G技术原理(2004.08.17).ppt

1,3G技术原理,京信通信技术有限公司,2004.7.28 v1.0,2,摘要,第一讲 3G通信系统概述 第二讲 3G通信系统关键技术 第三讲 3G移动通信直放站,3,第一讲 3G通信概述,实现任何人，在任何地点，任何时间，和任何人作任何类型通信。,-3G目标：,4,移动通信的发展过程（一）,第一代移动通信：(1980 ) 主要技术：FDMA（频分多址）和、模拟和半模拟(模拟的路径但是采用数字交换）技术。 系统：北欧移动电话系统（Nordic Mobile Telephone system，NMT）和北美移动电话系统(American Mobile Phone System，AMPS)。 缺点：频谱效率低，同频干扰和互调干扰严重，保密性差，兼容性差。,5,移动通信的发展过程（二）,第二代蜂窝移动通信：(1992) 主要技术：CDMA、TDMA、FDMA、数字传输 系统：CDMA(IS-95)、GSM 优点：频谱效率高，系统容量大， 保密性好，标准化程度高。 缺点：仅限于语音和低速数据业务（GSM只提供100-200kb/s数据业务，高级阶段为384kb/s），移动速度慢（GSM低于100km/hour），服务率较低，容量不能满足更高的要求，仅限于国家和地区标准，全球化不能完全实现。,6,移动通信的发展过程（三）,第三代移动通信3G：(1996) 高频谱效率，高服务质量，高保密性，全球漫游，移动速度快(300-500km/hour)。 支持多媒体服务，支持 Internet服务，支持语音识别。 高速数据传输： 144kb/s(户外告诉移动环境) 384kb/s(从室外到室内步行环境) 2Mb/s(室内) 便于过渡、演进，兼容固定网。,7,三代通信技术比较,8,移动通信的发展过程,9,3G系统目标,多媒体能力,个人化使用,智能化功能,更简单的蜂窝结构 容易进行信道规划和管理,大容量:60路话/小区/MHz,低的发射功率 室外300mw,室内20mW,高速率和高级业务(2Mb/s),固定网的质量,10,3G伙伴计划,3GPP(Third Generation Partnership Project) 由欧洲的ETSI、日本ARIB、TTC、韩国TTA、美国的T1和中国CWTS六个标准化组织组成。宗旨是制定以GSM为核心网，WCDMA和CDMA TDD(TD-SCDMA和UTRA TDD融合技术)为无线接口的标准。 3GPP2(The Third Generation Partnership Project 2) 由美国的ANSI（TIA）、日本ARIB、TTC、韩国TTA和中国CWTS五个标准化组织组成。宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，cdma2000为无线接口的标准。,11,3G常见名词解释,IMT2000International Mobile Telecommunication 2000 国际移动电信2000：它是ITU制订的一个能提供移动综合电信业务的通信系统，简称3G UMTSUniversal Mobile Telecommunication 通用移动电信系统：指欧洲的3G系统 UTRAUniversal Terrestrial Radio Access 通用陆地无线接入 TD-SCDMATime Division Synchronous Core Division Multiple Access 时分同步的码分多址技术,12,第三代移动通信（IMT2000）,= 核心网络 + 无线接入网络,13,3G基础CDMA（一）,FDMA 频分多址 FDMA, 每TRX一路，适合大型固定带宽网络，不适于多分散用户，欠灵活,TDMA 时分多址 FDD/TDMA, 每TRX m路，容易进行频率规划、干扰计算和频率管理,CDMA 码分多址 FDD/CDMA, 每TRX n路，容量大，效率高，但要求网同步,需要计算和分配正交码,14,3G基础CDMA（二）,CDMA系统的特点：将射频载波的能量扩展成为CDMA系统所使用的码片率的一个直接的函数。码片率是指最初的数据流（即最原始的信息）被编码和调制的速率。 CDMA技术的核心：在扩展原始信号频谱的过程中也把原始信号的能量分布到了一个宽频带范围上。 为什么选择CDMA？ 高效的频带利用率：不同小区的用户可共享同一频率，不管采用的是TDD方式还是FDD方式； 相邻小区使用相同频率，不用切换频率便可实现软切换； 增强保密性：由于不同的用户使用不同的扩频编码，不知道正确的扩频码就不能实现正确的解码； 采用扩频码分多址技术，使通信容量有更大幅度的增加。 ,15,3G基础CDMA（三）,CDMA系统的容量可到达TDMA的4倍，FDMA的20倍。 由于每个用户被分配一个伪码，因而相邻小区可公用一个频带，不需要频率重用。扣除相邻小区的干扰，大约可增加容量 2倍多； 如果数字化以后应用语音插空技术（DSI），又可增加容量 3倍。 另外在一个小区中采用3个120度的定向天线，还可增加容量 3倍。 CDMA系统的容量受到系统中噪声数量的限制。CDMA系统中每增加一个用户，总的干扰就会随之增加，从所有用户的码序列中分离某个特定用户的码序列的难度就会越来越大。实际中当噪声的能量达到某个等级时，用户的增加会大大减小系统的容量。,16,3G主要标准,在广泛论证的基础上，根据未来市场的需求分析，确定了3G主攻的研究方向： 3GPP WCDMA： 未来GSM的主要演进技术 3GPP TD-SCDMA： 非对称TDD频段的利用，特别适合高速数据业务 3GPP2 cdma2000： 窄带CDMA的主要演进技术,17,3G标准：WCDMA（一）,特点 强调宽带技术，最小带宽5MHz； BTS间不需要同步和GPS(Global Position System)； 正反向信道相干解调。 基本参数 多址方式: TDMA CDMA 双工方式: FDD/TDD 信道间隔:5MHz 码片速率: 3.84Mcps 同步方式: 同步和异步 调制方式:QPSK(下行链路)/BPSK(上行链路) 信道编码: 卷积码Turbo码 语音编码:自适应多速率,18,3G标准：WCDMA（二）,WCDMA技术以扩频通信技术为基础，其原理就是在无线信道传输的信号通过在原始基带数字信号上乘以另一个更高比特速率的信号。3GPP标准，在5MHz带宽内使用3.84Mcps的码片速率直接扩频。因为这是由两种信号相乘而得，所以必须对这种信号进行清晰的分割。 在WCDMA空中接口技术中，每一个初始信息比就像一个“盒子”，这个“盒子”体积不变，维度随着环境而变化。如下图：,信号传输得越好，每比特所需能量（传输功率）越小。应用于初如比特传速率低的情形。 扩频因子越小，每比特所需能量（功率）越大。应用于初始比特传速率高的情形。,19,3G标准：WCDMA（三）,WCDMA空中接口的有效带宽为3.84MHz，加上保护频带所需的带宽则总带宽是5MHz。如下图：,20,3G标准：CDMA-2000 （一）,特点： 以IS-95为基础，相同的码片速率、软切换技术、功率控制技术； 前、后向兼容，即IS-95 CDMA的终端可以漫游到cdma2000-1x系统中，cdma2000的终端也可以在IS-95 CDMA的系统中通信； 技术改进：反向信道连续导频和相干解调，多载波方式提高传输速率。 基本参数： 多址方式:DS-CDMA and multicarrier 双工方式: FDD 信道间隔:1.23MHz(USA)/1.25Mhz(其它国家) 码片速率:1.2288（1载波）/3.686Mcps（3载波） 同步 : 同步和异步 调制方式:QPSK(下行链路 )/BPSK(上行链路 ) 信道编码:卷积+Turbo码 语音编码:可变速率,21,目前cdma2000的标准分为 cdma2000-1x（单载波，仍为1.25MHz载频带宽，与IS-95A完全兼容） cdma2000-1xEV-DO（单载波增强型高速数据） cdma2000-1xEV-DV（单载波增强型数据和语音） cdma2000-3x（三载波） 几种cdma2000技术数据传输速率比较：,3G标准：CDMA-2000（二）,22,3G标准：CDMA-2000（三）,CDMA-2000多载波方案,23,Cdma2000-1X演变发展过程：,3G标准：CDMA-2000（四）,cdma2000的过渡路径：（一个运营商可以选其中一种） CDMAOne(IS-95A) CDMA2000（第一阶段） CDMA2000（第二阶段） CDMAOne(IS-95A) CDMAOne(IS-95B) CDMA2000（第一阶段） CDMA2000（第二阶段） CDMA2000（第一阶段） CDMA2000（第二阶段）,24,共同点：（是IMT-2000平台规范的一部分） 都使用CDMA技术并且都需要总宽度为5MHz的频谱（在它们的最终版本中）。 都能和另一种系统实现互通，一个运营商可以同时部署WCDMA系统和CDMA2000网络。 都各自具有从现有2G平台转化到3G平台 的一条“过渡路径”，但在两种系统下所采用的过渡路径是不相同的。 最后目的都是为了向最终用户提供高速分组数据业务。 都是被设计成在多个频带上运行的。只要频谱可用，两种系统都能在同一频带上运行。 不同点： WCDMA利用了一个宽带信道，而CDMA2000则是利用了一个宽带信道和几个窄带信道来获得要求的吞吐量级别。,3G标准:WCDMA、CDMA-2000共同性,25,3G标准：TD-SCDMA（一）,主要新技术：同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、软切换、低码片速率、多时隙TDMA 名词解释： TD时分多址、时分双工 SCDMA软件化、智能天线、同步CDMA 技术 特点： 无需成对的频率资源，可以充分利用零碎频段。 采用了智能天线等技术，可以大大降低发射功率，减少干扰。 特别适合于大城市等高业务密度区域，可以动态调整上下行数据传输速率， TDD方式特别适合处理上下行不对称的IP数据业务；在3GPP内部，它也被称为低码片速率TDD工作方式（相对于3.84MHz的UTRA TDD）。 层2以上的通信协议和核心网络与WCDMA系统兼容。,26,3G标准：TD-SCDMA（二）,基本参数： 多址方式:TDMA CDMA and multicarrier 双工方式: TDD 调制方式:QPSK(前期)/8PSK（后期） 信道间隔:1.6MHz 码片速率:1.28Mcps 同步方式 :同步和异步 信道编码:卷积Turbo码(O) 语音编码:可变速率,27,3G标准：TD-SCDMA（三）,集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体， 系统频谱利用率高、抗干扰能力强,28,三大标准的技术比较,29,移动通信向IMT2000系统过渡,第二代 第二代+ 第二代+ 第三代IMT2000,30,国际ITU对3G频段划分,核心频段： 18852025MHz 21102200MHz 共230MHz,其中又分为： FDD： 上行：19201980MHz 下行：21102170MHz 共120MHz TDD： 18851920MHz 20102025MHz 共50MHz MSS：卫星移动 地对空：19802010MHz 空对地：21702200MHz 共60MHz,31,我国3G频段划分（二）,核心频段 FDD：19201980MHz 21102170MHz 共260MHz TDD：18801920MHz 20102025MHz 共55MHz 补充工作频段 FDD：17551785MHz 18501880MHz 共230MHz TDD：23002400MHz 共100MHz 卫星移动工作频段 19802010MHz 21702300MHz,32,中国3G频谱分配,60 MHz,30 MHz,FDD,TDD,15 MHz,Satellite,1785,1850,1755,1880,1920,1980,2010,2025,2110,2170,2300,2400,Satellite,40 MHz,33,第二讲 3G通信系统关键技术,-无线传输技术的研究和选择,是第三代移动通信最核心和关键的部分。,34,3G关键技术,调制和扩频技术 分集接收技术 信道均衡技术 编译码技术 多用户检测技术 智能天线技术 功率控制技术,软切换技术 同步技术 移动IP技术 软件无线电技术 高速下行链路数据传输技术 OFDM技术,35,常见通信术语解释（一）,Eb/N0（每比特能量噪声比）：CDMA系统中除信噪比外另一表示信号与噪声间强弱关系的参数。Eb代表平均到每个比特上的功率密度，N0代表噪声的功率密度。 远近效应：主要发生在上行链路。离基站近的移动台的路径损耗比远方移动台的路径损耗低，如果所有的移动台都使用相同的发射功率，与基站间距离近的移动台的强信号将压制与基站间距离远的移动台的弱信号，这就是远近效应。 码间干扰(ISI)：设有基站发射一个数字信号，其码元顺序为1，2，3,，接收器收到的则有从不同路径来的信号，由于路径长短不同，到达接收器就有先后顺序的不同。为简单起见，可以只考虑经两条路径的信号，若它的路径相对时延为r，则当r=Tb/2时，前后码元将在大部分的码元周期中发生重叠，假设两个信号的强度相差不多，则接收时将会发生误判而错码，这就是码间干扰。,36,常见通信术语解释（二）,多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下将引起多普勒频谱展宽。 多址干扰(MAI)：在CDMA 系统中，用户传输信息所用的信号是用各自不同的编码序列来区分的。从时域或频域来看，多个CDMA 信号是互相重叠的。在不同用户的接收机上采用相关器（匹配滤波器）来选出自己预定码型的信号，而其他不能被接收的码型就形成了对特定用户的干扰，这就是多址干扰。 上行链路的多址干扰: 基站在接收某个移动台的信号时，受到本小区和临近小区其他移动台所发信号的干扰，称为上行链路的多址干扰。 下行链路的多址干扰:移动台在接收所属基站信号时，会受到所属基站和临近其他基站发给其他移动台的信号干扰，称为下行链路的多址干扰。,37,常见通信术语解释（三）,多址干扰,38,调制和扩频技术调制（一）,调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便于工作预定的接收者（信宿）处理和理解的过程。 所谓数字调制，是指用基带信号对正弦载波信号的某些参量（幅度、频率、相位）进行控制，使其随基带信号的变化而变化。数字调制分为: 调幅幅度键控（ASK） 调频频移键控（FSK） 调相相移键控（PSK） 三种基本方式，及由其派生出的其它调制方式。 在选择调制方式时，必须考虑采取抗干扰能力强的调制方式，能适用于快衰落信道，占有较小的带宽以提高频谱利用率，并且带外辐射要小，以减小对邻近波道的干扰。,39,调制和扩频技术调制（二）,所谓线性数字调制技术，是传输信号的幅度随调制数字信号的变化而变化。线性调制技术带宽效率高，所以非常适合与于在有限频带内要求容纳用户多的无线通信系统。但它在传输中必须使用效率低的线性功率放大器，否则会造成严重的相邻信道干扰。 线性数字调制方式有： 二进制相移键控 BPSK 差分相移键控 DPSK 四相相移键控 QPSK,3G主流技术的调制方式,40,调制和扩频技术调制（三）,未来的移动通信系统的一个标志是提供极大的系统容量，而无线资源是非常有限的，这就需要研究使带宽效率和功率效率都高的新的调制方式，自适应信道编码调制就是为了这个目的，是目前移动通信领域的热门课题之一。 自适应调制是指随着无线信道衰落的快慢自行调整调制信号的电平即在快衰落时，瞬时比特率Bit Error Rate(BER)近似不变，而减少数据速率；在慢衰落时，增加数据速率。 自适应调制方式有双向和单向两种： 双向自适应方式是允许接收端和发射端的各种传输状态都变化。如传播环境的改变、数据速率和要求的传输质量的改变都可以通过反馈自适应地改变调制方式； 单向自适应方式是只允许发射端根据要传输业务的状态（速率、服务质量等）自适应地改变调制方式。这种方式接收端可比较简单而又能 提供最合适的有效传输系统。,41,调制和扩频技术调制（四）,在3G乃至未来的移动系统需要提供越来越高速率的分组数据业务，如果采用上述的自适应调制方式需要增加星座图上信号点的数量，会造成系统BER性能的下降。为此提出了自适应信道编码调制，它是将信道编码技术和数字调制技术结合起来，以提供更好的系统性能。 网格（Trellis）编码加上自适应调制可以将编码效益提高 5dB左右。 最近提出的将Turbo编码与自适应调制相结合的自适应Turbo编码调制方法，比传统的Turbo编码调制的增益高 3dB。,42,调制和扩频技术扩频（一）,为了克服用户之间的相互干扰（多址干扰），CDMA系统采用了扩频技术，其含义是将信号在一个较宽的频带上进行扩展。系统分配给每个用户一个码序列，这个码序列的比特率远远高于用户要传送的信息的比特率。用户传送的信号被除数这个码序列调制在接收端，接收机寻找到应的码序列。一旦从其它信号（以噪声的形式出现）中分离出相应的码序列，就可以撮出该用户发送的信号。 扩频是一项成熟的调制技术，它在传输信息过程中所使用的带宽比实际要传输的信息的带宽更宽。,43,调制和扩频技术扩频（二）,扩频技术的主要优点： 抗天线干扰和阻塞。 降低被别人来意侦听的概率。 抗来自多径传播信号分支的信号干扰。 通过复用提供多址接入功能。 支持两点之间的区域测量或距离测量。 可利用分集技术，包括多径分集、频分和时分技术。 任意时间都可以接入系统-在系统可接收的干扰范围内不用等待空闲信道就可直接接入系统。,44,调制和扩频技术扩频（三）,按照扩展频谱方式的不同，系统扩频通信可分为： 直接序列（DS）扩频 跳频（FH）扩频 跳时（TH）扩频 线性调频（CHIRP）扩频 混合方式扩频 码分多址（CDMA）就是使用直接序列扩频技术的一种多址方式，又称之为扩频多址（SSMA）。,45,调制和扩频技术扩频（四）,直接序列扩频(DSSS)：就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。而在收端用相同的扩频码序列进行解扩把展宽的信号还原成原始的信号。 主要原理：假定无线信号从基站向移动台发射。在基站端，发射信号通过宽带扩频信号以速率R进行传输，产生带宽W的扩频信号。在移动台中，接收信号通过同一扩频使信号成倍增加。如果在移动台本地产生的扩频信号与扩频码/扩频信号同步，结果产生的信号实际上是原始信号再加上一些伪高频信号，这些信号不是原始信息的组成部分，因此它们很容易被过滤掉。另一方面，如果移动台出现任何干扰信号，扩频信号将对它进行扩频，就和在基站的原始信号的处理方式一样，把它扩展到扩频信号的带宽中去。,46,调制和扩频技术扩频（五）,基本DS扩频技术框图：,47,调制和扩频技术扩频（六）,跳频扩频(FHSS)：所谓跳频就是通信收发双方同步用扩频码序列频移键控调制，使载波频率不断跳变。跳频系统有几十个甚至上千个频率由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。其抗多径的原理是：若发射的信号载波频率为f0，当存在多径传播环境时，因多径延迟的不同，信号到达接收端的时间有先有后。若接收器在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另一频率f1上，则可避开由于多径延迟对接收信号的干扰。要求跳频信号驻留时间小于多径延迟时间差，即跳频速率足够快。,48,调制和扩频技术扩频（七）,跳频扩频与直接序列扩频,49,分集接收技术（一）,移动通信信道是一种多径衰落信道，分集接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，再叠加输出以增强接收效果，这时多径信号变成一个可供利用的有利因素。系统内的分集越多，在困难传输环境中的性能越好。 分集有两重含义： 一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号； 二是集中处理，接收器把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并，以降低衰落的影响。 分集主要包括：时间分集、频率分集、空间（路径）分集。凡是能够提高传输符号速率，使所需的纠错程序生效的数字式系统，都可以实行时间分集。但只有CDMA系统能够轻易地实现其他的分集方法。,50,分集接收技术（二）,依信号的传输方式分为： 显分集：显分集最通用的分集技术是空间分集，即几个天线被分隔开来，并被连到一个公共的接收系统中。接收器选择接收到的最佳信号作为输入。其他显分集技术包括天线极化分集、频率分集和时间分集等。 隐分集：隐分集主要是指把分集作用隐蔽于传输信号之中（如交织编码、直接序列扩频技术等），在接收端利用信号处理技术实现分集。隐分集只需一副天线来接收信号。例如，CDMA系统通常使用RAKE接收器，它能够通过分集来改善链路性能。,51,分集接收技术（三）,依分集的目的可分为 宏分集：宏分集也称为多基站分集，主要用于蜂窝移动通信系统中，用于减少慢衰落的影响。即把多个基站设备在不同的地理位置上和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信，接收器可选择其中一个信号最好的基站进行通信。 微分集：微分集主要用于减少快衰落，依获得方法不同可分为空间分集、频率分集、极化分集、场分集、角度分集和时间分集等。,52,分集接收技术（四）,分集的接收合并方式主要有： 选择性合并：在多支路（子信道）接收信号中，选择信噪比最高的支路的信号作为输出信号。 最大比合并：每一支路都有一个加权（放大器增益），依各支路信噪比来分配权重，信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。 等增益合并：当最大比合并中的加权系数为1时，就是等增益合并。 性能比较：最大比合并等增益合并选择性合并,53,分集接收技术（五）,多径分集的RAKE接收技术原理框图:,54,分集接收技术（六）,由于信道中快速衰落和噪声的影响，实际接收的各径的相位与原来发射信号的相位有很大的变化，因此在合并以前要按照信道估计的结果进行相位的旋转，实际的CDMA系统中的信道估计是根据发射信号中携带的导频符号完成的。根据发射信号中是否携带有连续导频，可以分别采用基于连续导频的相位预测和基于判决反馈技术的相位预测方法。 下图为一个RAKE接收机，它是专为CDMA系统设计的经典的分集接收器。,55,分集接收技术（七）,Q,56,分集接收技术（八）,当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可看作是互不相关的。带DLL的相关器是一个迟早门的锁相环。它由两个早和晚相关器组成，和解调相关器分别相差1/2（或1/4）个码片。迟早门的相关结果相减可以用于调整码相位。延迟环路的性能取决于环路带宽。 延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。匹配滤波器的测量精度可以达到1/41/2码片，而RAKE接收机的不同接收径的间隔是一个码片。实际实现中，如果延迟估计的更新速度很快（比如几十ms一次），就可以无须迟早门的锁相环。,57,信道均衡技术,均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道相反的特性用来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰。也即通过均衡器消除信道的频率和时间的选择性。 自适应均衡：无线信道是时变的，具有未知性和多变性，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡。 均衡技术基本分为两类线性与非线性均衡。在数字移动通信中通常不用线性均衡器，而在恶劣的多径信道中非线性均衡器有良好的性能，被广泛采用。,58,编译码技术,信道编译码主要是降低信号传播功率和解决信号在无线传播环境中不可避免的衰落问题。分为差错控制编码和纠错控制编码。 WCDMA和CDMA2000采用交织技术、卷积编码技术、Turbo编码技术和RS卷积级联码技术。 卷积码主要是用于低数据速率的语音和信令。编解码技术结合交织技术的使用可以提高误码率性能，在IS-95CDMA系统已经有应用。 RS编码是一种多进制编码技术，适合于存在突发错误的通信系统。RS解码技术相对比较成熟，但由RS码和卷积码构成的级联码在性能上与传统的卷积码相比较，提高不多，故在未来第三代移动通信系统中被采用的可能性不大。 与无编码情况相比，Turbo码可以将误码率提高到10E-6。Turbo码因为编解码性能能够逼近Shannon极限而最后被采用作为3G的数据编解码技术。,59,多用户检测技术,多用户检测（MUD）是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。其在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号分别进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著提高系统容量。 基本原理：通过去除小区内用户受到的多址干扰来改进系统性能，增加系统容量。 基本思想：把所有用户的信号都当作有用信号，而不是当作干扰信号。 其实现难点主要是基带处理的复杂度很高。,60,智能天线技术（一）,目标： 将目标用户的能量最大化 将其他用户的干扰最小化 智能天线技术是利用自适应的波束赋形技术，提高用户波达方向的方向图增益，同时利用方向图的零点降低空间上大功率用户的干扰。 利用智能天线，将主瓣对准有用信号，低增益副瓣对准主要的干扰信号，从而可更有效地抑制干扰，更大比例地降低频率复用因子，同时支持更多用户。从某种角度我们可将智能天线看作是更灵活、主瓣更窄的扇形天线。,61,智能天线技术（二）,智能天线包括两个重要组成部分： 一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角（DOA）估计，并进行空间滤波，抑制其他移动台的干扰； 二是对基站发送信号进行波束形成，使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其他移动台的干扰。 优点：可以消除多址干扰，提高系统的容量，扩大小区覆盖范围，提高通信质量，降低用户的发射功率，延长移动台的寿命，极大降低同一小区和小区以外的多址干扰。,62,智能天线技术（三）,63,功率控制技术（一）,因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。多址干扰的表现形式主要是远近效应，即功率强的用户对功率弱的用户带来的多址干扰比功率弱的用户对功率强的用户带来的多址干扰要大，因此需要功率控制技术平衡用户功率。,64,功率控制技术（二）,开环功率控制：根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。主要用于克服距离衰减；仅由移动台参与。,闭环功率控制：通过对接收功率的测量值及与信干比门限值的对比，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率大小。主要用于克服多普勒频率产生的衰减（多普勒效应）；移动台、基站同时参与。,基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。,65,功率控制技术（三）,反向链路功率控制 需要的Eb/No随速度、相异性和环境（通常为4到9dB）的变化而变化 功率控制最终由FER（质量）推动,66,功率控制技术（四）,前向链路控制 前向链路功率调整要比反向链路功率控制慢，增长是以帧的时间为单位的。前向链路功率调整的动态范围限制在正常功率的6dB内。,67,功率控制技术（五）,开环功率控制的主要特点是不需要反馈信息，因此，在无线信道突然变化时，它可以快速响应变化。此外，它的功率调整范围大。但正因为它没有反馈信息，使得调整不够准确。不能克服非对称的多径衰落。 在WCDMA和CDMA2000系统中，上行链路信道采用了开环、闭环和外环功率控制技术，下行链路信道则采用了闭环和外环功率技术。,控制速度比较,68,软切换技术（一）,软切换建立在CDMA宏分集接收基础上，当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信。 切换过程中，移动台辅助（测量导频信号强度）、基站引导完成。 一个移动台可以同时连接多达6个基站扇区。 软切换技术仅仅能动用于具有相同频率的CDMA信道之间。 又可分为：软切换、更软切换、软-更软切换。,69,软切换技术（二）,软切换： 手机连接到两个或多个不同的BTS Example: BTS1_a + BTS2_ g (2 way SHO) or BTS1_a + BTS2_ g + BTS3_ g (3 way SHO) 2到3帧至声码器 更软切换： 手机连接到同一个BTS的2到3个扇区 在BTS处进行分集合并 Example: BTS1_a + BTS1_ b 一个帧至声码器 软-更软切换： Example: BTS1_a + BTS2_ a + BTS2_ b 有2帧至声码器,70,同步技术（一）,同步技术历来是数字通信系统中的关键技术，直接影响接收器对信号的接收。主要包括载波同步、定时同步和帧同步。 CDMA通信系统中的同步技术需解决以下三个问题： 直接序列扩频中由于伪随机序列具有尖锐的自相关特性，因而对接收信号的解扩得以正常进行的先决条件是保证收发信机间伪随机序列的定时误差小于一个码片的时间。 解扩后，需要对其进行周期性抽样，每个符号一个样点，以便对传送符号进行判决恢复，需保证收发信机间定时的严格同步。,71,同步技术（二）,由于直接序列扩频的信号带宽较宽，因而在实际应用中通常期望其可以容忍收发信机间存在较大的频率误差，以降低对移动台中频率合成器的要求。又因收发信机间的相对运动在接收信号中造成多普勒频移，解扩过程等效于对接收信号在符号时间内进行积分，因此当接收信号与本地载波间频率误差与符号速率可比拟时，解扩输出信号系统的信噪比将严格下降。因而在对扩频信号进行解扩之前，需对该频率误差进行估计和补偿。对于相干接收系统，还需对接收信号中的载波相位进行精确估计。 前两个问题是定时同步问题，第三个问题与载波同步有关。与上三个问题相对应，直接序列扩频通信系统中的同步技术分为三方面：,72,同步技术（三）,伪随机序列的捕获指接收器获取伪随机序列的粗略同步，使收发信机间伪随机序列的定时误差小于Tc，其中Tc为一个码元的时间，|1，通常取=1/2。 伪随机序列的定时跟踪伪随机信号的捕获过程完成后，接收器本地伪随机序列的定时误差被同步在几分之一码片时间内。在通信开始后，这一定时误差应该进一步被调整并使之趋于零。另外，由于收发信机间的相对运动以及时钟的不稳定，对伪随机序列定时的校正工作必须不断进行。 载波同步从解扩后的信号中获取载波频率误差和载波相位的精确估计，并在扩频信号解扩前或解扩后进行补偿。另外，由于直接序列扩频信号使得接收器可以对信道的多径分量进行分辨，因而直接序列扩频系统可以采用RAKE接收器，故而还需对适合RAKE接收器的载波同步方案进行研究。,73,移动IP技术,移动IP技术是实现网络设备在全球移动漫游的关键性技术。移动IP技术是移动节点使用基于TCP/IP协议的网络时，不用修改网络IP地址，跨网络随意移动和漫游的同时继续享有原网络中一切权限。未来的移动网络将实现全包交换。包括语音和数据都由IP包来承载，语音和数据的隔阂将消失。作为网络层协议，移动IP与运行在什么媒介上无关。 移动IP的关键技术 ： 代理搜索：计算节点用来判断自己是否处于漫游状态。 转交地址：移动节点移动到外网时从外代理得到的临时地址。 登录：移动节点到达外网时进行一系列认证、注册、建立隧道的过程。 隧道：家代理与外代理之间临时建立的双向数据通道。,74,软件无线电技术,现存问题： 移动通信系统工作在多频带，多标准情况下； 每种标准要求不同的设备设计。 软件无线电（SDR：Software Defined Radio）： 定义：通过在一般的DSP/FPGA中使用软件来代替ASICs。 核心：将宽带/和D/A变换器尽可能地靠近天线，而将电台功能尽可能地采用软件来进行定义。 关键思想：尽可能把数字化处理从基带部分向射频部分扩展，在靠近天线的部位（中频，甚至射频）进行宽带A/D和D/A变换，然后用高速数字信号处理（DSP）进行软件处理，从而可以灵活实现各种方式的无线接入，实现尽可能多的无线通信功能，并方便地升级。,75,高速下行链路传输技术,在3GPP中，为了能满足高速移动数据服务，特别是移动因特网业务的需求，在UMTS标准的基础上发展一种增强型的技术，即HSDPA。 为实现HSDPA技术，主要提出了如下几种关键技术： 增强型DSCH信道概念； 自适应调制和编码技术(AMC)； 快速蜂窝选择技术(FCS)； 混合自动请求重传技术(HARQ)； 多输入多输出天线处理技术(MIMO)； 快速PACKET Scheduler算法。,76,OFDM技术（一）,问题：数字传输中一个很大的问题是多径反射问题，（在电视中表现为重影问题）。如果反射信号接近一个周期或在多个周期中心附近，会给判决带来严重的码间干扰。 OFDM技术：Orthogonal Frequency Division Multiplex，正交频分复用，其基础是正交多载波。 基本方法： 把原来一个载波变成多个载波，把高数码率信号变成低数码率信号，分别调制在每个载波上； 由于数码率大大降低，比特周期大大加长，因此反射波的影响就大为减小； 由于OFDM各载波间是正交的，因此即使各载间有重叠部分，解调时也能利用正交性把各载波信号分开，就可充分利用带宽，安排尽量多的载波。,77,OFDM技术（二）,作用：可以有效地提高传输速率（可以达到10Mbit/s ），同时又可以避免由于高速引起的频率选择性衰落和码间干扰，有效克服反射或重影造成的影响。,OFDM技术举例：,78,第三讲 3G移动通信直放站,-面对即将来临的3G通信时代，,我们准备好了吗？,79,线性功放技术（一）,如图：放大器在OA区域时，Pin与Pout成线性关系，即功率增益Gp基本保持不变。Pin继续增加， Pout出现滞胀，Gp开始减小，Pout达到最大后开始下降，Gp进一步减小。通常把增益Gp从Gpmax下降1dB的D点称为1dB增益压缩点，此点是线性和非线性的分界点。Pin超过Pin（1dB）后，放大器很快进入饱和工作区，即非线性区。 Pin（1dB）越大，放大器线性度越高。,输出功率与输入功率的关系,80,线性功放技术（二）,PA产生的非线性失真（频谱再生效应）放大器在非线性区域时，输出Pout中包含新的频率分量。如果为单频f1信号，输出Pout中包含f1以及它的的高次谐波频率成分；如果为两个频率f1及f2的组合信号，输出中将包含mf1nf2的频率成分信号，其中m，n分别为0，1，2，考虑到放大器负载的频率是有限的，输出的频率成分中一般包含f1，f2和它们的组合分量2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1,81,线性功放技术（三）,下图为输入信号和输出信号的频谱，由于放大器输出产生新的分量而导致的输出信号失真，称为放大器的非线性失真。,放大器的非线性失真,82,线性功放技术（四）,为什么宽带信号要采用线性功放技术？ 在NCDMA或WCDMA 中，即使是单载波，也需要使用高线度指标的RF功率放大器。因为CDMA技术是随机包络的宽带通道，如果采用一般高功放（通常工作于AB类）进行信号放大，由于交调失真的影响产生频谱再生效应，对相邻的信道产生严重的干扰。因此3GPP规定频谱辐射屏蔽（Spectrum emission mask）的要求；一般的高功放难以达到这个要求，虽然采用A类功放可能会达到这个要求，但效率太低，也难以把信号放大到几十瓦量级，所以在高功放的基础上必须对其进行线性化处理。 把运用了线性化技术的功放称为线性功放，它可以较好的解决信号频谱再生问题。,83,线性功放技术（五）,功放线性功化技术分类 前馈技术：利用主环路和误差环路来改善功率放大器的非线性失真。即将主环路提取的交调失真信号，在误差环中反相并放大后和主功率放大器输出的信号进行交调失真抵消，从而改善功率放大器非线性失真。 预失真技术：在功率放大器的输入通道中插入预失真部件，造成输入信号的预先岐变失真，由于其失真特性与功率放大器的非线性失真特性正好相反，从而消除功率放大器输出信号中的非线性失真产物，实现功率放大器