码加扰。 被用于专用信道估计:在涉及公共信道时,提供信道估计参考。 通常一个小区
18、只有一条CPICH,有时可以有两条,分别被称为P-CPICH和S-CPICH。 UE通过CPICH的电平高低来选择适当小区。 导频信号类似于GSM系统中的训练序列。,49,CSICH (CPCH Indication Channel) 系统用来通知UE CPCH的配置等,50,CD-ICH (CPCH Collision Detection Indicator Channel)和CA-ICH (CPCH Channel Assignment Indicator Channel) 用来避免两个UE间发生冲突。,52,WCDMA帧结构 每个帧由15个时隙组成,每个占2/3ms,帧长10ms。 一个
19、WCDMA帧可处理 一个时隙包含,53,WCDMA中, chip:在用来扩频的码中出现的信息位 symbol:用户数据流在经过调制之后是以symbol流的形式被发射到空中接口 spreading factor:指的是一个空中接口上的symbol使用了的chip的数量,通常记为K=2k,k=0, 1,8 如:k=6,意味着在上行链路1 symbol使用了64 chips。 SFN:System Frame Number,用于UTRAN中同步和BCCH上信息传送的定时,图 symbol, chip,56,TFCI:Transport Format Combination Indicator,用来通
20、知接收方复用在上行的DPDCH上的不同传输信道的瞬时参数,可选的 TPC:Transmit Power Control,用来指示发射电平的调整 FBI:Feedback Information,UE用来向UTRAN反馈闭环操作模式下发送分集的信息,57,扩频与调制 .扰乱(scrambling) 目的:用来区分不同的UE和BS。 发生在扩频之后,不会影响信号带宽。利用扰码,可以区分使用相同码字来扩频的数个发射机。,59,.信道化码 作用: 上行链路上:区分一个用户的不同的服务 下行链路上:区分一个扇区内的不同用户 基于OVSF (Orthogonal Variable Spreading Fa
21、ctor)技术,从一颗码树中选取使用。,60,OVSF OVSF技术可以改变扩频因子和保持不同长度的不同扩频码之间的正交性。 使用可变扩频因子时,码树的使用使得可以用最小的扩频因子进行解扩,方法是使用的信道化码是来自最小解扩因子码指示的分支。,图 信道化码码树的起始端,62,单一用户信号化码的限制 原则:一条物理信道要使用码树上的某个码,必须先确认使用同一码树的其他要被传送的物理信道没有使用该码以下分支的所有码。,表 扰码和信道化码的功能与特点,64,.上行链路调制和扩频 调制目的 尽可能地使终端放大器的发挥最大功效 使来自终端间断发射造成的可闻干扰最小 采用的解决办法 尽可能降低终端传输的峰
22、均值比 使用I/Q码复用两条物理专用信道,导频和功率控制信令分别传输在一条单独的连续信道上,消除了间断发射;只有当DPDCH在传输或断开时才会产生脉冲信号,图 数据有(无)时DPDCH和DPCCH的并行传输,66,扩频 原则:相同的扩频码不能被其他任何信道或支路使用。 上行链路的扩频因子可以逐帧改变。,67,扰码 长扰码 特点: Gold码;由25阶生成多项式产生,被截短成10ms的帧,38400chips;用于基站使用了RAKE接收机时 短扰码 扩展S(2)码;256chips,68,复数扰码序列 由两个实数码c1和c2按以下抽取(decimation)原则生成 c扰c1(w0+jc2(2k
23、)w1),k=0, 1, 2 式中, w0和w1分别为码序列1 1和1 -1,第二个码的抽取因子(decimation factor)为2(输入速率/输出速率=2)。,70,.下行链路调制和扩频 调制 使用了时分QPSK。 扩频 多个用户共享单一扰码序列下的码树,基站的一个扇区使用一个扰码(一棵码树),公共信道和专用信道共享相同的码资源。 专用信道的扩频因子不逐帧变化。,71,扰码 不使用短码,只使用长码,Gold码 码周期为10ms 为了避免小区搜寻过程太长,下行链路的主扰码序列集合限制为512个 下行链路的辅扰码序列用于整个小区中除了需要被监听的/在初始注册之前公共信道之外的信道,72,S
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