00-01-WCDMA RAN Fundamental.ppt

www.huawei.com

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA

(WCDMA RAN)


Nội dung

1. Tổng quan về 3G

2. Nguyên tắc cơ bản của CDMA

3. Đặc trưng cơ bản của WCDMA


Dịch vụ khác biệt, công nghệ khác biệt

AMPS

TACS

NMT

Others

1G 1980sAnalog

GSMGSM

CDMA CDMA IS-95IS-95

TDMATDMAIS-136IS-136

PDCPDC

2G 1990sDigital

Phát triển theo

công nghệ

3G IMT-2000

UMTSUMTSWCDMAWCDMA

cdmacdma20002000

Phát triển theo nhu cầu của

khách hàng

TD-SCDMA

TD-SCDMA

3G cung cấp các dịch vụ tồng hợp cho cả nhà cung cấp mạng và các thuê bao


Tiến trình phát triển của 3G Lịch sử của 3G:

IMT-2000 là tên gọi chung của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3.

Hệ thống thông tin di động thứ 3 được phát triển lần đầu tiên vào năm 1985 và được đổi tên thành IMT-2000 vào năm 1996

Được thương mại hóa vào khoảng năm 2000 Băng tần làm việc: khoảng 2000MHz Tốc độ tối đa của dịch vụ: 2000Kbps


Mục tiêu của 3G3G phát triển hướng tới những mục tiêu sau: Băng tần chuẩn toàn cầu và vùng phủ liên tục trên toàn cầu Hiệu quả cao trong việc sử dụng dải phổ Chất lượng dịch vụ cao ,đảm bảo độ tin cậy và bảo mật Dễ dàng chuyển đổi từ 2G lên 3G, tương thích với 2G Cung cấp dịch vụ đa phương tiện với các tốc độ:

Môi trường dịch chuyển với tốc độ cao: 144kbps Môi trường dịch chuyển với tốc độ thấp: 384kbps Môi trường tĩnh: 2Mbps


1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

ITU

Europe

USA MSSPCS

A D B BC D CE F A FE MSSReserveBroadcast auxiliary

2165 MHz1990 MHz

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

2200 2250

1880 MHz 1980 MHz

UMTSGSM 1800 DECT MSS

1885 MHz 2025 MHz

2010 MHz

IMT 2000

MSSUMTS

Japan MSSIMT 2000MSSIMT 2000PHS

1895

1918

BC

1885

A A’

2170 MHz

IMT 20002110 MHz 2170 MHz

MSS MSS

CDMATDDWLL

FDDWLL

1980

2025MHz

GSM1800

CDMAFDDWLL

1960

1920

1945

China

cellular(1) cellular(2) cellular(2)

1805 MHz

1865

1865

1870

1885

1890

1895

1910

1930

1945

1965

1970

1975

Dải tần của 3G


Những băng tần sử dụng cho WCDMA Dải tần chính:

1920 ~ 1980MHz / 2110 ~ 2170MHz

Dải tần phụ: các nước khác nhau có thể khác nhau 1850 ~ 1910 MHz / 1930 MHz ~ 1990 MHz (USA)

1710 ~ 1785MHz / 1805 ~ 1880MHz (Japan)

890 ~ 915MHz / 935 ~ 960MHz (Australia)

Kênh tần số ＝ tần số trung tâm×5, đối với băng tần chính: Tần số cho kênh lên ： 9612 ～ 9888

Tần số cho kênh xuống : 10562 ～ 10838


Dịch vụ ứng dụng của 3G

Time Delay

BER

background

conversational

streaming

interactive


Các phiên bản giao thức WCDMA

3GPP Rel993GPP Rel4

3GPP Rel5

2000 2001 2002

GSM/GPRS CN

WCDMA RTT

IMSHSDPA 3GPP Rel6

MBMSHSUPA

2005

CS domain change to NGN

WCDMA RTT


Cấu trúc hệ thống WCDMA

RNS

RNC

RNS

RNC

Core Network

Node B Node B Node B Node B

Iu-CS Iu-PS

Iur

Iub IubIub Iub

CN

UTRAN

UEUu

CS PS


Contents





Đa truy nhập và công nghệ song công Công nghệ đa truy nhập

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Đa truy nhập phân chia theo mã hóa (CDMA)

Công nghệ song công Song công phân chia theo thời gian (TDD) Song công phân chia theo tần số (FDD)


Công nghệ đa truy nhập

frequency

time

power

FDMA

frequencytime

power

TDMA

power

time

CDMA

frequency


Công nghệ song công

Time

Frequency

Power

TDD

USER 2

USER 1

DL

ULDL

DL

UL

FDD

Time

Frequency

Power

UL DL

USER 2

USER 1


Contents





Qui trình sử lý của hệ thống WCDMA

SourceCoding

Channel

CodingSpreading Modulation

SourceDecodin

g

ChannelDecodin

g

Despreading

Demodulation

Transmission

Reception

chip modulated signalbit symbol

Service

Signal

Radio Channel

Service

Signal

Transmitter

Receiver


Mã nguồn WCDMA AMR (Tương thích đa tốc độ) Thoại

Tích hợp mã hóa thoại với 8 tốc độ thoại Tốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi RAN

phụ thuộc vào tải hệ thống và chất lượng của việc kết nối thoại

Dịch vụ thoại video: H.324 được sử dụng cho dịch vụ thoại Vid

eois trong vùng chuyển mạch kênh. Bao gồm: mã hóa video, mã hóa thoại, c

ác giao thức dữ liệu, trộn kênh ...

CODEC Bit Rate

(kbps)

AMR_12.2

0

12.2 (GSM

EFR)

AMR_10.2

0

10.2

AMR_7.95 7.95

AMR_7.40 7.4 (TDMA

EFR)

AMR_6.70 6.7 (PDC EFR)

AMR_5.90 5.9

AMR_5.15 5.15

AMR_4.75 4.75


Mã kênh WCDMA Tác dụng

Nâng cao độ tương quan giữa các kí hiệu làm tăng khả năng khôi phục tín hiệu khi hiện tượng xuyên âm xảy ra.

Cung cấp khả năng sửa lỗi tốt hơn ở phía thu, nhưng làm tăng độ trễ

Các dạng Không mã hóa Mã xoắn (1/2, 1/3) Mã dạng ống (1/3)

Code Block of N Bits

No Coding

1/2 Convolutional Coding

1/3 Convolutional Coding

1/3 Turbo Coding

Uncoded N bits

Coded 2N+16 bits

Coded 3N+24 bits

Coded 3N+12 bits


Xen kênh WCDMA Tác dụng

Xen kênh nhằm giảm khả năng xảy ra các bit lỗi liên tiếp nhau

Khoảng xen kênh dài hơn sẽ bảo đảm dữ liệu tốt hơn với độ trễ cao hơn

1110

1.........

............

...000

0100

0 0 1 0 0 0 0 . . . 1 0 1 1 1

1110

1.........

............

...000

00100 0 … 0 1 0 … 1 0 0 … 1 0 … 1 1

Inter-column permutation

Output bits

Input bits

Interleaving periods: 10, 20, 40, or 80 ms


Mã phân kênh WCDMA Mã OVSP (Orthogonal Variable Spreading Factor) SF = chip rate / symbol rate

High data rates → low SF code Low data rates → high SF code

SF = 8SF = 1 SF = 2 SF = 4

Cch,1,0 = (1)

Cch,2,0 = (1,1)

Cch,2,1 = (1, -1)

Cch,4,0 = (1,1,1,1)

Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)

Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)

Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)

Cch,8,0 = (1,1,1,1,1,1,1,1)

Cch,8,1 = (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)

Cch,8,2 = (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)

Cch,8,3 = (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)

Cch,8,4 = (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)

Cch,8,5 = (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)

Cch,8,6 = (1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)

Cch,8,7 = (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)

……


Độ lợi sử lý Độ lợi sử lý

Độ lợi sử lý khác nhau đối với từng dịch vụ Nếu tốc độ bít của dịch vụ cao hơn thì độ lợi sử lý nhỏ hơn, U

E sẽ cần công suất cao hơn cho dịch vụ này, vì vậy vùng phủ của dịch vụ sẽ nhỏ hơn.

)rate bit

rate chiplog(10Gain ocessPr


Mục đích của mã hóa phân kênh Đối với đường lên, mã phân kênh được dùng để phân loại các kênh vật lý khác

nhau của một kết nối. Đối với đường xuống, mã phân kênh được dùng để phân loại các kết nối khác n

hau trong một cell

Radio bearer** SF Radio bearer** SF

Speech 4.75 UL 128 Speech 4.75 DL 256

Speech 12.2 UL 64 Speech 12.2 DL 128

Data 64 kbps UL 16 Data 64 kbps DL 32





Speech 12.2 + Data 64 kbps UL 16 Speech 12.2 + Data 64 kbps DL

32

** With 3.4 kbps Signaling


Tương quan Sự tương quan tính toán độ tương tụ giữa hai tín hiệu ngẫu nhiên.. Các tín hiệu giống nhau và tín hiệu trực giao:

Correlation = 0Orthogonal signals

-1 1 -1 1

-1 1 -1 1

1 1 1 1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

Correlation = 1Identical signals

-1 1 -1 1

1 1 1 1

-1 1 -1 1

C1

C2

+1

+1

C1

C2


Sử dụng mã trực giao – Mã hóa

UE1: ＋ 1 － 1

UE2: － 1 ＋ 1

C1 : － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 －1 ＋ 1

C2 : ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋1 ＋ 1

UE1×c1 ：－ 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 － 1 ＋1 － 1

UE2×c2 ：－ 1 － 1 － 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋1 ＋ 1

UE1×c1 ＋ UE2×c2 ：－ 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

UE1: ＋ 1 － 1

UE2: － 1 ＋ 1

C1 : － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 －1 ＋ 1

C2 : ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋1 ＋ 1

UE1×c1 ：－ 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 － 1 ＋1 － 1

UE2×c2 ：－ 1 － 1 － 1 － 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋1 ＋ 1

UE1×c1 ＋ UE2×c2 ：－ 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0


Sử dụng mã trực giao – Giải mã hóa

UE1×C1 ＋ UE2×C2: － 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

UE1 Dispreading by c1: － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1

Dispreading result: ＋ 2 0 ＋ 2 0 － 2 0 － 2 0

Integral judgment: ＋ 4 (means ＋ 1) － 4 (means － 1)

UE2 Dispreading by c2: ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1

Dispreading result: － 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

Integral judgment: － 4 (means － 1) ＋ 4 (means＋ 1)

UE1×C1 ＋ UE2×C2: － 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

UE1 Dispreading by c1: － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1 － 1 ＋ 1

Dispreading result: ＋ 2 0 ＋ 2 0 － 2 0 － 2 0

Integral judgment: ＋ 4 (means ＋ 1) － 4 (means － 1)

UE2 Dispreading by c2: ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1

Dispreading result: － 2 0 － 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

Integral judgment: － 4 (means － 1) ＋ 4 (means＋ 1)


Trải phổ và giải trải phổDesired signal

Other user’s signal

Desired spreadingsignal

Spreading code

Data after despreading

Other spreading signal

Other signal after integration

1

-1

1

-1

1

-1

8

-8

1-1

8-8

Data after integration

Other signal after despreading

Correlation at a CDMA receiver

Correlation with incorrect code


Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổSpreading code

Spreading code

Signal Combination

Narrowband signal

f

P(f)

Broadband signal

P(f)

f

Noise & Other Signal

P(f)

f

Noise+Broadband signal

P(f)

f

Recovered signal

P(f)

f


Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổ

Max allowed interference

Eb/No Requirement

Power

Max interference caused by UE

Processing Gain

Ebit

Interference from other UE Echip

Eb / No = Ec / Io ×PG


Mục đích của mã hóa ngẫu nhiên Mã hóa ngẫu nhiên dùng để nhận biết các nguồn phát kh

ác nhau Đối với đường xuống, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phâ

n biệt các cell khác nhau Đối với đường lên, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân bi

ệt các UE khác nhau.


Mã ngẫu nhiên Mã hóa ngẫu nhiên: GOLD chuỗi. Có 224 mã ngẫu nhiên cho đường lên dài được dùng cho mã hóa

đường lên DPCCH/DPDCH. Mã hóa đường lên được chỉ định bởi các lớp phía trên.

Đối với các kênh vật lý đường xuống, có 8192 mã ngẫu nhiên được sử dụng.


Trộn mã Đường truyền xuống ở mức cell

Scrambling codeScrambling code

Channelization code 1Channelization code 1



User 1 signal

User 2 signal

User 3 signal

NodeB


Trộn mã Truyền dẫn đường lên ở mức cell

NodeB

Scrambling code 3

User 3 signal

Channelization code

Scrambling code 2

User 2 signal

Channelization code

Scrambling code 1

User 1 signal

Channelization code


Tổng quan về điều chế

1 00 1

time

Basic steady radio wave:

carrier = A.cos(2Ft+)

Amplitude Shift Keying:

A.cos(2Ft+)

Frequency Shift Keying:

A.cos(2Ft+)

Phase Shift Keying:

A.cos(2Ft+)

Dữ liệu truyền đi:Đầu vào tín hiệu số


Điều chế Điều chế số - QPSK

-1 -1

1 102 3 4 9875 6

1 102 3 4 9875 6

NRZ Input

I di-Bit Stream

Q di-Bit Stream

IComponent

QComponent

QPSK Waveform

1

1

-1

1

-1

1

1

-1

-1

-1

1 1 -1 1 -1 1 1 -1


Điều chế

NRZ coding

90o

NRZ coding

QPSK

Q(t)

I(t)

fo

±A

±A ±Acos(ot)

±Acos(ot + /2)

1 1 /4

1 -1 7/4

-1 1 3/4

-1 -1 5/4

)cos(2: oAQPSK


Giải điều chế QPSK Constellation Diagram

1 102 3 4 9875 6

QPSK Waveform

1,1

-1,-1

-1,1

1,-1

1 -11 -1 1 -1-11-1 1

-1,1

NRZ Output


Truyền sóng vô tuyến

Thu tín hiệu

Phát tín hiệu

Suy hao truyền dẫn::Suy hao đường truyền + Fading đa đường

Time

Amplitude


Truyền tín hiệu RadioTín hiệu phía phát

Tín hiệu phía thu

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

dB

0

0

dB

m

-20

-15

-10

-5

5101520

Fading


Các loại Fading Các loại Fading

Fading chậm Fading nhanh


Phương pháp phân tập Phương pháp phân tập được dùng để kết hợp các tín hiệu

thu không tương quan với nhau Giảm fading

Fading nhanh do đa đường Fading chậm do bị che chắn

Tăng độ tin cậy của thông tin Tâng vùng phủ và dung lượng


Phân tập Phân tập thời gian

Mã hóa kênh, đan xen Block

Phân tập tần số Tín hiệu của người dùng được phân phối trên cả dải tần băng thông

Phân tập không gian Phân tập không gian thu Phân tập không gian phát

Phân tập phân cực Phân cực ngang Phân cực dọc


Nguyên tắc của bộ thu RAKE

Receive set

Bộ tương quan 1

Bộ tương quan 2

Bộ tương quan 3

Bộ tìm kiếm tương quan

Tính toán độ trễ thời gian và công suất tín hiệu

CombinerThe

combined signal

tt

s(t) s(t)

Bộ thu RAKE hỗ trợ việc khắc phục Fading đa đường và nâng cao khả năng thu cua hệ thống


Nguyên tắc của bộ thu RAKE Bộ thu RAKE sử dụng những lợi ích của phân tập đa đường. Bộ thu sử lý các tín hiệu phía thu

Nhận dạng vị trí trễ thời gian tại mỗi tín hiệu thu được Chỉ định bộ thu tương quan (các ngón tay RAKE) cho các cao điểm đó

Trong mỗi ngón tay RAKE, đánh dấu các pha thay đổi nhanh và giá trị biên độ của nó

Điều chỉnh pha, xóa bỏ các giá trị ban đầu từ Fading nhanh Kết hợp giải điều chế và các kí hiệu điều chỉnh pha thông qua tất cả các ngó

n tay chủ động Đưa chúng tới các bộ giải mã để tiếp tục sử lý Quá trình sử lý này gọi là Kết hợp tỉ lệ toàn diện


Summary

Trong tài liệu này, chúng ta đã thảo luận về các khái niệm chung của WCDMA:

Nguyên tắc trải phổ/ giải trải phổ Mã hóa thoại UTRAN Mã hóa kênh UTRAN Mã hóa trải phổ UTRAN Mã hóa ngẫu nhiên UTRAN Điều chế UTRAN Thu phát UTRAN

Thank youwww.huawei.com

00-01-WCDMA RAN Fundamental.ppt

Documents

Transcript of 00-01-WCDMA RAN Fundamental.ppt