WCDMA详细基本概念.pdf
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1、WCDMA基本概念1.WCDMA的主要参数参数取值说明多址接入方式DS-CDMA直扩码分多址(DS-CDMA)就是将用户数据同由CDMA扩频码得来的伪随机比特(称为码片)相乘,从而把用户信息比特扩展到很宽的带宽上。双工方式FDD/TDDFD D 方式采用在上行链路和下行链路上使用两个独立的5MHZ的载波。TD D方式只使用一个5MHZ的载波,它在上行链路和下行链路间共享。基站同步异步方式不必像IS-95 一样使用一个全局时间参考码片速率3.84Mcps3.84Mcps的码片速率导致了大 约 5M Hz的载波带宽。载波间距要根据载波间的干扰情况以200khz为一个基本单位在4.4MHz和5MHz
2、之间选择。码片速率为3.84Mcps,则一个码片的持续时间为0.26uso如果多径分量之间的时 间 差 至 少 是 0.26us,则WCDMA接收机就能将这些多径分量区分开来并合并在一起。至 少 0.26us的时间差意味着路径的长度至少为78m(=光 速/码 片 速 率=3.0*10A8ms/3.84Mcps)帧长10ms业务复用有不同服务质量(QOS)要求的业务复用到一个连接中检测使用导频信号或者公共导频进行相干检测WCDMA在上行链路和下行链路上使用基于导频信号或者公共导频的相干检测。而1S-95只在下行链路上使用相干检测多用户检测,智能天线标准支持,应用时可选FDD的 UTRA使用以下频
3、段:上 行(U E发射,NODEB接收,即 UE到 UTRAN的方向):1920-1980MHz下 行(UE接收,NODEB发射,即 UTRAN到 U E的方向):2110-2170 MHz发射和接收频率间隔190 MHz2.WCDMA的基本概念2 1多普勒(Doppler)效应在波源与观察者相对于介质均为静止的情况下,介质中各点的振动频率与波源的频率相等,亦即观察者接收到的频率与波源的频率相同。若波源叮观察者或两者同时相对于介质在运动,观察者接收到的频率不同于波源频率,这种现象称为多普勒效应。例如,当飞机迎面而来时,人们听到飞机的轰鸣声音调变高,即人耳接收到的声波频率高于飞机发出的声波频率;
4、背离而去时,人们听到的音调变低,即人耳接收到的声波频率低于飞机发出的声波频率。对电磁波(无线电波或光波)来说,也能发生多普勒效应。由于电磁波可以在真空中传播,真空中不存在介质,所以在讨论时,只需要考察光源与观测者之间的相对运动。这时,必须根据相对论才能确定其多普勒效应的频率变化关系。设光源的频率为V,它相对于观察者的速度 为 斗,计算表明,观察者测得的频率/为V=-V式中,C为电磁波的传播速度(即光速);匕以相对于观察者远离时为正,相对接近时为负。上式表明,当光源相对于观察者离去(退行)时;反之。2.2.信道化码和扰码下面是信道化码和扰码的关系:信道码扰码OVSF(3.84MHz)DATA3.
5、84MHz3.84MHz扩频/信道化是基于正交可变扩频因子(OSVF)技术,经过扩频后信号在频率上扩展了(即信号带宽变宽)。信道化码和扰码的功能特点:信道化码扰码用途上行链路上用于区分同一终端的物理数据信道(DPDCH)和控制信道(DPCCH);下行链路上用于区分同一小区中不同用户的下行链路连接。上行链路上用于区分UE;下行链路上用于区分小区长度4-256 个 码 片(1.066.7us)下行链路还包括512个码片上行链路:10ms=38400个码片或者66.7us=256个码片(用于高级的基站接收机)下行链路:10ms=38400个码片码字数目一个扰码下的码字数目=扩频因子上行链路:几百万下
6、行链路:512码族正交可变扩频因子(OSVF)长 10ms码:Gold码短码:扩展的S(2)码族扩频是,增加了传输带宽否,没有影响传输带宽同一信息源使用的信道化编码有一定的限制。物理信道采用某个信道化编码必须满足:其码树的下层分支的所有码都没有被使用,也就是说此码之后的所有高阶扩频因子码都不能使用。同样,从该分支到树根之间的低阶扩频因子码也不能使用。2.3.SRNC,CRNC,DRNCC R N C(控 制 R N C):控制-个NodeB(例如终止通向NodeB方向的lub接口)的 RNCCRNC负责其所属小区的负载和拥塞控制,还要为这些小区中要建立的新的无线连接进行接纳控制和码字分配。如果
7、一个移动用户到UTRAN的连接要使用多于一个RNS的 资 源(即跨RNC的软切换),这就涉及到两个独立的逻辑功能:SRNC(服务RNC),DRNC(漂移RNC)。S R N C:一个移动用户的SR N C负责终止传送用户数据和终止相应的传向和来自C N 的RANAP信令的lu 连接。SRNC也负责终止无线资源控制命令。它负责对来自/流向无线接口的数据进行L2层处理。SRNC执行基本无线资源管理操作,例如,将无线接入承载参数转化为空中接口传输信道参数,切换判决,以及外环功率控制。SRNC也 可 以(但不总是)作为一些用于移动终端和UTRAN相连的NodeB的 CRNC。D R N C:DRNC是
8、除了 SRNC外的其他任何R N C,他们控制该移动终端使用的小区。如果需要,DRNC可以进行宏分集合并和分裂。除 非 U E 正在使用一条公共或共享传输信道,DRNC不进行用户面数据的L 2处理,而 在 lub和 lur接口间透明的为数据选择路由。一个UE可能有0 个,1个或多个DRNC。2.4.RABRadio Access Bearer无线接入承载整 个 UTRAN(接入网)(包 括 RNC、NodeB 一直至lj UE)为完成某一个业务向上层提供的包括各层协议实体在内相互连接而形成的传输通路,它在实现上映射到lux承载、R B 以及Radio Link 等。2.5.RBRadio Be
9、arer无线承载一个Radio Bearer代表一个层2 向层3 提供的业务,层 2 向RRC提供的业务又称为SRB-Signaling Bearer。2.6.RLRadio Link无线链路一个U E与一个UTRAN Access Point之间物理层的逻辑联系,物理实现上可以承载一个或者多个RB。UTRAN Access Point:与每个小区相关联,是一个负责无线发送和接收的点。一个小区有一个点。噌叶强Duplication avoidanceC-plane signalling.吟弟算.U-plane informationRRC-2-couobuo。9 11=103-OJCIO。Uu
10、S boundary2.7.Paging occasion寻呼时机。在 FDD中,是指PICH帧的系统帧号(SFN),U E 会监视这个帧中的寻呼指示(PI,paging indicator)o在 TDD中,是指寻呼块,它包括几个帧。寻呼时机值为寻呼块中的第一个帧的帧号。3.物理层协议3 1概述WCDMA无线接口协议结构如下图所示:物理层协议分为五部分,物理信道及传输信道到物理信道的映射(25.211)、复用和信道编码(25.212)、扩频和调制(25.213)、物理层过程(25.214)和物理层测量(25.215)各个协议间的关系如下:无线桢基带的收发过程:无线桢无线桢3.2.物理信道及传输
11、信道到物理信道的映射(25.211)3.2.1.传输信道物理层是通过传输信道向上层提供服务的,传输信道的特性通过传输格式或传输格式集来表征,它指定了物理层对传输信道所做的处理,比如卷积信道编码,交织,速率匹配等。UE可以同时建立多个传输信道,每个传输信道有自己的传输特性。每个传输信道可用于传输一个层2 的无线承载的信息流或者高层的信令消息。传 输 块(Transport B lock)是 MAC层与物理层间信息交换的基本单元。物理层为每个传输块再上一个CRC。传 输 块 集(Transport Block S e t)它是传输块的集合。在同一时间,MAC层与物理层间使用同一个传输信道传输一个传
12、输块集。传输块大小(Transport Block S ize)是 指,个传输块的比特(bit)数。传输块大小总是跟指定的传输块集相适应,即其中的每个传输块大小都是一样的.传输块集大小(Transport Block Set S ize)是指一个传输块集的比特(bit)数。传输时间间隔(TTL Transmission Time Interval):它是指两个传输块集间的到达时间间隔,即指在物理层的无线接口上传输传输块集的周期。它 取 10ms的整数倍。在每个TTI,MAC层将传输块集分发到物理层。下图显示了在某个时间内,MAC层和物理层间的三个并行传输信道的数据交换例子:DCH1Transp
13、ort BlockTransportTransport Block-Transmission Time Interval-AWTransmission Time IntervalDCH2Transport BlockTransport BlockF ransport-Transport BlockTransport BlockFran sportTransport BlockTransport BlockT ransport BlockTransport BlockTransport BlockPransport BlockTransport BlockTransport BlockTrans
14、port BlockA T ransmissionTime Interval传 输 格 式(Transport Format):是指由物理层提供给MAC层的在TTI周期内在传输信道上传输传输块集的格式。它由两部分组成:动态部分和半静态部分。动态部分为:传输块大小,传输块集大小,TTI(可选的,只对TDD短)。半静态部分为:TTI(FDD必须有,TDD砒);使用的错误保护方案(错误保护类型一turbo编码,卷积编码或无信道编码;编码速率;静态速度匹配参数);CRC的大小。传输格式集(Transport Format Set):是指与一个传输信道相关的传输格式的集合。一个传输格式集中的所有传输格式
15、的半静态部分都是相同的。通过修改每个T T I内的传输块大小,传输块集大小可以动态的改变比特速率。传输格式组合(Transport Format Combination):由物理层将一个或多个传输信道复用到一个物理信道,每个传输信道都有一个可用的传输格式集。但在一个时间点上,并不是所有的传输格式的组合都可用,只有在传输格式组合中的组合才可用。传输格式组合定义为当前可用的传输格式的组合,这个组合中的传输格式用于将儿个传输信道复用成CCTrCH彳道(CodedComposite Transport Channel)传输格式组合集(Transport Format Combination Set):
16、是指与一个CCTrCH信道相关的传输格式组合的集合。它被MAC层用于控制速度,流量等。它的分配由层3 来完成。传输格式指示(TFL Transport Format Indicator):它是传输格式集中的某个传输格式的标签。它用于MAC层和物理层间的通讯,传输格式组合指示(TFCI,Transport Format Combination Indicator):它用来表征当前使用的传输格式组合。它用于通知接收端当前使用的有效传输格式组合,如何解码,去复用,将数据分发到正确的传输信道上。在每个传输信道每次分发传输块集的时候,MAC层都会把TFI告诉物理层。然后物理层根据U E 的并发传输信道的
17、TFIs构造T F C L 正确的处理传输块,同时将TFCI加入到物理控制信令中。接收端通过检测到的T F C L 能够找到相应的传输格式组合。速率匹配(Rate matching):无线接口上的速率匹配有两种方式。第一种是每个传输信道的静态速率匹配。它是传输信道的传输格式的半静态部分的一个参数。第二种是每个CCTrCH的动态速率匹配。动态速率匹配将物理层数据的有效负荷调整到RRC对物理信道的要求。物理层使用的静态和动态速率匹配由RRC通知物理层。对于FDD,RRC还需要配置物理层是使用自动速率检测还是使用T FC 1,以及下行是否使用动态速率匹配。传输信道类型:其中:BCH用来广播系统信息和
18、小区的其他信息,在整个小区覆盖范围内广播。只有一种传输格式,使用固定的低速率传输。FACH-可以使用慢速功率控制;可以快速改变速率(每 10ms);不需要使用内环功率控制。PC H-跟物理信道PICH关联,以实现高效的UE睡眠模式处理。RACH存在collision risk;使用开环功率控制;CPCH跟下行专用信道关联,以便进行功率控制,获得CPCH控制命令;使用内环功率控制3.2.2.物理信道3.2.2.1.特征物理信道可以由其载波频率、扰码、信 道 码(可选)、持续时间(开始,结束时间,它是码片 chip的整数倍)以及相位(0 或兀/2,uplink only)确定。在采用扰码与扩频码的
19、信道里,扰码或扩频码任何一种不同,都可以确定为不同的信道。物理信道码片速率为3.84M叩s,即 38400chips/10mso物理信道由无线帧组成,每个无线帧为10ms(38400码片)。而无线帧又由15个时隙组成,每个时隙为2560码片。在物理层会将CCTQ H 映射到物理层的数据部分。除了数据部分,还存在信道控制部分和物理信号(signal)物理信号跟物理信道有着一样的空中特征,但是没有传输信道映射到它们。物理信号(比如前导信号)跟物理信道关联是为了支持物理信道的功能。3.2.2.2.分类3.2.2.2.1.上行 DPCH上行DPCH分为DPDCH(数据信道),DPCCH(控制信道)。在
20、一个无线桢内使用1/Q分支编码复用DPDCH,DPCCHo上行DPDCH:用于承载传输信道DCH。可能有0,1,多个上行DPDCH。上行DPCCH:用于承载在物理层产生的控制信息。物理层的控制信息包括支持信道估计以进行相干检测的已知导频比特,发射功率控制指令(T P C),反馈信息(Feedback Information,FB I)以及 个可选的传输格式组合指示(TFCI)。在每条无线连路上只有一个上行DPCCH。桢结构:DataDPDCH N 二 bits-Ts,ot=2560 chips,Ndala=10*2k bits(k=0.6)其中,图中的参数k 决定了卷个上行DPDCH/DPCC
21、H时隙的比特数,它与DPDCH的SF的关系为SF=256/2k.,SF取4-256DPCCH的 SF总为2 5 6,即每个上行D PCCH 时隙有1 0 个比特。FBI的结构:S field D fieldN FBI其中S 域用于SSDT(site selection diversity transmission,小区选择的发射分集);D 域用于闭环功率发射分集。上行专用物理信道可以进行多码操作。当使用多码传输时,几个并行的DPDCH使用不同的信道化码进行发射。值得注意的是,每个连接只有一个DPCCH。上行DPDCH开始发射前的一段时期的上行DPCCH发 射(上行DPCCH功率控制前缀)被用来
22、初始化一个DCH。功率控制前缀的长度是一个高层参数N p c p,由网络通过信令方式给出。除了正常的传输模式之外还有另外一种模式就是压缩模式在压缩模式下每帧所发送的时隙会比正常模式下少2-3个,以便空出时间来进行测量。3.2.2.22.PRACH它用来承载RACH.RACH随机接入信道的传输是基于带有快速捕获指示的时隙ALOHA方式。UE可以在一个预先定义的时间偏置开始传输,表示为接入时隙。每两帧有1 5 个接入时隙,间隔为5 1 2 0 码片。当前小区中哪个接入时隙可用是由高层信息给出的。PRACH的接入时隙分布如下:radio frame:10 msPRACH的发射包括一个或多个长为409
23、6码片的前缀,和个长为10m s或20m s的消息部分。PRACH的前缀部分长度为4096chips,是对长度为16chips的一个特征码(signature)的2 5 6 次重复,总共有1 6 个不同的特征码可用。PRACH的信道结构如下图:Preamble Preamble _Preamble Message part4096 chi Js=10 ms(one ra1di o ff rame、)PreamblePreamblePreambleMessage part4096 chips20 ms(two radio frames)PRACH的消息部分的结构如下图:ControlDataPR
24、ACH的消息部分和上行DPDCH/DPCCH相似,但控制部分只有TFC I和p ilo t两项,其中数据部分包括10*2k个比特,k=0,1,2,3,分别对应着扩频因子为256,128,64和3 2。导频比特数为8,T F C I比特的总数为15*2=30比特。对于20ms的消息,在第二桢中的TFCI跟第一帧中的相同。3.2.2.2.3.PCPCH用来承载CPCH。PCPCH的传输是基于带有快速捕获指示的DSMA-CD(Digital SenseMultiple Access-CollisionDetection)方法。UE可在一些预先定义的时间偏置(相对于当前小区接收到的BCH的帧边界)处开
25、始传输.接入时隙的定时和结构与PRACH相同,如图所示:Pi Message PartPo_4096 chips 八 。N.n尸 Oor 8 slots N*10 msecI I Access Preamble Control PartCollision Detection Data partPreamblePCPCH随机接入传输包括一个或多个长为4096chips的接入前缀A-P,一个长为4096chips的冲突检测前缀(CD-P),一个长度为0 时隙或8 时隙的DPCCH功率控制前缀(PC-P)和一个可变长度为Nx10ms的消息部分.PCPCH前缀部分和PRACH类似.PCPCH消息部分包
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