WCDMA的基本原理及关键技术.ppt

WCDMAWCDMA系统的基本系统的基本原理及关键技术原理及关键技术中国联通山西省分公司中国联通山西省分公司移动网络建设部移动网络建设部 李翠萍李翠萍20092009年年1 1月月一、第三代移动通信系统概述一、第三代移动通信系统概述二、二、WCDMA系统的主要特点系统的主要特点三、三、WCDMA的基本原理和关键技术的基本原理和关键技术四、四、WCDMA系统的无线资源管理系统的无线资源管理五、五、WCDMA系统主要物理信道系统主要物理信道提纲提纲3G的三个主流标准的三个主流标准3G标准标准 WCDMAWCDMA核心网络：基于MAP TD-SCDMA核心网络：基于MAP CDMA2000核心网络：基于ANSI-41CDMACDMA技术是技术是技术是技术是3G3G的主流技术的主流技术的主流技术的主流技术三大国际标准的技术比较三大国际标准的技术比较(1)WCDMACDMA2000TD-SCDMA最小带宽需求最小带宽需求5MHZ1.25MHZ1.6MHZ扩频技术类型扩频技术类型直接序列扩频直接序列扩频CDMA直接序列扩频直接序列扩频CDMA时分同步时分同步CDMA双工方式双工方式FDDFDDTDD信道间隔信道间隔5MHZ1.25MHZ1.6MHZ码片速率码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps帧长帧长10ms20ms10ms基站间同步基站间同步异步（不需异步（不需GPS)同步（需同步（需GPS)同步（主从）同步（主从）调制方式调制方式QPSK/BPSKQPSK/BPSKQPSK/8PSK扩频因子扩频因子4-5124-2561-16反向信道结构反向信道结构导频导频/TPC/业务信道业务信道/信令信令/分组业务码时分组业务码时分复用分复用导频导频/控制信道控制信道/基本信道基本信道/补充信道码复用补充信道码复用导频导频/TPC/业务信道业务信道/信令信令/分组业务码分组业务码时分复用时分复用三大国际标准的技术比较三大国际标准的技术比较(2)WCDMACDMA2000TD-SCDMA同步检测同步检测:前向前向 反向反向与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与导频信号相干与下行导频时隙相干与下行导频时隙相干与上行导频时隙相干与上行导频时隙相干下行信道导频下行信道导频公共导频和专用导频公共导频和专用导频(采采用导频符号用导频符号,与其他数据与其他数据和控制信息时分复用和控制信息时分复用)公共导频信道公共导频信道(与其他业与其他业务和控制信道码复用务和控制信道码复用)导频和其他信道时分导频和其他信道时分复用复用上行信道导频上行信道导频导频符号和导频符号和TPC以及控制以及控制数据信息时分复用和数据信息时分复用和I/Q复用复用各信道码分复用各信道码分复用(有反向有反向导频信道导频信道)导频和其他信道时分导频和其他信道时分复用复用切换切换硬切换硬切换,软切换软切换,更软切换更软切换硬切换硬切换,软切换软切换,更软切更软切换换硬切换硬切换,接力切换接力切换功率控制速度功率控制速度1500HZ800HZ1400HZ语音编码语音编码自适应多速率语音编码自适应多速率语音编码AMR可变速率可变速率自适应多速率语音编自适应多速率语音编码码AMR业务信道编码业务信道编码卷积码卷积码,码率码率1/2或或1/3,高高速用速用TURBO卷积码卷积码,码率码率1/2或或1/3,高高速用速用TURBO卷积码卷积码,码率码率1/2或或1/3,高速用高速用TURBO控制信道编码控制信道编码卷积码卷积码,码率为码率为1/2前向前向:卷积码卷积码,码率码率1/4反向反向:卷积码卷积码,码率为码率为1/2卷积码卷积码,码率为码率为1/2或或1/3;1/3TURBOIMT-2000的频谱分配(MHz)中国中国3G3G移动通信的频谱分配移动通信的频谱分配60 MHzFDDTDD100 MHz15MHz 40 MHz 178518501755188019201980 201020252110217022002400 Satellite Empty Satellite 2300WCDMA+CDMA2000TD-SCDMA30 MHz 155MHz155MHzWCDMA标准演进标准演进继承2G（GSM、GPRS）的所有业务和功能；核心分为电路域和分组域接入网引入WCDMA；核心和接入之间引入基于ATM的Iu接口。R99 R4 R5R62000.32000.3 2001.32001.3 2002.62002.62005.122005.12 无线引入HSUPAMBMS框架结构的研究继承R99的所有业务和功能；电路域结构发生改变，控制与承载分离MSC采用MSC SERVER和MGW实现；电路域引入分组话音，支持多种承载方式TDM、ATM、IP。继承R4的所有业务和功能；核心网引入IMS（IP多媒体域）；无线引入HSDPA。RAN向IP发展，增强的IP QOS。R99 R99网络结构网络结构R99R99网络特点网络特点R99R99核心思想：核心思想：1.RAN1.RAN引入引入WCDMAWCDMA，基于，基于ATMATM承载替代承载替代TDMTDM承载，采用承载，采用RANAPRANAP替代替代BSSAPBSSAP；2.CN CS2.CN CS部分继承部分继承GSMGSM，继续采用，继续采用TDMTDM承载；承载；3.CN PS3.CN PS继承继承GPRSGPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps384Kbps；R99 R99核心网侧的主要特点和变化：核心网侧的主要特点和变化：1.1.逻辑上划分为逻辑上划分为CSCS电路域和电路域和PSPS分组域分组域2.2.网络架构和网络架构和GSM/GPRSGSM/GPRS保持一致，核心网和接入网之间的保持一致，核心网和接入网之间的IuIu接口引入接口引入ATMATM承载承载;3.3.电路域基于电路域基于TDMTDM承载技术，信令是基于承载技术，信令是基于7 7号信令体系的号信令体系的RANAP,RANAP,MAP,ISUP/TUPMAP,ISUP/TUP；4.4.分组域基于分组域基于GPRSGPRS技术，技术，GTPGTP隧道延伸到接入网；隧道延伸到接入网；5.5.充分考虑充分考虑UMTS/GSMUMTS/GSM系统间互操作系统间互操作,包括系统间切换和漫游的考虑；包括系统间切换和漫游的考虑；6.6.系统安全性的增强，鉴权三元组增强到鉴权五元组，增加终端对网络系统安全性的增强，鉴权三元组增强到鉴权五元组，增加终端对网络的鉴权以及内容的完整性保护等安全功能；的鉴权以及内容的完整性保护等安全功能；7.TC7.TC单元要求放置在核心网侧。单元要求放置在核心网侧。R4R4网络结构网络结构n 核心网电路域引入软交换架构核心网电路域引入软交换架构R4R4网络特点网络特点R4R4核心思想：核心思想：1.1.核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构；核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构；2.2.核心网电路域支持核心网电路域支持TDM/IP/ATMTDM/IP/ATM承载。承载。R4R4核心网侧的主要特点和变化：核心网侧的主要特点和变化：1.R41.R4标准是标准是R99R99标准的超集，反向兼容标准的超集，反向兼容R99R99网络；网络；2.2.电路域引入基于软交换的控制和承载分离构架；电路域引入基于软交换的控制和承载分离构架；3.R43.R4电路域支持电路域支持TDM/ATM/IPTDM/ATM/IP承载；承载；4.4.基于基于IPIP承载，承载，R4R4支持支持SIGTRANSIGTRAN信令；信令；5.5.基于基于ATMATM、IPIP承载承载R4R4支持支持BICCBICC实现局间互通；实现局间互通；6.6.引入引入TrFOTrFO功能，节省传输带宽；功能，节省传输带宽；7.R47.R4标准引入新的业务与网络结构基本无关；标准引入新的业务与网络结构基本无关；8.R48.R4对对MMSMMS、LCSLCS、OSAOSA、STREAMSTREAM等业务做了增强，等业务做了增强，但其业务架构同样适用于但其业务架构同样适用于R99R99的网络结构。的网络结构。R5R5网络结构网络结构u无线侧：引入无线侧：引入HSDPAHSDPA技术，下行数据业务速率最大可达技术，下行数据业务速率最大可达14.4Mb/s14.4Mb/s；u核心网侧：引入核心网侧：引入IMSIMS。R5R5网络的特点网络的特点R5核心思想：核心思想：1.继承R4阶段的CS、PS；2.在PS域叠加以SIP协议为核心的IMS域（IP多媒体）；3.基于IMS控制和PS承载完成对语音、数据、多媒体业务的融合4.IMS被人为下一代NGN标准，实现了移动固定业务的全面融合R5核心网侧的主要特点和变化：核心网侧的主要特点和变化：1.R5引入IP多媒体域IMS，在IMS域实现全业务的融合思路；2.IMS域为叠加域，在R99、R4的网络架构下均可以提前引入；3.基于IETF制订的SIP实现多媒体呼叫建立，更改和终结的信令协议；4.IMS业务提供可以充分发挥强大的IP领域的资源；5.引入可选的IPv6机制，解决用户IP地址的问题以及Qos问题；6.引入HSS，在传统HLR 的用户数据存储基础上，扩展用户的Profile信息提供IMS业务，甚至包括用户的业务逻辑，支持Diameter，XML 协议等R6网络的主要特性：网络的主要特性：采用采用HSUPAHSUPA技术，上行速率提高到技术，上行速率提高到5.76Mb/s5.76Mb/sR7网络的主要特性网络的主要特性:采用采用HSPA，在上下行引入高阶调制，在上下行引入高阶调制，MIMO下行速率提到到下行速率提到到28Mbps，上行速率提高到，上行速率提高到11Mbps R8网络的主要特性网络的主要特性:WCDMA R8，也就是，也就是WCDMA LTE（Long term evolution）空口的接入技术由原来的空口的接入技术由原来的CDMA改为改为OFDM上上/下行速率达到下行速率达到50Mbps/100Mbps，而带宽是，而带宽是20MHz 减少回路时延，提高减少回路时延，提高QosWCDMA R6和后期网络的特点和后期网络的特点CDMA2000标准演进标准演进TD-SCDMA标准发展历程标准发展历程移动宽带化是后续演进趋势移动宽带化是后续演进趋势提纲提纲一、第三代移动通信系统概述一、第三代移动通信系统概述二、二、WCDMA系统的主要特点系统的主要特点三、三、WCDMA的基本原理和关键技术的基本原理和关键技术四、四、WCDMA系统的无线资源管理系统的无线资源管理五、五、WCDMA系统主要物理信道系统主要物理信道WCDMA系统的主要特点系统的主要特点WCDMA具有支持多媒体业务的能力由于WCDMA系统的高带宽，因此WCDMA能够支持从语音到数据到多媒体的业务，同时支持并发业务的通信。快速移动环境，最高速率达144kb/s;室外步行环境，最高速率达384kb/s；HSDPA提供下行速率14.4Mb/sMb/s提供上行速率5.76Mb/sMb/sHSUPAWCDMA系统的主要特点系统的主要特点 WCDMA是一个自干扰系统是一个自干扰系统码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀升现象。升现象。WCDMA网络网络 会议室会议室码信道传输码信道传输 用方言交谈用方言交谈信道功率信道功率 说话声音说话声音保证信道质量保证信道质量 听清对话听清对话信道功率增加信道功率增加 谈话声音提高谈话声音提高功率攀升功率攀升 大家都提高声音大家都提高声音超过线性范围崩溃超过线性范围崩溃 喊破喉咙，仍然听不清喊破喉咙，仍然听不清WCDMA系统的主要特点系统的主要特点 GSMGSM系统系统覆盖和容量都是确定的 GSM网络覆盖主要决定于发射功 率，基站发射或终端发射功率一 旦确定，那么基站的覆盖半径也 相应确定；网络容量主要取决于载频数，一 个载频所能承载的信道数是固定 的覆盖和容量没有直接关系WCDMAWCDMA系统系统容量覆盖 负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小（小区呼吸）质量容量 通过降低部分连接的质量，可以提高系统容量质量覆盖 通过降低部分连接的质量，可以增加覆盖能力n WCDMAWCDMA系统是软容量、软覆盖的系统系统是软容量、软覆盖的系统WCDMAWCDMA所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配WCDMA系统的主要特点系统的主要特点软容量软容量软覆盖软覆盖WCDMA系统的主要特点导频污染导频污染WCDMA系统的主要特点WCDMA系统的频率复用系数为系统的频率复用系数为1WCDMA系统采用CDMA 技术。通过扰码和正交码 区分小区和用户；在网络 规划中，不需要进行频率 规划，但需要扰码规划；GSM采用TDMA技术，不同用户用不同频率和不 同时隙区分；在网络规划 时，需要进行频率规划。区区 别别提纲提纲一、第三代移动通信系统概述一、第三代移动通信系统概述二、二、WCDMA系统的主要特点系统的主要特点三、三、WCDMA的基本原理和关键技术的基本原理和关键技术四、四、WCDMA系统无线资源管理系统无线资源管理五、五、WCDMA系统主要物理信道系统主要物理信道三、三、WCDMAWCDMA的关键技术及基本原理的关键技术及基本原理1、编码技术、编码技术2、码分多址技术、码分多址技术3、扩频技术、扩频技术4、RAKE接收技术接收技术5、多用户检测技术、多用户检测技术6、智能天线技术、智能天线技术1、编码技术、编码技术u CDMACDMA原理图原理图编码技术编码技术信源编码信源编码信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输；最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s;移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s；第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.编码技术编码技术信道编码目的信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息，提高数据传输速率。无纠错编码：无纠错编码：BER10-1 10-2不能满足通信需要卷积编码：卷积编码：BER10-3满足语音通信需要Turbo 码：码：BER10-6满足数据通信需要n信道编码的特点信道编码的特点信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）使用编码增加了无效负荷和传输时间适合纠正非连续的少量错误编码技术编码技术信道编码信道编码床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国编码技术编码技术 卷积码卷积码译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务和低速数据业务；误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。TURBO TURBO 码码译码复杂（LOGMAP算法），时延较长；误码率低（可以达到106）。编码速率为1/3适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务编码技术编码技术交织编码技术交织编码技术时间幅度到译码器到译码器原始数据1 2 3 4 5 6 7 8 9交织矩阵交织矩阵1 2 34 5 67 8 9发射机发射机交织后的数据1 4 7 2 5 8 3 6 9射频传输信道经过空中传输后的交织数据1 4 7 2 5 8 3 6 9集中差错集中差错De-Interleaving Matrix1 2 34 5 67 8 9解交织后的数据1 2 3 4 5 6 7 8 9接收机接收机差错分配差错分配优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求选择。信道编码和交织技术的结合使用信道编码和交织技术的结合使用床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国编码交织去交织解码突发错误三、三、WCDMA的关键技术及基本原理的关键技术及基本原理1、编码技术、编码技术2、码分多址技术、码分多址技术3、扩频技术、扩频技术4、RAKE接收技术接收技术5、多用户检测技术、多用户检测技术6、智能天线技术、智能天线技术2、码分多址技术、码分多址技术FDMAFDMA是采用频分的多址技术是采用频分的多址技术.业务信道在业务信道在不同频段分配给不同的用户。不同频段分配给不同的用户。TDMATDMA是采用时分的多址技术。业务信道在是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间片段分配给不同的用户。不同的时间片段分配给不同的用户。CDMACDMA是采用扩频的码分多址技术。所有是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。同的编码获得业务信道。常见的多址技术常见的多址技术码分多址技术码分多址技术WCDMA系统系统PNPN码（扰码）码（扰码）GOLD序列序列扰码每扰码每10ms重复一次，长度重复一次，长度38400chips上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有短扰码，共有224-1个长扰码和个长扰码和224个短扰码个短扰码下行物理信道，可以产生下行物理信道，可以产生218-1=262143个个扰码，但只用了扰码，但只用了0-8191号的扰码号的扰码正交码（信道化码）正交码（信道化码）OVSF码码定义：定义：C CCh,SF,kCh,SF,k描述信道码，描述信道码，SFSF表示扩频因表示扩频因子子 K为码号为码号 PN扰码和正交码扰码和正交码共同使用共同使用FrequencyCode Division Multiple AccessSpreadSpectrumMultipleAccessUser 1User 2User 3.码分多址技术码分多址技术扩频包括两个操作扩频包括两个操作信道化操作，它使数据符号变为码片，并增加信号带宽，信道化操作，它使数据符号变为码片，并增加信号带宽，每符号的码片称为扩频因子（每符号的码片称为扩频因子（SF)，可以通过它与，可以通过它与OVSF相乘得到相乘得到扰码操作，它作用在扩频信号上扰码操作，它作用在扩频信号上3.84MChip/S3.84MChip/S3.84MChip/S3.84MChip/S码分多址技术码分多址技术扩频码的产生（扩频码的产生（OVSF码树型结构图）码树型结构图）码分多址技术码分多址技术 分配码的前提：分配码的前提：要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配；配；分配码的结果：分配码的结果：分配的分配的OVSF码如果不合理，则会阻塞掉其子树上码如果不合理，则会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；红色代表已分配的码字；兰色代表由于低速扩频因子码字被分配而阻塞掉的高速扩频因子码字码分多址技术码分多址技术扩频码的分配扩频码的分配4倍数据速率的用户倍数据速率的用户=不能使用的码空间不能使用的码空间480 kb/s480 kb/s480 kb/s480 kb/s1.92 Mb/s1111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110码片速率码片速率=3.840 Mcps例：例：5 5个用户时扩频码的分配个用户时扩频码的分配SF=1SF=1SF=2SF=2SF=4SF=4SF=8SF=8码分多址技术码分多址技术u下行链路不同扩频因子对应的用户数据速率及信道容量下行链路不同扩频因子对应的用户数据速率及信道容量DPDCH扩频因扩频因子子业务速率业务速率(kb/s)理论上同时提供的最理论上同时提供的最大信道数大信道数实际系统同时提供实际系统同时提供的业务信道数的业务信道数（50%负荷）负荷）12812.212850个左右个左右64646430个左右个左右16128K168个左右个左右838484个左右个左右码分多址技术码分多址技术OC1,OC2OC3,OC4OC5,OC6,OC7OC1,OC2,OC3OC1,OC2OC1,OC2,OC3,OC4下行下行:正交码用于区分从单个基站来的数据信道正交码用于区分从单个基站来的数据信道上行上行:正交码用于区分从单个手机来的数据信道正交码用于区分从单个手机来的数据信道n 扩频码的作用扩频码的作用码分多址技术码分多址技术PN3PN4PN5PN6PN1PN1基站基站“1”采用采用PN码码1发射发射PN2PN2基站基站“2”采用采用PN码码2发射发射下行下行:PN PN 码用于区分不同的小区码用于区分不同的小区上行上行:PN PN 码用于区分不同的手机码用于区分不同的手机n 扰码的作用扰码的作用码分多址技术码分多址技术u扰码的数量扰码的数量码分多址技术码分多址技术主扰码主扰码码分多址技术码分多址技术u扰码规划扰码规划组别组别宏蜂窝宏蜂窝微蜂窝微蜂窝室内覆盖室内覆盖Group0SC0SC1SC2SC3SC4SC5SC6SC7Group1SC8SC9SC10SC11SC12SC13SC14SC15Group2SC16SC17SC18SC19SC20SC21SC22SC23Group63SC505SC506SC507SC508SC509SC510SC511SC5121、编码技术、编码技术2、码分多址技术、码分多址技术3、扩频技术、扩频技术4、RAKE接收技术接收技术5、多用户检测技术、多用户检测技术6、智能天线技术、智能天线技术三、三、WCDMAWCDMA的关键技术及基本原理的关键技术及基本原理3、扩频技术、扩频技术扩频码扩频码扩频码扩频码积分合并积分合并窄带信号窄带信号fP(f)宽带信号宽带信号P(f)f噪声噪声P(f)f噪声噪声+宽带信号宽带信号P(f)f低通滤波分离信号与噪声低通滤波分离信号与噪声P(f)fu扩频通信原理扩频通信原理u扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术u其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)扩频技术扩频技术扩频的种类扩频的种类直接扩频（直接扩频（DSSS）通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声序列由伪噪声生成器产生序列由伪噪声生成器产生误码率受限于多址干扰和远近效应的影响误码率受限于多址干扰和远近效应的影响用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度WCDMA采用的是直接扩频方式采用的是直接扩频方式 跳频扩频（跳频扩频（FH-SS）数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中每个信道上，在发射机再次跳频之前，数据用传统的窄带调制方式每个信道上，在发射机再次跳频之前，数据用传统的窄带调制方式发送一些小的突发发送一些小的突发无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率扩频技术扩频技术输入数据输入数据+1-1+1+1-1+1归一化归一化+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1发射用正交发射用正交 码码xxx+8-8+8积分结果积分结果积分积分积分积分积分积分+1 1+1+1 1-1+1-1-1+1-1-1+1+1-1+1+1 1+1+1 1-1+1-1发射序列发射序列=+1+1+1+1+1+1+1+1-1 1 1 1 1 1 1-1+1+1+1+1+1+1+1+1=+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1接收用接收用P正交码正交码xxx发射发射接收接收码的相关特性码的相关特性情况情况 I:I:正交码自相关正交码自相关在相同时间偏移用相同码发射和接收在相同时间偏移用相同码发射和接收扩频技术扩频技术输入数据输入数据+1-1+1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1-1+1-1-1+1+1-1+1+1 1+1+1 1-1+1-1-1+1 1+1+1 1-1+1+1-1+1 1+1+1 1-1-1+1+1+1 1-1+1+1-1 1 1+1 1+1 1-1-1 1 1+1+1+1+1-1-1 1+1+1+1+1+1-1发射用正交发射用正交 码码发射序列发射序列接收正交接收正交 码码-402积分结果积分结果-0.500.25归一化归一化码的相关特性情况情况 II:II:正交码互相关正交码互相关接收和发射用不同码接收和发射用不同码xxx积分积分积分积分积分积分=xxx=发射机发射机接收机接收机扩频增益扩频增益=10lg=10lg（扩频后的信号带宽（扩频后的信号带宽/原始信息速率原始信息速率）扩频技术扩频技术u WCDMAWCDMA系统扩频带宽为系统扩频带宽为3.84MHZ3.84MHZ AMR 12.2K AMR 12.2K的语音业务的语音业务 扩频增益扩频增益=10lg(3840/12.2)=25dB=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K CS 64K的可视电话的可视电话 扩频增益扩频增益=10lg(3840/64)=17dB=10lg(3840/64)=17dB PS 144k PS 144k的数据业务的数据业务 扩频增益扩频增益=10lg(3840/144)=14dB=10lg(3840/144)=14dB PS 384K PS 384K的数据业务的数据业务 扩频增益扩频增益=10lg(3840/144)=10dB10lg(3840/144)=10dBu 扩频增益对系统的影响扩频增益对系统的影响 扩频增益的存在使扩频增益的存在使CDMACDMA技术具有了和技术具有了和FDMA/TDMAFDMA/TDMA不同的特征不同的特征 扩频增益使扩频增益使CDMACDMA系统具有较强的抗干扰能力，保密性好，所以说系统具有较强的抗干扰能力，保密性好，所以说CDMACDMA系统绿色、安全、环保系统绿色、安全、环保 扩频增益也影响不同速率业务的链路损耗，从而影响不同业务覆盖扩频增益也影响不同速率业务的链路损耗，从而影响不同业务覆盖半径。速率越高，覆盖半径越小；反之，覆盖半径越大。半径。速率越高，覆盖半径越小；反之，覆盖半径越大。1、编码技术、编码技术2、码分多址技术、码分多址技术3、扩频技术、扩频技术4、RAKE接收技术接收技术5、多用户检测技术、多用户检测技术6、智能天线技术、智能天线技术三、三、WCDMAWCDMA的关键技术及基本原理的关键技术及基本原理 4、RAKERAKE接收技术接收技术时间接收信号强度发射信号4 4、RAKERAKE接收技术接收技术u 由于无线传输中存在多径效应，如果不加以处理，会对正常的接收造成干扰。根据同相加强，反相抵消的原理，在通话时会感觉时断时续。u WCDMA系统中采用了Rake接收技术，将不同路径来的信号进行分离合并，使得总的接收信噪比大大提高。th(t)1 2 3 4能量t+RAKE=(4 fingers)4 4、RAKERAKE接收技术接收技术RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合 并合并后的信号tts(t)s(t)uRAKERAKE接收原理接收原理三、三、WCDMA的关键技术及基本原理的关键技术及基本原理1 1、编码技术、编码技术2 2、码分多址技术、码分多址技术3 3、扩频技术、扩频技术4 4、RAKERAKE接收技术接收技术5 5、多用户检测技术、多用户检测技术6 6、智能天线技术、智能天线技术多用户检测技术多用户检测技术l多址干扰（MAI）是CDMA系统中的主要干扰。l在传统的CDMA系统信号分离方法中，把MAI看作热噪声。l多用户检测技术是充分利用MAI中的先验信息，如：已知的用户信道码已知的训练序列 将非目标用户信息从MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。智能天线技术智能天线技术l使用智能天线.定向发射、定向接收。正在通信的移动终端在整个 小区内处于受合成波束跟踪的状态。不使用智能天线.全向发射、全向接收。所有小区内的移动终端均相互干扰。智能天线的优势减少小区间和小区内干扰。降低多径干扰。等效发射功率提高。提高接收灵敏度。改进了小区覆盖（合成波束）。增加了容量及小区覆盖半径。降低发射功率，降低基站成本。一、第三代移动通信系统概述一、第三代移动通信系统概述二、二、WCDMA系统的主要特点系统的主要特点三、三、WCDMA的基本原理和关键技术的基本原理和关键技术四、四、WCDMA系统的无线资源管理系统的无线资源管理五、五、WCDMA系统主要物理信道系统主要物理信道提纲提纲四、四、WCDMA系统的无线资源管理系统的无线资源管理1、功率控制、功率控制2、切换控制、切换控制3、接纳控制、接纳控制4、负载控制（拥塞控制）、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配、动态信道分配1、功率控制技术、功率控制技术 由于码分多址技术是在同一频段建立多个码分信道。虽然伪随机码具有很好的自相关性，但是无法避免其它信道对指定通信链路的干扰，这种干扰是由各用户间的PN码的互相关性不为0造成的，因此也称为多址干扰（MAI）。为了克服多址干扰，保证自己的通信质量，终端必然会提高自己的发射功率。而发射功率的提高又加剧了对其他用户的干扰。功率控制的目的是尽量降低对其它信道的干扰。功率控制解决的问题之一功率控制解决的问题之一-降低多址干扰降低多址干扰频率时间码字码分多址自干扰示意图相关输出时间同步功率控制技术功率控制技术 在上行链路中，如果小区内所有UE的发射功率相同，因为各UE与NodeB的距离是不同的，导致NodeB接收较近的UE的信号强，接收较远的UE的信号弱，由于CDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得距离基站较远的UE无法正常工作。电波传播中经常会遇到“远近效应”的问题，必须实时改变发射功率，才能保证通信质量。功率控制解决的问题之二-克服克服“远近效应远近效应”PowerfPowerf功率控制技术功率控制技术功率控制解决的问题之三功率控制解决的问题之三补偿衰落 由于移动信道是一个衰落信道，快速闭由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏快速改变发环功控可以随着信号的起伏快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦射功率，使接收电平由起伏变得平坦快速功率控制每秒钟能够达到快速功率控制每秒钟能够达到15001500次次功率控制功率控制功率控制功率控制开环功率控制开环功率控制闭环功率控制闭环功率控制上行开环上行开环功率控制功率控制下行开环下行开环功率控制功率控制下行公共下行公共信道功率信道功率控制控制外环功率外环功率控制控制内环功率内环功率控制控制上行专用上行专用信道外环信道外环功率控制功率控制下行专用下行专用信道外环信道外环功率控制功率控制上行专用上行专用信道内环信道内环功率控制功率控制下行专用下行专用信道内环信道内环功率控制功率控制分类分类开环功率控制开环功率控制开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。UEUE测量导频测量导频CPICHCPICH的接收功率的接收功率计算上行初始发射功率计算上行初始发射功率上行内环功率控制上行内环功率控制内环功率控制的目的：内环功率控制的目的：使基站处接收到的每个使基站处接收到的每个UEUE信号的信号的bitbit能量相等能量相等每一个每一个UEUE都有自己的控都有自己的控制环路制环路BLER-SIRl最终接入网提供给核心网络的服务中最终接入网提供给核心网络的服务中QOSQOS表征量为表征量为BLERBLER，而非而非SIR;SIR;l根据无线通信的原理，根据无线通信的原理，SIRSIR固定的情况下，固定的情况下，BLERBLER会随着会随着 无线环境的变化而变化无线环境的变化而变化SIR上行外环功控上行外环功控四、四、WCDMA系统的无线资源管理系统的无线资源管理1、功率控制技术、功率控制技术2、切换控制技术、切换控制技术3、接纳控制技术、接纳控制技术4、负载控制（拥塞控制）、负载控制（拥塞控制）5、动态信道分配、动态信道分配切换技术切换技术q定义：定义：当移动台走出原先的服务小区，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来替代，这就是切换。切换是移动性管理的内容，在3G中主要由RRC层协议负责完成此项功能。q硬切换硬切换-当移动台开始与一个新基站联系时，必须先断掉所有已存在的连接，然后建立新连接。先断后通不同频率、不同系统间切换q软切换软切换-当移动台开始与一个新基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信，软切换是CDMA系统固有的。先通后断同一个频率下切换切换过程中保持多条无线链路连接，占用无线资源比较多更软切换p接力接力切换切换-当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行定位，根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。主要用于TD-SCDMA系统中。不同小区、不同小区、不同频点不同频点三种切换技术比较三种切换技术比较(切换前切换前)接力切换接力切换硬切换硬切换软切换软切换基站A基站B基站A基站B基站A基站B三种切换技术比较三种切换技术比较(切换中切换中)接力切换接力切换硬切换硬切换软切换软切换（长期保持）（长期保持）基站A基站B基站A基站B基站A基站B软切换浪费资源！软切换浪费资源！硬切换容易掉话！硬切换容易掉话！三种切换技术比较三种切换技术比较(切换后切换后)接力切换接力切换硬切换硬切换软切换软切换基站A基站B基站A基站B基站A基站BRNC内内NodeB间的软切换间的软切换BCABCAIubIubNodeB1NodeB2 软切换是软切换是CDMACDMA核心技术之一，通过核心技术之一，通过RAKERAKE多径接收机实现。多径接收机实现。软切换可以大大改善小区边缘的通信可靠性，但对基站资源有一定消耗，软切换可以大大改善小区边缘的通信可靠性，但对基站资源有一定消耗，因此在网络规划中，对软切换比例有一定限制。根据区域和网络负荷不因此在网络规划中，对软切换比例有一定限制。根据区域和网络负荷不同，一般软切换比例限制在同，一般软切换比例限制在30-50%30-5