WCDMA原理优质课件.ppt

1、2课程目标了解了解CDMA技术相比其它多址技术相比其它多址技术的优点技术的优点了解了解WCDMA技术的基本原理技术的基本原理了解了解WCDMA系统采用的关键系统采用的关键技术技术学习完本课程，您将能够：学习完本课程，您将能够：3课程内容第一章第一章 多址技术和双工技术多址技术和双工技术第二章第二章 WCDMA基本原理基本原理第三章第三章 WCDMA 后续增强技术后续增强技术4频分双工（频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行）：以不同频率区分上行和下行 WCDMA、cdma2000使用FDD 优点：实现简单 缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低时分双工（时分双工（TD

2、D）：以不同时隙区分上行和下行）：以不同时隙区分上行和下行 TD-SCDMA使用TDD 优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙，频谱利用效率高 缺点：实现较复杂，需要GPS同步 和和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难双工技术：区分用户的上行/下行信号频率频率时间时间功率功率FDMA频率频率时间时间功率功率TDMA多址技术：区分不同用户功率功率时间时间CDMA频率频率6多址技术比较 FDMA TDMA CDMA 容量容量 1461020 载干比载干比(C/I)18dB 9dB -8-6dB 实现难度实现难度 易易 中中

3、难难7码分多址（CDMA）的技术特点 优点优点 抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高 CDMA系统的用户容量是软容量，具备一定的话务自适应能力（小区呼吸）保密性强：扩频后的信号近似白噪声 缺点缺点 占用带宽较大 CDMA系统是自干扰系统系统内用户互相干扰 技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等8课程内容第一章第一章 多址技术和双工技术多址技术和双工技术第二章第二章 WCDMA基本原理基本原理第三章第三章 WCDMA 后续增强技术后续增强技术9WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射

4、频发射射频接收无线信道10常用术语 比特（比特（Bit），符号），符号(Symbol)，码片，码片(Chip)经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”经过信道编码和交织后的数据称为“符号”经过最终扩频得到的数据称为“码片”处理增益处理增益 最终扩频速率和比特速率的比 在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的11WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道12 WCDMA系统采用系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码）语音编码 编码共有8种

5、，速率从12.2Kbps4.75Kbps 多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于设计多模终端 根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话 根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省部分功率，从而容纳更多用户WCDMA的信源编码13信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型14WCDMA的信道编码 信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号到干扰的情况下恢复信号 1

6、2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 编码类型编码类型 语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9，加8个尾比特 数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行级联卷积码（PCCC）构成，加6个尾比特15交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响干扰带来的影响交织1 2 3 4 5 6 7 8.452 453 454 816.456210.450614.45419.449412.452715.455311.451513.453.B0 B1 B2

7、B3 B4 B5 B6 B7A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5,C1 B6,C2 B7,C3一次交织：一次交织：二次交织：二次交织：16信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型17码序列的相关性(a)(b)相关（相关性100）不相关（0相关）+1-1+1-1+1-1+118扩频原理19解扩原理20系统所允许的最大干扰电平系统所允许的最大干扰电平解调门限解调门限扩频/解扩原理频域解释 功率谱功率谱可以给所有用户共享的功率可以给所有用户共享的功率a2

8、Tbit=Ebit增益增益其他用户干扰信号其他用户干扰信号EchipEb/No=Ec/Io 增益21WCDMA使用的扩频码：OVSF（Walsh）SF=1SF=2SF=4Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(1,-1)Cch,4,0=(1,1,1,1)Cch,4,1=(1,1,-1,-1)Cch,4,2=(1,-1,1,-1)Cch,4,3=(1,-1,-1,1)OVSF码（码（Walsh）的互相关为零，相互完全正交）的互相关为零，相互完全正交22扩频因子与业务速率符号速率（业务速率校验码）符号速率（业务速率校验码）信道编码信道编码重复或打孔率重复或打孔率码片速率符

9、号速率码片速率符号速率扩频因子扩频因子 WCDMA 业务速率384Kbps，信道编码1/3Turbo码，符号速率960Ksps 扩频因子4，码片速率3.84Mcps Cdma2000-1x 业务速率9.6Kbps，信道编码1/3卷积码，符号速率19.2Ksps 扩频因子64，码片速率1.2288Mcps23信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型24码序列的自相关和互相关 不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分 互相关函数互相关函数

10、V()=互相关特性决定了多址干扰特性 自相关函数自相关函数 R()=其自相关特性决定了多径干扰特性，比较难找！25扰码生成技术 随机序列（贝努利序列）随机序列（贝努利序列）0和1个数各一半 1或者0连续个数的概率，连续一个为1/2，连续两个为1/4，连续三个为1/8，m序列序列 由移位寄存器生成，是最大长度的线性移位寄存器序列，周期是2n-1（n为移位寄存器长度）其自相关函数只有一个最大值（延迟为零处），其他均为-1，单值性26m序列的生成移位节拍a0a1a2a3反馈值a40100011000102001003010014100115001106011017110108101019010111

11、01011111011111211100131111014110001510001DDDD+a1a0a2a3a4m序列的缺点：只有一个序列，序列的缺点：只有一个序列，不同用户用不同不同用户用不同“节拍节拍”（相位）（相位）区分，对同步要求很高区分，对同步要求很高27Gold序列 Gold序列序列 由m序列的不同相位异或而成 比m序列多得多：2n-1个（n为移位寄存器长度）自相关函数有多值，没有m序列好clong,1,nclong,2,nMSBLSB28Gold序列的自相关函数 自相关函数近似函数，减轻多径干扰 分段后各段的互相关近似为零，减轻多址干扰 良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关

12、很小，可以用于区分用户，进行多址29Gold码的特点 优点：不需要GPS同步，系统灵活性、安全性高 基站可以工作在异步模式 室内覆盖容易实现 缺点：码间干扰比m序列大30扩频、加扰的不同作用 以扰码区分小区（扇区载频）以OVSF码区分小区内不同用户上行、下行扰码不同31信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型32调制的作用 把需要传递的信息送上射频信道把需要传递的信息送上射频信道 不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务

13、的能力的能力 GSM GPRS采用GMSK，数据业务速率最大171.2Kbps EDGE采用8PSK，数据业务速率最大可达到473.6Kbps WCDMA R99/R4采用QPSK，数据业务速率最大2.7Mbps HSDPA采用16QAM，下行数据业务速率最大可达到14.4Mbps33WCDMA R99、R4调制方式：QPSK3(1,1)2(1,0)1(0,1)0(0,0)Symbol paramete Modulating bits34HSDPA（R5）调制方式：16QAM35信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解

14、调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型36无线传播环境：多径环境时间接收信号强度发射信号37无线通信的大敌：衰落距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落38 空间选择性衰落空间选择性衰落 在不同地点（空间）衰落特性不一样 一般是由于物体反射形成 时间选择性衰落时间选择性衰落 在不同时间衰落特性不一样 主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成 频率选择性衰落频率选择性衰落 在不同频率衰落特性不一样 主要由宽带信号的时间色散引起快衰落的类型39空间选择性衰落空间选择性衰落 空间分集：分集天线水平距离大于10倍波长 极化分集：两接收天线极化方

15、向正交 发射分集：克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起）分集技术克服快衰落的主要手段40 开环发射分集开环发射分集 基于时空块编码的发射天线分集（STTD）SCH上的时间切换传输分集（TSTD）闭环发射分集：闭环发射分集：FBTD 发射分集可以提高下行覆盖，使发射分集可以提高下行覆盖，使WCDMA基站覆盖与基站覆盖与GSM 900相当相当WCDMA的发射分集41 时间选择性衰落时间选择性衰落 时间分集信道交织 频率选择性衰落频率选择性衰落 频率分集跳频、扩频 RAKE接收机克服快衰落的手段分集技术42Rake接收机QI合 并 相 加I延 迟 估 计相 位旋 转信 道估

16、 计延 迟均 衡IQ第 一 径第 二 径第 三 径基 带 输入 信 号时 间 量（径 位 置）的相 关 器带 D L L本 地扩 频 码43 最大比合并最大比合并 在接收端由在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，在送入检按照适当的增益系数，同相相加，在送入检测器进行监测测器进行监测 等增益合并等增益合并 在接收端由在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，个分集支路，经过相位调整后，按照相等的增益系数，同相相加，在送入检按照相等的增益系数，同相相加，在送入检测器进行监测测器进行监测 选择性合并选择性合并 在在N个分集支路中选择具有最大信

17、噪比的支路个分集支路中选择具有最大信噪比的支路作为输出作为输出分集接收合并技术445 51 10 01 15 5S SN NR R（d dB B)0 0.0 00 00 01 10 0.0 00 01 10 0.0 01 10 0.1 11 1B BE ER R1 1径径瑞瑞利利2 2径径瑞瑞利利5 5径径瑞瑞利利无无衰衰落落不同多径分集的接收效果45lWCDMA功率控制速度可以达到功率控制速度可以达到1500次次/秒秒功控速度大于衰落速度，可以克服阴影衰落和快衰落降低网络干扰，提高系统质量和容量省电，延长手机的通话时间快速功率控制46课程内容第一章第一章 多址技术和双工技术多址技术和双工技术

18、第二章第二章 WCDMA基本原理基本原理第三章第三章 WCDMA 后续增强技术后续增强技术47第三章 WCDMA后续增强技术48l降低来自其他方向的干扰，提高所需信号方向的接收灵敏度降低来自其他方向的干扰，提高所需信号方向的接收灵敏度l扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量智能天线原理49全向小区三扇区小区智能天线小区智能天线的小区配置50l智能天线可以对高速率用户进行波束跟踪，起到空间隔离、智能天线可以对高速率用户进行波束跟踪，起到空间隔离、消除干扰的作用消除干扰的作用l大大增加系统容量大大增加系统容量l增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质

19、量增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量l提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量l减少发射功率，延长移动台电池寿命减少发射功率，延长移动台电池寿命l提高系统设计时的灵活性提高系统设计时的灵活性智能天线的优点51 现有结果：现有结果：(Arraycomm，京瓷，京瓷)u针对DCS-1800和PHS的产品，提高覆盖范围230%u降低要求基站数目70%，平均降低成本40%实现关键：实现关键：u多波束形成技术u自适应干扰抑制技术u空时二维的RAKE接收技术u多通道的信道估计和均衡技术智能天线研究52对智能天线支持的分析支支持持智智能能天天线线

20、的的关关键键技技术术WCDMAcdma2000多多波波束束切切换换技技术术在整个覆盖区域内实现 在局部热点区域内实现自自适适应应天天线线阵阵列列技技术术标准中定义专专用用导导频频，实现容易未定义下行专用导频，实现困难lWCDMA标准能够更好的支持智能天线技术标准能够更好的支持智能天线技术53第三章 WCDMA后续增强技术54 当前的CDMA接收机基于RAKE 原理，将其他用户的干扰视为噪声 基于RAKE 的CDMA系统的容量受干扰的限制 最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干扰从期望的信号中减去（信号的相干特性是已知的，干扰是确定的）多用户检测（MUD）称为联合检测和干扰对消，降低了

21、多址干扰，从而提高系统的容量 多用户检测可以有效缓解远近效应问题多用户检测技术55课程总结 本课程主要是对WCDMA系统进行一个概要的介绍 通过本课程的学习，大家可以对3G有个概括性的认识，为后续的学习做好铺垫56习 题1、WCDMA主要采用_工作方式，TD-SCDMA主要采用_工作方式，CDMA2000主要采用_工作方式。（FDD、TDD）2、经过信源编码的含有信息的数据称为“_”；经过信道编码和交织后的数据称为“_”；经过最终扩频得到的数据称为“_”。A、码片chip B、符号symbol C、比特bit 3、处理增益是什么？4、请简述WCDMA的通信模型。5、WCDMA系统支持哪些业务速率。57习 题6、WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps，根据用户离基站远近，系统可以自动调整语音速率，减少切换，减少掉话；并且也可以根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，这样可以节省部分功率，从而容纳更多用户，请简述原因。7、WCDMA最高语音业务速率为12.2Kbps，信道编码采用1/3卷积编码，请计算符号速率及扩频因子（码片速率3.84Mcps）58