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WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN 总体和物理层

3G 培训资料之五（第一部分）. WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN 总体和物理层. 目 录 1 、 WCDMA 总体介绍 2 、 WCDMA 系统无线接入网络关键技术 3 、 WCDMA 系统无线接入网络体系结构 4 、总结. 1 、 WCDMA 总体介绍. IMT-2000 基本要求. 信息传输速率： 144 kbps 高速运动 384 kbps 步行运动 2 Mbps 室内运动 根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递 一个连接中可以同时支持具有不同 QoS 要求的业务

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WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN 总体和物理层

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Presentation Transcript

  1. 3G培训资料之五（第一部分） WCDMA系统无线接入网络介绍——RAN总体和物理层

  2. 目 录 1、WCDMA总体介绍 2、WCDMA系统无线接入网络关键技术 3、WCDMA系统无线接入网络体系结构 4、总结

  3. 1、WCDMA总体介绍

  4. IMT-2000基本要求 • 信息传输速率：144 kbps 高速运动 384 kbps 步行运动 2 Mbps 室内运动 • 根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递 • 一个连接中可以同时支持具有不同QoS要求的业务 • 满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而 为的数据业务） • 二代、三代系统共存和不同系统之间的切换和负荷平衡 • 支持上行和下行非对称业务 • 高的频谱效率 • FDD和TDD两种双工模式共存

  5. WCDMA 网络总体结构 CN MT RAN IMT-2000 Family UIM UIM-MT (UIM) UNI RAN-CN NNI RAN（Radio Access Network）：无线接入网络，完成与无线有关的所有功能 CN(Core Network)：核心网络，交换路由呼叫，与其它固定网络通信

  6. WCDMA标准化状况 • WCDMA物理层标准化基本稳定 • L2和L3(包含RRC)还需要小范围的修改 • CN网不确定因素较多，目前的标准化步骤为R’99 CN->R4->R5 • 下行高达 8Mbps传送速率的标准正在考虑 • IMT-2000使用450MHz频谱进行了大量讨论，希望在IMT-2000 中考虑该频段和占用最小2*4.5MHz带宽的要求 • 智能天线和软件无线电将在2000年 12月 GPP RAN会议上有介绍 和讨论

  7. 2、WCDMA系统无线接入网络 关键技术

  8. 2.1 WCDMA移动通信环境 2.2 WCDMA需要解决的问题 2.3 WCDMA物理层关键技术 2.4 WCDMA无线资源管理关键技术 2.5 WCDMA 先进技术

  9. WCDMA移动通信环境——信道环境 信 号 衰 落 示 意 衰落（距离、慢衰落） 色散（时间、频率、角度） 时变信道

  10. WCDMA移动通信环境——业务环境 多媒体业务、数据业务将占很大的比重 不同的业务具有不同的 QoS 大量突发业务 业务在不同地理位置分布密度不同，网络优化比较重要 存在多址干扰（MAI)

  11. WCDMA需要解决的问题 • 无线资源包括频谱、时间、功率、空间和扩频码等 • WCDMA系统目标： （1）提高无线资源利用率 （2）不同QoS（Quality of Service) 业务 • WCDMA系统关键： （1）物理层选择抗干扰、抗多径衰落能力强的技术 （2）依靠无线资源管理技术保证资源的有效利用

  12. WCDMA需要解决的问题 什么是WCDMA关键技术？ 对系统性能有重要影响的技术——如功率控制 是提高无线资源利用率和灵活支持各种业务的RAN技术

  13. WCDMA物理层关键技术 WCDMA RAKE接收特点 比窄带扩频IS-95高3倍的多径分辨能力, 信号能量积累能力更强 反向链路也可以进行相干合并

  14. 信 道 纠 错 编 码 • 卷 积 码 • 业务：实时的话音和视频业务 • 误码率：10－3 • 编码速率： 1/2和1/3 • 译码算法：维特比算法 • TURBO 码 • 业务：对时延不敏感的非实时分组业务如WWW，FTP，E－MAIL等 • 误码率：10－6 • 编码速率： 1/3 • 译码算法： LOG－MAP算法

  15. 卷积码译码算法－维特比译码算法 • 在接收的信道符号对和可能的信道符号对之间采用汉明距离累计误差度量，选取幸存路径回溯 • 译码性能与分组长度没有关系。

  16. TURBO译码算法 • Turbo---涡轮旋转 • TURBO码的译码过程是在两个译码器间交互信息，多次迭代的过程。 • 译码性能与分组长度有关，分组长度越长，其译码性能越好。

  17. WCDMA切 换 作 用 • 切换保证了通信的连续 • 软切换降低通信中断概率 • 软切换移动台同时与两个或以上的基站保持通信 • 软切换先连后断

  18. WCDMA切 换 类 型 • 更软切换 • 软切换 • 硬切换 • 站址选择发射分集 注：在3GPP规范中没有扇区概念只有小区（cell）概念，每 个小区有一套独立的信道资源

  19. 更 软 切 换 • 有向天线在基站内形成多个小区 • 在两个小区交叠处，发生更软切换 • 移动台将通过两条空中信道 与两个小区进行通信。

  20. 更 软 切 换 • 更软切换是在基站控制下完成的，建立过程快。 • 下行移动台通过RAKE接收机接收来自两个小区的信号，按最大比率合并以提高接收性能 • 上行信号合并通过RAKE接收机在基站内完成 • 更软切换发生的概率为5－15％。

  21. 软 切 换 • 发生环境：移动台处于两个基站交叠区 • 下行：移动台通过RAKE接收机接收两个基站的信号 • 上行：两个基站分别接收来自移动台的相同信号并传给基站控制器，在基站控制器处进行选择合并 • 软切换在基站控制器的控制下完成 • 软切换发生概率为20－30％。

  22. 软切换新方式——站址选择发射分集 • 移动台在软切换状态时，选择一个小区作为主小区，其他小区为非主小区。 • 通过测量每个分集小区的公共导频信道（CPICH），确定当前的主小区传输专用物理控制信道（DPCCH）和专用物理数据信道（DPDCH），非主小区只发射DPCCH。

  23. 硬 切 换 • WCDMA系统硬切换包含系统内部的硬切换、系统间硬切换： • 同一基站不同载频间硬切换 • 基站间硬切换 • 基站控制器间的硬切换 • FDD 与TDD之间的切换 • 2G到3G系统的硬切换

  24. 开 环 功 率 控 制 • 作用：初始功率计算 • PRACH功率：PRACH = LPerch + IBTS + Constant value LPerch ——移动台测量的路径损耗 IBTS ——基站测量的小区干扰电平 Constant value ——根据信号所需的SIR确定 • 基站主公共导频传输功率 –UE公共导频接收功率

  25. 外 环 功 率 控 制 下行链路功率控制目的，节约基站的功率资源 上行链路功率控制目的，克服远近效应 外环功率控制入口参数为目标FER和测量FER（译码后），出口参数为目标SIR，作为内环功率控制的比较值。

  26. 闭 环 功 率 控 制 下行功率控制步长为0.5、1、1.5、2dB；上行为1dB、2dB 若测定SIR>目标SIR， 则TPC=-1，降低移动台发射功率 若测定SIR<目标SIR， 则TPC=1，增加移动台发射功率 CDMA闭环功率控制频率为1500Hz，反向功率控制动态范围是80dB。 注：TPC：Transmit Power Control

  27. 接 纳 控 制 接入控制通常发生在如下三种情况： （1）用户发起第一次呼叫； （2）正在通信的用户期望加入某一小区； （3）用户期望增加一个业务承载。 当系统资源不能满足用户要求时拒绝用户 当系统剩余的资源够用户使用时，接纳呼叫的用户，分配相应的资源（如扰码、信道码等）

  28. 拥 塞 控 制 无线 传输环境的恶化，引起发射功率的上升， 使系统负荷增大，此时无线网络控制器（RNC） 中的无线资源管理（RRM）模块就要控制系统 的负荷以达到平衡。 负荷控制使系统负荷限制在一定的范围内， 保证系统稳定运行。 若没有对系统实行很好的负荷控制，那么系统 就不稳定工作甚至发生崩溃。

  29. 接 纳 控 制 和 拥 塞 控 制 示 意

  30. 小 区 呼 吸 功 能 目标：各个小区在合理的负荷下稳定运行 作用：降低了呼损率，提高了重负荷小区的服务质量，使系统资源得到充分的利用。 方式：改变下行公共导频信道（CPICH）的发射功率，使其有效覆盖范围改变，将处于小区边缘的用户“推”给另一个小区或从另一个小区“吸入”小区边缘的用户。

  31. WCDMA 先 进 技 术

  32. 3、WCDMA系统无线接入 网络体系结构

  33. 核心网络 （ ） CN Iu Iu RNS RNS Iur RNC RNC Iub Iub Iub Iub Node B Node B Node B Node B Uu Uu UE UE 无线接入网络总体描述 WCDMA无线接入网络系统（RAN）由一组通过Iu连到核心网（CN）的无线网络子系统（RNS）组成。 一个RNS由一个基站控制器（RNC）和一个或多个基站Node B组成。 RNC和Node B之间通过Iub接口连接。UE通过空中接口（Uu）接入RNS。

  34. Ix 接 口 综 述 Ix接口包含Iub，Iur，Iu三大接口，分别用于Node B和RNC，RNC和RNC，以及RNC和CN之间的互连，并支持业务数据流和信令流在其上的传输。与GSM不同，Ix接口都是开放的接口，便于不同厂家的设备互连。

  35. 空中接口（ Uu ）总体描述

  36. 空中接口（ Uu ）总体描述 • Uu是UE和3G RAN之间的接口，是移动通信系统最有特色的方面 • 无线资源控制层（RRC）是层3（L3）最下面的一个子层，属于控制面。 它与每个下层协议实体（PDCP、BMC、RLC、MAC和PHY）之间都存 在一个控制服务接入点（SAP）。RRC通过这些控制SAP配置和控制这 下层协议实体。因此RRC是整个空中接口协议的控制核心。 • L2包括PDCP、BMC、RLC、MAC，其中PDCP、BMC仅位于用户面， RLC被分成控制面和用户面两部分。 • RLC与MAC之间的SAP体现为逻辑信道 • MAC与物理层之间的SAP体现为传输信道

  37. WCDMA 系统功能分布 RNC Node B MT CN Uu Iub Iu CM MM RRC 传输

  38. WCDMA物理链路示意

  39. WCDMA 与 GSM 比 较

  40. WCDMA 与 IS-95 比 较

  41. WCDMA 调 制 • 上下行均采用QPSK调制 • 不同之处在于调制之前的扩频部分

  42. 扩 频 信道码 OVSF • 扩频分为两步：正交扩频和加扰 • Symbol rate ×扩频因子SF = Chip rate • 正交扩频：OVSF信道码区分信道 • 扰码：上行区分用户，下行区分小区 扰码 DATA Symbolrate Chip rate 3.84MHz Chip rate 3.84MHz

  43. 正交可变扩频因子信道码 • Orthogonal Variable Spreading Factor（OVSF）C ch,SF,n • 上行SF=4~256 下行SF=4~512

  44. 上行扰码（Scrambling code） • 上行可用长扰码或短扰码区分用户 • 长扰码：周期为38400码片（一帧）， 25阶Gold code • 短扰码 ：周期为256码片，可用于多用户检测

  45. 下行扰码（Scrambling code） • 共有512个主扰码，区分小区 • 主扰码分为64组，每组8个 • 一个小区分配一个主扰码，15个辅助扰码

  46. 上 行 扩 频 信道码 增益因子 上行专用数据信道和专用控制信道分别在I、Q传输 扰码 I DPDCH （data） I+jQ Q DPCCH （control） *j 信道码 增益因子

  47. 下 行 扩 频 下行专用信道数据和控制部分时分复用

  48. 上行专用信道帧结构 上行专用信道DPDCH和DPCCH码分复用

  49. 上 行 多 码 传 输 （1）最多6个数据信道复用 （2）只有在Q路有一个控制信道

  50. 下行专用信道帧结构 DPDCH和DPCCH以时分的方式复接

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