WCDMA - Basic Rus

42
HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. www.huawei.ru Обогащать жизнь общением Обзор технологии UMTS (WCDMA) Обзор технологии UMTS (WCDMA)

Transcript of WCDMA - Basic Rus

Page 1: WCDMA - Basic Rus

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

www.huawei.ru

Обогащать жизнь

общением

Обзор технологии UMTS (WCDMA)Обзор технологии UMTS (WCDMA)

Page 2: WCDMA - Basic Rus

Основы и особенности функционирования систем скодовым разделением каналов

Алгоритмы функционирования радиоканаловширокополосных систем мобильной связи

Структура радиоинтерфейса

Процедура Handover

Функции UTRAN

СодержаниеСодержание

Page 3: WCDMA - Basic Rus

Global Digital Technology

IMT-2000 (ITU)

UMTS(WCDMA, TD-

SCDMA),CDMA 2000

Global Digital Technology

IMT-2000 (ITU)

UMTS(WCDMA, TD-

SCDMA),CDMA 2000

2G

1990 2000

1G 3G

Цифровые

GSM,CDMA (IS-95),

D-AMPS

Цифровые

GSM,CDMA (IS-95),

D-AMPS

АналоговыеАналоговые

Эволюция технологий

Page 4: WCDMA - Basic Rus

Стандарты CDMA

Замкнутый контур, Открытый контур, 200Hz

Замкнутый контур, Открытый контур, 800Hz

Замкнутый контур, Открытый контур, 1500Hz

Контроль мощности

ПеременноеПеременное (зависит отголосовой активности)

Переменное (зависитот RF условий)

Кодирование

Hard handoverSoft handover,Inter-freq Handover,Handover between IS-95

Soft handover,Inter-freq Handover,Handover between GSM

Handover

QPSKQPSKQPSKМодуляция5ms20ms10msФрейм

СинхроннаяСинхронная (GPS)Асинхронная илисинхроннаяСинхронизация

1.28Mcps1.2288Mcps3.84McpsЧиповая ск-ть (сhip rate)TDDFDDFDDДуплексный режим

TDMA+CDMAcdmacdmaДоступ1.6MHz1.25MHz5MHzШирина полосы

TD-SCDMACdma2000-1XUMTS

Page 5: WCDMA - Basic Rus

RANIMS

3GPP UMTS R4 – March’01

3GPP UMTS R5 – 3Q’02

3GPP UMTS R99 – March’00

Стандартизация WCDMA

CS

PS

R99 ― RAN:базируется на WCDMA― PS:базируется на GPRS― CS:Голосовые сервисы используют

TDM…

R4 ― CS:Разнесённая коммутация,

использование IP― …

R5 ― RAN:HSDPA,IP UTRAN― CN: IMS …

Page 6: WCDMA - Basic Rus

FDD: Дуплексный канал с частотным разделениемTDD: Дуплексный канал с временным разделениемMSS: Мобильная Спутниковая Система

―UL: 1920-1980 MHz―DL: 2110-2170 MHz

TDD FDD uplink MSS TDD1900 1980 2010 20251920

MSSFDD downlink2110 2170 2200

Спектр UMTS

Page 7: WCDMA - Basic Rus

Japan1749.9 – 1784.9 MHz / 1844.9 - 1879.9 MHzIX (1700M)

Europe, Asia Pacific, Africa, etc.880 – 915 MHz / 925 – 960 MHzVIII (900M)

2500 – 2570 MHz / 2620 – 2690 MHzVII

Japan830-840 MHz / 875-885 MHzVI (800M)

North America, Latin America, Australia, etc.

824 – 849 MHz / 869-894 MHzV (850M)

USA1710-1755 MHz / 2110-2155 MHzIV (1700/2100M)

Europe, Asia Pacific, Africa, etc.1710-1785 MHz / 1805-1880 MHzIII (1800M)

North America, Latin America, etc.1850 –1910 MHz / 1930 –1990 MHzII (1900M)

Europe, Asia Pacific, Africa, etc.1920 – 1980 MHz / 2110 –2170 MHzI (2100M)

Regions/Countries UL/DL FrequenciesOperating Band

Спектр UMTS

Page 8: WCDMA - Basic Rus

Основы и особенности функционирования систем скодовым разделением каналов

Алгоритмы функционирования радиоканаловширокополосных систем мобильной связи

Структура радиоинтерфейса

Процедура Handover

Функции UTRAN

СодержаниеСодержание

Page 9: WCDMA - Basic Rus

Технологии множественногодоступа

FDMA Frequency Division Multiple Access

FFrr ee qq uu ee nn ccyy

TTiimm ee

PPoo ww ee rr

OO nn ee UU ssee rr

FF rr ee qq uu ee nn cc yy

TT ii mm ee

PPoo ww ee rr

UU ssee rr

Power

Time

Frequency

One User

Carrier 1 Carrier 2

TDMA Time Division Multiple Access

CDMA Code Division Multiple Access

Page 10: WCDMA - Basic Rus

Теория CDMA

Power spectrum

USER 1

Расширение

Code 1Code 2

Code 3Code 4

Code 5

Составной сигнал

5 MHz

USER 2USER 3

USER 4

USER 5

Page 11: WCDMA - Basic Rus

S1xC1S1xC1

S2XC2S2XC2

WW

S1S1

S2S2

Spreading

De-spreading

(S1xC1)+(S2xC2)(S1xC1)+(S2xC2)

AirAir--IF IF

[S1xC1+S2xC2]xC1[S1xC1+S2xC2]xC1==S1S1

[S1xC1+S2xC2]xC2[S1xC1+S2xC2]xC2==S2S2

NN

SS

C1xC2=0,C1,C2 - ортогональные коды

Spreading (Расширение)

Page 12: WCDMA - Basic Rus

Спектральный анализ Spreading & De-spreadingСпектральный анализ Spreading & De-spreading

Spreading code

Spreading code

Signal Combination

Узкополосный сигналf

P(f)

Широкополосный сигнал

P(f)

f

ШУМ

P(f)

f

Шум+Широкополосный сигналP(f)

f

Восстановленный сигналP(f)

f

Page 13: WCDMA - Basic Rus

Коды Уолша (CDMA 2000) и Голда (WCDMA)• Длина кода: IS-95: 64; W-CDMA: 4 - 256• Длина кода = SF spreading factor = Pg processing gain• Первый код (“C0”) используется для пилотного канала.

+1 +1 +1+1+1+1 --11

Code length 2Code length 2

+1+1

Code length 1Code length 1Code length 1Code length 1+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

--1 1 --11--1 +11 +1

Code length 4Code length 4

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

--1 1 --11--1 +11 +1

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

--1 1 --11--1 +11 +1

--1 1 --11--1 +11 +1

--1 1 --11--1 +11 +1

--1 1 --11--1 +11 +1

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

+1 +1 +1+1+1 +1 --11

--1 1 --11--1 +11 +1

Code length 8Code length 8

C0C0C1C1C2C2C3C3......C4C4C5C5C6C6C7C7

Spreading Коды

Page 14: WCDMA - Basic Rus

f

P

W

Processing Gain

Rb

Despreading

bRWGain Processing =

Коэффициент расширения(Spreading Gain)

Spreading Gain Pg=W/R (W=3.84Mchips/s)- Энергия сигнала может быть намного ниже чем шум- Более низкая скорость сигнала, более лучшеераспространение

Page 15: WCDMA - Basic Rus

1/T bit

Power

T bit-1

+1

f

Power

1/T chip

f

1/T chip

Power

f

+1

T chip

-1

-1

+1

bits

Данные

Код формированияканала(Channelization

Code)

Данные послемодуляцииЦифровая модуляция

QPSK

Код скремблирования

chips

Данные послескремблирования

Данные послерасширения

chips

1

2

3

1

2

3

Spreading&Scrambling

Page 16: WCDMA - Basic Rus

Spreading and ScramblingSpreading and Scrambling

UL: Several millions

DL: 512

Number of codes under onescrambling code= Spreading Factor

Number of codes

Separation of sectors(cells)

Separation of downlinkconnections to different userswithin one cell

DL

Separation of terminalSeparation of physical data(DPDCH) and control channels (DPCCH) from same terminal

UL

Scrambling codesChannelization codes

Page 17: WCDMA - Basic Rus

Chip Rate, Symbol Rate, Data RateChip Rate, Symbol Rate, Data Rate

WCDMA: DL data rate=384kbps, symbol rate=960ksps,chip rate=3.84Mcps

Кодирование

Перемежение

(Interleaving )Выравниваниескорости

Расширение

(Spreading)Скремблирование

WCDMA: 3.84Mchips/s

cdma2000: 1.2288Mchips/s

Symbol rateData rate Chip rate

Page 18: WCDMA - Basic Rus

МноголучевостьМноголучевость

时间

Receiving

Signal

Transmitter

Page 19: WCDMA - Basic Rus

Принцип RAKE приемникаПринцип RAKE приемника

Принимаемыйнабор

Correlator 1

Correlator 2

Correlator 3

Searcher correlator Вычислениезадержки имощностисигнала

CombinerКомбинированный

сигнал

tt

s(t) s(t)

RAKE приемник позволяет преодолет эффект затухания при многолучевости ирасширяет возможности системы по приему

Page 20: WCDMA - Basic Rus

TXD(t)

Delay τ0

Delay τ1

C(t-τ0)

(α+β) D(t)

ΣC(t-τ1)

Delay (τ1)

RX

C(t-τn)

Delay (τ0)

Delay (τn)RX

RX

C(t)

τ0

τ1

τn

αD(t)

βD(t)

BTS

RAKE приемник

Page 21: WCDMA - Basic Rus

Основы и особенности функционирования систем скодовым разделением каналов

Алгоритмы функционирования радиоканаловширокополосных систем мобильной связи

Структура радиоинтерфейса

Процедура Handover

Функции UTRAN

СодержаниеСодержание

Page 22: WCDMA - Basic Rus

Каналы

MAC (Medium Access Control)

RLC (Radio Link Control)

Logical Channels

Transport Channels

Транспортный подуровень

Physical Channels

Физический подуровень

PHY(PHYsical Layer)

3 вида каналов определены вUMTS:

• Логические каналы: каждыйтип логического каналаопределяет «какаяинформация» передана

• Транспортные каналы: каждый транспортный каналописывает «как» и с «какимихарактеристиками» данныепереданы по радио-интерфейсу

• Физические каналы: ассоциация между битамитранспортных каналов ифизическими символами(электрическими сигналами)

Page 23: WCDMA - Basic Rus

{XOR}

Transport Channels

(L1 Characteristics Dependent) PCH BCH FACH RACH DCH

S-CCPCHP-CCPCHPhysical

Channels PRACH DPDCH

Logical Channels

(Data Dependent)

PCCH

DCCH

DTCH

DecicatedLogicalChannelCipherOn

BCCH CCCH CTCH

Higher Layer data

PagingPagingSystem

InfoSystemInfo

SignalingSignalingCell

BroadcastServiceCell

BroadcastService

Signalingand

User dataSignaling

andUser data

DTCHDTCH

Channel MappingChannel Mapping

Page 24: WCDMA - Basic Rus

Downlink Physical ChannelDownlink Physical Channel

–Downlink Common Physical Channel•Common Control Physical Channel (CCPCH)•Synchronization Channel (SCH)•Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)•Paging Indicator Channel (PICH)•Acquisition Indicator Channel (AICH)•Common Pilot Channel (CPICH)

–Downlink Dedicated Physical Channel–(Downlink DPCH)

Downlink Physical Channel

Page 25: WCDMA - Basic Rus

Uplink Physical ChannelUplink Physical Channel

–Uplink Common Physical Channel•Physical Random Access Channel (PRACH)•Physical Common Packet Channel (PCPCH)

–Uplink Dedicated Physical Channel•Uplink Dedicated Physical Data Channel (Uplink DPDCH)•Uplink Dedicated Physical Control Channel (Uplink DPCCH)

Uplink Physical Channel

Page 26: WCDMA - Basic Rus

Типы транспортных каналовWCDMA

ВыделенныйКанал

Общедоступныйканал

Shared Channel

Типы DCH FACH RACH CPCH DSCHНаправление DL&UL DL UL UL DL

OVSF Dedicated,Variable Dedicated Dedicated Dedicated Shared

Быстрое управлениемощностью Y N N Y Y

Скорость Low - High Low Low Mid Mid

Время доступа Long Short Short Short Short

Общий КаналCommon ChannelDedicated Channel

Ortogonal Variable Spreading Factor

Page 27: WCDMA - Basic Rus

Распределение DL Power

DCH(reserved for

Soft handover)

DCH

Common ChannelPower

P-CPICH

Other Channel

Max Tx Power

Порог

Pcommon = PCPICH + max(PP-CCPCH,PP-SCH + PS-SCH ) + PAICH + PPICH + PS-CCPCH

Покрытие сотызависит от мощностиCPICH

Основной общийКанал управления

СовмещённыйКанал управления

Вспомогательный общийКанал управления

Канал индикаторавызова

Канал индикацииданных

Канал синхронизацииОбщий пилот-канал

Page 28: WCDMA - Basic Rus

NodeB

MS2

MS1

Контроль мощности

WCDMA - самоинтерференционная система с эффектом“далекий-близкий“.

― Эффект “далекий-близкий” : абонентский терминал возле Node B будет экранировать более удалённые терминалы

― На рисунке выше рассмотрен случай, когда MS2 работает безконтроля мощности. В этом случае сигнал от MS1 не может бытьполучен.

Цель Контроля мощности― Корректировка передаваемой мощности с абонентских терминалов и с Node B― Уменьшить интерференцию – увеличить пропускную способность системы

Page 29: WCDMA - Basic Rus

Классификация механизмов управлениямощностью

Классификация механизмов управлениямощностью

Power Control

• Open loop power control

• Inner loop power control

• Outer loop power control

Page 30: WCDMA - Basic Rus

Open Loop Power Control для канала DPCHOpen Loop Power Control для канала DPCH

time

power

time

power

Расчет начальноймощности передачи

Снижается интерференция

Без OLPC

C OLPC

Page 31: WCDMA - Basic Rus

Если принимаемый абонентскимтерминалом сигнал “Сильный“ то наNodeB передача идёт с уменьшенноймощностью.

NodeB

NodeB

1

2

1

2

Если принимаемый сигнал«Слабый» то на NodeB передачаидёт с увеличенной мощностью.

Контроль мощности– открытый контур

Page 32: WCDMA - Basic Rus

• NodeB контролирует мощность передачи на абонентскомтерминале базируясь на оценке параметра SIR (signal-to-interference ratio).

• RNC корректирует параметр SIRtarget основываясь наотчётах по измерению SIR

NodeB

...

”Power down”

”Power up”

”Power down”

”Power ...”

SIR estimation

SIR estimation

SIR estimation

SIR estimationRNC SIR target

Контроль мощности– замкнутый контур

Outer Loop

Inner Loop

Page 33: WCDMA - Basic Rus

Основы и особенности функционирования систем скодовым разделением каналов

Алгоритмы функционирования радиоканаловширокополосных систем мобильной связи

Структура радиоинтерфейса

Процедура Handover

Функции UTRAN

СодержаниеСодержание

Page 34: WCDMA - Basic Rus

Типы Handover

NodeB 3

Cell 4

SRNC DRNC

Iub

Iur

NodeB 2

Cell 2

Iub

Cell 3

NodeB 1

Cell 1

UMTS Carrier 1

Iub

BTS 1

Cell 1

BSC

Abis

GSM/GPRS

Softer HO Soft HO Soft HO inter -RNC

2G to 3G HHO

3G to 2G HHO

Softer HandoverSoft Handover intra-RNC2G to 3G HHO (PS)2G to 3G HHO (CS)

Описание

UMTS Carrier xInter-Frequency HHO

Soft Handover inter-RNC3G to 2G HHO (CS – PS separated)3G to 2G HHO (CS – PS simultaneously)Inter-Frequency HHO

Page 35: WCDMA - Basic Rus

Теория Soft HandoverТеория Soft Handover

Объединение сигнала:•UL soft handover в RNC;•UL softer handover в NodeB;•DL soft handover в UE

UE Combined Power

Сигнал получаемыйот каждой соты

Page 36: WCDMA - Basic Rus

Soft Handover

• Повышение качества голоса, понижение интерференции

• Снижение call drop rate, повышение ёмкости и площади покрытия

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

Page 37: WCDMA - Basic Rus

Soft Handover MeasurementSoft Handover Measurement

Page 38: WCDMA - Basic Rus

Основы и особенности функционирования систем скодовым разделением каналов

Алгоритмы функционирования радиоканаловширокополосных систем мобильной связи

Структура радиоинтерфейса

Процедура Handover

Функции UTRAN

СодержаниеСодержание

Page 39: WCDMA - Basic Rus

Core Network (CS-Domain & PS-Domain)

Radio Network Subsystem (RNS)

RNC

RNS

RNC

Node B Node B Node B Node B

Iu Iu

Iur

Iub IubIub Iub

UEUu

Архитектура UTRAN

Page 40: WCDMA - Basic Rus

Функции RNC

RAB

QoSParameters

CoreNetwork

RRM

O&M

Traffic Functions

Node B(iBTS)

Packet Switching

Iur

Iub

IuPacketDistribution

Page 41: WCDMA - Basic Rus

Overview

Функции Node B

CodingInterleaving

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

1 2 3 4 5 6 7 8

Demodulation

002

104

017

113

002

104

017

113

Modulation

Q1101

I1000

QPSKPC

Handover

Call control

Cell Management CCH Management DCH management

Measurement

synchronizationTransmission

Baseband Processing

Page 42: WCDMA - Basic Rus

Спасибо за внимание!www.huawei.ru