Laboratorio di El&Tel
Caratterizzazione di trasmissioni WCDMA
Mauro Biagi - Fabrizio Palma
Outline
• Spreading del Segnale
• Codici di accesso
• Despreading e demodulazione
• Canali di segnalazione e controllo
• Downlink e Uplink
• Strumentazione e set-up
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Allocazione di Banda
Caratterizzazione trasmissioni WCDMA
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Dal bit al Chip
3840 Kcps
Chip period 0.2604 ms
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Pagina 4
UN BIT (0 o 1) IN FASE
Q
I
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Pagina 5
UN BIT (0 o 1) IN QUADRATURA
Q
I
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Pagina 6
Un BIT IN FASE
+ Un BIT IN QUADRATURA
Q
I
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Spreading
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Pagina 8
De-Spreading
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Variable Spreading Factor
Spreading factor (SF) =chip rate/bit rate
475 Kb/s
240 Kb/s
950 Kb/s
Codice 1.042 ms
SF=4
Codice 2.083 ms
SF=8
Codice 4.167 ms
SF=16
Chip period 0.2604 ms
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orthogonal variable spreading factor (OVSF)
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Uso di spreading factor (OVSF) variabili
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Combinazione di più canali
SF=8
CODE 1:
00110011
Caratterizzazione trasmissioni WCDMA
SF=8
CODE 2:
00111100
+
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MOLTIPLICAZIONE CHIP A CHIP E INTEGRAZIONE PER SINGOLO PERIODO
Caratterizzazione trasmissioni WCDMA
RISULTATO: 0
1
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0
1
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MOLTIPLICAZIONE CHIP A CHIP E INTEGRAZIONE PER SINGOLO PERIODO
Caratterizzazione trasmissioni WCDMA
RISULTATO: 1
1
0
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0
1
Pagina 15
30k
128
30k*128=3840k
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Pagina 16
120k
32
120k*32=3840k
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One of the major differences between W-CDMA and IS-2000
is that W-CDMA supports asynchronous base stations, whereas
IS-2000 relies on synchronized base stations. With synchronized
base stations, all cells (or sectors) can use shifts of the
same scrambling code, so that a cell is identified by a unique
code phase shift of the scrambling code. On the other hand,
without time and frequency synchronization between base stations,
using different phases of the same code for scrambling
is not sufficient to resolve the code ambiguity in the presence
of time ambiguity. Thus, in an asynchronous CDMA system,
cells can only be identified by using distinct scrambling codes.
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W-CDMA uses
512 downlink primary scrambling22/12/2015
codes, allowing
unique cell identification in every cluster of 512 cells
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UN BIT IN FASE
+ UN BIT IN QUADRATURA
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SCRAMBLING COMPLESSO
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Spreading factor (OVSF) e codici di scrambling (SC)
permettono di distinguere
stazioni radio base (BTS) e utenti (DL)
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Spreading factor (OVSF) e codici di scrambling
permettono di distinguere
stazione radio base (BTS) e utente (UL)
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Caratterizzazione trasmissioni WCDMA
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The CPICH (Common Pilot CHannel) a continuous loop broadcast of the BTS
scrambling code. As described earlier, the scrambling code provides identification of the
BTS transmission. The UE uses the CPICH as a coherent reference for precise
measurement of the BTS time reference, as well as to determine the signal strength of
surrounding BTS before and during cell site handover. Since no additional spreading is
applied to this signal, it is quite easy for the UE to acquire a lock to this reference.
This must occur before any other channels can be received.
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The Synchronization CHannel (SCH) carries two sub-channels, the Primary
Synchronization Channel (P-SCH) and Secondary Synchronization Channel (S-SCH).
These channels consist of two codes known as Primary Synchronization Code (PSC)
and Secondary Synchronization Code (SSC). The PSC is a fixed 256-chip code
broadcast by all W-CDMA BTS. During initial acquisition, the UE uses the PSC to
determine if a W-CDMA BTS is present and establish the slot boundary timing of the BS.
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The SSC represents a group, called a code group, of 16 sub-codes,
each with a length of 256 chips. The BTS transmits these codes in an established
order, one SSC sub-code in each time slot of a frame. When a UE decodes 15
consecutive SSC transmissions, it can determine the BTS frame boundary timing, as
well as derive information that will aid in the identification of the BTS scrambling code.
The SCH is transmitted during the first 256 chips of each time slot while
the P-CCPCH (Primary Common Control Physical CHannel) is off (figure 6).
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During the remaining 2304 chips of each slot the PCCPCH is transmitted, which
contains 18 bits of broadcast data (Broadcast Transport Channel (BCH) information) at a
rate of 15 kbps.
Since the cell’s broadcast parameters message will require more than 18 bits, the
broadcast information may span several frames.
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MG3681A Digital Modulation Signal Generator
Example measurement setting screen: Digital modulation setting screen
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MG3681A Digital Modulation Signal Generator
Example measurement setting screen: Channel 9 to 12 and
Additional Channel Edit screen
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MG3681A Digital Modulation Signal Generator
Example measurement setting screen: Scrambling Code Edit screen (Up Link)
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DEMODULAZIONE DEL SEGNALE QPSK
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MISURE DI CARATTERIZZAZIONE
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Adjacent channel interference
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Complementary cumulative distribution function
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Complementary cumulative distribution function
EFFETTO DELLA DELL’AMPLIFICATORE
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ACCURATEZZA DI MODULAZIONE
error vector magnitude (EVM)
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ACCURATEZZA DI MODULAZIONE
error vector magnitude (EVM)
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Simulazione di multipath
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MULTIPATH
un cavo coassiale,
lungo 100m, simula
un cammino multiplo
Generatore di
Segnali
Analizzatore di
Spettro
Att.35dB
ZN2PD2
Cavo
Combinatore
Tramite l’Analizzatore
Vettoriale di Reti se
ne sono caratterizzati i
parametri, in
particolare il
coefficiente di
trasmissione S21,
pari≈-34 dB
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•
•
•
•
•
Impedenza: 50 Ω
Attenuazione ad 1 GHz : 2.52 dB/10m
Attenuazione a 100 MHz : 0.68 dB/10m
Lunghezza : 100 m
Il coefficiente di diminuzione della velocità è
pari a k = 0.66.
• Il ritardo di propagazione lungo il cavo coassiale
è pari a :
k  L 0.66  0.1km
t

 0.22msec
5
c
3.10 km / s
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DL senza cavo,con
PCPCH
e CPICH
Peak EVM:
7,63%
attivi a -6 dBm su Ch1 e Ch5
DL con e senza cavo con ulteriori
2 canali attivi PN9 a -20 dBm e
SF=128
DL con cavo stessi canali attivi
EVM più che raddoppiato
Peak EVM: 18,35%
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Misure in DL con e senza
interferenza del cavo coassiale
Misura in DL senza disturbo con 4 canali attivii
2 canali di invio informazioni hanno SF=128.
Errore per il Ch.6 molto basso,~-53 dBm
Misura ancora in DL senza disturbo
con 4 canali attivi è stato abbassato
lo SF dei 2 canali di invio dati,come
previsto è aumentato l’errore
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Le misurazioni qui riportate
si riferiscono alla medesima
configurazione di canali, in
DL, con Ch.4 e 6 con SF=32
L’errore per lo stesso canale
differisce di ≈ -11 dBm
MISURA con MULTIPATH
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MISURA senza MULTIPATH
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up link
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G =0,5
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G denota la indifferenza
Costellazione
Uplink a -20
di potenza
tra i due
dBm
senza interferenze.
La rotazione
di ±90° dovuta
canali.
allo
complesso
Lascrambling
modulazione
I / Q non
posiziona
semplicemente
con
scrambling
interessai
simboli sugli assi  ciò dipende
il DPDCH e il DPCCH; il
dalla diversa potenza sui due
ramo del DPCCH viene
canali, dal valore di G diverso da
sfasato
didà
90la°nota
( in
1 che non
quadratura).
Pagina 54
configurazione
quadrata
QPSK
Sul Generatore di Segnali è stato
impostato come Pattern Selected
UL_AMR#(.), un modello in uplink
che simula l’invio del DPDCH e del
DPCCH
EVM significativamente
maggiore nel secondo caso
Costellazione di Simboli
Costellazione
in UL,
di Simboli in UL,
misura effettuata senza
misura
bancoeffettuata con il tono
di lavoro (toni
interferenti)
interferente del cavo
coassiale
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Una
volta Access
che il preambolo
stato intercettato
e riconosciuto
dalla
Random
Channel (è RACH
) è un canale di
trasporto in uplink;
BTS,
tramite
l’ Acquisition
Indicator
Channel
(AICH),Indall’
unitàal
è sempre
completamente
ricevuto
dalla cella
complessiva.
addizione
mobile
possibile
l’invio
della
parte
del messaggio,
di tramite
lunghezza
pari a
canale èdedicato
in UL,
i dati
utente
possono
essere inviati
il RACH
è mappato
sul Physical Random Access Channel PRACH.
10che
msec
o 20 msec.
Il PRACH ha come caratteristica principale l’invio di preamboli, che
precedono la trasmissione dati vera e propria.
Tali
usano del
unomessaggio
SF pari a 256
e una “signature
sequence” di
Lo preamboli
SF per la parte
può variare
da
16un
simboli,
lunghezza
complessivadalle
di 4096 chips/preambolo.
valore con
maxuna
di 256
a 32, dipendendo
esigenze di trasmissione, ma è prima oggetto di
L’operazione
RACHdella
non comprende
il controllo di potenza  si Pagina 56
Caratterizzazione trasmissioni
WCDMA network 22/12/2015
approvazione
UTRA
ricorrerà all’ “Open Loop Power Control”
PROCEDURA DEL RANDOM ACCESS CHANNEL
sulla BTS
Quando la tx
dell’AICH
avviene dalla
BTS,si trasmette
il messaggio
Il terminale seleziona random uno dei sub-canali del gruppo RACH che la
sua classe di accesso può usare. Anche la signature è selezionata in modo
random fra tutte le signatures possibili.
Il terminale decodifica il BCH (canale di broadcasting) per trovare i subcanali RACH accessibili, il loro SC e signature.
Viene misurato il livello di potenza in DL, ed in base ad esso viene settato il
livello di potenza del RACH, con un margine appropriato, dovuto al livello di
inaccuracy del controllo ad anello aperto
PROCEDURA DEL RANDOM ACCESS CHANNEL
sulla BTS
Quando la tx
dell’AICH
avviene dalla
BTS,si trasmette
il messaggio
Il preambolo del RACH inviato in 1 msec con la signature selezionata
Il terminale decodifica AICH per capire quale BTS ha intercettato il
preambolo
Nel caso in cui AICH non venga intercettato, il terminale aumenta la
potenza del preambolo in trasmissione, con step dato dalla BTS, come
multipli di 1 dB
I pattern simulano
l’invio dei preamboli e
l’attribuzione della
signature all’utente
“virtuale”
Il protocollo PRE, impostato come “Pattern
Selected” evidenzia l’invio di preamboli
senza la presenza di alcun pacchetto dati
Down-load settato
al canale 4
Il protocollo di trasmissione è
stabilito dalle normative 3GPP
Con i Pattern
Con i pattern
del tipodel
C168
tipo
e
C360 si R168
visualizza
e R360
la trasmissione
si visualizza
la reale
trasmissione in
in UL del
CPCH[Preambolo
Accesso]+[CD
UL del Preambolo]+[mex]
RACH Preamble
+ message
PATTERN PRE
PATTERN C168/C360
INVIO di PREAMBOLI
Il motivo della presenza
dei due preamboli sta nel
fatto che il generatore di
segnali simula una
comunicazione con l’invio
di un
preambolo di
Total
Waveform
accesso, seguito da un
preambolo di
individuazione di
collisione, il quale
precederà la trasmissione
dell’effettivo messaggio
CPCH.
Expand waveform di un
singolo preambolo
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PREAMBOLO RACH
Messaggio (20 msec)
Costellazione non agganciata
SPETTRO del SEGNALE
PATTERN
R168/R30invio
del RACH
Caratterizzazione
trasmissioni WCDMA
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