基于Matlab的DS-CDMA系统仿真与分析——附录.doc

毕业设计（论文）附录 题 目：基于Matlab的DS-CDMA系统仿真与分析 学 院： 专 业： 学生姓名： 班级/学号 指导老师/督导老师： 起止时间： 至 目录目录附件1：开题报告共4 页附件2：外文翻译译文共6 页附件3：外文翻译原文共7 页附件4：程序代码共4 页开题报告附件一基于Matlab的DS-CDMA系统仿真与分析开题报告 班级（学号）： 姓名：指导教师 ：一、综述 扩频技术，是将原信号频谱扩展到宽带中进行传输的一种技术，由于其本身具有优良的性能而得到广泛应用，其中最主要的两个应用领域是军事抗干扰通信和移动通信系统。扩频通信分为直接序列扩频(DS)；跳频扩频(FH)；跳时扩频(TH)；宽带线性调频(Chirp)和混合方式，而直扩系统则是民用的移动通信系统中应用最多的扩频方式1。DS-CDMA技术就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到多点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。CDMA系统的优点有：1抗干扰性能好；由于CDMA经过扩频处理，故抗干扰性能好，可和同频带的窄带共存，而不影响其正常工作。2抗多径衰落能力强；多径衰落是影响移动通信质量的一个突出问题，通常必须采取空间分集、自适应均衡等技术加以克服，还有较大衰落余量。CDMA系统可以利用多径信号提供路径分集，这样不但缓和瑞利衰落，而且还缓和了因物理遮挡所造成的慢衰落，从而大大提高通信质量。3系统容量增大；CDMA精确的功率控制和软切换技术大大降低了干扰信号的强度和所需的信噪比要求，而且有效地采用诸如话音激活或可变速率话音编码、分集接收、功率控制。4通信质量好；CDMA系统采用直接序列扩频技术，综合应用时间分集、频率分集、空间分集、路径分集等多种分集技术克服多径效应，可以获得很强的抗干扰能力，加上它在越区切换时采用先建立后中断的软切换技术，保证了CDMA的通信质量3。北美以CDMA技术为基础的第二代通信系统取得了巨大成功，而在目前所有的第三代移动通信系统标准中都采用了宽带CDMA技术。因此CDMA技术成为目前扩频通信技术中研究最多的对象。本课题运用MATLAB对DS-CDMA系统进行仿真，建立系统仿真模型，能够直接、形象的描绘DS-CDMA的工作原理和过程并进行分析，这对进一步研究DS-CDMA技术及其相关理论具有非常重要的意义。二、研究内容1. 直接序列扩频技术的原理。扩频通信，即扩展频谱通信，是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列（一般是伪随机码）来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据7。直接序列扩展频谱系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。其原理如下图1所示。图1 直接序列扩频原理图CDMA是在扩频通信技术上发展起来的一种成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行处理，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端在解调后，使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，将原信息数据的窄带信号从宽带信号中分离出来，即解扩，以实现信息通信。系统中的用户和基站用不同的码来区分，可以共用同一个频段。因此，CDMA是一种具有高保密性、高频谱利用率和高抗干扰能力的通信技术6。2. RAKE接收机技术。RAKE接收技术是第三代CDMA移动通信系统中的一项重要技术。在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，存在着复杂的多径无线电信号，通信受到多径衰落的影响。DS-CDMA系统使用特有的RAKE接收机技术，可以在不增加设备增益的情况下克服多径衰落对通信带来的影响，提高系统性能。我们知道，对于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，而CDMA技术在选择扩频码时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现时延扩展时，就可以被看作只是被传信号的再次传送。因此，可以采用RAKE接收技术。RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号4。RAKE 接收机的优点在于可以有效降低误码率，克服多径效应，这是一种有效的多径分集方式。本课题通过理论研究，搭建DS-CDMA通信系统模型、采用RAKE接收技术，并进行仿真分析，研究系统抵抗多径衰落影响的能力。三、实现方法及预期目标DS-CDMA系统模型如图2所示。包括发射机和接收机两个部分，发射机完成信源编码、信道编码、扩频调制、载波调制、两路信号的码分多址接入、功放发射等。接收机完成地址码同步、解扩、载波同步提取、位同步提取、相干解调、译码和信号恢复。图2 DS-CDMA系统模型DS-CDMA系统仿真框图如图3所示。图3 DS-CDMA通信系统仿真框图信源是数字信号，是由二进制贝努利序列产生器产生一个二进制序列，并且这个二进制序列中的0和1服从贝努利分布。伪随机序列与正交编码主要包括m序列，Gold序列，Walsh码序列等。在仿真中，将原信号与伪随机序列相乘，从而实现直接序列扩频。在接收端多用户情况下，由于信号互相叠加，所以解扩后的信号不再是二进制信号，因为存在多用户干扰，所以在进入接收端进行误码统计之前，必须经过滤波和判决。仿真模型采用BCH码，要求送入编码器的是维数为4的矢量，编码器的输出是维数为7的矢量。信道的干扰和噪声直接影响着信号的传输质量，因此在仿真中，要选择合适的移动通信信道模型。预期目标:利用Matlab平台编写程序，成功搭建DS-CDMA通信系统模型并得到各个模块输入、输出信号波形，以及不同参数下的系统性能分析。四、对进度的具体安排 2015.12-2016.1：对毕设内容进行广泛调研和学习，明确毕设研究课题的意义和现状，基本确定课题的研究方法。在此基础上，完成开题报告。 2016.1-2016.3：熟悉通信原理和通信系统中的关键技术；熟练掌握DS-CDMA的原理、特点、实现方法，理解其应用场合。学习熟练使用Matlab语言编写程序。 2016.3-2016.4：根据前期调研和学习，搭建DS-CDMA通信系统，给出系统方框图和详细说明，分析该系统的可行性。在此基础上，编写Matlab程序进行软件仿真。 2016.4-2016.5：完成DS-CDMA系统的软件仿真，详细记录仿真结果，并进行分析。2016.5-2016.6：撰写论文，准备答辩；根据答辩反馈问题，修改论文。五、参考文献 1南利平,李学华等.通信原理简明教程M.第三版.北京:清华大学出版社,2014:102-104.2周炯槃,庞沁华等.通信原理M.第四版.北京:北京邮电大学出版社,2015.3张培珍,张剑兰.基于MATLAB的CDMA通信系统仿真J.广东海洋大学学,2008,28(4):86-90.4刘涛.第三代移动通信中RAKE接收技术研究D.西安:西安电子科技大学,2006.5李伟,张真,吕路静.基于Matlab的CDMA RAKE接收机性能仿真J.现代电子技术,2015(5):80-82.6施小茜,齐华,冀乐,等.基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真J.科技广场，2009(9):74-76.7白木,周洁.扩频通信的原理、工作方式、特点和应用J.电力系统通信, 2002,23(4):36-39.8张德丰.MATLAB通信工程仿真M.北京:机械工业出版社,2010.指导教师：（签署意见并签字） 年 月 日 督导教师：（签署意见并签字） 年 月 日 领导小组审查意见： 审查人签字： 年 月 日11外文翻译译文附件二外文翻译译文WCDMA 导论引言 本章介绍WCDMA 空中接口的基本原理，并且特别关注那些与GSM 和IS-95 不同的特性。3.2 节介绍WCDMA 物理层的主要参数。3.3 节介绍扩频和解扩的概念，随后在3.4 节中介绍多径无线信道和Rake 接收机。其他一些WCDMA 空中接口的关键组成部分功率控制、软切换和更软切换也将在本章中介绍。3.5 节阐述了功率控制的必要性及实现，3.6 节介绍软切换和更软切换。3.2 WCDMA 主要参数概括在本节中，我们将介绍WCDMA 的主要系统参数，并对其中的大多数参数做出简要解释。表3-1 概括了有关WCDMA 空中接口的主要参数。在此我们主要突出一些表征WCDMA 特点的参数。表3-1 WCDMA 的主要参数多址接入方式 DS-CDMA双工方式 频分双工/时分双工基站同步 异步方式码片速率 3.84Mchip/s帧长 10ms业务复用 有不同服务质量要求的业务复用到一个连接中多速率概念 可变的扩频因子和多码检测 使用导频符号或公共导频进行相关检测,多用户检测，智能天线 标准支持，应用时可选 WCDMA 是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统，即通过用户数据与由 CDMA 扩频码得来的伪随机比特（称为码片）相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上 去。为支持很高的比特速率（最高可达2Mbit/s），采用了可变扩频因子和多码连接。图3-1 表示了这样安排的例子。 使用 3.84Mchip/s 的码片速率需要大约5MHz 的载波带宽。带宽约为1MHz 的DSCDMA系统，例IS-95，通常称为窄带CDMA 系统。WCDMA 所固有的较宽的载波带宽使 其能支持高的用户数据速率，并且也具有某些性能方面的优势，例如增强的多径分集能力。 网络运营商可以依据其运营牌照，以等级式的小区分层的形式，使用多个这样的5MHz 载频 来增加容量。图3-1 也表示了这一特点。实际的载频间隔要根据载频间的干扰情况，以200kHz 为一个基本单位在大约4.4MHz 和5MHz 之间选择。WCDMA 支持各种可变的用户数据速率，换句话说，就是它能很好地支持带宽需求（BoD）的概念。在每个10ms 期间，用户数据速率是恒定的。然而这些用户之间的数据容量帧与帧之间是可变的。图3-1 也表示了这一特点。这种快速的无线容量分配一般是由网络来控制，以达到分组数据业务的最佳吞吐量。图3-1 在时间-频率-码的空间中的WCDMA的带宽分配WCDMA 支持两种基本的工作模式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5 MHz 的载波，在TDD 模式只使用一个5 MHz 载波，在上下行链路之间分时共享。上行链路是移动台到基站的连接，下行链路是基站到移动台的连接。TDD 模式在很大程度上是基于FDD 模式的概念和思想，加入它是为了弥补基本WCDMA 系统的不足，也是为了能使用ITU 为IMT-2000 分配的那些不成对频谱。第13 章将详细讨论TDD 模式。WCDMA 支持异步基站运行，这样就不用像同步的IS-95 系统那样需要使用一个全局时间参考量，比如GPS。因为不需要接收GPS 信号，室内小区和微小区基站的布站就变得简单了。WCDMA 在上行链路和下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检测。虽然IS-95 在下行链路中使用了相干检测，但是在公众CDMA 系统中上行链路使用相干检测是一种新技术，这将全面地增加上行链路的覆盖和容量。WCDMA 空中接口中包括一些先进的CDMA 接收机理念，例如多用户检测和自适应智能天线，运营商可以将这些先进技术作为提高系统容量和/或覆盖的选择方案。在大多数第二代系统中，并没有提出这些先进的接收机理念，因此，它们或者根本不可能应用，或者就是只能在一些苛刻的条件约束才能应用，而且在性能方面的提高很有限。 WCDMA 能与GSM 协同工作。因此，WCDMA 支持与GSM 之间的切换，这样就能够在引入WCDMA 后达到增加GSM 覆盖的目的。在本章的后面部分，将简要地回顾CDMA 工作的基本原理。在后续的章节中将会详细介绍和解释上面列出的WCDMA 标准的各方面的技术规范。CDMA 的基本原理在参考文献1、2、3、4中也有介绍。3.3 扩频和解扩图3-2 示出了一个DS-CDMA 系统中扩频和解扩的基本工作原理。图3-2 DS-CDMA中的扩频和解扩 这里，假定用户数据是二进制移相键控（BPSK）调制的速率为R 的比特序列，用户据比特取1 值。在本例中，扩频操作就是将每一个用户数据比特与一个包括8 个比特的码序列（称为码片）相乘。我们假定对BPSK 扩频调制也是如此。可以看出，最后得到的扩展后的数据速率为8R，并且与扩频码有相同的随机（类似伪噪声）特性。这种情况下，我们说其扩频因子为8。扩频后得到的宽带信号将通过无线信道传送到接收端。 在解扩时，把扩展的用户数据/码片序列以一比特间隔乘以与在扩频这些比特时所用的相同的8 个比特的码片。如图3-2 所示，只要我们能在扩展后的用户信号和扩频码（解扩码）之间取得很好的同步，就能很好地恢复出原始的用户比特序列。 传信速率增加8 倍，相当于扩展的用户数据信号的占有带宽扩展了8 倍。由于有这个效果，CDMA 系统普遍被称为扩频系统。解扩将信号带宽按比例地恢复到R 值。 图3-3 表示CDMA 中相关接收机的基本工作原理。图的上半部分表示的是自己希望接收到的信号。如图3-2 一样，解扩操作中采用完全同步的解扩码。然后，相关接收机对每个用户比特的解扩操作后的乘积（数据解扩码）进行积分（即求和）。 图3-3 中下半部分是对使用不同扩频码的另外一个用户的CDMA信号进行与上半部分相同的解扩操作后的效果。将另一个用户的信号（实际上是第一个用户的干扰信号）与第一个用户的解扩码的乘积进行积分，解扩后得到均值为0 的干扰。 可以看出，用户自己的信号幅度比其他干扰系统的用户信号幅度平均增大了8 倍，也就是说，相关检测以扩频因子的值（这里为8）为倍数把需要的用户信号从存在干扰的CDMA系统中增强了。这种效果被称为“处理增益”，它是所有CDMA 系统的基本特征。正是处理增益赋予了CDMA 系统抵抗自干扰的强大能力，而要在地理位置比较相近的距离上再用同一个5MHz 的载波频率，这种强大能力是必需的。举一个实际的WCDMA 参数的例子。语音业务的比特速率为12.2kbit/s，处理增益为25dB=10 10（3.84E6/12.2E3）。解扩后，信号功率一般要比干扰和噪声功率高几个分贝。在本书中，解扩后所需信号功率密度与干扰功率密度之比表示为Eb/N0，这里Eb 是每用户比特的能量或功率密度，而N0 是干扰和噪声的功率密度。对语音业务，Eb/N0 的典型值是在5.0 dB 的量级上。所需的宽带信干比就等于5.0 dB 减去处理增益等于20.0 dB。换句话说，信号功率可以比干扰或热噪声功率低20 dB，这时，WCDMA接收机仍然能检测出信号来。宽带信干比也称作载干比（C/I）。正是因为有了扩频和解扩，WCDMA 中的C/I 才能比诸如GSM 系统中的载干比低。在GSM 中，高质量的语音连接所需要的C/I 的值为912dB。图3-3 CDMA相干接收机的原理 图3-3 CDMA 相干接收机的原理由于宽带信号可以比热噪声电平低，所以如果不知道扩频序列很难将其检测出来。正因为这个原因，扩频系统最初应用在军事领域中，信号的宽带特性使得它可以很好地隐藏于无所不在的热噪声之中。 需要指出的是，在给定信道带宽（码片速率）的情况下，低用户比特速率业务会比高比特速率得到更高的处理增益。特别是，对2 Mbit/s 的用户数据，处理增益要小于2（=3.84Mchip/s2 Mbit/s=1.92，即2.8 dB）这样就会对WCDMA 波形抵抗干扰的某些耐受能力大打折扣。12.4 节将介绍WCDMA 中高用户比特速率时的性能。 WCDMA 中的基站和移动台在实质上都使用这种相干接收机。然而，由于存在多径传播（和可能的多接收天线），为了从所有的路径和/或天线中恢复信号的能量，有必要使用多个相关接收机。这样，多个相关接收机的集合，术语称“指峰器”，就构成了CDMA 的 Rake接收机。下一节我们会详细说明CDMA 中 Rake 接收机的工作原理与工作细节，但说明之前，我们对无线系统中使用的扩频/解扩变换做一总结。 重要的是需要明白，对无线应用来，扩频和解扩操作本身并不能提供任何的信号增强。其实，处理增益是以增加传输带宽（增加的倍数就是处理增益）为代价的。 当以系统级而不以单个的无线链路级的角度考察时，WCDMA 所有的好处更像是通过利用信号的宽带特性 “走后门”而获得的： （1）WCDMA 的处理增益，连同宽带特性，使无线系统的小区之间的频率再用因数为1（即同一频率可以用在每个小区/扇区），这样就会达到高的频谱利用率。 （2）多个用户共享同一宽带载波通信能够提供干扰信号的分集，即来自大量的系统用户的多址干扰被平均。这样，与那些不得不考虑最坏情况下的干扰规划的系统相比，容量可以大幅度提高。 （3）但是，获得以上两种好处的前提是使用精确功率控制和软切换技术，以避免单个用户的信号阻塞其他用户的通信。本章后面将会解释功率控制和软切换。 （4）利用宽带信号比利用窄带信号可以更精确地分辨不同传播路径的无线电信号，这就导致较高的抗衰落的分集效果，从而改善了系统性能。3.4 多径无线信道和Rake 接收 陆地移动信道中，无线电波传播的特点是多反射、衍射和信号能量的衰减。这是由一些空间中必然会存在的障碍，如建筑物、山丘等造成的，从而产生了所谓的多径传播的结果。在本小节中，主要考虑两个由多径传播导致的影响：（1）信号能量（例如与CDMA 波形的单个码片有关）可能在一些明显可分辨的时刻到达接收机。到达的能量就形成多径时延分布，如图3-4 所示。在市内或市郊，延迟的典型值是12s，虽然在某些情况下丘陵地区观测到有效信号能量的时延有20s 或者更长。码片速率为3.84Mchip/s，则码片持续时间为0.26s。如果多径分量之间的时间差至少是0.26s,WCDMA 接收机就能将那些多径分量区分开来，并相干组合在一起，以取得多径分集的效果。如果路径的长度差至少为78m（=光速码片速率=3.0108ms-13.84Mchip/s），就可以得到0.26s 的时延差。如果码片速率为1Mchip/s，则多径分量的路径长度差必须是300m，而这在小的小区中是不可能的。所以，很容易看出，5MHz 的WCDMA 能在较小的小区中提供多径分集，而这在IS-95 中是不可能的。图3-4 多径传播导致的多径时延剖面轮廓（2）对某一个时延情况，通常会有许多条长度几乎相等的无线信号传输路径。例如，当与单个的码片时间周期（3.84Mchip/s 时为0.26s， 78m）相比时，长度差为半个波长（2GHz时大约是7cm）的路径上的信号事实上是在同一瞬间到达的。结果，即使接收机只移动了很短的距离，也会发生信号抵消，这称作快衰落。把信号抵消最好是理解成几个加权相量和，加权相量表示在某个时间瞬间沿着某条路径的相移（通常以无线信号的波长取模）和衰减。 图3-5 示出了当接收机移动时，到达接收机的特定延时位置的信号能量所表现出的典型快衰落模式。当多径反射的相位抵消发生时，接收到的信号功率可以相当大地下降（有2030dB）。因为潜在的几何因素发生衰落和色散现象，快衰落导致的信号变化频率要比由平均多径延迟导致的信号变化频率高几个数量级。接收信号能量的短期统计平均通常可用瑞利分布来较好地描述，参见参考文献5和6。这些深衰落的急剧下降使数据比特的无差错接收变得异常困难，这就需要在WCDMA 中采取一些措施。WCDMA 中对抗衰落的方法有： （1）使用多个Rake 指峰（相关接收机）把那些延迟的、分散的能量集中起来，每个指峰分别指向那些有显著能量到达的时延位置上。 （2）利用快速功率控制和Rake 接收机内在的分集接收缓解信号功率的衰落。（3） 采用强大的差错编码、交织保护和重传协议增加对信号的冗余度和时间分集，有助于接收机恢复受到衰落影响的信号。图3-5 由多径传播导致的Rayleigh快衰落 无线电传播的动态特性要求CDMA 信号的接收遵从以下的工作原理： （1）识别有效能量到达的时间延迟位置，并且将相干接收机即Rake 的指峰分配给那些峰值的位置。以1 个码片持续时间为单位来获得多径时延结构，即一般采用（1/41/2 码片的持续时间）时，更新速率则在几十微秒的数量级上。 （2）在每一个相关接收机中，都要对快衰落过程产生的变化很快的相位和幅度值进行跟踪，并将其消除。跟踪过程必须迅速，其更新速率在1ms 量级或更小些。 （3）将所有指峰处经过解调和相位调整后的符号进行组合，并送入解码器进行后续的处理。 图3-6 示出了上述的第二点和第三点。图中把调制符号（BPSK 或QPSK）和瞬时的信道状态表示成加权复数相量。为了更方便地实现上述的第二点，WCDMA 使用已知导频符号来探测信道，并且估算一个特定指峰的瞬时信道状态（加权相量值）。这样，只要去掉了由信道产生的相位偏转，接收到的符号就变回到了原来的相位。再把这些经过信道补偿后的信号简单地相加，就从所有延迟点上恢复出了信号能量。这个过程也被称作最大比合并（MRC，Maximal Ratio Combining）。图3-6 CDMA Rake接收机钟最大比合并的原理图3-7 表示根据这些原理设计的有三个指峰的Rake 接收机框图。输入的数字化信号是来自射频前端电路的I、Q 分支（即复低通信号的形式），码发生器和相关器随后对其进行解扩和积分处理，得到用户数据符号。信道估计器使用导频符号估计信道状态，然后相位旋转器把估计的信道状态从接收符号中去除。图中的延迟均衡器是为了补偿每一个指峰中的符号到达时间差。然后，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。图中还有一个匹配滤波器，用来检测和更新当前信道多径延迟的位置，并利用这个测量和可能平均的多径延时结果把Rake 指峰设置到信号能量峰值最大的点上。图3-7 CDMA Rake接收机框图在Rake 接收机的典型实现中，通常由ASIC 芯片实现码片级的处理（包括相关器、码发生器和匹配滤波器），采用DSP 实现符号级的处理（包括信道估计器、相位旋转器和合并器）。虽然基站和移动台的WCDMA Rake 接收机有一些差别，但是，所有的基本原理都是相同的。最后，我们要指出，用同样的方法，可以把多个接收天线当作从一个单一天线接收多径信号：只要给这些天线加上另外的Rake 指峰，我们就可以接收和利用来自多径和多天线的全部能量。从Rake 接收机的角度看，这两种形式的分集接收并没有本质的差别。外文翻译原文附件三外文翻译原文Introduction to WCDMAPeter Muszynski and Harri Holma3.1 Introduction This chapter introduces the principles of the WCDMA air interface. Special attention is drawn to those features by which WCDMA differs from GSM and IS-95. The main parameters of the WCDMA physical layer are introduced in Section 3.2. The concept of spreading and despreading is described in Section 3.3, followed by a presentation of the multipath radio channel and Rake receiver in Section 3.4. Other key elements of the WCDMA air interface discussed in this chapter are power control and soft and softer handovers. The need for power control and its implementation are described in Section 3.5,and soft and softer handover in Section 3.6.3.2 Summary of the Main Parameters in WCDMA We present the main system design parameters of WCDMA in this section and give brief explanations for most of them. Table 3.1 summarises the main parameters related to the WCDMA air interface. Here we highlight some of the items that characterise WCDMA. WCDMA is a wideband Direct-Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA) system, i.e. user information bits are spread over a wide bandwidth by multiplying the user data with quasi-random bits (called chips) derived from CDMA spreading codes. In order to support very high bit rates (up to 2 Mbps), the use of a variable spreading factor and multicode connections is supported. An example of this arrangement is shown in Figure 3.1. The chip rate of 3.84 Mcps leads to a carrier bandwidth of approximately 5 MHz. DS-CDMA systems with a bandwidth of about 1 MHz, such as IS-95, are commonly referred to as narrowband CDMA systems. The inherently wide carrier bandwidth of WCDMA supports high user data rates and also has certain performance benefits, such as increased multipath diversity. Subject to his operating licence, the network operator can deploy.Table 3.1. Main WCDMA parametersMultiple access method DS-CDMADuplexing method Frequency division duplex/time division duplexBase station synchronisation Asynchronous operationChip rate 3.84 McpsFrame length 10 msService multiplexing Multiple services with different quality of service requirements multiplexed on one connection Multirate concept Variable spreading factor and multicodeDetection Coherent using pilot symbols or common pilotFigure 3.1. Allocation of bandwidth in WCDMA in the timefrequencycode space Mltiple 5 MHz carriers to increase capacity, possibly in the form of hierarchical cell layers. Figure 3.1 also shows this feature. The actual carrier spacing can be selected on a 200 kHz grid between approximately 4.4 and 5 MHz, depending on interference between the carriers.WCDMA supports highly variable user data rates, in other words the concept of obtaining Bandwidth on Demand (BoD) is well supported. The user data rate is kept constant during each 10 ms frame. However, the data capacity among the users can change from frame to frame. Figure 3.1 also shows an example of this feature. This fast radio capacity allocation will typically be controlled by the network to achieve optimum throughput for packet data services. WCDMA supports two basic modes of operation: Frequency Division Duplex (FDD) and Time Division Duplex (TDD). In the FDD mode, separate 5 MHz carrier frequencies are used for the uplink and downlink respectively, whereas in TDD only one 5 MHz is timeshared between the uplink and downlink. Uplink is the connection from the mobile to the base station, and downlink is that from the base station to the mobile.The TDD mode is based heavily on FDD mode concepts and was added in order to leverage the basic WCDMA system also for the unpaired spectrum allocations of the ITU for the IMT-2000 systems. The TDD mode is described in detail in Chapter 13. WCDMA supports the operation of asynchronous base stations, so that, unlike in the synchronous IS-95 system, there is no need for a global time reference such as a GPS. Deployment of indoor and micro base stations is easier when no GPS signal needs to be received. WCDMA employs coherent detection on uplink and downlink based on the use of pilot symbols or common pilot. While already used on the downlink in IS-95, the use of coherent detection on the uplink is new for public CDMA systems and will result in an overall increase of coverage and capacity on the uplink. The WCDMA air interface has been crafted in such a way that advanced CDMA receiver concepts, such as multiuser detection and smart adaptive antennas, can be deployed by the network operator as a system option to increase capacity and/or coverage. In most second generation systems no provision has been made for such receiver concepts and as a result they are either not applicable or can be applied only under severe constraints with limited increases in performance. WCDMA is designed to be deployed in conjunction with GSM. Therefore, handovers between GSM and WCDMA are supported in order to be able to leverage the GSM coverage for the introduction of WCDMA. In the following sections of this chapter we will briefly review the generic principles of CDMA operation. In the subsequent chapters, the above mentioned aspects specific to the WCDMA standard will be presented and explained in more detail. The basic CDMA principles are also described in references 1, 2, 3 and 4.3.3 Spreading and Despreading Figure 3.2 depicts the basic operations of spreading and despreading for a DS-CDMAsystem. User data is here assumed to be a BPSK-modulated bit sequence of rate R, the user data bits assuming the values of 1. The spreading operation, in this example, is the multiplication of each user data bit with a sequence of 8 code bits, called chips. We assume this also for the BPSK spreading modulation. We see that the resulting spread data is at a rate of 8 _ R and has the same random (pseudo-noise-like) appearance as the spreading code. In this case we would say that we used a spreading factor of 8. This wideband signal would then betransmitted across a wireless channel to the receiving end. During despreading we multiply the spread user data/chip sequence, bit duration by bit duration, with the very same 8 code chips as we used during the spreading of these bits. As shown, the original user bit sequence has been recovered perfectly, provided we have (as shown in Figure 3.2) also perfect synchronisation between the spread user signal and the (de)spreading code. The increase of the signalling rate by a factor of 8 corresponds to a widening (by a factor of 8) of the occupied spectrum of the spread user data signal. Due to this virtue, CDMA systems are more generally called spread spectrum systems. Despreading restores a bandwidth proportional to R for the signal. The basic operation of the correlation receiver for CDMA is shown in Figure 3.3. The upper half of the figure shows the reception of the desired own signal. As in Figure 3.2, we see the dispreading operation with a perfectly synchronised code. Then, the correlation receiver integrates (i.e. sums) the resulting products (data _ code) for each user bit.The lower