WCDMA的基本原理.ppt

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1、1,目录,一.前言二.WCDMA的信道结构三.信道编码和复用四.扩频与调制五.随机接入和同步六.发射分集与功率控制,2,一.前 言,关于3G（第三代移动通信）的背景介绍,3,3G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。,4,3G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。,

2、5,3G的目标,多媒体能力,个人化使用,智能化功能,多速率和高级业务(2Mb/s),固定网的质量,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,低的发射功率室外300mw,室内20mW,6,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。,7,3G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,8,3G承载业务要求,9,第三代标准的融合过程,19851994年明

3、确概念和目标，提出未来公共陆地移动电话系统FPLMTS19871994年确定基本原则19901998年制定框架和要求，1996年更名为IMT-200019921998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,10,3G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-

4、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。,11,3G标准化组织格局,ETSI SMG,TIA T1P1,ARIB TTCTTA CWTS,3GPP,3GPP2,IMT-2000,12,与2G的关系或演变过程,2G,3G,IS-95CDMA,GSM,CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA,2.5G,GPRSEDGE,IS-95B,13,IMT2000的结构和接口,14,IS41核心网,GSM核心网,IS136,UWC136,IS95,CDM

5、A2000,GSM,WCDMA,核心网与无线接口的关系,NNI,15,移动通信发展的时间表,1970s 1980s 1990s 2000s,提出,标准化,商业运行,提出,标准化,商业运行,提出,标准化,商业运行,提出,1G AMPS,2G GSM,3G IMT-2000,4G OFDM?.,16,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TD-SCDMA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

6、。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 国际标准。,17,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”。,18,3G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,19,3G前景展望,3G的标

7、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。,20,二 WCDMA的信道结构,信道类型以及时隙、帧结构,21,CN,UTRAN,UE,Uu,Iu,UTRAN:UMTS 陆地无线接入网 Uu：WCDMA无线接口,22,层3-无线资源控制RRC,层2-媒体接入控制MAC,层1-物理层,传输信道,逻辑信道,PHY原

8、语,WCDMA无线接口分层结构,23,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。,24,2.1 信道分类,从不同协议层次上看，信道分三类：逻辑信道传输信道物理信道,25,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,26,公共传输信

9、道分类,27,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,28,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,29,30,传输信道,物理信道,BCH,FACH,PCH,RACH,CPCH,DCH,DSCH,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

10、信道（PICH）,31,2.2专用物理信道结构,32,33,DPCCH中的域,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）,34,FBI域结构,S域用于SSD控制D域用于FBD反馈模式发射分集控制,D域,S域,FBI域,35,2.3 上行物理随机接入信道PRACH,36,5120chip,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,37,前导部分,.,前导部分,前导部分,消息部分,

11、4096Chip,前导部分是长16chip的特征码重复256次,Data Nbit,Pilot Npbit,TFCI,10ms,slot1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,38,2.4 上行物理公共分组信道PCPCH,39,.,4096Chip,接入前导,碰撞检测前导,DPCCH,DPDCH,10ms,N10ms,40,2.5 下行专用物理信道DPCH,41,42,物理信道1,物理信道2,物理信道L,Pilot,TPC,TFCI,多码传输时下行时隙格式,DPDCH,1个时隙0.625ms,43,2.6 主公共控制物理信道PCCPCH,（承载广播信道）,44,数据,slo

12、t1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,帧1,帧2,帧72,帧i,.,.,720ms,256chip,2560chip 20bit,45,2.7 辅助共公控制物理信道SCCPCH,（承载FACH和PCH）,46,数据,slot1,slot2,slot15,sloti,10ms,.,.,帧1,帧2,帧72,帧i,.,.,720ms,2560chip 20*2Kbit(K=0.6),Pilot,TFCI,47,2.8 同步信道SCH,（分为主同步P-SCH和辅助同步S-SCH信道）,48,DATA,acp,acsi,1,256chip,DATA,acp,acsi,2,slot

13、2,DATA,acp,acsi,15,slot15,.,帧,slot1,P-CCPCH,P-SCH,S-SCH,49,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PCCPCH上是否用了STTD编码。,50,2.9 物理下行共享信道PDSCH,（与DPCH信道相关联）,51,PDSCH,DCH,Slot=2560chip,52,2.10 下行捕获指示信道AICH,（用于传送AI）,53,AS0 AS1.ASi.AS14,AI 空闲部分,16symbol(4096chip)4symbol(1024chip),20m

14、s,AI对应于PRACH或PCPCH上的特征码，通知用户准予接入。包含15个接入时隙AS,54,2.11 公用导频信道CPICH,（双天线分集发送）,55,时隙,天线1,天线2,公共导频信道调制样图,56,2.12 寻呼指示信道PICH,（传送PI寻呼指示，其总是和S-CCPCH相联系，SF=256）,57,.,.,1帧10ms,288bits,12bits,每帧发送N个寻呼指示，N8、36、72、144。如果相应位置的PI为1，就表明与之相关的UE应该去读取相关的S-CPCH相应帧内容,58,三.信道编码和复用,为保证高层数据在无线信道上传输，需要将MAC来的数据流进行编码/复用，然后在无线

15、链路上发送；同样地，必须将无线链路上接收到的数据进行解码/解复用再传给MAC和高层。,59,两种模式,非压缩模式压缩模式,60,3.1 非压缩模式传输信道编码/复用,以传送块集的形式，每个传送时间间隔TTI传输一次，TTI是10,20,40,80ms中的一个,61,编码/复用步骤（1）,加CRC传送块级联和码块分割信道编码速率匹配插入非连续传输DTX指示比特交织,62,编码/复用步骤（2）,无线帧分割传输信道的复用物理信道的分割物理信道的映射,63,3.2 压缩模式传输信道编码/复用,一个帧中时隙Nfirst到Nlast不被用作数据传输，为保持压缩后的BER不受影响，压缩帧中其他时隙的传输功率

16、加大，何时帧被压缩，取决于网络。,64,帧,帧,帧,传输间隔用于频点测试,用打空或减小扩频因子两种方式来完成,NfirstNlast,65,3.3 传输格式检测,接收机为了准确解码，必须知道发送方的编码/复用格式。检测方式有显式和阴式（盲传送格式检测）两种,66,TFCI,ReedMuller码,（10bit）,（30bit）,TFCI,29 28 27 26.1 0,Slot0 Slot1.Slot14,67,四.扩频与调制,CDMA系统的基础。使得系统具有抗多径衰落，发射功率低和频谱利用率高等优点。,68,4.1 上行链路,69,70,PRACH消息数据,PRACH消息控制,Cc,c,Cd

17、,j,d,Sr,71,C1,1=(1),C2,1=(1,1),C2,1=(1,-1),C4,1=(1,1,1,1),C4,1=(1,1,-1,-1),C4,1=(1,-1,1,-1),C4,1=(1,-1,-1,1),OVSF正交可变扩频因子信道码,72,长扰码的生成,73,短扰码的生成,74,24 23.3 2 1 0,24 23.3 2 1 0,随机接入前导扰码,75,4.2 下行链路,76,77,下行扰码的生成,78,五.随机接入与同步,WCDMA初始工作中的两个重要过程。,79,5.1 同步,80,小区搜索,1 时隙同步2 帧同步及码组指示3 扰码识别,81,1 时隙同步,UE采用SC

18、H的主同步码来获取(在256chip之内完成)一般采用一个匹配滤波器来完成。所有小区主同步码都相同，即C256,0。,82,2 帧同步和码组指示,UE采用辅助同步码来发现帧同步（在无线帧长10ms之内）并同时确定小区的码组辅助同步码是由16个长度为256chip的短码构成。共有32个，对应了32个扰码码组，每个码组含16个扰码。,83,3 扰码识别,UE确定小区中使用的基本扰码。在PCCPCH上与2中识别的码组中所有码字进行符号与符号之间的相关运算。识别了小区基本扰码后，同时UE也得到了超帧同步（从BCH上的系统帧序号SFN信息获得）,84,PRACH同步,随机接入突发要按照接入时隙的时序进行

19、，接入时隙的时序从P-CCPCH时序得到。第n个接入时隙位置起始于P-CCPCH帧边界后的n10/N ms。N是每10ms的接入时隙数，n0，1，.，N,85,5.2 随机接入,WCDMA初始工作中的两个重要过程。,86,物理随机接入准备,物理层需要从高层得到以下信息：前导扰码对应每个接入业务级别ASC的可用特征码和RACH子信道组功率变化步长,传送格式参数集最大前导重传次数初始前导功率,87,物理随机接入步骤(1),1.UE对给定的ASC，从可用的子信道组中随机选择一个RACH子信道组2.选择接入时隙3.对给定的ASC，从可用的特征码中随机选择一个特征码4.设置前导重传次数,5.设置前导传输

20、功率6.UE用选定的接入时隙、特征码、和前导传输功率发送第一个前导7.如果没有在下行链路的AICH中对应的接入时隙里得到捕获指示AI:,88,物理随机接入步骤(2),选择新的上行接入时隙重新尝试在给定的ASC内，从可用的特征码中随机选择新的特征码以设定的步长增加前导发射功率记录前导重传的次数,若前导重传次数小于设定值，返回6。若前导重传的次数大于设定值，将“无应答”传递给MAC层,89,物理随机接入步骤(3),8.若在AICH信道中检测得到负的捕获指示，则将“拒绝接入”信息返回MAC层9.根据AICH中传输定时参数，在最后一个前导之后，发送随机接入消息部分。,将已发送RACH消息传递给MAC层

21、,90,六.发射分集和功率控制,WCDMA中的两个重要技术,91,6.1 发射分集,开环发射分集TSTD（Time Switched Transmit Diversity,时间切换发射分集）STTD(Space Time block coding based Transmit Diversity，空间时间发射分集)闭环发射分集,92,b0 b1 b2 b3,b0 b1 b2 b3,-b2 b3 b0-b1,STTD,天线1,天线2,STTD开环发射分集,采用STTD编码的信道有：P-CCPCH,S-CCPCH,DPCH,PICH,PDSCH,AICH,CPICH,93,信道编码,速率匹配,交织

22、,复用,复用,STTD编码,TPC,TFCI,STTD后的导频1,STTD后的导频2,信道码、扰码,天线1,天线2,94,信道编码,交织,复用,TPC,TFCI,导频,天线1,天线2,扩频,交织,DPCCH解码(FBI域),w1,w2,反馈模式发射分集,95,6.2 功率控制,开环功率控制闭环功率控制外环功率控制,96,开环功率,开环功控设定PRACH的功率发射，遵循以下算法：PLI常数P:RACH信道的传输功率,dBm；L：测量下行P-CCPCH（primary CCPCH）的信道损失，dB;I：在BTS的干扰信号功率，dBm，在BCCH中广播;常数:由第三层确定的参数。,97,98,99,谢谢！,