Caratterizzazione di trasmissioni WCDMA Laboratorio di El&Tel Mauro Biagi - Fabrizio Palma.

Caratterizzazione di trasmissioni WCDMALaboratorio di El&Tel

Mauro Biagi - Fabrizio Palma

11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 2

Outline

• Spreading del Segnale

• Codici di accesso

• Despreading e demodulazione

• Canali di segnalazione e controllo

• Downlink e Uplink

• Strumentazione e set-up

Allocazione di Banda


Chip period 0.2604 s 3840 Kcps

Dal bit al Chip


UN BIT (0 o 1) IN FASE

I

Q


UN BIT (0 o 1) IN QUADRATURA

I

Q


Un BIT IN FASE

+ Un BIT IN QUADRATURA

I

Q


Spreading


De-Spreading


SF=4 SF=8 SF=16

Spreading factor (SF) =chip rate/bit rate

Chip period 0.2604 s

Codice 1.042 s

950 Kb/s

Codice 2.083 s

475 Kb/s

Codice 4.167 s

240 Kb/s

Variable Spreading Factor


orthogonal variable spreading factor (OVSF)


Uso di spreading factor (OVSF) variabili


SF=8CODE 1:00110011

SF=8CODE 2:00111100

+

Combinazione di più canali


MOLTIPLICAZIONE CHIP A CHIP E INTEGRAZIONE PER SINGOLO PERIODO

RISULTATO: 0 1 1 0 1 11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 14

MOLTIPLICAZIONE CHIP A CHIP E INTEGRAZIONE PER SINGOLO PERIODO

RISULTATO: 1 1 0 0 1 11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 15

30k*128=3840k

30k 128


120k 32

120k*32=3840k11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 17


One of the major differences between W-CDMA and IS-2000is that W-CDMA supports asynchronous base stations, whereasIS-2000 relies on synchronized base stations. With synchronizedbase stations, all cells (or sectors) can use shifts of thesame scrambling code, so that a cell is identified by a uniquecode 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 scramblingis not sufficient to resolve the code ambiguity in the presenceof time ambiguity. Thus, in an asynchronous CDMA system,cells can only be identified by using distinct scrambling codes.W-CDMA uses 512 downlink primary scrambling codes, allowingunique cell identification in every cluster of 512 cells

UN BIT IN FASE

+ UN BIT IN QUADRATURA


SCRAMBLING COMPLESSO


Spreading factor (OVSF) e codici di scrambling (SC)permettono di distinguere

stazioni radio base (BTS) e utenti (DL)


Spreading factor (OVSF) e codici di scramblingpermettono di distinguere

stazione radio base (BTS) e utente (UL)


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.


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.


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 establishedorder, 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 whilethe P-CCPCH (Primary Common Control Physical CHannel) is off (figure 6).


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.



Example measurement setting screen: Digital modulation setting screen

MG3681A Digital Modulation Signal Generator


Example measurement setting screen: Channel 9 to 12 and Additional Channel Edit screen



Example measurement setting screen: Scrambling Code Edit screen (Up Link)


DEMODULAZIONE DEL SEGNALE QPSK11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 36

MISURE DI CARATTERIZZAZIONE



Adjacent channel interference


Complementary cumulative distribution function


Complementary cumulative distribution functionEFFETTO DELLA DELL’AMPLIFICATORE


ACCURATEZZA DI MODULAZIONEerror vector magnitude (EVM)

Simulazione di multipath



MULTIPATHun cavo

coassiale, lungo 100m, simula un

cammino multiplo

Generatore di Segnali

Analizzatore di Spettro

Cavo ZN2PD2

CombinatoreTramite

l’Analizzatore Vettoriale di Reti se

ne sono caratterizzati i parametri, in particolare il

coefficiente di trasmissione S21,

pari≈-34 dB

Att.35dB

• 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 :

sec0.22 /10.3

0.1km0.66Lkt

5

skmc11/04/23Caratterizzazione trasmissioni WCDMA Pagina 48


DL senza cavo,con PCPCH e CPICH attivi a -6 dBm su Ch1

e Ch5DL con cavo stessi canali

attivi EVM più che raddoppiato

DL con e senza cavo con ulteriori 2 canali attivi PN9 a -

20 dBm e SF=128

Peak EVM: 18,35%

Peak EVM: 7,63%


Misura in DL senza disturbo con 4 canali attivii 2 canali di invio informazioni hanno SF=128. Errore per il Ch.6 molto basso,~-53

dBm

Misure in DL con e senza interferenza del cavo

coassiale

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


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

MISURA senza MULTIPATH

up link



G =0,5

Costellazione in Uplink a -20 dBm senza interferenze.

La rotazione di ±90° dovuta allo scrambling

complesso non posiziona semplicemente i simboli sugli

assi ciò dipende dalla diversa potenza sui due

canali, dal valore di G diverso da 1 che non dà la nota configurazione quadrata

QPSK

G denota la differenza di potenza

tra i due canali. La modulazione I / Q

con scrambling interessa il DPDCH e il

DPCCH; il ramo del DPCCH viene sfasato di 90°( in quadratura).


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

Costellazione di Simboli in UL, misura effettuata senza

banco di lavoro (toni interferenti)

Costellazione di Simboli in UL, misura effettuata con il tono

interferente del cavo coassiale

EVM significativamente maggiore nel secondo

caso


Random Access Channel ( RACH ) è un canale di trasporto in uplink; è sempre completamente ricevuto dalla cella complessiva. In addizione al canale dedicato in UL, i dati utente possono essere inviati tramite il RACH che è mappato sul Physical Random Access Channel PRACH.

Il PRACH ha come caratteristica principale l’invio di preamboli, che precedono la trasmissione dati vera e propria.

Tali preamboli usano uno SF pari a 256 e una “signature sequence” di 16 simboli, con una lunghezza complessiva di 4096 chips/preambolo.

L’operazione RACH non comprende il controllo di potenza si ricorrerà all’ “Open Loop Power Control”

Una volta che il preambolo è stato intercettato e riconosciuto dalla BTS, tramite l’ Acquisition Indicator Channel (AICH), dall’ unità mobile è possibile l’invio della parte del messaggio, di lunghezza pari a 10 msec o 20 msec.

Lo SF per la parte del messaggio può variare da un valore max di 256 a 32, dipendendo dalle esigenze di trasmissione, ma è prima oggetto di approvazione della UTRA network

PROCEDURA DEL RANDOM ACCESS CHANNEL

sulla BTS

Il terminale decodifica il BCH (canale di broadcasting) per trovare i sub-canali RACH accessibili, il loro SC e signature.

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.

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

Quando la tx dell’AICH avviene dalla BTS,si trasmette il messaggio

PROCEDURA DEL RANDOM ACCESS CHANNEL

sulla BTS

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

Quando la tx dell’AICH avviene dalla BTS,si trasmette il messaggio

Il protocollo PRE, impostato come “Pattern Selected” evidenzia l’invio di preamboli senza la presenza di alcun pacchetto dati

I pattern simulano l’invio dei preamboli e l’attribuzione della signature all’utente “virtuale”

Down-load settato al canale

4

Con i pattern del tipo R168 e R360 si

visualizza la reale trasmissione in UL del RACH Preamble +

message

Il protocollo di trasmissione è stabilito dalle normative

3GPP

Con i Pattern del tipo C168 e C360 si visualizza la

trasmissione in UL del CPCH[Preambolo Accesso]+

[CD Preambolo]+[mex]

INVIO di PREAMBOLI

Expand waveform di un singolo preambolo

Total Waveform

PATTERN PRE PATTERN C168/C360

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 accesso, seguito da

un preambolo di individuazione di collisione, il quale

precederà la trasmissione

dell’effettivo messaggio CPCH.



PREAMBOLO RACH Messaggio (20 msec)

SPETTRO del SEGNALE

Costellazione non agganciata

PATTERN R168/R30invio del RACH

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