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Couche physique UMTS et interface radio

Couche physique UMTS et interface radio

La couche physique UMTS et l'interface RF sont totalement différentes de celles du GSM. Il utilise CDMA comme schéma d'accès multiple et modulation basée sur la modulation par décalage de phase, PSK.

Cette interface RF et cette couche physique différentes signifiaient qu'un équipement totalement nouveau était nécessaire à la fois dans le sous-système de réseau radio et évidemment pour les combinés mobiles ou les UE.

La nouvelle interface RF et la nouvelle couche physique ont fourni de nombreux avantages par rapport à ceux utilisés pour le GSM, permettant des vitesses de données plus élevées et une amélioration générale des performances.

Format de signal de couche physique UMTS

L'un des principaux éléments de la couche physique ou de l'interface radio UMTS est le format de signal qui a été adopté.

La couche physique UMTS utilise un format de spectre étalé à séquence directe pour permettre l'utilisation d'un schéma d'accès multiple appelé Accès multiple par répartition de code, CDMA.

En utilisant CDMA, plusieurs utilisateurs partagent le même canal, mais différents utilisateurs se voient attribuer des codes différents, et de cette manière le système est capable de faire la distinction entre les différents utilisateurs.

Le signal CDMA est de 5 MHz et compte tenu de cela, la couche physique UMTS est souvent appelée CDMA large bande, W-CDMA. Cela se compare aux systèmes cdmaOne et cdma2000 basés aux États-Unis qui utilisent une bande passante de 1,25 MHz.

Caractéristiques du signal RF UMTS

Un élément clé de la couche physique UMTS est la définition des caractéristiques du signal transmis. Il est nécessaire de définir la largeur de bande et la forme globales du signal de manière à minimiser les interférences pour les canaux et les utilisateurs adjacents.La mise en forme d'impulsion appliquée aux signaux transmis est un filtrage en cosinus surélevé avec un facteur de décroissance de 0,22.

L'espacement nominal des porteuses est de 5 MHz et les fréquences centrales des porteuses sont normalement divisibles par 5, mais la fréquence porteuse peut être ajustée par incréments de 200 kHz. En conséquence, la fréquence centrale des porteuses UMTS est indiquée avec une précision de 200 kHz. Cet ajustement peut être utilisé pour fournir aux opérateurs une utilisation plus flexible de leur spectre disponible.

Une caractéristique importante du signal est la manière dont le signal se propage de chaque côté de la zone centrale et affecte d'autres canaux. Il n'est jamais possible d'avoir une isolation complète ou un filtrage infini et donc des masques spectraux sont définis montrant des elfes qui doivent être réalisés pour se conformer à la norme.

Le diagramme du signal de couche physique UMTS montre le taux de fuite du canal adjacent. Il s'agit d'une mesure du niveau du signal qui apparaît dans les canaux adjacents. ACLR1 est le niveau du canal un vers le haut ou vers le bas par rapport au signal, et ACLR2 est deux canaux vers le haut ou vers le bas.

Les exigences ne sont pas étonnamment plus strictes pour les stations de base / NodeB que pour les combinés ou les UE.


Exigences ACLR pour le signal RF UMTS
ACLR1ACLR2
UE / combiné *33 dB43 dB
Station de base45 dB50 dB

* Valeurs ACLR pour les combinés avec des classes de puissance de 21 dBm et 24 dBm.

Synchronisation

Le niveau de synchronisation requis pour que le système WCDMA fonctionne est fourni par le canal de synchronisation primaire (P-SCH) et le canal de synchronisation secondaire (S-SCH). Ces canaux sont traités d'une manière différente des canaux normaux et par conséquent ils ne sont pas étalés en utilisant les codes OVSF et PN. Au lieu de cela, ils sont répartis à l'aide de codes de synchronisation. Deux types sont utilisés. Le premier est appelé le code primaire et est utilisé sur le P-SCH, et le second est appelé un code secondaire et est utilisé sur le S-SCH.

Le code principal est le même pour toutes les cellules et est une séquence de 256 puces qui est transmise pendant les 256 premières puces de chaque tranche de temps. Cela permet à l'UE de se synchroniser avec la station de base pour la tranche de temps.

Une fois que l'UE a obtenu la synchronisation de tranche de temps, il ne connaît que le début et l'arrêt de la tranche de temps, mais il ne connaît pas d'informations sur la tranche de temps particulière, ou la trame. Ceci est obtenu en utilisant les codes de synchronisation secondaires.

Il existe au total seize codes de synchronisation secondaires différents. Un code est envoyé au début de la tranche de temps, c'est-à-dire les 256 premières puces. Il se compose de 15 codes de synchronisation et de 64 groupes de codes de brouillage différents. Lorsqu'il est reçu, l'UE est capable de déterminer avant quel code de synchronisation commence la trame globale. De cette manière, l'UE peut obtenir une synchronisation complète.

Les codes de brouillage dans le S-SCH permettent également à l'UE d'identifier quel code de brouillage est utilisé et par conséquent il peut identifier la station de base. Les codes de brouillage sont divisés en 64 groupes de codes, chacun ayant huit codes. Cela signifie qu'après avoir réalisé la synchronisation de trame, l'UE n'a le choix que d'un code sur huit et il peut donc essayer de décoder le canal CPICH. Une fois qu'il a atteint cet objectif, il est capable de lire les informations BCH et d'obtenir une meilleure synchronisation et il est capable de surveiller le P-CCPCH.

Contrôle de puissance UMTS

Comme pour tout système CDMA, il est essentiel que la station de base reçoive tous les UE à peu près au même niveau de puissance. Si ce n'est pas le cas, les UE qui sont plus éloignés seront moins puissants que ceux plus proches du nœud B et ils ne seront pas entendus. Cet effet est souvent appelé effet proche de loin. Pour surmonter cela, le nœud B ordonne à ces stations plus proches de réduire leur puissance émise et à celles plus éloignées d'augmenter la leur. De cette manière, toutes les stations seront reçues à peu près à la même intensité.

Il est également important que les nœuds B contrôlent efficacement leurs niveaux de puissance. Comme les signaux transmis par les différents nœuds Bs ne sont pas orthogonaux les uns par rapport aux autres, il est possible que des signaux provenant de différents nœuds interfèrent. En conséquence, leur puissance est également maintenue au minimum requis par les UE desservis.

Pour réaliser le contrôle de puissance, deux techniques sont utilisées: boucle ouverte; et boucle fermée.

Des techniques de boucle ouverte sont utilisées lors de l'accès initial avant que la communication entre l'UE et le nœud B ne soit complètement établie. Il fonctionne simplement en effectuant une mesure de la force du signal reçu et en estimant ainsi la puissance d'émission requise. Comme les fréquences d'émission et de réception sont différentes, les pertes de trajet dans les deux sens seront différentes et par conséquent, cette méthode ne peut pas être plus qu'une bonne estimation.

Une fois que l'UE a accédé au système et est en communication avec le nœud B, des techniques en boucle fermée sont utilisées. Une mesure de la force du signal est prise dans chaque tranche de temps. En conséquence, un bit de commande de puissance est envoyé demandant que la puissance soit augmentée ou diminuée. Ce processus est entrepris à la fois sur les liaisons montantes et descendantes. Le fait qu'un seul bit soit affecté à la commande de puissance signifie que la puissance changera continuellement. Une fois qu'il a atteint approximativement le bon niveau, il augmente puis diminue d'un niveau. En pratique, la position du mobile changerait, ou le trajet changerait à la suite d'autres mouvements et cela ferait bouger le niveau du signal, de sorte que le changement continu n'est pas un problème.

Le signal et l'interface RF UMTS sont très différents de ceux du système GSM 2G précédent. Cependant, la nouvelle interface RF a permis d'améliorer le niveau de performance en termes de capacité de données et de nombre d'utilisateurs pouvant être pris en charge. En tant que tel, le 3G UMTS offrait un bien meilleur niveau de performances RF et était plus capable de répondre aux besoins du nombre croissant d'utilisateurs de communications mobiles.

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