Information

UMTS Physical Layer & Radio Interface

UMTS Physical Layer & Radio Interface

Die physikalische UMTS-Schicht und die HF-Schnittstelle unterscheiden sich grundlegend von denen von GSM. Es verwendet CDMA als Mehrfachzugriffsschema und Modulation basierend auf Phasenumtastung, PSK.

Diese unterschiedliche HF-Schnittstelle und physikalische Schicht bedeutete, dass sowohl im Funknetz-Subsystem als auch offensichtlich für die Mobiltelefone oder UEs völlig neue Geräte erforderlich waren.

Die neue HF-Schnittstelle und die physikalische Schicht boten viele Vorteile gegenüber der für GSM verwendeten und ermöglichten höhere Datengeschwindigkeiten und eine allgemeine Leistungsverbesserung.

UMTS-Signalformat für die physikalische Schicht

Eines der Hauptelemente der physischen UMTS-Schicht oder der Funkschnittstelle ist das übernommene Signalformat.

Die physikalische UMTS-Schicht verwendet das Direktsequenz-Spreizspektrumformat, um die Verwendung eines Mehrfachzugriffsschemas zu ermöglichen, das als CDMA (Code Division Multiple Access) bezeichnet wird.

Bei Verwendung von CDMA teilen sich mehrere Benutzer denselben Kanal, aber verschiedenen Benutzern werden unterschiedliche Codes zugewiesen, und auf diese Weise kann das System zwischen den verschiedenen Benutzern unterscheiden.

Das CDMA-Signal beträgt 5 MHz, und in Anbetracht dessen wird die physikalische UMTS-Schicht häufig als Breitband-CDMA, W-CDMA bezeichnet. Dies ist vergleichbar mit den in den USA ansässigen cdmaOne- und cdma2000-Systemen, die eine Bandbreite von 1,25 MHz verwenden.

UMTS-HF-Signaleigenschaften

Ein Schlüsselelement der physikalischen UMTS-Schicht ist die Definition der Eigenschaften des übertragenen Signals. Es ist notwendig, die Gesamtsignalbandbreite und -form so zu definieren, dass Interferenzen für benachbarte Kanäle und Benutzer minimiert werden. Die auf die übertragenen Signale angewendete Impulsformung ist eine Root-Raised-Cosine-Filterung mit einem Roll-Off-Faktor von 0,22.

Der nominelle Trägerabstand beträgt 5 MHz, und die Trägermittenfrequenzen sind normalerweise durch 5 teilbar, die Trägerfrequenz kann jedoch in Schritten von 200 kHz eingestellt werden. Dementsprechend wird die Mittenfrequenz von UMTS-Trägern mit einer Genauigkeit von 200 kHz angegeben. Diese Anpassung kann verwendet werden, um den Bedienern eine flexiblere Nutzung ihres verfügbaren Spektrums zu ermöglichen.

Ein wichtiges Merkmal des Signals ist die Art und Weise, wie sich das Signal auf beiden Seiten des zentralen Bereichs ausbreitet und andere Kanäle beeinflusst. Eine vollständige Isolierung oder unendliche Filterung ist niemals möglich. Daher werden Spektralmasken definiert, die Elfen zeigen, die zur Einhaltung des Standards erreicht werden müssen.

Im Diagramm des UMTS-Signals der physikalischen Schicht ist das Leckageverhältnis des benachbarten Kanals dargestellt. Dies ist ein Maß für den Signalpegel, der in benachbarten Kanälen auftritt. ACLR1 ist der Pegel im Kanal eins nach oben oder unten vom Signal und ACLR2 ist zwei Kanäle nach oben oder unten.

Die Anforderungen sind für Basisstationen / NodeBs nicht überraschend strenger als für Mobilteile oder UEs.


ACLR-Anforderungen für UMTS-HF-Signal
ACLR1ACLR2
UE / Mobilteil *33dB43dB
Basisstation45dB50dB

* ACLR-Werte für Mobilteile mit Leistungsklassen von 21 dBm und 24 dBm.

Synchronisation

Der für den Betrieb des WCDMA-Systems erforderliche Synchronisationsgrad wird vom primären Synchronisationskanal (P-SCH) und vom sekundären Synchronisationskanal (S-SCH) bereitgestellt. Diese Kanäle werden anders behandelt als die normalen Kanäle und werden daher nicht mit den OVSFs und PN-Codes verteilt. Stattdessen werden sie mithilfe von Synchronisationscodes verteilt. Es werden zwei Typen verwendet. Der erste wird als Primärcode bezeichnet und auf dem P-SCH verwendet, und der zweite wird als Sekundärcode bezeichnet und auf dem S-SCH verwendet.

Der Primärcode ist für alle Zellen gleich und ist eine 256-Chip-Sequenz, die während der ersten 256 Chips jedes Zeitschlitzes übertragen wird. Dies ermöglicht es dem UE, mit der Basisstation für den Zeitschlitz zu synchronisieren.

Sobald das UE die Zeitschlitzsynchronisation erreicht hat, kennt es nur den Start und den Stopp des Zeitschlitzes, aber es kennt keine Informationen über den bestimmten Zeitschlitz oder den Rahmen. Dies wird unter Verwendung der sekundären Synchronisationscodes erreicht.

Es gibt insgesamt 16 verschiedene sekundäre Synchronisationscodes. Ein Code wird zu Beginn des Zeitfensters gesendet, d. H. Die ersten 256 Chips. Es besteht aus 15 Synchronisationscodes und es gibt 64 verschiedene Verschlüsselungscodegruppen. Bei Empfang kann das UE bestimmen, vor welchem ​​Synchronisationscode der Gesamtrahmen beginnt. Auf diese Weise kann das UE eine vollständige Synchronisation erreichen.

Die Verschlüsselungscodes in dem S-SCH ermöglichen es dem UE auch zu identifizieren, welcher Verschlüsselungscode verwendet wird, und somit kann es die Basisstation identifizieren. Die Verschlüsselungscodes sind in 64 Codegruppen mit jeweils acht Codes unterteilt. Dies bedeutet, dass das UE nach Erreichen der Rahmensynchronisation nur einen von acht Codes zur Auswahl hat und daher versuchen kann, den CPICH-Kanal zu decodieren. Sobald dies erreicht ist, kann es die BCH-Informationen lesen und ein besseres Timing erzielen, und es kann den P-CCPCH überwachen.

UMTS-Leistungssteuerung

Wie bei jedem CDMA-System ist es wichtig, dass die Basisstation alle UEs mit ungefähr demselben Leistungspegel empfängt. Wenn nicht, sind die weiter entfernten UEs weniger stark als diejenigen, die näher am Knoten B liegen, und sie werden nicht gehört. Dieser Effekt wird oft als Nah-Fern-Effekt bezeichnet. Um dies zu überwinden, weist der Knoten B diese Stationen näher an, ihre Sendeleistung zu verringern, und diejenigen weiter entfernt, ihre zu erhöhen. Auf diese Weise werden alle Stationen mit ungefähr der gleichen Stärke empfangen.

Es ist auch wichtig, dass Knoten Bs ihre Leistungspegel effektiv steuern. Da die von den verschiedenen Knoten Bs übertragenen Signale nicht orthogonal zueinander sind, ist es möglich, dass Signale von verschiedenen stören. Dementsprechend wird ihre Leistung auch auf das Minimum beschränkt, das von den bedienten UEs gefordert wird.

Um die Leistungsregelung zu erreichen, werden zwei Techniken angewendet: offener Regelkreis; und geschlossener Regelkreis.

Open-Loop-Techniken werden während des anfänglichen Zugriffs verwendet, bevor die Kommunikation zwischen dem UE und dem Knoten B vollständig hergestellt wurde. Es arbeitet einfach, indem es eine Messung der empfangenen Signalstärke durchführt und dadurch die erforderliche Sendeleistung schätzt. Da die Sende- und Empfangsfrequenzen unterschiedlich sind, sind die Pfadverluste in beiden Richtungen unterschiedlich, und daher kann dieses Verfahren nur eine gute Schätzung sein.

Sobald das UE auf das System zugegriffen hat und mit dem Knoten B in Verbindung steht, werden Techniken mit geschlossenem Regelkreis verwendet. In jedem Zeitfenster wird eine Messung der Signalstärke durchgeführt. Infolgedessen wird ein Leistungssteuerbit gesendet, das anfordert, die Leistung zu erhöhen oder zu verringern. Dieser Prozess wird sowohl für die Aufwärts- als auch für die Abwärtsverbindungen durchgeführt. Die Tatsache, dass der Leistungssteuerung nur ein Bit zugewiesen ist, bedeutet, dass sich die Leistung ständig ändert. Sobald es ungefähr das richtige Niveau erreicht hat, würde es um ein Niveau auf und ab gehen. In der Praxis würde sich die Position des Mobiltelefons ändern oder der Pfad würde sich aufgrund anderer Bewegungen ändern, und dies würde dazu führen, dass sich der Signalpegel bewegt, sodass die kontinuierliche Änderung kein Problem darstellt.

Das UMTS-HF-Signal und die Schnittstelle unterscheiden sich stark von denen des vorherigen 2G-GSM-Systems. Die neue RF-Schnittstelle bot jedoch ein verbessertes Leistungsniveau in Bezug auf die Datenfähigkeit und die Anzahl der Benutzer, die unterstützt werden konnten. Als solches bot 3G UMTS eine viel bessere HF-Leistung und war besser in der Lage, die Anforderungen der wachsenden Anzahl von Mobilfunknutzern zu erfüllen.

Themen zu drahtloser und drahtgebundener Konnektivität:
Grundlagen der Mobilkommunikation2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT SchnurlostelefoneNFC- NahfeldkommunikationNetzwerkgrundlagenWas sind die CloudEthernetSerial-DatenUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Kehren Sie zu Wireless & Wired Connectivity zurück

Schau das Video: Mod-06 Lec-36 3G WCDMA Module- 3 (November 2020).