Τεχνική Spread spectrum ( SS) Δέκτης RAKE Χωρητικότητα WCDMA Έλεγχος Ισχύος ( Power Control )

1. Spread Spectrum systems • Τεχνική Spread spectrum (SS) • Δέκτης RAKE • Χωρητικότητα WCDMA • Έλεγχος Ισχύος (Power Control) • Διαφορική Μετάδοση (Uplink και downlink) • Μεταπομπές στο WCDMA • Δομή δικτύου UMTS

2. Τεχνική Spread Spectrum • • The spread spectrum techniques: • • Direct sequence, DS (WCDMA, IS-95) • • Frequency Hopping (GSM) • • In direct sequence user bits are coded by a unique binary sequence (=Code).The bits of code are called chips. The chip rate (W) is typically much higherthan the bit-rate (R). • • The signal spreading is achieved by modulating the data modulated signal asecond time by wideband spreading signal • • The used code in WCDMA is pseudorandom sequence which is constructed bycombining two codes: • • Orthogonal Variable Spreading Factor, OSVD-code • • Cell specific scrambling code

3. Τεχνική Spread Spectrum • If Tx and Rx are using the same code which are synchronized, the receivednarrowband user data is amplified with the factor of W/R = Processing Gain. • Other power component (=interference) coming to the receiver (other users,background noise) won't have PG • Processing gain includes spreading gain and channel coding gain • The processing gain is different for different services over 3G mobile network (voice,www-browsing, videophone) due to different R • This means that the coverage area and capacity is different for different services

4. Τεχνική Spread Spectrum

5. Τεχνική Spread Spectrum

6. Τεχνική Spread spectrum

7. Τεχνική Spread Spectrum

8. Διαλείψεις σε μια διαδρομή multipath • Φαινόμενο multipath. • Ανάλογα με τις φάσεις των συνιστωσών η συνισταμένη είτε ενισχύεται είτε εξασθενεί. Αυτό προκαλεί την εικόνα των διαλείψεων στην περιβάλλουσα του λαμβανομένου σήματος. • Στον δέκτη RAKEκάθε διαδρομή περιλαμβάνει πολλές συνιστώσες σήματος. Κάθε διαδρομή θεωρείται ότι υφίσταται διαλείψειςανεξάρτητες από τις λοιπές διαδρομές(typically Rayleigh fading).

9. Καθυστέρηση Διαδρομής • Το φαινόμενο multipath προκαλεί πολλές κορυφές στην έξοδο του προσαρμοσμένου φίλτρου (MF) του δέκτη • Αντιστοιχεί μια διαδρομή σε κάθε κορυφή

10. Συγχρονισμός Προσαρμοσμένο φίλτρο Δέκτη Για να συμπτυχθεί το λαμβανόμενο σήμα με τον κατάλληλο κώδικα πρέπει να υπάρχει συγχρονισμός. Αυτός ανιχνεύεται με το κατάλληλο Προσαρμοσμένο φίλτρο

11. Δέκτης RAKE

12. Δέκτης RAKE

13. Multipath Channel

14. Χωρητικότητα WCDMA

15. Χωρητικότητα WCDMA Ισχύς Λήψης (ενός χρήστη στον BS) συναρτήσει του #χρηστών στη κυψέλη N=-103 dBm ρ=5 dB R=12.2 kbps W=3.84 Mcps

16. Μετάδοση WCDMA

17. Έλεγχοι Ισχύος Το πρόβλημα “Near-far”

18. Βρόγχοι ρύθμισης Ισχύος • Ο έλεγχος ισχύος (PC) διασφαλίζει πως κάθε MSκαι BS ενώ εκπέμπουν αρκετή ισχύ για την μετάδοση της πληροφορίας, προκαλούν την ελάχιστη δυνατή παρεμβολή στους λοιπούς χρήστες.Υπάρχουν 3 διαφορετικοί έλεγχοι: • 1) Έλεγχος Ανοικτού βρόγχου για αρχική ρύθμισηισχύος του MS • 2) Έλεγχος Κλειστού βρόγχου(TPC)(με συχνότητα of 1.5 KHz στο UMTS) • •Αντισταθμίζει τις διαλείψεις (fast and slow fading) • • Χρησιμοποιείται τόσο στο UL όσο και στο DL • • Θέτει μια (σταθερή) τιμήστόχου ποιότητας (SIR)targetστα MS / BS • 3) Έλεγχος εξωτερικού βρόγχου • • Θέτει το (SIR)targetτου PC ανοικτού βρόγχουβάσει του FER που ανιχνεύεται στονΕλεγκτή του Δικτύου (RNC) • • Αντισταθμίζειμεταβολές στις συνθήκες μετάδοσης • • Ρυθμίζει την τιμή του (SIR)targetγια την επίτευξη τιμής στόχου για ταFER/BER/BLER ανάλογα με: • – την ταχύτητα του MS και • – την διαθέσιμη πολυδιαδρομική διαφορησιμότητα • • Χρησιμοποιείται τόσο στο UL όσο και στο DL

19. Έλεγχος Κλειστού Βρόγχου Fast closed loop PC (TPC)

20. Έλεγχος Κλειστού Βρόγχου Fast closed loop PC (TPC)

21. Έλεγχος Εξωτερικού Βρόγχου(Uplink) • Ο έλεγχος κλειστού βρόγχου προσπαθεί να διατηρήσει σταθερό SIR. Αυτό όμως δεν διασφαλίζει, το απαιτούμενο FER (που μπορεί να θεωρηθεί σαν το κριτήριο ποιότητας της ζεύξης). • Επομένως η πληροφορία για το FER μεταδίδεται στον έλεγχο εξωτερικού βρόγχου που ρυθμίζει το SIRtargetή SIR setpointσύμφωνα με αυτήν.

22. WCDMA Handover types • Intra-system handovers • • Intra-frequency handovers • • softer (MS is connected to two sectors of the same BSsimultaneously) • • soft (MS is connected to two sectors of different BSs simultaneously) • • hard (MS is connected to only one sector at time. Causes short dealys) • • Inter-frequency handovers • • hard (MS is connected to only one sector at time working at differentfrequencies. Causes short dealys) • • between cell layers (from large macrocells to small microcells, for example) • • Inter-system handovers • • Handover WCDMA -GSM900/1800 • • Handover WCDMA -some other system as well

23. Soft/softer handover • In Soft handover the mobile is connected to two or more base stations (or sectors in thecase of softer HO) at the same time. This means that the same information flows throughmany BSs. The receiver combines these signals. • The MS enters to soft handover state if the difference between measured pilot signals (ormeas. pilot Ec/I0 to be exact) from several BSs are within the threshold value • See figure: when the mobile is close to the cell border between BS1 and BS2 and transmitswith a very high power it might interfere the neighboring cell (BS2). However, with the softhandover this mobile is connected also to BS 2 which allocates RAKE fingers for thatmobile and collects all its signal energy. The mobile is also power controlled by both of BS.

24. Why use soft / softer handovers ? • + Decreases interference from one sector/BS to another  Increases capacity • • Without soft/softer handover the interference power wouldbe very high because the same frequency is used in adjacentcells • + Coverage gain due to diversity • • The signal to other BS can be temporarily very weak. Becauseof the soft/sofer handover branch the resulting signal can berelatively good • • Seamless handover • • No delays in the handover • – Requires additional resouces at the BS + additional signalling

25. Softer Handover • softer handover is handled byBS internally • softer handover probabilityabout 5 - 15 % • no extra transmissionsbetween BSs needed • basically same RAKE MRCprocessing as formultipath/antenna diversity(BS / S). More RAKE fingersneeded. • provides additional diversitygain • softer handover does createadditional interference andneeds BS LPA resources

26. Soft handover • • Softer handover probabilityabout 20 - 40 % • • Extra transmissions needed • • UL / DL soft HO diversityprocessing very different • • MS: MRC RAKE combining • • RNC/BS: frame selection • Except for the TPC symbol exactly the sameinformation (symbols) is sent via air. • Differential delay in order of fraction of symbolduration • The combination point (UL)depends on the networkarchitecture (RNC or BS)

27. Intersystem Handover • Seamless coverage extension for CDMA with existing GSM network • Capacity extension for GSM with load sharing between WCDMA and GSM • Service control - different services to different networks •Load reasonhandover •Coveragereasonhandover •Service reasonhandover

28. UL receiver diversity • Two antennas receive multipaths with different phases sum field(receive envelope) of the antennas are uncorrelated • With diversity combining (maximum ratio combiningm MRC, in WCDMA)the total received SIR is maximised • UL diversity decreses the received Eb/N0 and transmitted Eb/N0 betterradio performance • Additional antenna is just like additional multipath, so it needs additionalRAKE finger

29. DL receiver diversity • • Space diversity is not applicable in MS because the separation between two MS antennawould be too small branches would be correlated • • The DL diversity has been implemented as Tx diversity • • Two methods: • • Open loop diveristy: two BS antennas have been coded differently and the decodercan combine the signals optimally • • closed loop diversity: the mobile asks BS to change the phase difference between Txantennas to obtain optimum performance • • Gain against fast fading can be achieved, almost as much as in UL diversity

30. Coverage and capacity planning • • In CDMA coverage and capacity are tight together: • • When the number of users increases, the interference levels increases andtherefore the needed powers in order to keep constant quality. Due to infinitepower resources this means that the coverage decreases. • • This leads to Cell Breathing: the coverage area changes as the load of the cellchanges • • Therefore, the coverage and the capacity has to plan simultaneously • • Effective control of cell breathing by radio resource management (RRM) is neededin WCDMA