1、技 术 文 件技术文件名称：WCDMA 基带基础知识与调试案例技术文件编号：版 本：V1.0第 1 页 共 22 页目 录1 WCDMA 信道的构成 .21.1 下行信道的构成 21.1.1 P-SCH/ S-SCH .21.1.2 CPICH31.1.3 P-CCPCH.41.1.4 S-CCPCH .61.1.5 PICH 61.1.6 AICH 71.1.7 DPCCH/DPDCH .71.2 上行信道的构成 101.2.1 PRACH 信道（ Preamble Message） 101.2.2 DPCCH/DPDCH 信道 102 功率控制 112.1 功控的分类 112.2 功率控制
2、的符号能量图 122.3 功控的功能 132.4 影响功控性能的参数 133 越区切换 133.1 软切换 133.2 更软切换 143.3 硬切换 144 分集技术 144.1 发射分集 144.2 接收分集 215 调试中常用的设备介绍： 225.1 E4406 .225.2 ESG4438 225.3 QUALCOMM 的测试 UE .225.4 TM100236 4406 在基带调试中的应用 .236.1 E4406 的功能简介 236.2 检测下行链路需要设置的参数 246.3 检测上行链路需要设置的参数 246.4 为何有时需要将 4406 的频率调偏几百到几千赫兹? 246.5
3、如何看 SCH 的功率？ 256.6 如何看 DPCH 的 SYMB？ .266.7 如何观察上行 DPCH 的 SYMB 与 PILOT？ .27第 2 页 共 22 页1 WCDMA 信道的构成1.1 下行信道的构成1.1.1 P-SCH/ S-SCH 所有的 Node B 的 P-SCH 都是相同的。相同的扰码组的 S-SCH 是相同的，共 64 个扰码组。P-SCH 用于确定时隙同步，S-SCH 用于确定帧同步。第 3 页 共 22 页每时隙（2560chip）有 256chip 发送 SCH 信道，一般功率为 CPICH 的-3-5dB。 （这里提到的SCH 的功率不是 SCH 的有
4、效功率，而是在其发送期间的有效功率。 ）PrimarySCHecondarySCH256 chips2560 chips One 10 ms SCH radio frameacsi,0acp acsi,1acp acsi,14acpSlot #0 Slot #1 Slot #141.1.2 CPICH是全 1 的码道。是基站功率与时钟相位的参考。用于确定基站的扰码。是 UE 接收的基础，用于进行信道估计、AFC 、跟踪、搜索等。功率大约占基站的 10。不包含任何物理层之上的有用信息。第 4 页 共 22 页用 4406 观察到的符号能量、矢量图为：1.1.3 P-CCPCH用于承载 BCH 信
5、道。每 128 帧发送一次系统的广播信息。扰码是扩频比（SF）是 256，码道(OVSF)是 1。采用卷积编码，编码方式是固定的，20mS TTI，所有的基站都相同。每 2560chip 发送 2304chip，可以说与 P-SCH/S-SCH 在时间上互补，参见其符号能量图。 Data Ndata1=18 bits Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips , 20 bits 1 radio frame: Tf = 10 ms (Tx OF) 256 chips 传递系统的广播信息，包含基站的系统信息，例如：SFN 号、相邻小区的
6、信息，以及 S-第 5 页 共 22 页CCPCH、Prach 的信道信息等。一般功率比 CPICH 略低 23dB。采用 STTD 的分集发送。P-CCPCH 的码道符号能量图如下。图中的黄线可以看出，P-CCPCH 在前 256chip 出处不发射的，只在后 2304chip 处发射。图中的浅蓝线是码片能量图。由于 C8(0)与 C8(1)的特殊关系出现了一特殊的景象，即码片能量低于符号能量。这是由于C8(0)是由 256 个 1 组成的， C8(1)是由 128 个 1 与 128 个 1 构成的。二者叠加在一起就出现了这种奇特的景观。C8(0): 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C
7、8(1): 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 由于 CPICH 的符号全 1j 的，因此当 P-CCPCH 的符号是也是 1j 时，二者之和就是：2+2j 2+2j 2+2j 2+2j 0 0 0 0 0 第 6 页 共 22 页在是与上看就是前 128chip 出的能量较高，后 128chip 处为的能量为 0。1.1.4 S-CCPCH用于承载 FACH 信道与 PCH 信道，分别在 UE 发起呼叫与被叫是使用。在 UE 主叫时，FACH 传递即将建立的 DPDPCH/DPCCH 的上、下行参数。在 UE 被叫时，PCH 传递即将建立的 DPDPCH/DPCCH 的上、下行参数
8、。扰码是扩频比（SF）是 4256，码道(OVSF)不定，由 BCH 通知 UE，信道的构造与DPDCH/DPCCH 相似，由 TFCI、PILOT、DATA 部分构成，无功控信息。S-CCPCH 信道与 DPCH 有相同的 Pilot，因此，可以用 4406 很容易的解出该信道的 TD 参数。Slot #0 Slot #1 Slot #i Slot #14 Tslot = 2560 chips, 20*2k bits (k=0.6) Pilot Npilot bits Data Ndata1 bits 1 radio frame: Tf = 10 ms TFCI NTFCI bits 一般功
9、率比 CPICH 略低 23dB。由于该信道只在呼叫过程中出现，因此较难通过 4406 看到。采用 STTD 的分集发送。1.1.5 PICH用于对 UE 的呼叫，在省电模式下启动让 UE 转到 PCH 信道上去接收下行的呼叫信息。扩频比 SF 固定是 256。共 288bit，用于传递 18、36、72、144 个用户的呼叫信息。UE 根据自己的 IMSI 号码确定自己的接收帧、接收位置。大约每相隔 20 个帧发一次。这样 UE 可以在大部分时间里将接收电路置于关闭状态，达到省电的目的。第 7 页 共 22 页b10 28 bits for pagin indication 12 bits
10、(transmisionof)One radio frame (10 ms) b287b28 b291.1.6 AICH在 UE 发起呼叫是用于确认 preamble。固定的 SF=256。只有 4096chip 的长度。4096/256=16共 16 种签名。1.1.7 DPCCH/DPDCH是专用信道，扩频比 4512。一般 12.2K 语音业务，SF=128；ps64k，SF=32；ps144k，SF=16；ps384k，SF=8 。有 49 种时隙格式。主要的参数有：初始发射功率、PowerMax 、 PowerMin、PO1/PO2/PO3、Td、时隙格式。功控算法 1（1 时隙）
11、、2（3 时隙） 。功率范围是：-3515dB（相对于 CPICH 信道）码道之间互相正交。构成：第 8 页 共 22 页One radio frame, Tf = 10 msTPC NTPC bitsSlot #0Slot #1 Slot #i Slot #14Tslot = 2560 chips, 10*2k bits (k=0.7)Dat2Ndat2 bitsPCHTFCI NTFCI bits Pilot Npilot bitsDat1Ndat1 bitsPCHDPCH DPCH对于某种业务，SF 是固定不变的。不同的速率下，会插入不同数量的 DTX。可由 TFCI 来指示本 TTI
12、传送的数据的编码、解码参数。Pilot 用于进行物理信道的 BER 的计算，其范围是 055。TPC 用于传递 UE 的上行发射功控命令。用 4406 可以观察每时隙的各个域的数值。第 9 页 共 22 页第 10 页 共 22 页1.2 上行信道的构成1.2.1 PRACH 信道（PreambleMessage ）用于发起呼叫或进行位置登记。由两部分构成。需要射频的指标是 AGC 的反映速度。One aces lot p-ap-mp-Pre-ambl Pre-ambl Mesage partAcq.Ind.AICH acesslot RX tUEPRACH acesslot TX tUE1.
13、2.2 DPCCH/DPDCH 信道DPCCH 与 DPDCH 是码分的。DPCCH 使用 SF=256，OVSF=0，在 Q 路上传输。DPDCH 的 SF=4-256，OVSF=SF/4，在 I 路上传输。Pilot Npilot bits TPC NTPC bitsDatNdat bitsSlot #0Slot #1 Slot #i Slot #14Tslot = 2560 chips, 10 bits1 radio frame: Tf = 10 msDPCHDPCH FBI NFBI bitsTFCI NTFCI bitsTslot = 2560 chips, Ndat = 10*2k
14、 bits (k=0.6)观察到的符号能量图：第 11 页 共 22 页2 功率控制2.1 功控的分类内环功控 闭环功控上行下行算法 1 每时隙调整一次算法 2 每 3 时隙调整一次算法 1 每时隙调整一次算法 2 每 5 时隙调整一次外环功控功率控制 DPCH 使用利用上下行的 DPCH 的TPC 来实现在发起呼叫时的 Prach 上与初始建立的 DPCH 使用上行 在 RNC 上实现下行 在 UE 上实现开环功控第 12 页 共 22 页2.2 功率控制的符号能量图从图纸可以看出：1） step2dB；2） 共有 6 个不同的功率电平，即功率的范围是 5*2=10dB.每时隙的功率的变化是
15、从上时隙的插入导频开始，到本时隙的 data2 的最后一个符号能量为止的两帧之内的 DPCH 的功率的波动第 13 页 共 22 页2.3 功控的功能克服远近效应克服快速衰落2.4 影响功控性能的参数SIR 的 3 测量精度延时步长PowerRaiseLimited/WindowsizePO1/2/3 的参数设置3 越区切换3.1 软切换基站之间的切换。过程：UE 测量、上报、判决、实施。第 14 页 共 22 页3.2 更软切换同一个基站的不同扇区之间的切换。3.3 硬切换不同频点之间的切换。4 分集技术4.1 发射分集RAKE 接收机是一种时间上的分集，将不同时刻到达的信号经过延迟后叠加到
16、一起。发射分集时一种空间上的分集。发射分集技术是抵抗衰落、提高链路性能的一项有效技术，发送分集技术可以分为两大类：开环模式与闭环模式，二者的主要区别在于基站发射机是否利用一动态的反馈信息（FBI）控制信道的状态。在开环模式下，基站发送前馈信息而无需知道信道状态信息，移动台可以用线性处理或最大似然译码获得发送数据。在闭环模式下，基站需要通过移动台的反馈通道获得信道的状态信息，以调整发送天线间的权重（包括相位与幅度） ，使移动台的接收功率达到最大。在 3GPP 中，规定了开发发射分集与闭环发射分集两种分集方式。其中闭环发射分集有分为模式1、模式 2，其中模式 1 只调整发射的相位，模式 2 同时调
17、整发射的相位与幅度。下表介绍了下行的各个物理信道类型上开环和闭环发射分集模式的可能应用。下行物理信道上 Tx 分集模式的应用“X“ 可以应用, “ 不可应用第 15 页 共 22 页物理信道类型 开环模式 闭环TSTD STTD 模式P-CCPCH X SCH X S-CCPCH X DPCH X XPICH X PDSCH X XAICH X CSICH X 允许在同一个物理信道上同时选用 STTD 和闭环模式。如果在任何一个下行物理信道上选用了发射分集，那么在 P-CCPCH 和 SCH 也将选用发射分集。此外，在 PDSCH 帧上选用的发射分集模式同样也作为与 PDSCH 帧相关联的 D
18、PCH 上选用的发射分集模式。在 PDSCH 帧的持续期间，以及 PDSCH 帧之前的一个时隙期间，与之相关联的DPCH 所选用的发射分集模式（开环或闭环）是不能改变的。然而，闭环模式 1 和闭环模式 2 之间的转换是允许的。下行开环发射分集采用了空时分组码发射天线分集(STTD)。在 UTRAN 中，STTD 编码为可选用的。对于 UE 则是强制支持的。STTD 编码用于四个连续信道比特分组。信道比特 b0, b1, b2, b3 的通用STTD 编码器的框图如下图所示。信道编码、速率匹配和交织是按照非分集模式进行的。对 DTX 时，比特 bi 表示实数值0 ，其余为1，-1 。b0 b1
19、b2 b3 b0 b1 b2 b3-b2b3 b0 -b1天 线 1天 线 2信 道 比 特天 线 1和 天 线 2的 STTD编码 信 道 比 特STTD 编码器的通用模块框图第 16 页 共 22 页时分发射分集（TSTD）仅用于 SCH。SCH 的 TSTD 编码在 UTRAN 侧是可选的，对于 UE 是强制支持的。UE 侧和 UTRAN 侧都必须支持两种闭环发射分集模式。支持 DPCH 闭环模式发射分集的发射机的大概结构如下图所示。信道编码、交织和扩频与非分集模式相同。扩频后的复信号送到两个发射天线，并被天线的特定加权因子 w1 和 w2. 加权。通常情况下加权因子为复数，即 wi =
20、 ai + jbi 。加权因子(其实就是对应的闭环模式 1 下的相位调整量和闭环模式 2 下的相位/幅度调整量)由UE 决定，并利用上行 DPCCH 的 FBI 字段的 D 比特通知 UTRAN 接入点(即小区收发信机)。对闭环模式 1，两个不同的天线发射的 DPCCH 的专用导频符号不同(正交)；对闭环模式 2，在两个不同的天线上发射的 DPCCH 上的专用导频符号相同。 Spread/scramble w 1w 2D PCH DPCH P Rx Rx CPIH 1 Tx CPIH 2Ant 1Ant 2Tx Weight Genration w 1 w 2Detrmine FBI mesa
21、ge fro Uplik DPCH 支持 DPCH 闭环模式发射分集的下行发射机的大概结构在 3GPP TS25.101/TS34.121 中，对 UE 的 12.2K 业务在不分集、STTD 发射分集、闭环发射分集模式 1、2 的情况下，在多经衰落信道 CASE1 下的接收性能指标分别做了规定，见下表。工作模式 orcIEDPCH_说明不分集 -15dBSTTD 开环发射分集 -16.8dB 信号功率降低 1.8dB，相当于增加 51第 17 页 共 22 页的用户容量闭环发射分集模式 1 -18dB 信号功率降低 3dB，相当于下行增加了100的用户容量闭环发射分集模式 2 -18.3dB
22、 信号功率降低 3.3dB，相当于下行增加了 114的用户容量对于发射分集的性能，有很多的仿真结果。东南大学发表在 2002 年第 8 期电子学报的文章WCDMA 系统发送分集的性能分析中介绍了他们的仿真结果。仿真测试条件：传输速率 240kps，交织器的交织块大小为 3275，1/3 卷积编码，约束程度 9 信道模型为 M.1225，假设理想的信道估计且完全同步。仿真研究结果表明：在步行环境下，开环、闭环发送分集和单天线发送相比，RAKE 接收误码率的改善相当显著，在 BER=0.001 时，性能增益大于 4.5dB。闭环发射模式的接收性能门限优于开环分集模式，闭环模式 2 相对于开环分集的
23、性能增益大于 2dB。见下图：在车速为 25KM/H 时，闭环发送分集和单天线发送相比，RAKE 接收误码率的改善依然相当显著，性能增益改善大于 1.8dB。但各种分集的性能增益已趋接近，闭环分集模式 2 由于需要较长时间的相干支持，接收性能已经劣于闭环分集模式 1。第 18 页 共 22 页不同的车速情况下各种发送技术为使 RAKE 接收机获得 BER=0.001 所需的发送 Eb/No 值的比较表明，在步行环境及低车速的情况下，双天线发送分集提供很大的性能增益，尤其是闭环分集模式。随着移动台的速度的增加，发送分集获得的性能增益迅速减小，其中闭环发射分集的性能迅速减小甚至劣于开环发射分集。这
24、是由于移动速度的增加使信道的相干时间减小，闭环发射分集利用前一个时隙估计的信道参数进行的相位与幅度的调整不能起到使信号功率最大的作用，而开环发射分集只要在连续的两个符号时间内信道参数不变，就能获得级数为 2 的接收性能增益。所以相对于闭环分集模式，开环分集技术的接收性能对移动速度的变化的环境更具有稳定性。但是随着移动速度的进一步增加，信道的相干时间更短，信道的相干宽度变窄，则由于交织和信道编码的抗衰落作用明显，RAKE 接收机分辩的路径数增加，单双天线发送的 RAKE 接收性能趋于一致，此时由双天线发送分集引起的发送端和接收端的额外的下线性处理及增加的的反馈链路都不能导致接收性能的改善。第 1
25、9 页 共 22 页因此，在总的发送比特能量相同的条件下，闭环发射分集模式在步行环境下能够提供比开环分集模式更好的接收性能，开环分集模式的接收性能则在车载环境下比闭环模式更好的稳定性。下面是欧洲的部分研究结果:(Mara Canales1,Performance analysis of diversity transmission modes in UTRA FDD under time-varying multipath channels,)测试条件：WCDMA 120KB/S 的符号速率，不带编码与交织在 3km/H 下 STTD/CL1/CL2 与不分集的接收性能比较第 20 页 共 2
26、2 页在 50km/H 下 STTD/CL1/CL2 与不分集的接收性能比较120km/H 下 STTD/CL1/CL2 与不分集的接收性能比较 STTD/CL1/CL2 不同车速情况下与不分集的性能比较第 21 页 共 22 页4.2 接收分集双天线接收分集能够带来明显的能量增益与抗衰落分集增益，改善上行的接收质量，并增加上行所能容纳的用户的数量，但也增加了基带处理的成本与天馈线的成本，明确接收分集的增益可以使我们灵活选择系统的配置与组网的方式，达到最佳的性价比。（Siavash M. Alamouti, A Simple Transmit Diversity Technique for W
27、ireless Communications, IEEE JOURNAL ON SELECT AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 16, NO. 8, OCTOBER 1998 1451）测试条件：第 22 页 共 22 页从上图的比较中可以看出，双天线接收技术与单天线接收相比，具有明显的增益，在 BER=0.1%的情况下，增益为 10dB。实际上，即使天线分集与衰落完全无关，利用接收天线分集仍可获得 3dB 的覆盖增益，其原因是来自两个天线的信号可以被相干合并，而接收机的热噪声被非相干合并。3dB 的增益假设了相干合并后信道估计理想化的条件，这 3dB 的增益是由很多接收机的分支搜集能量而获得的，但代价是接收机中硬件复杂度的提高。另外天线分集提供了抗快衰落的增益，因为一般在天线分集之间快衰落相关性很弱。天线分集可以通过空间分集或极化分集获得。下表是一组单天线、双天线、4 天线的性能比较仿真数据Eb/No（ dB）ITU 步行 A 信道 ITU 车载 A 信道单天线 18.8 12.8双天线 11.3 8.5四天线 5.3 5.4仿真数据与实测结果表明，双天线在步行信道下的增益为 6dB,车载信道下的增益为 45dB 。
