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移动通信原理与设备
1.8.2.4 7.2.4 WCDMA的关键技术

7.2.4 WCDMA的关键技术

1.功率控制

功率控制一方面提高对某用户的发射功率,能够改善该用户的服务质量,另一方面由于CDM A系统的自干扰性,降低对某用户的发射功率,对其他移动台来说就降低了宽带噪声,会提高其他用户接收质量,同时提高系统容量。

(1)开环功率控制

开环功率控制一般仅用于初始发射功率的设定,精确的功率控制需要通过闭环功率控制完成。

上行开环功率控制是移动台通过对下行信号功率的测量,估算出信号在传播路径上的功率损失,从而确定上行信道发射功率的一种方法。由于在FDD模式下,上、下行的工作频率不一致,所以这种估算是不精确的。

下行开环功率控制是网络侧根据移动台对下行信号接收功率的测量报告,对下行信道的传播衰减进行估计,从而设置下行信道发射功率的方法。由于网络侧接收测量报告的时间与实际测量时间存在一定的时延,故这种估算也是不精确的。

(2)闭环功率控制

闭环功率控制分为内环功率控制和外环功率控制。

快速内环功率控制是通过比较测量得到的物理信道信干比(SIR)与外环功率控制确定的信干比目标值,调整发射端的发射功率。

上行内环功率控制的最终目的是精确控制移动台的发射功率。基站根据接收到的各移动台的信干比值,并把它同目标SIR值相比较,产生功率控制比特。如果测得的SIR高于目标SIR,功率比特将通知移动台降低功率;如果测得的SIR低于目标SIR,功率比特将通知移动台提高功率。对每一个移动台,这个测量—指示—反应循环的周期为1 500次/s,故称作是快速内环功率控制。

当UE处于软切换时,上行内环功率控制采取如下策略:当所有的链路都要求增加发射功率时,移动台才会增加发射功率;否则,降低发射功率。

下行内环功率控制由移动台完成的,移动台将接收到的SIR值与目标SIR值相比较,产生功率控制比特,基站根据功率控制比特,调整发射功率。

外环功率控制通过比较测量得到的传输信道质量值与该业务要求的目标质量值,对内环功率控制所需要的信干比目标值进行调整。

同样,外环功率控制也分为上行和下行。它是为配合内环功率控制而进行的。

目标SIR值是支持业务的所需质量的函数。如果在由循环冗余检测(CRC)确定的空中接口中根据误帧率(FER)进行业务质量检测,那么SIR可以被看作是FER的函数。

可以接受的FER因业务的不同而不同。例如,语音业务用的是速率为12.2 kbit/s的多速率(A MR)语音编码器,能够在1%的FER情况下而没有明显的业务质量下降。

对于一个非实时的数据业务,能够支持更高的FER,因为可以通过重传来纠正错误。然而,实时业务具有严格得多的FER要求,可能是l×10-3或更高。因此,根据业务要求,FER可能需要不同,这就意味着目标SIR可以不同,目标SIR不同则用外环功率控制。它应用闭环功率控制来指示发送者改变发射功率。

2.切换技术

WCDM A系统的软切换包括软切换和更软切换。当软切换发生在两个Node B之间,分集信号在RNC做选择合并。发生在同一Node B里的软切换,分集信号在Node B做最大增益比合并,被称为更软切换。

WCDM A系统的硬切换包括同频、异频和异系统硬切换3种情况。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。异系统硬切换包括FDD Node和TDD Node之间的切换,在R99里还包括WCDM A系统和GSM系统间的切换,在R4里还包括WCDMA和CDMA2000之间的切换。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。

3.HSDPA

HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)是指高速下行分组接入,它是3GPP在R5协议中提出的,它可以在不改变已经建设的WCDM A网络结构的情况下,把下行数据业务速率提高到10 Mbit/s。

(1)HSDPA的关键技术

①自适应调制和编码(Adaptive Modulation and Coding,AMC)

A MC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式,网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐率。

当用户处于有利的通信地点时,可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式,例如16QA M和3/4编码速率;当用户处于不利的通信地点时,网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案,例如,QPSK和1/4编码速率,来保证通信质量。

②物理层混合重传

快速混合自动重传(H A RQ)是指接收方在解码失败的情况下,保存接收到的数据,并要求发送方重传数据,接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合。

③快速调度

调度算法控制着共享资源的分配,在短期内以信道条件为主,而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据,同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。

调度功能单元放在Node B而不是RNC,同时也将T TI缩短到2 ms。

(2)HSDPA引入的信道

为了支持HSDPA,在M AC层新增了M AC-hs实体,位于Node B,负责H ARQ操作以及相应的调度,并在物理层引入以下3种新的信道。

①HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared Channel):下行信道,负责传输用户数据。信道的共享方式为时分复用和码分复用,最基本的方式是时分复用,即按时间段分给不同的用户使用,这样HS-PDSCH信道码每次只分配给一个用户使用,另一种就是码分复用,在码资源有限的情况下,同一时刻多个用户可以同时传输数据。

②HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel):下行信道,传输下行HSDPA信令,如数据传送格式、ARQ相关信令。

③HS-DPCCH(Uplink High Speed Dedicated Physical Control Channel):上行信道,负责传输必要的控制信息,主要是对ARQ的响应以及下行链路质量的反馈信息ACK/NACK。

4.MIMO技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)是在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道,MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。

MIMO系统把多径作为一个有利因素来利用,图7-7是MIM O系统的原理图。传输信息流经过空时编码(将发送分集与编码、调制有机结合起来,组成空时卷积码和分组码)形成N个信息子流,由N个天线发射出去,N个子流同时发送到信道,各发射信号占用同一频带,因而并未增加带宽,经空间信道后由M个接收天线接收。多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息,数据率必然可以提高。

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图7-7 MIMO系统原理

MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化,从而实现高的通信容量和频谱利用率。对于发射天线数为N,接收天线数为M的多入多出(MIM O)系统,假定信道为独立的瑞利衰落信道,并设N、M很大,则信道容量C近似为:

C=min(M,N)B log2(ρ/2)式中,B为信号带宽,ρ为接收端平均信噪比,min(M,N)为M,N的较小者。

上式表明,功率和带宽固定时,多入多出系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。