WCDMA的关键技术及基本原理

WCDMA的关键技术及基本原理1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、 RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术1、编码技术u CDMA原理图编码技术 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 AMR控制用户数uAMR:允许系统根据无线接口资源动态调整语音的编码速率 负荷重时，降低 AMR的语音速率，这样既减轻负载，又增加系统容量。 采用 4.75K时相对 12.2K容量提高约 40% 负载轻时，增加 AMR语音速率，尽量提高 QOS，增加满意度 对于上行覆盖受限的情况，降低 AMR的语音速率可以有效扩大上行的覆盖范围编码技术 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： BER10-1 10-2 不能满足通信需要卷积编码： BER10-3 满足语音通信需要Turbo 码： BER10-6 满足数据通信需要n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 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 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 码 译码复杂（ LOG MAP算法），时延较长； 误码率低（可以达到 10 6 ）。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 交织编码技术时间幅度到译码器原始数据1 2 3 4 5 6 7 8 9交织矩阵1 2 34 5 67 8 9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WCDMA的关键技术及基本原理1、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、 RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术2、码分多址技术FDMA是采用频分的多址技术 .业务信道在不同频段分配给不同的用户。TDMA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。CDMA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、根据不同的编码获得业务信道。常见的多址技术码分多址技术 WCDMA系统 PN码（扰码） GOLD序列 扰码每 10ms重复一次，长度 38400chips 上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有 224-1个长扰码和 224个短扰码 下行物理信道，可以产生218-1=262143个扰码，但只用了 0-8191号的扰码 正交码（信道化码） OVSF码 定义： CCh,SF,k描述信道码， SF表示扩频因子 K为码号 PN扰码和正交码共同使用FrequencyCode Division Multiple AccessSpreadSpectrumMultipleAccessUser 1User 2User 3.码分多址技术 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，每符号的码片称为扩频因子（ SF)，可以通过它与OVSF相乘得到 扰码操作，它作用在扩频信号上3.84MChip/S 3.84MChip/S码分多址技术 扩频码的产生（ OVSF码树型结构图）码分多址技术 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配； 分配码的结果： 分配的 OVSF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； 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 扩频码的分配4倍数据速率的用户= 不能使用的码空间480 kb/s 480 kb/s 480 kb/s 480 kb/s1.92 Mb/s111 101111 1100 1010 100111111111 11110000 11001100 11000011 10101010 10100101 10011001 10010110码片速率 = 3.840 Mcps例： 5个用户 时扩频码的分配SF=1SF=2SF=4SF=8码分多址技术 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 因子业务 速率 (kb/s) 理 论 上同 时 提供的最大信道数实际 系 统 同 时 提供的 业务 信道数（ 50%负 荷）128 12.2 128 50个左右64 64 64 30个左右16 128K 16 8个左右8 384 8 4个左右码分多址技术OC1, OC2OC3, OC4OC5, OC6, OC7OC1 , OC2, OC3OC1, OC2OC1, OC2, OC3, OC4下行 : 正交码用于区分从单个基站来的数据信道上行 : 正交码用于区分从单个手机来的数据信道n 扩频码的作用码分多址技术PN3 PN4PN5 PN6PN1 PN1基站 “1”采用 PN码 1发射PN2 PN2基站 “2”采用 PN码 2发射下行 : PN 码用于区分不同的小区上行 : PN 码用于区分不同的手机n 扰码的作用码分多址技术u扰码的数量码分多址技术 主扰码码分多址技术 扰码规划PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5 PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5 PN1PN2PN3PN7PN6 PN4PN5扰码规划应该考虑因素 地域分布：处于同一地域内的小区按纵列分配； 主扰码复用距离：应在码资源允许的情况下尽量大，以确保分配原则 根据网络发展情况适当预留 2-3组主扰码以备网络扩容； 根据地形、地貌特点，合理划分区域以节约扰码资源； 结合地域特点合理确定主扰码复用距离码分多址技术 扰码规划组别 宏蜂 窝 微蜂 窝 室内覆盖Group0 SC0 SC1 SC2 SC3 SC4 SC5 SC6 SC7Group1 SC8 SC9 SC10 SC11 SC12 SC13 SC14 SC15Group2 SC16 SC17 SC18 SC19 SC20 SC21 SC22 SC23 Group63 SC505 SC506 SC507 SC508 SC509 SC510 SC511 SC5121、编码技术2、码分多址技术3、扩频技术4、 RAKE接收技术5、多用户检测技术6、智能天线技术WCDMA的关键技术及基本原理3、扩频技术扩频码扩频码积分合并窄带信号 fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声 +宽带信号P(f)f低通滤波分离信号与噪声P(f)fu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 扩频的种类 直接扩频（ DS SS） 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 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 WCDMA采用的是直接扩频方式 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 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 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输入数据 +1 -1 +1+1 -1 +1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 码x x x+8 -8 +8积分结果积分 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= = =+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 P正交码x x x发射接收码的相关特性情况 I: 正交码自相关在相同时间偏移用相同码发射和接收扩频技术输入数据 +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 码发射序列接收正交 码-4 0 2积分结果-0.5 0 0.25归一化码的相关特性情况 II: 正交码互相关接收和发射用不同码x x x积分 积分 积分= = =x x x= = =发射机接收机扩频增益 =10lg（ 扩频后的信号带宽 /原始信息速率 ）扩频技术u WCDMA系统扩频带宽为 3.84MHZ AMR 12.2K的语音业务 扩频增益 =10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K的可视电话 扩频增益 =10lg(3840/64)=17dB PS 144k的数据业务 扩频增益 =10lg(3840/144