1、第3章:空中信道與傳輸WCDMA系統(tǒng)信號處理過程碼分多址原理WCDMA物理信道無線資源管理WCDMA系統(tǒng)信號處理過程基本概念WCDMA系統(tǒng)信號處理過程dB、dBW、dBm和dBi：無線信號的相對強度用分貝( dB )來衡量dB是取以10為底的對數(shù)的結(jié)果增益(dB)10lg(比值)射頻信號的功率常用dBW、dBm表示dBW10lg(P/1W)dBm10lg(P/1mW)dBmdBW+30例如：1W等于30dBm，等于0dBWdBi是天線方向性的一個指標(biāo)Bit、Symbol、Chip及其速率：Bit(比特)對應(yīng)的是有用信息(Information)，是進入物理層進行基帶信號處理前的信息位，它的速率

2、稱為比特速率RSymbol(符號)對應(yīng)的是基帶信號處理之后的信號，是由一個或多個比特組成。它的速率稱為符號速率Chip(碼片)是空中接口上經(jīng)過擴頻調(diào)制之后的信息單位，用于體現(xiàn)能量(energy)的承載。它的速率稱為碼片速率速率的關(guān)系：Symbol Rate x SFChip Rate誤比特率、誤碼率、誤幀率和誤塊率：誤比特率(BER)是在數(shù)據(jù)傳輸過程中比特被傳錯的概率誤碼率Pe是在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中碼元被傳錯的概率誤幀率(FER)是數(shù)據(jù)傳輸過程中幀傳錯的概率誤塊率(BLER)傳輸塊經(jīng)過CRC校驗后的錯誤概率這四個值都是統(tǒng)計值，即是在相對長的一段時間內(nèi)的統(tǒng)計平均值S/N、C/I 、Ec/Io 及Eb

3、/No的區(qū)分：C/I(載干比)是有用信號能量與同信道干擾能量的比值S/N(信噪比，SIR)是信號功率與噪聲功率的比值Ec/Io是空中接口上每chip的有用信號能量與噪聲能量的比值。dB值一般均為負值Eb/No是空中接口后的每bit的有用信號能量與噪聲能量的比值信源編碼的目的：保證通信的有效性信源編碼的原則：滿足編碼質(zhì)量盡量地提高壓縮率一般速率不高于16kbpsWCDMA UMTS系統(tǒng)使用的信源編碼：AMR (Adaptive Multi-Rate，自適應(yīng)多速率編碼)，分為二種AMR-NB(窄帶自適應(yīng)多速率)，適用于3G語音和其它音頻內(nèi)容的編解碼AMR-NB包括12.2kbps, 10.2kbp

4、s, 7.95kbps, 6.70kbps, 5.90kbps, 5.15kbps, 4.75kbpsAMR-WB(寬帶自適應(yīng)多速率)，適用于3G高保真語音和其它高質(zhì)量音頻內(nèi)容的編解碼信道編碼的目的：保證通信的可靠性信道編碼的原則：不超過信道帶寬的承載能力盡量地提高冗余比，提高前端糾錯的能力WCDMA UMTS系統(tǒng)使用的信道編碼：CRC卷積碼TURBO CODE交織碼CRC：循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check)原理：線性編碼Size: 24, 16, 12, 8 or 0 bitsWCDMA系統(tǒng)中卷積碼：糾錯能力高于CRC循環(huán)冗余校驗，奇偶校驗適合解離散的差錯，對于連

5、續(xù)的差錯效果不理想主要是用于低數(shù)據(jù)速率的語音和信令WCDMA系統(tǒng)中Turbo碼：Turbo是英文中的前綴，指渦輪驅(qū)動，即反復(fù)迭代的含義特點：Turbo碼是應(yīng)用在WCDMA系統(tǒng)中的新的糾錯編碼技術(shù)Turbo碼的糾錯性能優(yōu)于卷積編碼Turbo碼解碼復(fù)雜度較高，而且編碼時延較大Turbo碼適用于對時延要求不高，但速率較高的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卷積編碼和Turbo編碼的比較：卷積碼編譯時間快，時延小，適合于數(shù)據(jù)量小，實時性要求高的業(yè)務(wù)，如話音Turbo碼更高效，適合于大數(shù)據(jù)量、對時延要求不高的業(yè)務(wù)，如IP業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)擴頻的概念：把需要傳輸信號的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸接

6、收時，再利用一定技術(shù)將其還原，從而獲取高質(zhì)量傳輸信號擴頻必須滿足以下兩條準(zhǔn)則：傳輸帶寬遠遠大于被傳送的原始信息的帶寬傳輸帶寬主要由擴頻函數(shù)決定，擴頻函數(shù)常用偽隨機編碼信號WCDMA系統(tǒng)采用的是直接序列擴頻方式(DS-SS)WCDMA系統(tǒng)擴頻后的頻寬為3.84Mcps（5MHz）擴頻的主要優(yōu)點：抗干擾性能好有極強的抗各種干擾能力，有利于電子反對抗保密性好采用偽隨機碼，有隨機特性類似隨機噪聲，不易被識破接受端解擴時不易被破密低通量密度展開信號帶寬，降低單位帶寬內(nèi)的電波“通量密度”，防止對地面通信的干擾WCDMA調(diào)制技術(shù)：從系統(tǒng)的觀點看，系統(tǒng)所使用的調(diào)制方法是非常重要的，因為它和系統(tǒng)的容量和性能密切

7、相關(guān)調(diào)制技術(shù)可分為ASK、FSK和PSK，WCDMA系統(tǒng)使用PSK調(diào)制方式PSK調(diào)制方式是把比特信息用不同的載波相位來表示BPSKQPSK8PSK四相移相鍵控(QPSK) PK 二相移相鍵控(BPSK)：QPSK與BPSK比，壓縮信號的頻帶QPSK與BPSK比，提高了信道的利用率QPSK與BPSK比，傳輸效率增加一倍QPSK與BPSK比，傳輸可靠性將隨之降低WCDMA系統(tǒng)中調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用：下行使用QPSK上行使用BPSKWCDMA系統(tǒng)擴頻后的調(diào)制頻寬為5MHz碼分多址原理:碼分多址原理OVSF CODEGOLD CODE碼分多址的概念：發(fā)送端用各不相同的、相互(準(zhǔn))正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信

8、號接收端利用碼型的(準(zhǔn))正交性，通過地址識別(相關(guān)檢測)從混合信號中選出相應(yīng)的信號碼分多址的特點：網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波、占用相同的帶寬各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號WCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)碼分多址用到的碼：信道化碼-OVSF CODE擾碼-GOLD CODEOVSF CODE：當(dāng)兩個不同二進制序列的模二加之和等于“零”,則這兩個二進制序列是正交的(ORTHOGONAL)OVSF便是這樣的序列：Cch.SF.iCch.SF.j= “0” i j兩個不同的OVSF序列的模二加之和等于“0”Cch.SF.iCch.SF.j= “1” i = j兩個相同的OVSF序列的模二加之和等于1 (歸一化值)O

9、VSF CODE在UMTS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用：在UMTS系統(tǒng)中，OVSF CODE用來區(qū)分同一個扇區(qū)的不同用戶（信道）假設(shè)：某扇區(qū)有三個用戶（信道）通話：s1(t)、s2(t)和s3(t)每個用戶各分配一個OVSF序列：Cch,SF,i，Cch,SF,j，Cch,SF,k那么，空中信號為：s1(t) Cch,SF,is2(t) Cch,SF,js3(t) Cch,SF,k問題：如何將所需的信號提取出來呢？OVSF CODE在UMTS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用：依據(jù)OVSF的正交特性，選取相應(yīng)的OVSF，即可解調(diào)出所需信號假設(shè)：想提取s1(t)，則應(yīng)選s1(t)所對應(yīng)的OVSF序列Cch,SF,i依據(jù)OVSF的正交

10、特性Cch,SF,is1(t) Cch,SF,is2(t) Cch,SF,js3(t)Cch,SF,kCch,SF,i= s1(t) Cch,SF,iCch,SF,i+ s2(t) Cch,SF,jCch,SF,i+ s3(t) Cch,SF,kCch,SF,i= s1(t)問題： 實際蜂窩系統(tǒng)中，信道復(fù)用被廣泛應(yīng)用。在不同載頻和扇區(qū)之間必需復(fù)用OVSF。當(dāng)空中出現(xiàn)多個相同的Cch,SF,i時，如何將所需的信號提取出來？先區(qū)分扇區(qū)，再區(qū)分不同的信道（用戶）引入擾碼（SCRAMBLING CODE） 擾碼scrambling codes 分為 512 個組, 每組16個擾碼,其中第一個稱為主擾碼

11、(Primary Scrambling Code)，其余15個稱為次擾碼(Secondary Scrambling Code)；再把512個組每8組分成一大組，共可分成64個大組，稱為Primary Scrambling Code Group一個小區(qū)分配1個主擾碼. 由 CCPCH (carrying the cell information on the logical BCCH channel) 廣播.擾碼（SCRAMBLING CODE）：功能下行：擾碼主要用于區(qū)分不同的扇區(qū)上行：擾碼主要用于區(qū)分不同的UE編碼主要編碼類型為GOLD CODEGOLD CODE的特性：GOLD CODE自

12、相關(guān)特性：歸一化值：Ci(t)Cj(t)=1 ( i=j )GOLD CODE互相關(guān)特性:歸一化值：Ci(t)Cj(t)1 ( ij )OVSF CODE和GOLD CODE的應(yīng)用舉例：假設(shè):兩個扇區(qū)，擾碼分別為：Cs.i(t)；Cs.j(t) 每個扇區(qū)各有兩個信道通話：S1a(t)，S1b(t)；S2a(t)，S2b(t) 每個信道各分配一個OVSF CODE：Cch,m(t)、Cch,n(t)；Cch,m(t)、Cch.n(t)則空中的合成信號S為：S= S1a(t) Cch,m(t) Cs,i(t)+ S1b(t) Cch,n(t) Cs,i(t)+ S2a(t) Cch,m(t) Cs

13、,j(t)+ S2b(t) Cch,n(t) Cs,j(t)問題：如何將S1a(t) 從S中提取出來呢?OVSF CODE和GOLD CODE的應(yīng)用舉例：首先區(qū)分扇區(qū)，用Cs,i(t)來提取該扇區(qū)信號:Cs,i(t) S= Cs,i(t) Cs,i(t) s1a(t) Cch,m(t) + s1b(t) Cch,n(t) +Cs,i(t) Cs,j(t) s2a(t) Cch,m(t) + s2b(t) Cch,n(t) s1a(t) Cch,m(t) + s1b(t) Cch,n(t)(因為:Cs,i(t) Cs,i(t) =1; Cs,i(t) Cs,j(t) 1)然后利用OVSF COD

14、E 的正交特性提出s1a(t):Cch,m(t) Cs,i(t) S= Cch,m(t) Cch,m(t) s1a(t) +Cch,m(t) Cch,n(t) s1b(t)= s1a(t)(因為: Cch,m(t) Cch,m(t) =1; Cch,m(t) Cch,n(t) =0)WCDMA 中利用信道化碼和擾碼實現(xiàn)碼分多址：信道化碼-OVSF CODE下行：區(qū)分同一個小區(qū)內(nèi)的不同用戶和信道上行：區(qū)分來自相同UE的數(shù)據(jù)和控制信道擾碼-GOLD CODE下行：擾碼主要用于區(qū)分不同的小區(qū)上行：擾碼主要用于區(qū)分不同的UEWCDMA信道層次物理信道的基本概念物理信道的通用幀結(jié)構(gòu)上行物理信道下行物理信

15、道物理信道時序關(guān)系話音業(yè)務(wù)接入流程數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入流程WCDMA信道層次：物理信道(Physical Channel)傳輸信道(Transport Channel)邏輯信道(Logical Channel)物理信道：物理信道=特定的載頻+擾碼+信道化編碼+一段持續(xù)時間+參考相位分為專用物理信道(DPCH)和公共物理信道(CPCH)傳輸信道：傳輸信道(TransportChannel)位于MAC層和物理層之間邏輯信道：邏輯信道(Logical Channel)位于MAC層和應(yīng)用層之間物理信道的定義：物理信道：一個特定的載頻、擾碼、信道化碼、開始和結(jié)束時間（一段持續(xù)時間）以及參考相位物理信道是由無線幀

16、（Radio Frame）組成：一個無線幀是由15個時隙組成的處理單元。一個無線幀的長度對應(yīng)38400個碼片物理信道的最小時間單位是時隙（Time Slot）：一個時隙是由包含一定比特的字段組成的一個單元。一個時隙的長度對應(yīng)2560個碼片WCDMA信道單載頻信道寬度5MHz信道號碼（UARFCN UARFCN ） WCDMA的頻點稱為UARFCN（UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number，UTRA絕對頻點號）。2.1GHz頻段上行頻點號為96129888，下行頻點號為1056210838，頻點除以5就可以得到頻點中心對應(yīng)的頻率值（以MHz為單位）

17、上行:上行專用物理信道UL-DPCH物理隨機接入信道PRACH物理公共分組信道PCPCH下行:下行專用物理信道DL-DPCH同步信道SCH,公共導(dǎo)頻信道CPICH尋呼指示信道PICH,捕獲指示信道AICH公共控制物理信道CCPCH, CPCH狀態(tài)指示信道CSICH接入前導(dǎo)捕獲指示信道AP-AICH,沖突檢測/信道指配指示信道CD/CA-ICH下行有8192個擾碼(Scrambling Code)，將這8192個碼分成512個組，每組16個碼，其中第一個稱為主擾碼(Primary Scrambling Code)，其余15個稱為次擾碼(Secondary Scrambling Code)；再把5

18、12個組每8組分成一大組，共可分成64個大組，稱為Primary Scrambling Code Group下行專用物理信道：DPCH信道由兩部分組成：DPDCH和DPCCHDPDCH：用于傳送話音和數(shù)據(jù)DPCCH：用于傳送控制信息DPDCH和DPCCH在同一個無線幀中，時分復(fù)用傳送同步信道（SCH）：主同步信道(P-SCH)輔同步信道(S-SCH)內(nèi)容：SCH沒有用戶數(shù)據(jù)、沒有進行信道化編碼處理，也沒有加擾碼P-SCH只有主同步碼(PSC)，PSC是256個固定的Chips特定碼組S-SCH只有輔同步碼(SSC)，SSC是256個固定的Chips特定碼組功能：SCH 屬于公共下行物理信道,

19、利用PSC的非周期性的自相關(guān)特性為UE提供同步P-SCH提供UE與小區(qū)的時隙同步S-SCH給UE提供無線幀的同步和主擾碼組(PSCG)的信息公共導(dǎo)頻信道CPICH：CPICH為固定速率（30kbps，SF256）的下行物理信道，用于傳送預(yù)定義的比特/符號序列CPICH有兩種類型主公共導(dǎo)頻信道(P-CPICH) 輔公共導(dǎo)頻信道(S-CPICH)P-CPICH和S-CPICH的區(qū)別：P-CPICHOVSF碼：Cch,256,0擾碼：主擾碼配置：每小區(qū)1個覆蓋范圍：全小區(qū)S-CPICHOVSF碼：任意擾碼：主擾碼或輔擾碼配置：每小區(qū)0個，1個或幾個覆蓋范圍：全小區(qū)或小區(qū)的一部分主公共控制物理信道（P

20、-CCPCH）：內(nèi)容：傳送小區(qū)系統(tǒng)消息(BCCH)，包括MCC、MNC、Cell ID等相關(guān)參數(shù)幀長：10ms；時隙長度：2560chips；速率：30kbpsOVSF碼：Cch,256,1SF=256P-CCPCH和SCH的傳輸關(guān)系：主公共控制物理信道(P-CCPCH)每個時隙的前256chips不發(fā)任何信息由同步信道(P-SCH和S-SCH)占用這個位置進行發(fā)送輔公共控制物理信道（S-CCPCH）：內(nèi)容：PCH和FACH的信息一個無線幀的時長：10ms數(shù)據(jù)傳送速率可變：15ksps960ksps(30kbps1920kbps)可變的擴譜系數(shù)：4256沒有固定的信道化編碼擾碼選用主擾碼(PS

21、C)捕獲指示信道(AICH)： 屬于下行公共指示信道, 用于給手機提供上行接入捕獲指示AIs(AcquisitionIndicator)。通知其接入信息已被系統(tǒng)獲知。該信息AI與PRACH中的Signature相對應(yīng)接入前置捕獲指示信道(AP-AICH)：傳送PCPCH接入信息已被系統(tǒng)獲知的確認(rèn)消息屬于下行公共指示信道，用于給UE提供(UL-PCPCH)接入捕獲指示APIs(AP Acquisition Indicator)。該信息API與UL-PCPCH中的Access Preamble Signature相對應(yīng)尋呼指示信道(PICH)：屬于下行公共指示信道，用于給手機提供尋呼指示，通知UE

22、到S-CCPCH上接收Paging信CPCH狀態(tài)指示信道(CSICH)：屬于下行公共指示信道，用于給手機(UE)指示CPCH信道的狀態(tài)，包括數(shù)量、擴譜系數(shù)SF等CPCH是公共信道, UE若使用它傳輸數(shù)據(jù)，要進行爭搶W(xué)CDMA系統(tǒng)容量和覆蓋無線資源管理WCDMA的QoSWCDMA系統(tǒng)容量和覆蓋：由于CDMA系統(tǒng)使用同一個頻率通信，且擾碼的準(zhǔn)正交特性以及碼同步的不準(zhǔn)確性，使得CDMA系統(tǒng)成為一個自干擾系統(tǒng)容量和覆蓋是一對矛盾：軟容量呼吸效應(yīng)：小區(qū)覆蓋范圍會隨著系統(tǒng)中用戶數(shù)的變化而變化定量描述三條定理：用戶速率越高，干擾越大用戶速率越高，該用戶要求距離基站的距離越短在用戶速率恒定的前提下，隨著噪聲功

23、率的增加，小區(qū)的范圍將減小無線資源管理無線資源管理概述接納控制功率控制切換控制負荷控制分組調(diào)度無線資源管理(Radio Resource Management，RRM)：在UTRAN中執(zhí)行管理功能，位于UE和RNC之間執(zhí)行各種算法，保證無線鏈路能夠穩(wěn)定且實現(xiàn)在無線傳播路徑下的業(yè)務(wù)QoS靈活分配和動態(tài)調(diào)整無線傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)的可用資源，最大程度提高頻譜利用率，防止網(wǎng)絡(luò)阻塞和保持盡可能小的信令負荷目標(biāo)：防止系統(tǒng)過載保證無線連接的質(zhì)量作用：接受或拒絕RRC連接建立接受或拒絕業(yè)務(wù)新增、刪除請求接受或拒絕業(yè)務(wù)修改請求在UE初始接入、發(fā)生切換和處于連接模式的UE需修改業(yè)務(wù)需求時，根據(jù)QoS等參數(shù)以及無線資源

24、使用的情況，調(diào)用相應(yīng)的算法來實現(xiàn)分類：初始用戶接納業(yè)務(wù)新增接納業(yè)務(wù)修改接納 CMDA系統(tǒng)中用戶共享頻點,通過不同的CODE來識別, 必須進行功率控制以保證接收端能夠還原出不同用戶的原始信號.功率控制(Power Control)：WCDMA功率控制的基本概念功控的分類功控的測量參數(shù)功控的步長WCDMA與GSM功率控制在實現(xiàn)方法和具體參數(shù)等方面存在很大差異GSM：控制速度最快約2次/秒(480ms/次)UMTS：控制速度最快1500次/秒功率控制的目的：降低多址干擾的影響、克服遠近效應(yīng)以及衰落的影響在滿足信噪比(SIR)基本要求的前提下，盡可能降低發(fā)射功率，以降低相互之間的干擾，從而提高系統(tǒng)容量

25、提高手機電池使用時間功率控制的方式：上行功率控制(Uplink Power Control)開環(huán)功率控制(Open Loop Power Control)閉環(huán)功率控制(Close Loop Power Control) 內(nèi)環(huán)功率控制(Inner Loop Power Control) 外環(huán)功率控制(Outer Loop Power Control)下行功率控制(Downlink Power Control )閉環(huán)功率控制(Close Loop Power Control )上行功控的目的是抗干擾，而下行功控的目的是克服功率受限開環(huán)功率控制是指在公共信道上的功率控制，是在RLC連接建立過程中所執(zhí)

26、行的功率控制。一旦RLC連接建立成功，獲得專用信道，將轉(zhuǎn)入閉環(huán)功率控制上行功率控制：開環(huán)功率控制(Open Loop Power Control)-根據(jù)NodeB的信號強度，UE自行估算自己所需的發(fā)射功率，這個過程發(fā)生在Node-B對UE控制之前-UE測量的是NodeB的公共導(dǎo)頻信道的Ec/Io值-UE接收的靈敏度閉環(huán)功率控制(Closed Loop Power Control)UE和NodeB共同配合，估算所需發(fā)射功率，這個過程發(fā)生在NodeB對UE控制之后上行閉環(huán)功率控制：內(nèi)環(huán)功率控制(Inner Loop Power Control)用估算的信噪比SIRest與設(shè)定門限SIRtarget

27、比較，控制NodeB/UE發(fā)射功率這一過程通常發(fā)生在NodeB和UE之間，反應(yīng)快外環(huán)功率控制(Outer Loop Power Control)用BLER與設(shè)定門限比，控制Node-B和UE的發(fā)射功率這一過程通常發(fā)生在UTRAN和UE之間，需時間積累，反應(yīng)慢下行閉環(huán)功率控制：下行功率控制只用到了閉環(huán)功率控制，根據(jù)不同的控制機制又分為二類:-內(nèi)環(huán)功率控制：NodeB和UE之間，根據(jù)SIRes控制-外環(huán)功率控制：UTRAN和UE之間，根據(jù)BLER控制基站的最大發(fā)射功率切換(HO)：切換的概念指移動臺在進行業(yè)務(wù)處理期間所在小區(qū)位置發(fā)生變換時，而改變與網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系的過程切換的特點發(fā)生在呼叫進行中位置

28、發(fā)生了變換呼叫保持切換過程對用戶是透明的切換的過程鏈路監(jiān)視和測量目標(biāo)小區(qū)的確定和切換觸發(fā)切換執(zhí)行切換(HO)：硬切換(HHO-Hard Handover)軟切換(SHO-Soft Handover)軟切換(Soft HO)更軟切換(Softer HO)硬切換(HHO)：先斷后連不同的載頻之間不同WCDMA系統(tǒng)之間(FDD/TDD)WCDMA系統(tǒng)與2G系統(tǒng)之間軟切換(SHO)：先連后斷能夠同時與多個基站保持通信Intra RNS軟切換：同一個RNS，不同Node-B之間上行的兩路信號由RNS進行幀選擇下行信號由RNS進行幀復(fù)制Inter RNS軟切換：不同RNS之間，不同Node-B之間上行的兩路信號由始呼RNS進行幀選擇下行信號由始呼RNS進行幀復(fù)制S-RNC/D-RNC更軟切換(SHO-Softer Handoff)：同一個Node-B下，不同小區(qū)之間的軟切換基站發(fā)射時，占用多個OVSF碼資源基站接收時，多路信號合成一路信號，傳給RNS負荷控制技術(shù)分為：準(zhǔn)入控制(Call Admission Control) 涉及負荷監(jiān)測和衡量，負荷預(yù)測，不同業(yè)務(wù)和不同呼叫類型有不同的的準(zhǔn)入策略。上下行分別進行準(zhǔn)入控制小區(qū)間負荷的平衡 分為同頻小區(qū)間負荷的平衡(小區(qū)呼吸)和異頻小區(qū)間負荷的平 衡(異頻負荷平衡)及潛在用戶控制 目的：將某些“