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黃超,WCDMA系統原理(new).ppt

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WCDMA系統原理 中興通訊股份有限公司 3G產品部 黃 超 WCDMA系統原理什么是3G?3G就是第三代移動通信!3G系統性能特征:信息傳輸速率: 144 kbps 高速移動(120km/h) 384 kbps 步行速度(3km/h) 2 Mbps 室內業務性能: 綜合(混合)業務 可變速率傳輸 永遠在線上網2WCDMA系統原理什么是CDMA?CDMA就是碼分多址,WCDMA是寬帶碼分多址。時間頻率FDMA頻率時間TDMA頻率時間碼字CDMA3WCDMA系統原理為什么需要3G?頻譜效率、新業務和業務質量需要3G!TDMA頻譜效率(系統容量)是FDMA的5倍左右。 CDMA頻譜效率(系統容量)是TDMA的4倍左右。 CDMA頻譜效率(系統容量)是FDMA的20倍左右。4WCDMA系統原理第一篇 WCDMA系統概述一、WCDMA—3G的由來為了滿足更多更高速率的業務和更高頻譜效率的要求,這是發展的根本動力;減少目前存在的各大網絡之間的不兼容性;世界性的標準——IMT-2000(國際移動通信)應運而生,IMT-2000支持的網絡被稱為第三代移動通信系統,簡稱3G。5WCDMA系統原理北美、歐洲、日本和中國等國家提出了10種3G標準。歐洲和日本的WCDMA和北美的CDMA2000是主流技術。我國提出的TD-SCDMA是3大標準之一。WCDMA繼承GSM的核心網MAP,是主流中的主流。6WCDMA系統原理3G標準 WCDMA核心網絡:基于MAP TD-SCDMA核心網絡:基于MAP CDMA2000核心網絡:基于ANSI-41CDMA技術是3G的主流技術7WCDMA系統原理二、WCDMA系統的技術特點 WCDMA系統最根本的實質是功率,資源是動態統計復用的,是一個自干擾系統,任何不需要的功率不能發射!有以下特點:雙向采用快速閉環功率控制技術補償衰落,抗快衰落效果好。 雙向采用導頻進行相干解調,解調增益高。采用發射、接收分集技術,大大提高抗衰落效果。8WCDMA系統原理碼片速率高(3.84Mcps),raker 接收(頻率分集)效果更好,多徑傳播路徑差僅78米就可以分集接收。采用編碼增益高的信道編碼技術(卷積編譯碼和Turbo編譯碼)?;局g不需同步??梢赃M行軟切換(宏分集)、更軟切換(Node B內部小區間的切換)、頻間硬切換、系統間的硬切換??蛇m應多種速率的傳輸,靈活地提供多種業務。9WCDMA系統原理采用優化的分組數據調度策略和傳輸方式。支持高速數據傳輸,高速時144kbps,步行時384kbps的速率,室內是2Mbps。WCDMA采用頻分多址(FDD)工作方式,工作頻率是:上行1920MHz到1980MHz,下行是2110MHz到2170MHz。收發頻率間隔190MHz。具有承載CS和PS業務等混合業務的能力。10WCDMA系統原理采用先進的無線資源管理算法以保證不同比特速率的混合(綜合)業務的服務質量(QoS),并使系統吞吐容量最大。與只能提供單一話音業務的第二代系統相比,第三代移動通信系統具有寬帶(高速)、混合業務、可變速率的特點。 總之,WCDMA系統采用了雙向快速閉環功率控制、Raker接收、接收和發射分集、高增益編碼等技術,可以在高速移動(120km/h)時到達144kbps的傳信率,步行速度(3km/h)時達到384kbps的傳信率,室內達到2Mbps的傳信率。11WCDMA系統原理WCDMA與IS-95的比較12WCDMA系統原理CDMA2000-1X是繼承IS-95技術的3G系統, IS-95 分兩個階段, IS-95A/B 。IS-95A支持語音業務,IS-95B開始支持數據業務,采用補充碼分信道,是多碼傳輸的方式。CDMA2000空中技術兼容IS-95A/B, IS-95A/B是CDMA2000的子集??梢云交?。CDMA2000采用了新技術(Turbo譯碼、雙向相干解調、雙向快速功控等)。 CDMA2000的容量是IS-95 兩倍。13WCDMA系統原理WCDMA與CDMA2000-1x的比較14WCDMA系統原理總之,WCDMA和CDMA2000的技術共同點是采用新技術的CDMA體制。WCDMA的淵源在歐洲各國,繼承GSM核心網;CDMA2000的淵源在美國高通公司,繼承IS-95的核心網。都具有頻譜利用率高、支持高速數據業務的特點,是成熟的技術,是3G的主流技術。15WCDMA系統原理三、WCDMA系統組成RNS—無線接入網系統RNCCNNode B nNode B1Node B2UE UE UE Iu接口Iub接口Uu接口RNSPSTN和Internet等Iur接口16WCDMA系統原理UMTS(通用移動通信系統)即WCDMA由CN(核心網)、UTRAN(無線接入網)和UE(用戶設備)三部分組成,各個部分由標準接口連接。UTRAN又由多個RNS組成。RNS(無線網絡子系統)由一個RNC(無線網絡控制器)和多個Node B組成,一個Node B可以包括1個、3個或6個小區(cell,即扇區)。17WCDMA系統原理CN通過Iu接口與UTRAN相連;UTRAN與UE的空中接口是Uu接口;Uu接口、Iu接口和Iub接口是標準的、開放的;Iu接口Uu口UEUTRANCN18WCDMA系統原理第二篇 WCDMA系統原理一、移動無線信道的特點移動通信信道與固定通信的信道有很大不同:接收機移動時天線接收到的電波場強有著嚴重的快衰落(起伏)和相當大的多徑時延,以及多卜勒頻移。19WCDMA系統原理移動臺接收機接收多條傳播路徑來的信號,傳播路徑的長度不同,到來的時間就有先后,信號的相位不同。根據同相疊加、反相抵消的干涉原理,在移動路線中各處干涉的結果形成斑馬線狀的干涉條紋,即在移動過程中,MS(UE)收到時強時弱的起伏信號。對于IMT-2000的2GHz工作頻率來說,波長僅僅為15cm,因此在高速的移動時,每秒內接收的信號強弱變化很多次。接收功率強弱相差最大可達40dB,折合1萬倍的功率差別!20WCDMA系統原理多徑示意圖d1d2tttd3發射接收Raker合并噪聲21WCDMA系統原理接收機接收到的信號:車速80km/hr、頻率為2GHz時平均衰落持續時間約6ms。t接收信號-35dB0dB接收信號中值22WCDMA系統原理二、WCDMA系統的原理WCDMA系統是一個FDD直接序列擴頻系統,碼片速率3.84Mcps。擴頻的理論基礎:由Shanon 定理C=Wlog2(1+S/N)可知,在信道容量一定情況下,通信帶寬W與信噪比S/N可以互換。即通過擴展頻帶使信噪比降低。擴頻通信的特點:抗干擾能力強、隱蔽性好(信號頻譜密度低于白噪聲)、抗衰落、抗多徑干擾、可以實現碼分多址通信;。省略部分。特點,任何一個節點前后均不正交,只有在相同SF值的垂直方向才是正交的,因此碼資源可能不夠用。必須進行碼資源分配與管理。67WCDMA系統原理碼資源分配是在呼叫接入時進行的,碼資源管理是在系統運行中進行的,因為建立和釋放無線鏈路均是隨機的,可能造成碼樹的空洞。使碼資源出現虛假的短缺現象。實際中取SF=4到256(下行512)。68WCDMA系統原理碼分配原則OVSF碼是CDMA系統中比較寶貴的資源。下行只有一個碼樹給很多用戶使用。碼分配的目標是以盡可能低的復雜度支持盡可能多的用戶。然而,在碼資源有限的情況下,如何才能提高碼資源利用效率?按照“密切相關碼或最相宜的碼”原則進行分配,碼分配準則有兩個: 1)利用率 2)復雜度利用率方面:就是盡量減少因碼分配而阻塞掉的低值碼的數量,使其達到碼資源最少化。比如,一個的單碼C4,1承載能力與(C8,1,C8,3)的雙碼承載能力是相等的。用一個單碼C4,1更好。69WCDMA系統原理復雜度方面:就是要盡量減少分配的碼數量,盡量不用多碼傳輸。公共物理信道:PRACHs(上行)、PCPCHs(上行)、PCPICH、PCCPCH、SCCPCHs、P-SCH、PICH、AICH、AP-AICH、CD/CA-ICH、CSICH、PDSCH。專用物理信道:DPCCH(上行)、DPDCH(上行)、DPCH。70WCDMA系統原理5.智能天線技術智能天線陣列由多個陣元組成,每個陣元是全向輻射元,通過一系列的算法控制各個陣元的幅度、相位,使它們在某個方向某點進行空中疊加,以同相增強,反相抵消的干涉原理疊加,空中每一點的疊加結果都不一樣,形成在某個方向的信號很強,某個方向的信號很弱。用方向圖來表示可以很清楚看到效果??刂脐囋姆?、相位,可以在天線射頻處實現,也可以在基帶部分實現。通過基帶算法改變各個陣元的幅度、相位,就可以形成任意波束,對準特定的用戶進行接收或發射(收發互易)。采用智能天線的好處:降低干擾,信噪比提高,大大提高容量,基站數目減少約50%,覆蓋更好、更遠,方向增益高,基站和手機的發射功率降低,更符合綠色手機概念。71WCDMA系統原理72WCDMA系統原理73WCDMA系統原理智能天線示例74WCDMA系統原理6.其它技術高速調制解調技術 可以采用多進制的調制解調技術,如16QAM、32QAM、64QAM技術,頻譜效率從QPSK的2bite/Hz提高到4、5、6bite/Hz。容量大大提高,但是由于所需的信噪比要高,覆蓋半徑變小。干擾抵消技術 由于存在多址干擾,可以采用多用戶檢測和串并行抵消技術減小干擾分量,提高信噪比,從而提高容量。軟件無線電技術 數字中頻技術等,現場編程可以改變功能和參數,技術平滑升級。75WCDMA系統原理六、擴頻與調制過程一般過程DATA信道碼OVSF擾碼(3.84MHz)Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz76WCDMA系統原理下行物理信道的擴頻過程:77WCDMA系統原理除SCH、P-CCPCH外業務信道的擴頻與調制過程:同步信道SCH(下行)用作移動臺初始接入同步用,系統中所有小區使用相同的基本同步碼?;荆ㄖ鳎┕部刂莆锢硇诺溃?56,1)。78WCDMA系統原理進行QPSK調制:79WCDMA系統原理下行專用物理信道幀結構DPDCH和DPCCH以時分的方式復用80WCDMA系統原理上行物理信道的擴頻過程81WCDMA系統原理PRACH(上行)的擴頻過程82WCDMA系統原理上行調制過程83WCDMA系統原理上行專用物理信道幀結構上行專用信道DPDCH和DPCCH碼分復用84WCDMA系統原理七、碼分多址中的碼1.長度可變的正交的擴頻因子(OVSF)碼OVSF碼的碼樹結構:85WCDMA系統原理OVSF碼生成原理:哈達瑪矩陣86WCDMA系統原理2.擾碼WCDMA系統使用復數擾碼,可以使合成(相加)信號的功率峰均比減小,降低昂貴器件—線性功率放大器(LPA)的造價。下行用擾碼區分小區,即一個小區一個主擾碼,加15個輔助擾碼作為一組。共512組。兩個實數序列組合成一個復數擾碼,兩個實數序列都是由兩個18階截斷長度為38400的m序列模2加生成,這樣序列就由截斷的Gold序列組成。38400個碼片對應一個物理幀時間(10ms)。上行用擾碼區分用戶。上行擾碼分長擾碼和短擾碼。短擾碼用于多用戶檢測以減少復雜性。87WCDMA系統原理下行擾碼的產生:88WCDMA系統原理 卷 積 碼 在WCDMA系統中主要用于話音信道和控制信道,編碼速率為1/2和1/3。卷積碼特點:譯碼簡單,一般采用維特比軟譯碼算法,信道誤碼率在10exp(-3),適合實時業務,如話音和視頻業務的傳送。 Turbo 碼 在WCDMA系統中主要用于數據業務信道,編碼速率為1/3,分組長度最大到5114比特,可以實現大分組,時延長的業務傳送。TURBO碼的特點:譯碼復雜,采用LOG-MAP算法,信道誤碼率可以達到10exp(-6),非常適合對誤碼率敏感,而對時延不敏感的非實時分組業務,如WWW,FTP,E-MAIL等多媒體業務傳送。89WCDMA系統原理Turbo碼的譯碼過程是在兩個譯碼器間交互信息,多次迭代的過程。譯碼性能與分組長度有關,分組長度越長,其譯碼性能越好,增益越高。MAP譯 碼 器 1N - 比 特去 交 織器N - 比 特交 織 器N - 比 特交 織 器MAP譯 碼 器 2e12Le21Lp1yp2ysx輸出N - 比 特去 交 織器90WCDMA系統原理八 網絡規劃與優化簡述網絡規劃與優化做什么? 網絡規劃:根據業務需求和網絡特性,設定基站位置和系統參數,在滿足信號覆蓋、系統容量和業務質量要求的前提下,使網絡的工程本最低 。 規劃什么:根據業務分布和地形地貌進行基站分布規劃;導頻信道發射功率規劃;小區天線種類、高度、方向、下傾規劃;小區資源規劃(擾碼規劃)等。91WCDMA系統原理業務覆蓋范圍示意圖92WCDMA系統原理網絡優化:網絡規劃完成后可能存在一些問題,如覆蓋(掉話)、容量(阻塞)、通信質量等,需要做網絡優化工作。原因:覆蓋盲區、導頻污染、臨近小區列表有誤、業務分布估計偏差、系統控制策略不當、環境變化。網絡優化要做的工作:數據采集(路測得到路損參數、 OMC統計數據),路測校正傳播模型參數,調整系統參數設置。網絡優化分為前期優化(系統建設調整)和商業運行中的后續優化。 以下是網絡優化過程:93WCDMA系統原理94WCDMA系統原理網絡優化實施要做的工作1.調整基站發射功率(導頻功率)2.調整天線的增益、方向、俯仰角3.調整天線高度4.調整鄰區列表5.調整系統控制相關參數6.選用適合的系統控制策略7.小區分裂、多載頻分層網95謝謝大家,請多多指教!96
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