WCDMA物理层中的基本概念

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我是靠谱客的博主懦弱蜜粉，最近开发中收集的这篇文章主要介绍WCDMA物理层中的基本概念，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

转自http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d0d56900100bs3y.html

小区呼吸:

CDMA网络与GSM网络完全不同。由于不再把信道和用户分开考虑，也就没有了传统的覆盖和容量之间的区别。一个小区的业务量越大，小区面积就越小。因为在CDMA 网络中，业务量增多就意味着干扰的增大。这种小区面积动态变化的效应称为“小区呼吸”。

远近效应问题：

CDMA网络的另一典型问题是所谓的远近效应问题。因为同一小区的所有用户分享相同的频率，所以对整个系统来说，每个用户都以最小的功率发射信号显得极其重要。。在CDMA网络中，可以通过调整功率来解决这一问题。

在WCDMA系统中，多径传播已不再成为消极因素，而是理想的结果。因为接收机能将时延至少为1Chip (UMTS网络数据传输率为3.84Mbps,即1Chip=0.26微秒，相当于78米）的信号组合成有效信号。

3G 切换规划:

当移动台慢慢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取代，这就是切换的含义。

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。

切换分类:

切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：更软切换，软切换，硬切换。

软切换指当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信。软切换仅仅能运用于具有相同频率的 CDMA信道之间。

软切换肯定是同频的切换,同频切换不一定是软切换!!!!!!!!!

软切换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一NODEB里，分集信号在NODEB做最大增益比合并。而软切换发生在两个NODEB之间，分集信号在RNC做选择合并。

硬切换包括同频，异频和异系统间切换三种情况。要注意的是：软切换是同频之间的切换，但同频之间的切换不都是软切换。如果目标小区与原小区同频，但是属于不同RNC，而且RNC之间不存在Iur接口，就会发生同频硬切换，另外同一小区内部码字切换也是硬切换。

异频硬切换和异系统硬切换需要启动压缩模式进行异频测量和异系统测量。

异系统硬切换包括FDD mode和TDD mode之间的切换，在R99里，还包括WCDMA系统和GSM系统间的切换，在R2000里，还包括WCDMA和cdma2000之间的切换。

切换典型过程：测量控制—>测量报告－>切换判决—>切换执行－>新的测量控制。

想了解这个测量过程的详细情况请看WCDMA系统无限网络规划文档.

WCDMA和GSM系统间的切换:

WCDMA和GSM标准支持WCDMA与GSM之间两个方向的切换。这些切换被使用是为了覆盖和负载平衡的原因。在WCDMA配置的初期，有必要能切换到GSM系统以提供连续的覆盖，从GSM切换到WCDMA可用来减少GSM小区的负载。当WCDMA网络的业务量提高时，由于负载的原因而进行双向切换是很重要的。系统间的切换是由源RNC/BSC触发的，从接收系统的角度来看，系统间切换与RNC间切换或BSC间切换相似.

压缩模式:

WCDMA采用连续的发送与接收方式，并且如果WCDMA信号没有间隙产生则移动台不能够用一个接收机进行系统间的测量。因此频率间和系统间的测量均需要压缩模式。

引入压缩模式是为了FDD下进行异频测量或异系统测量。因为一套收发信机只能同时工作在一组收发频率上，若要对其它频率的信号进行测量，接收机需停止工作，将频率切换到目标频率进行测量。为了保证下行信号的正常发送，需将原来信号在剩余发送时间内发送，此即下行压缩模式。当测量频率与上行发送频率较近时，为保证测量效果，需同时停止上行信号的发送，此即上行压缩模式。

系统间切换触发器在RNC实现，例如移动台跑出WCDMA覆盖范围；

RNC命令移动台用压缩模式开始系统间的测量；

RNC根据移动台的测量选择目标GSM小区；

RNC给移动台发切换命令。

从GSM到WCDMA系统间的切换由GSM的BSC发起。由于GSM采用非连续发射与接收方式，因此从GSM获得WCDMA的测量值不需要压缩模式。

WCDMA内的频率间切换

大多数UMTS运营商由2～3个可用的FDD载波，运营商可使用一个频率开始运营，第二和第三频率需要用来对付随后容量的增加。几个频率可以通过两种不同的方法使用。对于高容量的站点，在同一个站点可使用几个频率，或者宏小区层与微小区层使用不同的频率。在WCDMA载波间的频率间切换需要支持这些方案。

与系统间切换一样，频率间切换也需要同样方式的压缩模式测量。

功控实现方式:

在WCDMA系统中，功控可以分为两大类：开环功控和闭环功控。

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。在WCDMA中，开环功率控制上下行情况都用到。开环是采用上行链路干扰情况估计下行链路或根据下行链路估计上行链路，是不闭合的。而内环是存在一反馈环，是闭合的。

上行开环: UE测量CPICH的接收功率计算上行初始发射功率.

下行开环: BTS3812测量上行信道的干扰水平，并上报RNC，RNC根据测量值确定BTS3812的下行初始发射功率。

闭环功控是对通信期间的上、下行链路进行快速功率调整，以使链路的质量收敛于目标SIR。3GPP协议中上行链路的闭环功控可以采取两种算法。两种算法中，上行功控步长取1或2dB。在DPCCH上的功控步长调整量△dpcch=△tpc*TPC_cmd。TPC_cmd为利用不同算法得到的TPC合成命令。DPDCH的功率根据DPDCH和DPCCH之间的功率偏置来设置。

闭环功控又分为 内环功控和外环功控

内环功控的主要作用是是通过控制物理信道的发射功率，使接收SIR收敛于目标SIR。WCDMA系统中是通过估计接收到的Eb/No（比特能量与干扰功率谱密度之比）来发出相应的功率调整命令的，而Eb/No与SIR具有一定的对应关系。如：对于12.2kbps的语音业务，Eb/No的典型值为5.0dB,在码片速率为3.84Mcps的情况下，处理增益为10log10（3.84M/12.2k）=25dB。所以SIR＝5dB-25dB=-20dB。即：载干比(C/I)>-20dB。

上行内环功控: 作用是克服远近效应、阴影效应、路径损耗，并可部分地克服快衰落。BTS3812对上行链路的SIR值进行测量，将测量值与预先设置的门限（SIRtarget）比较，如果测量值小于门限就向UE发出升高功率的TPC（Transmit Power Control，发射功率控制）命令；如果大于门限就向UE发出值为降低功率的TPC命令。UE根据接收到的TPC命令进行快速功率调整，最终使上行链路的质量收敛于SIRtarget。BTS3812上行内环功控的频率为1.5kHz，功控步长可以是0dB、0.5dB、1dB、1.5dB、2dB。

下行内环功控: 作用是克服阴影效应、路径损耗和快衰落。同样BTS3812根据UE发射的TPC命令来调整下行专用链路的发射功率，以使下行链路的质量收敛于SIRtarget。其下行内环功控的频率为1.5kHz，功控步长可以是0dB、0.5dB、1dB、1.5dB、2dB，下行链路功控动态范围最大可以达到25dB。

外环功控是通过动态地调整内环功控的SIR目标值，使通信质量始终满足要求（即达到规定的FER/BLER/BER值）。外环功控在RNC中进行。由于无线信道的复杂性，仅根据SIR值进行功率控制并不能真正反应链路质量。比如：对于静止用户、低速用户（移动速率3km/H）和高速用户（移动速率50km/H）来说，在保证相同FER的基础上，对SIR的要求是不同的。而最终的通信质量是通过FER/BLER/BER衡量，因此有必要根据实际FER/BLER值动态调整SIR目标值。

对于WCDMA-FDD系统，由于上下行频段间隔较大，所以上下行的快衰落情况是完全不相关的。因此，开环功控根据下行信号所得到的路径损耗的估计对于上行情况来说是很不准确的。解决这个问题的方法就是引入快速闭环功控。

外环功控原因：由于无线信道的复杂性，仅根据SIR值进行功率控制并不能真正反应链路质量，而最终的通信质量是通过FER/BLER/BER衡量，因此有必要根据实际FER/BLER值动态调整SIR目标值。

这两种方式的区别在于：开环是采用上行链路干扰情况估计下行链路或根据下行链路估计上行链路，是不闭合的。而闭环是存在一反馈环，是闭合的；开环功控的初始发射功率是由RNC（下行）或UE（上行）确定，而闭环功控是由NodeB完成，RNC仅给出内环功控的目标SIR值。

RAKE接收机

CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展，就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声，由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。其实RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。理论基础就是：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。RAKE接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径，

分集接收原理

为了对抗衰落，可以采用多种措施，比如信道编解码技术，抗衰落接收技术或者扩频技术。分集接收技术被认为是明显有效而且经济的抗衰落技术。

无线信道中接收的信号是到达接收机的多径分量的合成。如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并成总的接收信号，就能够大大减少衰落的影响。这就是分集的基本思路。分集的字面含义就是分散得到几个合成信号并集中（合并）这些信号。

互相独立或者基本独立的一些接收信号，一般可以利用不同路径或者不同频率、不同角度、不同极化等接收手段来获取：

(1) 空间分集：在接收或者发射端架设几副天线，各天线的位置间要求有足够的间距（一般在10个信号波长以上），以保证各天线上发射或者接收的信号基本相互独立。

信道编码

不同的编码方案得到编码增益是不同的。我们通常采用的编码方式有卷积码、Reed-Solomon码、BCH码、Turbo码等。WCDMA选用的码字是语音和低速信令采用卷积码，数据采用Turbo码。

多用户检测

多用户检测技术（MUD）是通过去除小区内干扰来改进系统性能，增加系统容量。多用户检测技术还能有效缓解直扩CDMA系统中的远/近效应。

对于上行的多用户检测，只能去除小区内各用户之间的干扰，而小区间的干扰由于缺乏必要的信息（比如相邻小区的用户情况），是难以消除的。对于下行的多用户检测，只能去除公共信道（比如导频、广播信道等）的干扰。