《WCDMA系统原理》PPT课件.ppt

1,WCDMA系统原理,日讯科技,2,课程目标,了解CDMA技术的基本原理 了解CDMA技术相比其它多址技术的优点 了解WCDMA系统采用的关键技术,学习完本课程，您将能够：,3,课程内容,T,第一章 多址技术和双工技术 第二章 CDMA基本原理 第三章 WCDMA 关键技术,4,频分双工（FDD）：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（TDD）：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CDMA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,多址技术：区分不同用户,6,多址技术比较,FDMA TDMA CDMA 容量 1 46 1020 载干比(C/I) 18dB 9dB -8 -6dB 实现难度 易 中 难,7,码分多址（CDMA）的技术特点,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 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,T,第一章 多址技术和双工技术 第二章 CDMA基本原理 第三章 WCDMA 关键技术,9,CDMA通信模型,扩频,解扩,无线信道,10,常用术语,比特（Bit），符号(Symbol) ，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 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,11,CDMA通信模型,扩频,解扩,无线信道,12,考虑和原有各种系统的语音编码器的兼容，WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate)语音编码，属于线性预测编码,WCDMA的信源编码,13,扩频,解扩,无线信道,CDMA通信模型,14,信道编码的作用：增加比特间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号 编码类型及编码率 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,WCDMA的信道编码,15,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,交织,1 2 3 4 5 6 7 8 . . 452 453 454 ,8 16 . . . 456,2 10 . . . 450,6 14 . . . 454,1 9 . . . 449,4 12 . . . 452,7 15 . . . 455,3 11 . . . 451,5 13 . . . 453,B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7,A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5,C1 B6,C2 B7,C3,一次交织：,二次交织：,16,扩频,解扩,无线信道,CDMA通信模型,17,相关性,(a),(b),相关（相关性100 ）,不相关（0相关）,+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,18,正交函数,正交函数具有0相关性。如果两个二进制序列的异或结果具有相同个数的0和1，那么，这两个序列不相关,0000 0101 0101,1010 0101 1111,不相关：,相关：,19,扩频与解扩（DS-CDMA）,20,扩频与解扩（DS-CDMA）,期望信号,其他用户信号,期望的扩频信号,扩频码,解扩后的数据,其他扩频信号,积分后的其他信号,1,-1,1,-1,1,-1,8,-8,1,-1,8,-8,解扩后的其他信号,相关接收机的基本操作,积分后的数据,处理增益,21,扩频原理,_ UE1: 1 1 个 _ UE2: 1 1 个 c1: 1 1 1 1 1 1 1 1 c2: 1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1： 1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2： 1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2,22,解扩原理,UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2 UE1使用c1解扩：c1 1 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决： 4（表示1） 4（表示1） UE2使用c2解扩：c2 1 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决： 4（表示1） 4（表示1）,23,信号速率的提高，意味着信号带宽的展宽,扩频与解扩（DS-CDMA）,24,扩频/解扩原理频域解释,功率谱,Echip,Eb / No = Ec / Io 增益,25,码字的自相关和互相关,不同用户采用不同的扩频码字x1(t)，x2(t) 互相关函数 V()= 互相关特性决定了多址干扰特性 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！,26,CDMA的码生成技术,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 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,27,m序列的生成,D,D,D,D,+,a1,a0,a2,a3,a4,m序列的缺点：只有一个序列，不同用户用不同“节拍”（相位）区分，对同步要求很高,28,Gold序列,Gold序列 由m序列的不同相位异或而成 自相关函数有多值，没有m序列好 比m序列多得多： 2n-1个（n为移位寄存器长度）,29,Gold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很小，可以用于区分用户，进行多址,30,Gold序列生成,Gold序列的随机性好，符合伪随机序列的特性 0和1发生的相对频率各为1/2，连续出现0或1的概率小，用于加扰,31,扩频,解扩,无线信道,CDMA通信模型,32,OVSF&Walsh,OVSF码（ Walsh与OVSF）的互相关为零，相互完全正交,33,扩频因子与业务速率,符号速率（业务速率校验码）信道编码重复或打孔率 码片速率符号速率扩频因子 如WCDMA 业务速率384Kbps，信道编码1/3Turbo码，符号速率960Kbps 扩频因子4，码片速率3.84MHz 如cdma2000-1x 业务速率9.6Kbps，信道编码1/2卷积码，符号速率19.2Kbps 扩频因子64，码片速率1.2288MHz,34,扩频,解扩,无线信道,CDMA通信模型,35,WCDMA的调制方式：QPSK,QPSK（4PSK）: Quaternary Phase Shift Keying,36,课程内容,T,第一章 多址技术和双工技术 第二章 CDMA基本原理 第三章 WCDMA 关键技术,37,第三章 WCDMA 关键技术,无线传播环境 分集技术 智能天线技术 多用户检测技术,38,多径环境,39,衰落,发射数据,接收数据,40,衰落,41,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 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 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,42,第三章 WCDMA 关键技术,无线传播环境 分集技术 智能天线技术 多用户检测技术,43,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） 时间选择性衰落 时间分集信道交织 频率选择性衰落 频率分集跳频、扩频 RAKE接收机,分集技术 -克服快衰落（和干扰）的手段,44,前向链路容量是当前CDMA蜂窝系统容量的瓶颈，WCDMA标准在发射分集上的应用上进行了深入的研究，提出了新的发射分集方案，提高前向链路容量； 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，FBI 域,WCDMA的发射分集,45,频率选择性衰落,46,Rake接收机,47,最大比合并 在接收端由N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，在送入检测器进行监测 等增益合并 在接收端由N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，在送入检测器进行监测 选择性合并 在N个分集支路中选择具有最大信噪比的支路作为输出,分集接收合并技术,48,不同多径分集的接收效果,49,第三章 WCDMA 关键技术,无线传播环境 分集技术 智能天线技术 多用户检测技术,50,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 扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量,智能天线原理,51,全向小区,三扇区小区,智能天线小区,智能天线的小区配置,52,智能天线,两种算法,切换多波束,自适应波束,53,智能天线,54,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 大大增加系统容量 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 提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量 减少发射功率，延长移动台电池寿命 提高系统设计时的灵活性,智能天线的优点,55,现有结果：(Arraycomm，京瓷) 针对DCS-1800和PHS的产品，提高覆盖范围230% 降低要求基站数目70%，平均降低成本40% 实现关键： 多波束形成技术 自适应干扰抑制技术 空时二维的RAKE接收技术 多通道的信道估计和均衡技术,智能天线研究,56,对智能天线支持的分析,WCDMA标准能够更好的支持智能天线技术,57,第三章 WCDMA 关键技术,无线传播环境 分集技术 智能天线技术 多用户检测技术,58,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