WCDMA的基本原理及关键技术

WCDMA系统的基本原理及关键技术中国联通山西省分公司移动网络建设部 李翠萍2009年1月,一、第三代移动通信系统概述 二、WCDMA系统的主要特点 三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统的无线资源管理 五、WCDMA系统主要物理信道,提纲,3G的三个主流标准,三大国际标准的技术比较(1),三大国际标准的技术比较(2),IMT-2000的频谱分配(MHz),中国3G移动通信的频谱分配,60 MHz,FDD,TDD,100 MHz,15MHz,40 MHz,1785,1850,1755,1880,1920,1980,2010,2025,2110,2170,2200,2400,Satellite,Empty,Satellite,2300,WCDMA+CDMA2000,TD-SCDMA,155MHz,WCDMA标准演进,继承2G（GSM、GPRS）的所有业务和功能； 核心分为电路域和分组域 接入网引入WCDMA； 核心和接入之间引入基于ATM的Iu接口。,R99,R4,R5,R6,2000.3,2001.3,2002.6,2005.12,无线引入HSUPA MBMS框架结构的研究,继承R99的所有业务和功能； 电路域结构发生改变，控制与承载分离MSC采用MSC SERVER和MGW实现； 电路域引入分组话音，支持多种承载方式TDM、ATM、IP。,继承R4的所有业务和功能； 核心网引入IMS（IP多媒体域）； 无线引入HSDPA。 RAN向IP发展，增强的IP QOS。,R99网络结构,R99网络特点,R99核心思想： 1. RAN引入WCDMA，基于ATM承载替代TDM承载，采用RANAP替代BSSAP； 2. CN CS部分继承GSM，继续采用TDM承载； 3. CN PS继承GPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps； R99核心网侧的主要特点和变化： 1. 逻辑上划分为CS电路域和PS分组域 2. 网络架构和GSM/GPRS保持一致，核心网和接入网之间的Iu接口引入ATM承载; 3. 电路域基于TDM承载技术，信令是基于7号信令体系的RANAP, MAP,ISUP/TUP； 4. 分组域基于GPRS技术，GTP隧道延伸到接入网； 5. 充分考虑UMTS/GSM系统间互操作,包括系统间切换和漫游的考虑； 6. 系统安全性的增强，鉴权三元组增强到鉴权五元组，增加终端对网络的鉴权以及内容的完整性保护等安全功能； 7. TC单元要求放置在核心网侧。,R4网络结构,核心网电路域引入软交换架构,R4网络特点,R4核心思想： 1. 核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构； 2. 核心网电路域支持TDM/IP/ATM承载。,R4核心网侧的主要特点和变化： 1. R4标准是R99标准的超集，反向兼容R99网络； 2. 电路域引入基于软交换的控制和承载分离构架； 3. R4电路域支持TDM /ATM /IP承载； 4. 基于IP承载，R4支持SIGTRAN信令； 5. 基于ATM、IP承载R4支持BICC实现局间互通； 6. 引入TrFO功能，节省传输带宽； 7. R4标准引入新的业务与网络结构基本无关； 8. R4对MMS、LCS、OSA、STREAM等业务做了增强，但其业务架构同样适用于R99的网络结构。,R5网络结构,无线侧：引入HSDPA技术，下行数据业务速率最大可达14.4Mb/s； 核心网侧：引入IMS。,R5网络的特点,R5核心思想： 1. 继承R4阶段的CS、PS； 2. 在PS域叠加以SIP协议为核心的IMS域（IP多媒体）； 3. 基于IMS控制和PS承载完成对语音、数据、多媒体业务的融合 4. IMS被人为下一代NGN标准，实现了移动固定业务的全面融合 R5核心网侧的主要特点和变化： 1. R5引入IP多媒体域IMS，在IMS域实现全业务的融合思路； 2. IMS域为叠加域，在R99、R4的网络架构下均可以提前引入； 3. 基于IETF制订的SIP实现多媒体呼叫建立，更改和终结的信令协议； 4. IMS业务提供可以充分发挥强大的IP领域的资源； 5. 引入可选的IPv6机制，解决用户IP地址的问题以及Qos问题； 6. 引入HSS ，在传统HLR 的用户数据存储基础上，扩展用户的Profile信息提供IMS业务，甚至包括用户的业务逻辑，支持Diameter， XML 协议等,R6网络的主要特性： 采用HSUPA技术，上行速率提高到5.76Mb/s R7网络的主要特性: 采用HSPA，在上下行引入高阶调制，MIMO 下行速率提到到28Mbps，上行速率提高到11Mbps R8网络的主要特性: WCDMA R8，也就是WCDMA LTE（Long term evolution） 空口的接入技术由原来的CDMA改为OFDM 上/下行速率达到50Mbps/100Mbps，而带宽是20MHz 减少回路时延，提高Qos,WCDMA R6和后期网络的特点,CDMA2000标准演进,TD-SCDMA标准发展历程,移动宽带化是后续演进趋势,提纲,一、第三代移动通信系统概述 二、WCDMA系统的主要特点 三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统的无线资源管理 五、WCDMA系统主要物理信道,WCDMA系统的主要特点,WCDMA具有支持多媒体业务的能力 由于WCDMA系统的高带宽，因此WCDMA能够支持从语音到数据到多媒体的业务，同时支持并发业务的通信。 快速移动环境，最高速率达144kb/s; 室外步行环境，最高速率达384kb/s；,HSDPA,提供下行速率14.4Mb/s,提供上行速率5.76Mb/s,HSUPA,WCDMA系统的主要特点,WCDMA是一个自干扰系统,码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀升现象。 WCDMA网络 会议室 码信道传输 用方言交谈 信道功率 说话声音 保证信道质量 听清对话 信道功率增加 谈话声音提高 功率攀升 大家都提高声音 超过线性范围崩溃 喊破喉咙，仍然听不清,WCDMA系统的主要特点,GSM系统 覆盖和容量都是确定的 GSM网络覆盖主要决定于发射功 率，基站发射或终端发射功率一 旦确定，那么基站的覆盖半径也 相应确定； 网络容量主要取决于载频数，一 个载频所能承载的信道数是固定 的 覆盖和容量没有直接关系,WCDMA系统,容量覆盖 负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小（小区呼吸） 质量容量 通过降低部分连接的质量，可以提高系统容量 质量覆盖 通过降低部分连接的质量，可以增加覆盖能力,WCDMA系统是软容量、软覆盖的系统,WCDMA所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配,WCDMA系统的主要特点,软容量软覆盖,WCDMA系统的主要特点,导频污染,WCDMA系统的主要特点,WCDMA系统的频率复用系数为1,WCDMA系统采用CDMA 技术。通过扰码和正交码 区分小区和用户；在网络 规划中，不需要进行频率 规划，但需要扰码规划；,GSM采用TDMA技术， 不同用户用不同频率和不 同时隙区分；在网络规划 时，需要进行频率规划。,区 别,提纲,一、第三代移动通信系统概述 二、WCDMA系统的主要特点 三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统无线资源管理 五、WCDMA系统主要物理信道,三、WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,1、编码技术,CDMA原理图,编码技术,信源编码 信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输； 最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s; 移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s； 第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.,编码技术,信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息，提高数据传输速率。,无纠错编码： BER10-1 10-2,不能满足通信需要,卷积编码： BER10-3,满足语音通信需要,Turbo 码： BER10-6,满足数据通信需要,信道编码的特点 信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误,编码技术,信道编码,床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国,床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国,床？前前明明月月光光 春春眠眠？不觉觉晓晓 白白发发三三？千丈？ 红红豆豆生生南？国国,编码技术,卷积码 译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务和低速数据业务 ； 误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。 TURBO 码 译码复杂（LOGMAP算法），时延较长； 误码率低（可以达到106 ）。编码速率为1/3 适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务,编码技术,交织编码技术,到译码器,射频传输信道,优点 交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。 缺点： 由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求选择。,信道编码和交织技术的结合使用,三、WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,2、码分多址技术,FDMA是采用频分的多址技术.业务信道在不同频段分配给不同的用户。,TDMA是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间片段分配给不同的用户。,CDMA是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。,常见的多址技术,码分多址技术,WCDMA系统 PN码（扰码） GOLD序列 扰码每10ms重复一次，长度38400chips 上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有224-1个长扰码和224个短扰码 下行物理信道，可以产生218-1=262143个扰码，但只用了0-8191号的扰码 正交码（信道化码） OVSF码 定义：CCh,SF,k描述信道码，SF表示扩频因子 K为码号,PN扰码和正交码 共同使用,Frequency,码分多址技术,扩频包括两个操作 信道化操作，它使数据符号变为码片，并增加信号带宽，每符号的码片称为扩频因子（SF)，可以通过它与OVSF相乘得到 扰码操作，它作用在扩频信号上,3.84MChip/S,3.84MChip/S,码分多址技术,扩频码的产生（OVSF码树型结构图）,码分多址技术,分配码的前提： 要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配； 分配码的结果： 分配的OVSF码如果不合理，则会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；,红色代表已分配的码字； 兰色代表由于低速扩频因子码字被分配而阻塞掉的高速扩频因子码字,码分多址技术,扩频码的分配,4倍数据速率的用户,= 不能使用的码空间,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,1.92 Mb/s,1,11,10,1111,1100,1010,1001,11111111,11110000,11001100,11000011,10101010,10100101,10011001,10010110,码片速率 = 3.840 Mcps,例：5个用户时扩频码的分配,SF=1,SF=2,SF=4,SF=8,码分多址技术,下行链路不同扩频因子对应的用户数据速率及信道容量,码分多址技术,OC1, OC2,OC3, OC4,OC5, OC6, OC7,OC1 , OC2, OC3,OC1, OC2,OC1, OC2, OC3, OC4,下行: 正交码用于区分从单个基站来的数据信道,上行: 正交码用于区分从单个手机来的数据信道,扩频码的作用,码分多址技术,下行: PN 码用于区分不同的小区上行: PN 码用于区分不同的手机,扰码的作用,码分多址技术,扰码的数量,码分多址技术,主扰码,码分多址技术,扰码规划,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,三、WCDMA的关键技术及基本原理,3、扩频技术,扩频通信原理,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术 其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N),扩频技术,扩频的种类 直接扩频（DSSS） 通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声序列由伪噪声生成器产生 误码率受限于多址干扰和远近效应的影响 用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度 WCDMA采用的是直接扩频方式 跳频扩频（FH-SS） 数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中 每个信道上，在发射机再次跳频之前，数据用传统的窄带调制方式发送一些小的突发 无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率,扩频技术,码的相关特性 情况 I: 正交码自相关在相同时间偏移用相同码发射和接收,扩频技术,输入数据,+1,-1,+1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,-1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,-1 +1 1 +1 +1 1 -1 +1,+1 -1 +1 1 +1 +1 1 -1,-1 +1 +1 +1 1 -1 +1 +1,-1 1 1 +1 1 +1 1 -1,-1 1 1 +1 +1 +1 +1 -1,-1 1 +1 +1 +1 +1 +1 -1,发射用正交 码,发射序列,接收正交 码,-4,0,2,积分结果,-0.5,0,0.25,归一化,码的相关特性 情况 II: 正交码互相关接收和发射用不同码,x,x,x,积分,积分,积分,=,=,=,x,x,x,=,=,=,发射机,接收机,扩频增益=10lg（扩频后的信号带宽/原始信息速率）,扩频技术,WCDMA系统扩频带宽为3.84MHZ AMR 12.2K的语音业务 扩频增益=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K的可视电话 扩频增益=10lg(3840/64)=17dB PS 144k的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=14dB PS 384K的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=10dB 扩频增益对系统的影响 扩频增益的存在使CDMA技术具有了和FDMA/TDMA不同的特征 扩频增益使CDMA系统具有较强的抗干扰能力，保密性好，所以说CDMA系统绿色、安全、环保 扩频增益也影响不同速率业务的链路损耗，从而影响不同业务覆盖半径。速率越高，覆盖半径越小；反之，覆盖半径越大。,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,三、WCDMA的关键技术及基本原理,4、 RAKE接收技术,4、RAKE接收技术,由于无线传输中存在多径效应，如果不加以处理，会对正常的接收造成干扰。根据同相加强，反相抵消的原理，在通话时会感觉时断时续。 WCDMA系统中采用了Rake接收技术，将不同路径来的信号进行分离合并，使得总的接收信噪比大大提高。,4、RAKE接收技术,RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能,接收机,单径接收电路,单径接收电路,单径接收电路,搜索器,计算信号强度与时延,合 并,合并后的信号,t,t,s(t),s(t),RAKE接收原理,三、WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,多用户检测技术,多址干扰（MAI）是CDMA系统中的主要干扰。 在传统的CDMA系统信号分离方法中，把MAI看作热噪声。 多用户检测技术是充分利用MAI中的先验信息，如： 已知的用户信道码 已知的训练序列 将非目标用户信息从MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。,智能天线技术,使用智能天线 . 定向发射、定向接收。 正在通信的移动终端在整个 小区内处于受合成波束跟踪的状态。 不使用智能天线 . 全向发射、全向接收。 所有小区内的移动终端均相互干扰。 智能天线的优势 减少小区间和小区内干扰。 降低多径干扰。 等效发射功率提高。 提高接收灵敏度。 改进了小区覆盖（合成波束）。 增加了容量及小区覆盖半径。 降低发射功率，降低基站成本。,一、第三代移动通信系统概述 二、WCDMA系统的主要特点 三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统的无线资源管理 五、WCDMA系统主要物理信道,提纲,四、WCDMA系统的无线资源管理,1、功率控制 2、切换控制 3、接纳控制 4、负载控制（拥塞控制） 5、动态信道分配,1、功率控制技术,由于码分多址技术是在同一频段建立多个码分信道。虽然伪随机码具有很好的自相关性，但是无法避免其它信道对指定通信链路的干扰，这种干扰是由各用户间的PN码的互相关性不为0造成的，因此也称为多址干扰（MAI）。为了克服多址干扰，保证自己的通信质量，终端必然会提高自己的发射功率。而发射功率的提高又加剧了对其他用户的干扰。 功率控制的目的是尽量降低对其它信道的干扰。,功率控制解决的问题之一-降低多址干扰,频率,时间,码字,码分多址自干扰示意图,相关输出,时间,同步,功率控制技术,在上行链路中，如果小区内所有UE的发射功率相同，因为各UE与NodeB的距离是不同的，导致NodeB接收较近的UE的信号强，接收较远的UE的信号弱，由于CDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得距离基站较远的UE无法正常工作。电波传播中经常会遇到“远近效应”的问题，必须实时改变发射功率，才能保证通信质量 。,功率控制解决的问题之二-克服“远近效应”,功率控制技术,功率控制解决的问题之三补偿衰落 由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦,快速功率控制每秒钟能够达到1500次,功率控制,分类,开环功率控制,开环功控的目的是提供初始发射 功率的粗略估计。它是根据测量 结果对路径损耗和干扰水平进行 估计，从而计算初始发射功率的 过程。,UE测量导频CPICH的接收功率 计算上行初始发射功率,上行内环功率控制,内环功率控制的目的： 使基站处接收到的每个 UE信号的bit能量相等,每一个UE都有自己的控制环路,BLER-SIR,最终接入网提供给核心网络的服务中QOS表征量为BLER， 而非SIR; 根据无线通信的原理，SIR固定的情况下，BLER会随着 无线环境的变化而变化,SIR,上行外环功控,四、WCDMA系统的无线资源管理,1、功率控制技术 2、切换控制技术 3、接纳控制技术 4、负载控制（拥塞控制） 5、动态信道分配,切换技术,定义：当移动台走出原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来替代，这就是切换。切换是移动性管理的内容，在3G中主要由RRC层协议负责完成此项功能。 硬切换-当移动台开始与一个新基站联系时，必须先断掉所有已存在的连接，然后建立新连接。 先断后通 不同频率、不同系统间切换 软切换-当移动台开始与一个新基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信，软切换是CDMA系统固有的。 先通后断 同一个频率下切换 切换过程中保持多条无线链路连接，占用无线资源比较多 更软切换 接力切换-当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行定位，根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。主要用于TD-SCDMA系统中。 不同小区、不同频点,三种切换技术比较(切换前),接力切换,硬切换,软切换,三种切换技术比较(切换中),接力切换,硬切换,软切换 （长期保持）,软切换浪费资源！,硬切换容易掉话！,三种切换技术比较(切换后),接力切换,硬切换,软切换,RNC内NodeB间的软切换,B,C,A,B,C,A,Iub,Iub,NodeB1,NodeB2,软切换是CDMA核心技术之一，通过RAKE多径接收机实现。 软切换可以大大改善小区边缘的通信可靠性，但对基站资源有一定消耗，因此在网络规划中，对软切换比例有一定限制。根据区域和网络负荷不同，一般软切换比例限制在30-50%之间。,NodeB内的软切换(更软切换),B,C,A,NodeB,Iub,RNC,更软切换的小区处于 同一个基站之下，切换处 理在同一个信道单元内完 成，不消耗基站额外的信 道单元； 消耗基站的下行功率和OVSF 码资源，带来下行干扰，降 低容量。但上行软切换和更 软切换总是改善接收，增加 容量。,B,C,A,B,C,A,Iub,Iub,NodeB1,NodeB2,SRNC1,DRNC2,Iur,RNC间的软切换,在跨RNC软切换中，对参与切换的链路，主控RNC（SRNC)拥有控制权，目标 RNC(DRNC）作用 类似于一个路由器，对数据进行转发。 上行方向，UE的信号一路直接送到SRNC，另一路信号到DRNC后，通过Iur接口，送到SRNC，然后两路信号进行选择行合并，择优送到核心网。 下行方向，数据由核心网到达SRNC,SRNC把数据复制一份，一份直接送给下属基站发给UE，另一份经过Iur接口送到DRNC，再由DRNC送给其下属基站发给UE，UE对接收的两路信号进行最大比合并。 当SRNC收到DRNC下属小区的导频信号强度达到激活集门限时，通知UE激活集更新，并通过Iur接口把主控权交给DRNC，此时DRNC就变成SRNC，原SRNC下属小区从激活集中删除，相应的链路也被删除，UE便过渡到新的RNC覆盖区域。,切换测量小区集合的分类,软切换的测量报告,T为测量报告触发时间延时，即在T时间内测量触发条件均满足时才发送测量报告,T1,T2,T3,软切换的测量报告,1A事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值进入报告区A时进行报告。报告区A为区间大于MAX_CPICH_AS-(AS_TH-AS_TH_Hyst)的区间。 1B事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值离开报告B时进行报告。报告区B为区间小于MAX_CPICH_AS-(AS_TH+AS_TH_Hyst)的区间。 1C事件报告：当某相邻小区导频信号强度测量值变得优于活动集中某小区的导频信号强度测量值时进行报告。 备注：MAX_CPICH_AS活动集小区导频信号强度最大值 AS_TH-报告相对门限 AS_TH_Hyst-替换门限迟滞值,硬切换,频内硬切换 码树调整 频间硬切换 900MHZ 1800MHZ 系统间切换 2G 3G FDD TDD,WCDMA和GSM系统间的硬切换,B,C,A,B,C,A,Iub,Iub,NodeB,BTS,RNC,BSC,频率1,频率2,WCDMA系统,GSM系统,当W系统和GSM系统进行硬切换时，需要确定切换策略： 语音单向切换3G 2G 数据业务双向切换3G 2G,压缩模式,系统间切换或异频切换时使用压缩模式 压缩模式是基站通过压缩发射时间空出一些时间给UE测量其它频率的信号。,压缩模式发射时间示意图,压缩模式,压缩模式实现方法 打孔(是通过提高传输层编码速率来获得用于测量的事件缝隙)。对高层简单，不影响码资源分配但受限于信道编码特性，增加系统干扰，降低编码冗余度。采用打孔方式时，一帧内能够获得的最大发射缝隙为5个时隙。 扩频因子减半（是通过降低扩频因子，提高物理信道的传输比特率，从而在传输信息量保持不变的条件下减少信息的传送时间，产生用于测量其他频率信息的时间缝隙）。此方法实现简单，但会降低码资源利用率。最大可有7个时隙用于压缩模式测量。 高层调度(降低来自高层数据速率)，此方法对底层简单，不影响物理层现有配置，但高层调度复杂。一帧内最大发射缝隙为7个。 缺点 压缩模式的使用会带来系统性能的降低（比如冗余度的降低，会带来误码率的提高），因此尽量避免过多使用压缩模式。,四、WCDMA系统的无线资源管理,1、功率控制技术 2、切换控制技术 3、准入控制技术 4、负载控制（拥塞控制） 5、动态信道分配,3、准入控制,概念 在用户发起呼叫时，RRM根据系统资源的可用情况决定接纳还是拒绝用户。当系统资源不能满足用户的要求时拒绝用户的呼叫请求。当系统剩余的资源足够用户使用时，接纳呼叫的用户，并分配相应的资源（如扰码、信道码等）给呼叫用户。 目的：控制新连接的建立和新呼叫的接入，保证系统始终处于稳定状态。,3、准入控制,准入控制的对象 一个移动用户在小区中发起新的呼叫 一个已经建立呼叫的用户需要进行切换 一个已经建立呼叫的移动用户需要增加新的业务连接 一个已经建立呼叫的用户需要对已有业务信道进行重配置 准入控制的算法 基于宽带功率的准入控制 基于吞吐量的准入控制,3、准入控制,基于宽带功率上行准入控制,判决条件： RTWP_pre=RTWP_curret+RTWPRTWP_threshold,3、准入控制,基于宽带功率的下行准入控制,判决条件： Pcarrier_pre= p carrier_current+p carrierpcarrier_threshold,3、准入控制,基于吞吐量的上行准入控制,3、准入控制,基于吞吐量的下行准入控制,四、WCDMA系统的无线资源管理,1、功率控制技术 2、切换控制技术 3、准入控制技术 4、负载控制（拥塞控制） 5、动态信道分配,4、负载控制,在系统的运行中，由于移动终端速度和 位置的变化，会造成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。负荷控制就是在系统负荷过高时通过 各种方法降低系统的负荷，使系统负荷限制 在一定的范围内，以保证系统稳定运行。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。,负 载 控 制 的 概 念,4、负载控制,负载平衡 负载重整 拥塞控制,4、负载控制负载平衡,小区呼吸-措施一 当相邻小区的用户密度不同造成负荷不平衡时，可以通过WCDMA系统的小区呼吸功能来实现小区间的负荷分摊，以保证各个小区在合理的负荷下稳定运行，同时降低了呼损率，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。 小区呼吸功能实际上就是通过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。一般是用户密集的小区降低导频功率，将小区边缘的用户“推”给（呼出）周围小区。 潜在用户控制-措施二 使处于Idle模式和连接模式下但非CELL-DCH的UE预先驻留在负载较轻的小区或载频上，从而当UE进入Cell-DCH后，可以有效避免负载不均衡。,4、负载控制负载重整,负载重整包括三个阶段：降低BE业务速率，降低可控速率的RT业务速率，停止新用户接入。 当小区负载超过门限“降低BE门限”时，将启动负载重整第一阶段。此时，系统将降低已有BE业务速率，并控制新用户的准入，限制新接入BE用户的速率； 当小区负载超过门限“降低RT门限”时，将启动负载此花真合在重整第二阶段。系统将限制RT业务速率。 当小区负载超过门限“准入门限”时，将启动负载重整的第三阶段。此时，系统将停止接入新用户。,4、负载控制拥塞控制,拥塞控制的目的 保证系统处于绝对稳定的门限下 拥塞控制的措施 将BE业务的速率降为0，即暂时中断BE业务 对其他业务，依业务和用户优先顺序选择部分用户，中断连接,四、WCDMA系统的无线资源管理,1、功率控制技术 2、切换控制技术 3、准入控制技术 4、负载控制（拥塞控制） 5、动态信道分配,5、动态信道分配,3G业务速率变化大，传统信道分配方式利用率低 3G采用统计复用的信道分配方式 分配的信道带宽总与实际需求接近 节约系统资源，提高系统容量,系统容量,传统信道配置,业务源速率,动态信道配置,提纲,一、第三代移动通信系统概述 二、WCDMA系统的主要特点 三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统的无线资源管理 五、WCDMA系统主要物理信道,WCDMA空中接口OSI分层模型,逻辑信道 传输信道 物理信道,逻辑信道（定义信息的类型：业务，控制信息) -业务信道 -控制信道,传输信道（定义在空中接口上数据传输的方式和特性） -公共传输信道 -专用传输信道,物理信道(定于空中物理信道传送的机理。如频率，相位，码，功率，帧格式） -专用物理数据信道 -专用物理控制信道 -主公共导频信道 。,上行物理信道类型,下行物理信道类型,物理信道的帧结构及作用,DPDCH扩频因子为4-256，用来传输用户数据。 DPCCH为DPDCH提供解调、功控等控制信息，无传输信道的映射 每个DPCCH由PILOT、TFCI、FBI、TPC构成 DPDCH和DPCCH在无线帧通过IQ复用。,上行物理专用信道,物理信道的帧结构及作用,扩频因子为4-512，DPDCH用来传输用户数据，DPCCH用来传输物理层的 一些控制信令； DPDCH和DPCCH采用时分复用；,下行物理专用信道,物理信道的帧结构及作用,CPICH（导频信道） 主CPICH -使用相同的信道码，即Cch，256，0，空中接口速率为30kbps -一个小区只有一个主CPICH -用于确定切换测量和小区重选。 -调整CPICH的功率可使不同小区间的负载平衡。减少CPICH功率可使部分终端切换到其他小区，而增大CPICH的功率可使更多终端切换到该小区 从CPICH -可以使用任意信道码，主要满足SF=256 -一个小区可以有0，1或几个从扰码 -可以在小区内部分发射,物理信道的帧结构及作用,主公共控制物理信道P-CCPCH -固定速率（30kps,SF=256) -用于承载BCH信道，传输系统下发的广播信息。 -每个时隙的头256chi ps为空,用于分配给SCH，P-CCPCH和SCH在1个时隙上是时分复用的（交替传输）。,SCH,P-CCPCH,物理信道的帧结构及作用,从公共控制物理信道S-CCPCH 辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)承载前向接入信道(FACH)和寻呼信道(PCH) FACH用来传输下行信令消息和少量的数据业务；PCH信道用来传输用户的寻呼消息 SF=4-256,物理信道的帧结构及作用,同步信道 -SCH用于小区搜索时，终端和基站之间建立同步 -分成P-SCH和S-SCH -主同步码在每个时隙内重复发射，用于建立和系统的时隙同步；从同步码用来建立和系统的帧同步，获取指定小区的主扰码，从而和系统建立联系,寻呼指示信道(PICH),固定扩频因子SF = 256 寻呼指示信道(PICH)总是伴随包含寻呼信道(PCH)的 S-CCPCH发送 PICH的使用可有效降低终端待机时间,物理信道的帧结构及作用,捕获指示信道(AICH),固定扩频因子SF = 256 AICH信道和上行的RACH是相互对应的，都是用来传输信令消息的。 AICH信道用于终端和网络建立连接时，用于反馈开环功控信息。,物理信道的帧结构及作用,PRACH的帧结构,UE初始接入网络时，用PRACH建立和网络的信令连接，和下行的AICH信道相对应 每两帧(20ms)15个接入时隙，接入时隙起始间隔5120码片 .UE在每个时隙起点随机接入,#0,#1,#2,#3,#4,#5,#6,#7,#8,#9,#10,#11,#12,#13,#14,5120 chips,radio frame: 10 ms,radio frame: 10 ms,接入时隙,Random Access Transmission,Random Access Transmission,Random Access Transmission,Random Access Transmission,物理信道的帧结构及作用,谢谢,