华为WCDMA系统原理概述.ppt

WCDMA系统原理概述 2 前言 现在在移动通信领域最流行的一个词就是 3G 那么什么是3G 3G究竟能给我们带来什么样的精彩生活 今天我们就一起来认识一下3G基本原理 3 WCDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 4 多径环境 5 衰落 发射数据 接收数据 6 衰落 7 移动信道的多径特征 电磁传播 反射 散射和绕射无线环境中的信号衰减分成三部分 幅度衰减较大的路径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分 大尺度变化衰减幅度较小的快变化成分 小尺度衰落两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法瑞利分布 非视距传播 莱斯分布 视距传播 8 无线信道模型 接收信号 发射信号 9 CDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 10 多址技术 时分多址频分多址码分多址双工技术 时分双工频分双工 多址技术与双工技术 11 传统多址技术 码分多址技术 直接扩频方式 多址技术图示 12 码分多址 CDMA 多用户共享同一频率 频谱利用率大大提高 CDMA系统是自干扰系统 系统内用户存在互相之间的干扰 CDMA系统的用户容量是软容量 当用户数目增加时 对所有用户而言 系统性能下降 相应当用户数目减少时 系统性能提高 13 CDMA的几种不同形式 直接扩频码分多址 DS CDMA 多用户完全同一时间 同一地点占用同一频率资源可以使用RAKE接收技术 利用宏空间分集 多个基站同时监听 实现软切换 大大降低切换掉话率 提升服务质量 跳频码分多址 FH CDMA 单一用户单一时刻占用的频谱带宽较窄 占用频率随时间变化按一定规律跳变 跳变规律由地址码确定 跳时码分多址 TH CDMA 单一用户不定时占用较宽的频谱 占用的时间按一定规律改变 时间改变的规律由地址码确定 14 CDMA示意图 15 CDMA系统基本框图 信源编码 信道编码 扩频 调制 信源译码 信道译码 解扩 解调 无线信道 16 简单的CDMA发射接收机框图 DS CDMA信号发射 接收机 17 CDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 18 几个为什么 为什么CDMA系统更加抗干扰 为什么CDMA系统更加保密 为什么CDMA手机更加环保 19 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 其自相关特性决定了多径干扰特性其互相关特性决定了多址干扰特性自相关函数R 互相关函数V 20 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 移位序列和原序列有一半相同 另一半不同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 单值性符合贝努利序列性质 21 Gold序列 Gold序列由两个优选的m序列异或而成自相关函数有多值 没有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相关性质 用于码分多址中区分基站和用户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 22 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 23 OVSF Walsh OVSF码的互相关为零 相互完全正交 Walsh与OVSF码一样 24 扩频因子与业务速率 符号速率 扩频因子 码片速率如WCDMA 码片速率 3 84MHz 扩频因子 4 则符号速率 960Kbps cdma2000 1x 码片速率 1 2288MHz 扩频因子 64 则符号速率 19 2Kbps 符号速率 业务速率 校验码 信道编码 重复或打孔率如WCDMA 业务速率 384Kbps 信道编码 1 3Turbo码 符号速率 960Kbps cdma2000 1x 业务速率9 6Kbps 信道编码 1 3卷积码 符号速率 19 2Kbps 25 扩频与解扩 DS CDMA 26 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 27 CDMA过程中的频谱变化 28 Rake接收机 29 频率选择性衰落 30 采用RAKE接收机 有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应 宽带传输系统 利用了信道的频率分集效果码字的多址传输 利用了多用户分集的效果信号在信道中传输功率低 降低了干扰 提高了保密性扩频因子灵活变换 有助于多媒体等多速率并发业务的传输频谱效率高 优于以往的AMPS和GSM 频率复用系数WCDMA为1 GSM为1 18 支持软切换和更软切换支持新技术的应用 如多用户检测WCDMA有下行发射分集 而GSM没有 CDMA在无线信道中传输的优势 31 CDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 32 是通过自然界无线传播环境中的独立 或至少高度不相关 多径信号来实现的相对投资低廉克服小尺度衰落 由移动台附近物体的复杂反射引起 可以采用双天线接收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 可以选择一个所发信号不在阴影区的基站 位置选择发射分集发射分集技术还用来提高无线通信中单用户的峰值吞吐率 分集技术 33 空间分集空间发射分集空间接收分集极化分集 利用水平分量和垂直分量的不相关性频率分集 宽带信号时间分集 以超过信道相干时间的时间间隔重复发射信号 RAKE接收机 认为 一个码片时间 信道的相关时间 分集技术 34 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 35 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 WCDMA的发射分集 36 基于时空块编码的发射天线分集 37 闭环发射分集 38 不同多径分集的接收效果 39 CDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 40 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 41 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 42 全向小区 三扇区小区 智能天线小区 智能天线的小区配置 43 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 44 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 45 CDMA原理介绍 无线传输环境无线传输技术和多址技术CDMA原理和RAKE接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术 46 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系统的容量受干扰的限制最优接收机是联合检测所有的信号 并将其他用户的干扰从期望的信号中减去 信号的相干特性是已知的 干扰是确定的 多用户检测 MUD 称为联合检测和干扰对消 降低了多址干扰 从而提高系统的容量多用户检测可以消除远近效应问题 多用户检测技术 47 本章小结 问题 为什么CDMA系统更加抗干扰 为什么CDMA系统更加保密 为什么CDMA手机更加环保 答案要点 CDMA扩频与解扩过程产生扩频增益RAKE接收机多径接收产生多径分集增益宽带发射与接收产生频率分集增益 48 WCDMAFDD模式技术规范 49 WCDMA与GSM空中接口的主要区别 50 采用AMR语音编码 支持从4 75Kbps到12 2Kbps的语音质量 采用软切换和发射分集 提高容量 将提供高保真的语音模式 快速功率控制 WCDMA的语音演进 51 支持最高2Mbps的数据业务支持包交换目前采用ATM平台提供QoS控制CPCH公共分组信道和下行共享信道 DSCH 更好的支持Internet分组业务对于上下行对称的数据业务提供高质量的支持 比如语音 可视电话 会议电视 WCDMA的数据演进 52 本章小结 本章主要介绍了 WCDMAFDD模式的主要特点WCDMA语音和数据的演进 53 T UMTS体系结构Iu接口Iur接口Iub接口 WCDMA无线接口介绍 54 UTRANUMTSTerrestrialRadioAccessNetworkCNCoreNetworkUEUserEquipment UMTS体系结构 55 UTRAN体系结构 56 接口协议结构的原则是层与平面在逻辑上相互独立 如果需要 在将来的协议版本协议层 甚至一个平面内的所有层可以改变 UTRAN接口的一般协议模型 57 Iu接口体系结构 58 RANAP RadioAccessNetworkApplicationPart Iu接口协议栈结构 59 移动性管理功能位置区报告SRNSRelocationRNC间硬切换和系统间切换无线接入承载 RAB 管理功能RAB的建立 更改 释放Iu数据传输正常数据传输异常数据传输UE CN连接信息的透明传输 Iu接口功能 1 60 寻呼 Paging Iu释放安全性模式控制过载控制公共UEID IMSI 的管理Iu信令跟踪管理Iu接口异常管理CBS CellBroadcastService 控制 Iu接口功能 2 61 支持RNC间移动性的基本功能支持SRNCrelocationRNC间的CellUpdate和URAUpdateRNC间寻呼报告协议错误专用信道功能切换时 在DRNC中建立 更改 释放专用信道Iur接口上DCH传输块的传输通过专用测量报告过程和过虑控制管理DRNS中的无线链路RL的管理 压缩模式的管理 Iur接口功能 62 公共信道功能Iur接口上公共传输信道的建立 删除 公共传输信道用于传输DRNC中处于公共信道状态UE的信息将MAC d和MAC c相分离MAC