移动网络培训系列-WCDMA技术原理介绍.ppt

WCDMA技术原理介绍-移动网络培训系列深圳移动网络公司网络优化中心何建,2,主要内容,WCDMA系统介绍WCDMA无线原理WCDMA关键技术,3,4,GSM网络系统结构,1,2,3,5,GSM/GPRS系统结构,3G网络系统结构,3G网络基本设备功能,WCDMA系统介绍,4,GSM网络系统结构,无线网,核心网,ExternalNetwork,MSC/VLR,GMSC,HLR,SMSC,BSC,BTS,PSTN,NMS,NetworkServices:VoiceDataFaxSMS,GSM/MAPCore,BTS,BTS,BTS,BSC,5,GSM/GPRS系统结构,GSM/EDGE/GPRS,核心网(电路交换),ExternalNetworks,MSC/VLR,GMSC,HLR,SMSWAP,BSC/PCU,PSTN,NMS,NewServices:dataMobileInternetSMS/WAPoverGPRS,SGSN,GGSNFirewall,IPBackbone,LIG,CGW,Internet,核心网(分组交换),GSM/MAPCore,6,3G网络系统结构,GSM/EDGE/GPRS,核心网电路交换,ExternalNetworks,GMSC,HLR,SMSWAP,BSC/PCU,PSTN,NMS,GGSNFirewall,IPBackbone,Internet,核心网分组交换,3GSGSN,MGW/MSCSERVER/VLR,IuInterfaces,GSM/MAPCore,NODE-B,RNC,BTS,WCDMA无线,7,3G网络基本设备功能,Node-B：收发信基站,为一个小区服务的无线收发信设备,覆盖范围城区300-800m,郊区800-2000mRNC：无线网络控制器,具有对一个或多个Node-B进行控制以及相应呼叫控制功能。MSCserver：移动业务软交换中心服务器,提供呼叫控制和移动性管理功能。终结用户-网络信令，处理移动用户的业务数据和CAMEL相关数据，同时具有智能网的SSP节点功能。MGW：媒体网关设备,支持媒体转换，提供承载控制和有效载荷处理能力。VLR：拜访位置寄存器MSCserver为所管辖区域中MS的呼叫接续，所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处位置区的识别，向用户提供的服务等参数。GMSC：关口局服务器,核心网络电路域子系统通过关口局GMSC(GMSCserver)实现与其他运营商多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN。,8,3G网络基本设备功能,HLR：归属位置寄存器,管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器注册登记。HLR主要存储两类信息，有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。EIR：设备识别寄存器存储有关移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。AUC：鉴权中心为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。中国移动3G网络中HLR设备与AUC设备合设。SGSN：数据服务支持节点,该功能实体提供移动性管理、安全管理功能和网络接入控制功能。GGSN：数据服务网关支持节点,该功能实体提供和外部分组交换网络的互通、网络屏蔽和分组路由功能。SMSWAP:彩信网关,负责彩信的发送管理。,9,WCDMA技术演进,第一代(80年代)模拟,第三代(2000)宽带多媒体,第二代(90年代)数字,AMPS(美),TACS(英),NMT(欧),其它,模,拟,技,术,GSM(欧),CDMA,IS95(美),TDMA,IS-136,PDC(日),需求驱动,数,字,技,术,语,音,业,务,UMTS,WCDMA,CDMA,2000,需求驱动,宽,带,业,务,TD-SCDMA,10,WCDMA技术演进,GSM/EDGE,11,WCDMA基本原理,码分多址编码交织基带调制扩频技术加扰技术射频调制,12,WCDMA基本原理-码分多址,Frequency,Time,Power,FDMA,TDMA,CDMA,频分多址技术(FDMA)业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS,时分多址技术(TDMA)业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS,码分多址技术(CDMA)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。如CDMA,CDMA是3G（WCDMA、TDSCDMA、CDMA2000）采用的多址技术,13,编码交织,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,扩频通信原理,14,编码:在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速率。交织: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扩频:扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术,目的是增加保密性和抗干扰.加扰:下行用于区分不同的小区,上行用于区分不同的用户.调制:把需要传递的信息送上射频信道.,15,信道编码,WCDMA采用高性能的信道编码，提高系统性能编解码极大地降低了工作点的信噪比，是无线传输中的常用手段Turbo码能够使传输信号的信噪比接近Shannon极限,编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速率。,扩频通信原理,16,信道编码的原理,信道编码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,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,扩频通信原理,17,交织技术,交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。作用：减小信道快衰落带来的影响。缺点：带来了附加的额外延时在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,扩频通信原理,18,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,信道编码和交织技术的使用,扩频通信原理,19,交织技术,交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。作用：减小信道快衰落带来的影响。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有不同的选择在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,扩频通信原理,20,编码交织,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,扩频通信原理,21,扩展频谱（SS:SpreadSpectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。,直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。,扩频通信的定义,扩频通信原理,22,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论基础为Shannon定理：C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，单位b/sB：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W,结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.,扩频通信的理论基础,扩频通信原理,23,扩频码速率：3.84Mc/s；扩频码：OVSF码。,直接扩频通信,扩频通信原理,24,码序列的正交累加为0表示正交,码序列的正交性,扩频通信原理,25,Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。,WCDMA系统扩频码（信道化码）,WCDMA扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。,扩频通信原理,26,SF=1,SF=2,SF=4,C,ch,1,0,=(1),C,ch,2,0,=(1,1),C,ch,2,1,=(1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1),C,ch,4,1,=(1,1,-1,-1),C,ch,4,2,=(1,-1,1,-1),C,ch,4,3,=(1,-1,-1,1),OVSF：Orthogonalvariablespreadingfactor,OVSF-正交可变扩频因子,扩频通信原理,27,符号速率扩频因子码片速率上行信道码的SF为：4256下行信道码的SF为：4512,OVSF码,扰码,数据符号,扩频后码片,WCDMA系统的扩频,扩频通信原理,28,解扩的方法,WCDMA的解扩,扩频通信原理,29,不同用户使用不同的扩频码,扩频通信原理,30,C1与C2正交：C1xC2=0,扩频解扩过程举例,扩频通信原理,31,其他用户的信号,Eb/No,PG,处理增益PG=Wc/RWc是码片速率R是信息速率,扩频中的品质因子Eb/No,扩频通信原理,32,扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强,Eb/N0与PG关系,扩频通信原理,33,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S（f）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,窄带干扰,宽带干扰,扩频通信示意图,扩频通信原理,34,抗干扰能力强保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽,扩频通信的特点,扩频通信原理,35,编码交织,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,扩频通信原理,36,数据比特,扩频后码片,扰码使用户信息伪随机化，加强保密性WCDMA扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为Gold码序列。扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样,扰码介绍,扩频通信原理,37,WCDMA系统中的扰码,WCDMA的扰码是由GOLD序列生成的Gold序列具有良好的自相关性质，其分段序列之间互相关很小，用于码分多址中区分小区和用户，进行多址。,WCDMA系统中的扰码是一种伪随机序列(PN码)它具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。通过扰码可以使用户数据进一步随机化，增强了保密性能，同时便于进行多址通信。,扩频通信原理,38,上/下行扰码作用,上行扰码共224个，用于区分同一小区的不同用户上行扰码分为长扰码和短扰码，其中短扰码用于多用户检测下行扰码共218-1个，用于区分不同的小区常用扰码是0，1，8191，分为512个集合，每个集合包括一个主扰码和15个次级扰码。512个主扰码又可以分为64个扰码组，每组由8个主扰码组成,扩频通信原理,39,编码交织,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机发射,基站接收,扩频通信原理,40,调制的作用,把需要传递的信息送上射频信道不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力2PSK（BPSK）：定义2个相位，每个相位需要1个比特表示0018014PSK（QPSK）：定义4个相位，每个相位需要2个比特表示000900118010270118PSK（EDGE采用）：定义8个相位，每个相位由3个比特表示00004500190010135011180100225101270110315111,41,WCDMAR99、R4调制方式：QPSK,QPSK：QuaternaryPhaseShiftKeying,42,HSDPA（R5）调制方式：16QAM,16QAM：16QuadratureAmplitudeModulation,43,FDMA:码分多址(FrequencyDivisionMutipleAccess)TDMA:时分多址(TimeDivisionMutipleAccess)CDMA:码分多址(CodeDivisionMutipleAccess)WCDMA:宽带WCDMA(信道带宽5M,CDMA200信道带宽1.25M)3G:第三代移动通信(ThirdGeneration)HSPA:高速分组接入(HighSpeedPacketAccess)HSDPA:高速下行分组接入(HighSpeedDownlinkPacketAccess)HSUPA:高速上行分组接入(HighSpeedUplinkPacketAccess)GPRS:通用分组无线系统(GeneralPacketRadioSystem)LTE:长期演进(LongTermEvolution),WCDMA基本原理主要术语,44,WCDMA基本原理主要术语,UMTS:通用移动通信系统(UniversalMobileTelecommunicationSystem)UTRAN:全球陆地无线接入网络(UniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)PS:分组调度(数据业务,PacketScheduling)CS:电路调度(语音业务,CircuitScheduling)UE:用户设备(UserEquipment)GPS:全球定位系统(GlobalPositionINGSyste