《WCDMA基本原理》PPT课件.ppt

主要目录,1 概述 2 WCDMA 基本原理 RAKE 接收机简介 WCDMA 切换简介 WCDMA 功率控制简介 介绍WCDMA中使用的基本编码方式 前向纠错编码(FEC) 信道化编码(Channelisation Coding)扩频 扰码（扩谱）,主要目录,3 UMTS地面接口协议简介 4 UMTS的无线接口协议简介 5 WCDMAD的物理层简介 -扩频和加扰(内容主要来自U2) -物理信道结构(对几个主要物理信道进行说明) -编码和复用映射到物理层(传输信道映射到 物理信道),1 概述,1.1 相关名词 1.2 IMT2000系统间的关系 1.3 UMTS的网络结构,1.1 相关名词,3G ITU IMT-2000 UMTS WCDMA 3GPP 3G: 第三代移动通信,是个大概念,相对于2G ITU: international telecommunication union,国际电联 IMT-2000: 3G的标准,国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定以基于WCDMA的 UTRA FDD(W-WCDMA)和CDMA2000,基于TDMA的UMC-136和DECT以 及基于WCDMA的TDD模式的UTRA TDD和TDS-WCDMA为主流的6种无线 接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划（简称 IMT-2000）。 UMTS: 全球移动通信系统（UMTS）是 ITU 主要的 3G 移动通信技术。UMTS 系统是无线技术采用 WCDMA 的第三代移动通信系统. 3GPP: 3rd Generation Partnership Project,第三代协作伙伴项目,是由一些组织共同发起为了建立通用的WCDMA标准.,1.2 IMT2000系统间的关系,IMT-2000,TDMA,WCDMA,UWC-136,DECT,DS,多载波,TDD,WCDMA,WCDMA,UTRA TDD 3.84M,TD-SWCDMA 1.28M,1.3 UMTS的网络结构,1.3.1 3GPP R99的网络结构 1.3.2 网络结构简单介绍,UMTS系统(Universal Mobile Telecommunication System): 同时提供较高的数据和话音传输能力. Bandwidth: 5Mhz Chip Rate: 3.84Mcps WWCDMA/FDMA (FDD / TDD两种模式) (*TDD模式不过多介绍) 话音容量: 可采用OVSF512/256 (Downlink/Uplink) (*Voice AMR: OVSF 128/64) 数据率: 最大可达384kbps (*多路并行传送可达到2Mbps),GSM到UMTS的技术发展和演进,GSM/GPRS/UMTS系统设备的发展和演进: GSM + GPRS + UMTS(Rel. 99)的主要接口名称:,GSM到UMTS的技术发展和演进,GGSN,SGSNu,PCU,Internet,RNC,NODE B,A,A-bis,Gb,Iu-CS,Iu-B,Iu-PS,Gn,Gi,WCDMA 在什么位置?,RNC,Iu-R,GSM/GPRS/UMTS系统设备的发展和演进: GSM + GPRS + UMTS(Rel. 99)的主要接口名称:,GSM到UMTS的技术发展和演进,GGSN,SGSNu,PCU,Internet,RNC,NODE B,A,A-bis,Gb,Iu-CS,Iu-B,Iu-PS,Gn,Gi,WCDMA,RNC,Iu-R,UMTS网络组件,UMTS陆地无线接入网（UTRAN）： 包括多个无线网络系统（RNS) 无线网络系统（RNS） 无线网络控制器（RNC） Node B,UTRAN,Node B,Node B,RNC,Node B,Node B,RNC,RNS,RNS,MSC,SGSN,RNS,RNS,UMTS网络组件,无线网络系统（RNS)： RNS是用户与MSC/SGSN的连接枢纽 RNS由一个RNC与若干个Node B组成 RNS是一个逻辑概念,UTRAN,Node B,Node B,RNC,Node B,Node B,RNC,MSC,SGSN,UMTS网络组件,无线网络控制器（RNC）： RNC用来支持和管理它下面所带的Node B RNC功能为：,RNS,RNS,UTRAN,Node B,Node B,RNC,RNC,MSC,SGSN,Node B,Node B,UMTS网络组件,Node B 负责一个或多个小区的无线收发 能够处理L1信息 调制/解调 每个Node B支持最多6个小区,RNS,RNS,UTRAN,Node B,Node B,RNC,RNC,MSC,SGSN,Node B,Node B,UMTS网络组件,核心网（CN）： 核心网-电路交换(CN-CS: Core Network-Circuit Switched) GMSC/MSC/VLR/IWF/EC 核心网-分组交换(CN-PS: Core Network-Packet Switched) GGSN/SGSN CN-CS与CN-PS共享部分 HLR/AUC/EIR,网络结构简单介绍,Node B B节点(Node B)的主要功能是进行空中接口L1层处理(信道编码和交织、速率匹配、扩频等)，也执行一些基本的无线资源管理操作，如内环功率控制，逻辑上相当于GSM中的基站,网络结构简单介绍,无线网络控制器(RNC) RNC逻辑上相当于GSM的BSC，负责控制UTRAN无线资源，并且负责终止定义移动设备和UTRAN之间的消息和进程的无线资源协议(RRC)。 如果用户设备连接到多个RNC，将涉及到RNC的另外两个独立的逻辑功能S-RNC和D-RNC. 与CN有连接，为UE提供资源的RNC叫SRNC； 与CN没有连接，为UE提供资源的RNC叫DRNC（DRIFT RNC）,网络结构简单介绍,UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network) UTRAN包含RNC和Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC，一个RNC和与之相连的一个或多个Node B组成一个无线网络子系统(RNS， Radio Network Subsystem)，UTRAN包含一个或多个RNS。RNC之间通过Iur接口连接，可以支持软切换。,UMTS标准的版本: Rel. 99 (也称为Rel. 3) UMTS的第一个商用版本,该版本在20012002年定稿.目前市场上的UMTS系统基本以此为标准. 话音仍为Circuit Switched Packet Data. Rel. 00 (也称为Rel. 4) 增强IP功能 Rel. 01 (也称为Rel. 5) 向全IP发展, HSDPA,GSM到UMTS的技术发展和演进,UMTS空间接口WCDMA的基本参数: Frequency bands: 1920 1980 MHz Up-link (UE transmit, Node B receive) 2110 2170 MHz Down-link (Node B transmit, UE receive),GSM到UMTS的技术发展和演进,UMTS空间接口WCDMA的基本参数: Bandwidth: 5Mhz Chip Rate: 3.84Mcps,GSM到UMTS的技术发展和演进,UMTS空间接口WCDMA的基本参数: Channel number The carrier frequency is designated by the UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN).,GSM到UMTS的技术发展和演进,UMTS空间接口WCDMA的基本参数: UARFCN Absolute Radio Frequency Channel Number,GSM到UMTS的技术发展和演进,UMTS空间接口WCDMA的基本参数: UE maximum output power,GSM到UMTS的技术发展和演进,*,*,UMTS是一种3G移动通信标准的统称,涵盖很多的内容和规范. 陆地接口标准和规范虽然很多,但绝大多数并不陌生,也不难理解.绝大多数已在相应的GSM/GPRS课程中介绍过.也有很多在工作中已有所接触和了解. 空间接口WCDMA对大多数从事GSM或初次接触UMTS的技术人员来说,是全新的和较难理解的部分.但这部分属于UMTS的核心精华技术. 理解和掌握WCDMA,是从事UMTS工作所必不可少的.,RAKE 接收机简介 WCDMA 切换简介 WCDMA 功率控制简介 介绍WCDMA中使用的基本编码方式 前向纠错编码(FEC) 信道化编码(Channelisation Coding)扩频 扰码（扩谱）,2 WCDMA 基本原理,RAKE 接收机的基本原理,发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，多径信号实际上可被看作是互不相关的，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理,RAKE 接收机的基本原理,用Rake receiver进行的多径接收可以有效的抵抗由多径效应引起的快衰落。一般而言多径效应是影响通信质量的大敌，但是在CDMA技术中使用的多径接收合并的技术可以变废为宝，从多径中获得增益（主要是考虑到互相独立的多径传输各自的衰落是独立的，在同一时间多径信号到达目的地的时候同时处于深度衰落的概率很小，因此可以从合并多径信号中获得增益）,RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能,RAKE接收原理,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,t,t,s(t),s(t),RAKE接收机框图,RAKE接收机框图器件简介,通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户数据符号的解扩和积分。 信道估计器使用导频符号估计信道状态；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 相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号中去除； 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。 而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。因为不同路径信号到达时间不一样，等到最后一个信号到达完毕后，便可以进行合并了。把这些不同延迟点上恢复出的信号进行相加，也被称为 最大比合并（MRC,Maximal Radio Combining) 最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗衰落的多径分集。,匹配滤波器（搜索器）结构,本地的扩频码和扰码,串行输入的采样数据,WCDMA Handover基本概念,Handover基本概念: GSM系统有很多Handover的控制方式,包括Level、Quality、Distance、Interference、Power Budget等.但所有GSM切换均为Hard Handover. WCDMA也有多种切换控制方式,与GSM不同的是可以实现软切换Soft Handover. (Uplink quality; Uplink signal measurements; Downlink quality; Downlink signal measurements; Distance; Change of service; Better cell; O Pre-emption.),WCDMA Handover基本概念,Soft Handover: 所谓Soft Handover是指UE在连接到新的信道之前,无论任何原因,都始终保持与原有信道的联接. 因而使通信无任何中断. (Handover发生在不同的Node-B之间, 但必须是相同载频) 软切换的宏分集处理以最大比合并的方式在RNC完成. Softer Handover: 所谓Softer Handover是指切换发生在同一个Node-B的不同的扇区之间. 基本概念与Soft Handover相同.,WCDMA Handover基本概念,Hard Handover: 所谓Hard Handover是指UE在连接到新的信道之前,无论任何原因,都必须先断开与原有信道的联接. 因而使通信有短暂的中断. WCDMA不同载频之间的切换. (不同载频,不同系统,不同信号格式之间) 2G到3G, 3G到2G, FDD到TDD以及不同载频之间的WCDMA切换, 均为Hard Handover,WCDMA Handover基本概念,2. Rake Receiver: Rake Receiver是WCDMA实现Soft Handover的关键设备. 通常要求Rake Receiver有多路接收(Finger),用于对不同路径的信号做解调,每一个Finger可以接收一个扇区或一路多径信号. 1个搜索(Searcher),对不同路径信号做搜索.,WCDMA Handover基本概念,3. Soft/Softer Handover的基本概念 UE的Rake Receiver中的每一个 Finger负责接收一路信号. UE的Rake Receiver中的Searcher 负责搜索多径信号和Neighbor.,Node-B,Node-B,Softer HO,Soft HO,WCDMA Handover基本概念,3. Soft/Softer Handover的基本概念: Soft Handover需要占用一路以 上的中继话路(RNCNode-B) 和多个Node-B信道. Softer Handover仅需要占 用一路中继话路(RNCNode-B) 和一个Node-B信道.,Softer HO,Soft HO,MSC,Node-B,RNC,Node-B,WCDMA Handover基本概念,4. Handover用到的基本集合(Set): Active Set: 一组UE正在与之通话或传送数据的扇区P-CPICH的集合 Monitored (Candidate) Set: 在UTRAN指定的Neighbor List之内,P-CPICH信号并没有包括在Active Set中,但在UE的测量之下,可以作为备用对象的neighbor的集合 Detected Set: 不在Active Set / Monitored Set之内的Neighbor,4. Handover用到的基本集合(Set):,7.2. Handover基本概念,Detected Set,Active Set,Monitored Set,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: UTRAN设定相应的控制参数,通知UE在何时触发并送出测量报告(Measurement Report) 所有测量结果都是以P-CPICH为参照. 即测量P-CPICH的RSCP信号 下面列出的1A, 1B, 1C, 表示测量发生在 intra-frequency,即在相同载频下,不同阶段的切换控制过程 (*Inter-frequency Handover这里不做介绍),WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1a: P-CPICH进入报告区 A Primary CPICH enters the Reporting Range Event 1b: P-CPICH退出报告区 A Primary CPICH leaves the Reporting Range Event 1c: 非通话的P-CPICH优于通话P-CPICH A Non-active Primary CPICH becomes better than an active Primary CPICH,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1d: 最强信号的扇区发生改变. Change of best cell Event 1e: 目标扇区信号满足基本门限要求. A Primary CPICH becomes better than an absolute threshold Event 1f: 通话信道的信号低于基本门限要求. A Primary CPICH becomes worse than an absolute threshold,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1a: A Primary CPICH enters the Reporting Range,Periodic reporting triggered by event 1A,7.2. Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1b: A Primary CPICH leaves the Reporting Range,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1c: A Non-active Primary CPICH becomes better than an active Primary CPICH A primary CPICH that is not included in the active set becomes better than a primary CPICH that is in the active set,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1d: Change of best cell A primary CPICH becomes better than the previously best primary CPICH,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1e: A Primary CPICH becomes better than an absolute threshold Event-triggered report when a Primary CPICH becomes better than an absolute threshold,WCDMA Handover基本概念,5. Handover测量报告触发: Event 1f: A Primary CPICH becomes worse than an absolute threshold Event-triggered report when a Primary CPICH becomes worse than an absolute threshold,WCDMA Handover基本概念,6. 常用Handover控制参数: AS_Th: Threshold for macro diversity (Report Range). (* Macro diversity相当于Soft Handover) AS_Th_Hyst: Hysteresis for the above threshold AS_Rep_Hyst: Replacement Hysteresis T: Time to Trigger AS_Max_Size: Maximum size of Active Set.,WCDMA Handover基本概念,6. 常用Handover控制参数: Best_Ss :the best measured cell present in the Active Set Worst_Old_Ss: the worst measured cell present in the Active Set Best_Cand_Set: the best measured cell present in the monitored set Meas_Sign :the measured and filtered quantity. (实际测量获得的信号),WCDMA Handover基本概念,6. 常用Handover控制参数: If Meas_Sign is below (Best_Ss - As_Th - As_Th_Hyst) for a period of T remove Worst cell in the Active Set. 即1B事件 If Meas_Sign is greater than (Best_Ss - As_Th + As_Th_Hyst) for a period of T and the Active Set is not full add Best cell outside the Active Set in the Active Set. 即1A事件 If Active Set is full and Best_Cand_Ss is greater than (Worst_Old_Ss + As_Rep_Hyst) for a period of T add Best cell outside Active Set and Remove Worst cell in the Active Set. 即1C事件,WCDMA Handover基本概念,7. Soft Handover应用举例(Dynamic Handover):,1,2,3,4,5,6,7,WCDMA 功率控制简介,每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量,采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量,远近效应,前向功率控制,小区发射功率,上报功率控制比特,手机发射信号,功率控制命令,反向功率控制,克服远近效应和多径衰落 减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间,功率控制,功率控制分类即简述,在 WCDMA 系统中，功率控制按方向分为上行（反向）功率控制和下行（前向）功率控制两类。 功率控制的目的 所有的信号到达基站的功率相同（上行）； 减少对其他基站的干扰（下行）； 按需不需要对端的反馈信息分为开环功率控制和闭环功率控制两大 类。 闭环功控是指发射端根据接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的 过程。 开环功控不需要接收端的反馈，发射端根据自身测量得到的信息对 发射功率进行控制,功率控制分类即简述,开环功率控制（上下行都存在） 闭合的上下行链路还没有建立前，无法通过收发信机间间的反馈来确定最佳的发射功率，开环功率控制是在传输信道及接收机状况未知的情况下来估计最佳初始发射功率。 开环功率控制的原理是根据接收到的链路的信号衰落情况，估计自身发 射链路的衰落情况，从而确定发射功率。开环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 率调整动态范围大。 开环功控的衰落估计准确度是建立在上行链路和下行链路具有一致的衰 落情况下 的，但是 由于频 率双工 FDD 模式 中，上下 行链路的 频段相差190MHz，远远大于信号的相关带宽，所以上行和下行链路的信道衰落情况 是完全不相关的，这导致开环功率控制的准确度不会很高，只能起到粗略控 制的作用，必须使用闭环功率控制达到相当精度的控制效果。WCDMA 协议 中要求开环功率控制的控制方差在 10dB 内就可以接受。,功率控制分类即简述,闭环功率控制由内环功率控制和外环功率控制两部分组成 - 内环功率控制 是快速闭环功率控制，在基站与移动台之间的物理层进行。 通信本端接收通信对端发出的功率控制命令控制本端的发射功率，通信对端 的功率控制命令的产生是通过测量通信本端的发射信号的功率和信干比，与 预置的目标功率或信干比相比，产生功率控制命令以弥补测量值与目标值的 差距，即测量值低于预设值，功率控制命令就是上升；测量值高于预设值， 功率控制命令就是下降。 闭环功率控制的调整永远落后于测量时的状态，如果在这段时间内通信环境发生很大变化，会导致闭环的崩溃，所以功率控制的反馈延时不能太长， 一般建议由通信本端的某一时隙产生的功率控制命令应该在两个时隙以内 回馈。通常，一个时隙（0.67ms）给出一次功率控制命令，速度是 1500 次/ 秒。,功率控制分类即简述,-外环功率控制 是慢速闭环功率控制，其目的是使每条链路的通讯质量基本 保持在设定值。,开环功率控制基本原理,上行开环功率控制基本原理,UE通过测量下行链路公共信道的功率，测出下行RSCP，考虑到导频信道的固定发射功率，估算出路径损耗，再加入适当的干扰修正项，得出一个初始的发射功率P_ini。 WCDMA FDD上下行链路相隔一定的频带，因此上行链路损耗和下行链路损耗并不相关，如果通过下行链路的测量推算下行链路的损耗必然带来误差，因此开环功率控制本身存在一定误差，但初始发射功率的计算中会有一个经验值来作修正。 在WCDMA系统中，上行开环功率控制一般只应用在上行公共信道（PRACH）以及专用信道建立时的初始发射功率。,下行开环功控控制基本原理,下行开环功控控制包括下行公共信道发射功率的确定和专用信道发射功率的确定 下行公共信道发射功率包括以下几类：PCPICH power, SCPICH power, PSCH power, SSCH power, SCCPCH power (FACH power /PCH power), SCCPCH_PO1, SCCPCH PO3, PCCPCH power(BCH power), PICH power , AP_AICH power, CSICH power, CD/CA_ICH power, CPCH_PO2,CPCH_PO3 下行专用信道的开环功控控制：其原理在于利用UE所测得的P-CPICH的信号质量来对下行链路专用信道的初始发射功率作出估计，同时需要考虑业务的QoS、数据速率、品质因素Eb/N0、下行链路的实时总发射功率、其他小区对本小区的干扰等因素。,内环功率控制基本原理,上行内环功率控制基本原理,基本原理：UE根据来自基站的功率控制指令不断调整发射功率。基站RAKE接收机对收到的每一个时隙都计算其信躁比SIR(RSCP/ISCP)*SF，并与基站内存的目标信躁比进行比较。如果大于0，表明UE发射功率偏高，基站通过下行信令信道下发降低功率指令 给UE。反之同理。因为测量和功率控制指令都是基于每一时隙的，所以频率为1500次/秒.功率调整的步长是系统设置的参数(1DB/2DB),它在呼叫建立过程中由系统下传给UE,而且是相对固定的.,下行内环功率控制基本原理,UE测量收到的每一个时隙的SIR，对比目标SIR来确定功率控制指令，功率控制指令通过上行信令链路发送给基站，基站根据收到的功率控制指令，按照设定的步长调整信道的发射功率。WCDMA可选择的下行功率步长分别为0.5,1,1.5,2DB.因为功率控制指令也是在每一时隙发出的,所以下行内环功率控制的速度同样可达1500次/秒.由于下行链路是点对多点,所以不存在远近问题.然而在小区的边缘由于收到其它小区的干扰,这是特别需要功率控制.,外环功率控制基本原理,外环功率控制基本原理,原理：内环功率控制的目的是控制单链路的SIR逼近SIRTarget ，外环功率控制是内环功率控制的辅助，基本原理是接收方根据实际数据的接收质量慢速调整SIRTarget，以使业务质量不因无线环境的变化而受影响，保持相对恒定的通信质量。 可以用作衡量业务质量的指标有： 传输信道误块率（BLER） 物理信道误码率（BER） UTRAN主要关注上行外环功率控制，下行外环功率控制原理与上行相同，但是具体算法在UE实现，和网络侧功能无关。,Node B专用测量上报传输信道误块率（BLER）或者物理信道误码率（BER），RNC以此决定是否更改UL SIRtarget值。 RNC 决定启动外环功控时用Iub DCH FP 告知Node B新的SIRtarget值。,上行外环功控基本流程,上行外环功率控制基本原理,仅有内环功率控制还达不到充分降低干扰的目标，因为决定业务信道通信质量的指标是误块率(BLER)，它与信噪比的关系在不同的RF环境下，并不一定是线性对应关系。外环功率控制的目标，就是要调整内环功率控制的目标信 噪比，以满足在不同RF环境下各种业务的误块率要求。 外环功率控制的目的是确定满足业务信道空中传输的质量要求(QoS)的目标，这一功能是在RNC实现的。在系统可设置参数中，每一种业务都会根据其误块率(BLER)要求，设定一个初始目标信噪比，RNC在无线链路建立过程中，通过Iub接口把它传给基站。随着通信的进行，RNC通过外环功率控制对其不断更新。每一个传输块都有一个8、12或16bit的包头(循环冗余校验码CRC)，基站检测每一个上行收到的传输块的CRC，凡是通不过CRC检验的块都被宣布为误块。于是每一个传输块根据其检验结果便有了一个质量标签(CRCI)，基站把CRCI和信噪比之差(当前所测信噪比-目标信噪比)上报给RNC。RNC根据基站上报的信息，再考虑每一种业务(BLER)要求和系统所设定的目标信 噪比，计算出新的目标信噪比，然后下传给基站，基站就会更新其目标信噪比。,上行外环功率控制基本原理,具体地说，当RNC一直收到正确无误的传输块时，则下调目标信噪比， SIR(新)=SIR(旧)-步长(上行下调) 当RNC收到有误的传输块时，则上调目标信噪比， SIR(新)=SIR(旧)+步长(上行上调) 其中两个步长值是基于系统所设定的目标BLER，最大步长、更新周期、还有当前累计收到的帧数等参数由RNC计算出来的。 因为CRC的检测是以帧为单位的，所以基站更新目标信噪比的速度最快为100次/秒(1秒/帧长=1000ms/10ms=100)。也就是说，外环功率控制的频率是100次/秒,WCDMA中使用的基本编码方式: 用于信道区分/扩谱/扰码的编码方式: OVSF CODING SCRAMBLE CODING (GOLD CODE),本章主要内容,Multiple Access Methods,FDMA 频分多址 用不同的频率划分来区分用户 Analog system TDMA 时分多址 在相同的频率上, 用不同的时隙来区分用户 GSM system WCDMA 码分多址 在相同的时间和相同的频率上, 用不同的编码来区分用户 IS-95 system,前向纠错编码FEC,CONVOLUTIONAL CODING 卷积码: 卷积码在GSM/IS-95 / CDMA2000-1X / WCDMA中都得到了应用. 基本原理也相同. 主要用于VOICE和低速DATA的FEC前向纠错. 基本原理是通过编码将原来相互之间没有关系的bits变为相互之间存在一定的依存关系.,前向纠错编码FEC,CONVOLUTIONAL CODING 卷积码: WCDMA中采用的卷积编码器,前向纠错编码FEC,CONVOLUTIONAL CODING 卷积码: 通常可用K和R表示卷积编码器的特性,即纠错能力和编码效率. K (constraint Length)为约束长度,表示编码器的移位寄存器的级数和bits之间的约束长度 前页例中: k=9 R (Coding Rate),表示数据经过卷积编码后,数据输入输出之间的关系, Rate = 1/N: 表示一个data bit input, 经编码后产生N个bits输出. R = 1/2 表示 1bit 输入, 2 bits 输出 R = 1/3 表示 1bit 输入, 3 bits 输出,前向纠错编码FEC,TURBO CODING 编码: TURBO CODE用于高速DATA的FEC前向纠错. TURBO CODE又称为并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Code). 适用于高速数据编码.当BER10 , E/N0.7时，接近仙农定理bit/sym值 可提供优于卷积码约2dB的增益.,-5,前向纠错编码FEC,TURBO CODING 编码: WCDMA中采用的TURBO CODING编码器,Structure of rate 1/3 Turbo coder,前向纠错编码FEC,INTERLEAVING交织编码: INTERLEAVING交织是一种将原始数据经一定的排列组合之后再输出的前向纠错编码方法. 可以将连续出现的误码分散为不连续的误码 与CONVOLUTIONAL CODING和TURBO CODING配合，用于误码的检错和纠错. 基本原理与GSM和IS-95中完全相同.由于在实际应用中有很多具体实现方式,这里不能详细介绍.,前向纠错编码FEC,INTERLEAVING交织编码: INTERLEAVING举例: 没采用INTERLEAVING时: 离散误码很容易被卷积码纠正. ABCDEF?HIJKLMNOPQR?TUVWXY G S 但出现连续误码时,由于同时丢失了前后相关码字, 则误码无法被纠正. ABCD?JKLMNOP?UVWXY ? ?,前向纠错编码FEC,INTERLEAVING交织编码: INTERLEAVING举例: 采用INTERLEAVING后,数据经INTERLEAVING后再输出. 传输后得到: AFKPUBGLQV?DINSXEJOTY 反交织后得到:AB?DEFG?IJKL?NOPQ?STUV?XY,A B ? D E F G ? I J K L ? N O P Q ? S T U V ? X Y,A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y,A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y,A B ? D E F G ? I J K L ? N O P Q ? S T U V ? X Y,C,H,M,R,W,前向纠错编码FEC小结,CONVOLUTIONAL CODING和TURBO CODING均为FEC前向纠错编码. 适用用于离散误码的检错和纠错. CONVOLUTIONAL CODING可用于话音VOICE和数据DATA(低速率). TURBO CODING适用于数据DATA(高速率). INTERLEAVING将连续出现的误码分散为不连续的误码,与卷积和TURBO CODING配合使用.,扩展频谱通信,扩展频谱通信系统的概念： 简称扩谱或扩频，是指需要传输信号的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输；接收时，再利用一定技术将其还原，从而获取高质量传输信号的通信系统。 扩展频谱系统必须满足以下两条准则： 传输带宽远远大于被传送的原始信息的带宽； 传输带宽主要由扩频函数决定，扩频函数常用伪随机编码信号。,扩展频谱通信,直接序列扩展频谱（DS-SS）：,扩展频谱通信,扩展频谱通信的主要优点 抗干扰性能好 保密性好,文字页,OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) Codes: 在WCDMA中用于在同一CELL中保持信道之间正交性(Orthogonal),或信道的区分. 与WALSH CODE性质相同. 对不同速率的数据和信道, 须采用不同长度(SF)的OVSF码. 即每一个bit/symbol要对应一个完整的OVSF CODE序列. Uplink SF = 4 256 Downlink SF = 4 512,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),00 00 00 11,Generation of OVSF CODE:,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),0 0 0 1,copy,copy,reverse,01 01 01 10,*Generation of WALSH CODE: WALSH Code与OVSF CODE的码序编号不同,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0,0 0 0 1,copy,copy,reverse,SF=1,SF=4,SF=2,SF=8,SF=16,SF=32,0,00,01,0000,0011,0101,0110,00000000,01010101,01011010,01100110,01101001,00001111,00110011,00111100,Cch,1,0,Cch,4,3,Cch,4,2,Cch,4,1,Cch,4,0,Cch,2,1,Cch,2,0,OVSF CODE TREE,Cch.4.2 0 1 0 1 Cch.4.2 0 1 0 1 电路实现上: 0 +1 1 -1 归一化值: Cch.SF.iCch.SF.j = +4/4 = 1 i = j,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),Cch.SF.iCch.SF.j = 1 i = j,Cch.4.0 0 0 0 0 Cch.4.2 0 1 0 1 电路实现上: 0 +1 1 -1 none 0 归一化值: Cch.SF.iCch.SF.j = 0 i j,0 1 0 1,SUM,none,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),Cch.SF.iCch.SF.j = 0 i j,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),当两个二进制序列的模二加之和等于零,则称这两个二进制序列是正交的 (ORTHOGONAL) Cch.SF.iCch.SF.j = 0 i j 两个相同的 OVSF序列模二加之和等于1(归一化值) Cch.SF.iCch.SF.j = 1 i = j 上述特性是在完全同步的条件下得出的.,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),OVSF CODE应用举例: 假设: 某扇区有三个用户(信道)通话: S1(t), S2(t), S3(t) 每个用户各分配给一个OVSF序列: Cch.SF.i Cch.SF.i, Cch.SF.j, Cch.SF.k 则空中信号为： = S1(t) Cch.SF.i + S2(t) Cch.SF.j + S3(t)Cch.SF.k,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),OVSF CODE应用举例: 选取相应的OVSF CODE,即可解调出所需信号 例如选取S1(t),则选用对应的OVSF C1.SF.i 利用OVSF CODE的正交特性,可得: Cch.SF.i x S = Cch.SF.i S1(t) Cch.SF.i + S2(t) Cch.SF.j + S3(t)Cch.SF.k = S1(t) 1 i = j Cch.SF.iCch.SF.j = 0 i j,OVSF CODE的正交特性 (Orthogonal Sequences),实际蜂窝系统中大量应用信道复用技术. OVSF CODE虽然在一个扇区中有512/256, 但在不同载频和扇区之间, 必然存在复用. 当多于一个以上的相同Cch.SF.i 在空中出现时,如何将所需的信号提取出来？ 首先,必须要识别出不同的扇区,然后再区分不同的信道.同时还应最大限度减少扇区之间的相互干扰. 因此, 引入SCRAMBLING CODE,OVSF CODE的正交特性,扰码在WCDMA中主要用于区分不同的扇区以及上行不同的UE 用于信号扩谱(SPREADING) 主要编码类型为GOLD CODE. (另外还有一些其它编码,时间关系, 这里不做详细介绍) 主要应用GOLD CODE的互相关特性(Cross-Correlation). 这一点与IS-95/CDMA2000中主要应用自相关特性(Auto-Correlation)不同.,SCRAMBLING CODE 扰码,伪随机码 m-sequence 的自相关特性 (Auto-Correlation),Generation of m-Sequence,Output Sequence,stage #3,1,Modulo 2 Adder,+,stage #1,stage #2,0,0,Clock,0,The result are: 0 0 0 1 1 1 0 0 2 1 1 0 3 1 1 1 4 0 1 1 5 1 0 1 6 0 1 0 7 0 0 1 The output sequence Ci(t) = 1 0 0 1 1 1 0 repeats itself after 7 shifts and is referred to as a m-sequence or PN Code.,Time Shifts,Shift Register States,Generation of m-sequence,Here, we can get another m-sequence.,stage #3,Modulo 2 Adder,+,stage #1,stage #2,1,0,0,0,Generation of m-sequence,0 0 0 1 1 1 0 0 2 0 1