WRBTC-WCDMA无线原理PPT课件

-,1,课程目标,学完本课程，您将能够：掌握无线基础知识了解IMT-2000的频谱规划情况掌握扩频通信原理,-,2,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,移动通信的发展历程,无线基础知识,双工技术,TDD方式上下行频率相同可用于任何频段适合于上下行非对称及对称业务FDD方式上下行频率配对需要成对频段适合于上下行对称业务；,无线基础知识,多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰.常用的方法基本上有三种：频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA,多址技术,无线基础知识,各用户使用不同的频率,时间,频率,FDMA,频分多址FDMA,频分多址技术业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。,无线基础知识,时间,频率,TDMA,各用户使用不同的时隙,时分多址TDMA,时分多址技术业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。,无线基础知识,时间,频率,CDMA,码,各用户使用不同的正交化码序列,码分多址CDMA,码分多址技术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。,无线基础知识,CDMA码分多址应用,用户通过编码来区分自干扰系统CDMA系统是一个受限于干扰的系统(GSM是一个受限于频率的系统),无线基础知识,频率复用,无线基础知识,无线传输技术RTT需求,Data：144kbps高速运动384kbps步行运动2Mbps室内运动Voice4.75Kb/s-12.2Kb/s根据带宽需求可变速率信息传递；满足不同业务的延时要求。,无线基础知识,3G业务,无线基础知识,CS域,WCDMAR99系统基本结构,3G标准发展进程,WCDMAR4系统基本结构,3G标准发展进程,WCDMAR5系统基本结构,3G标准发展进程,-,16,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,IMT-2000的频谱分配,3G频谱规划,中国3G频谱分配（2002年11月）,3G频谱规划,中国的3G频率规划,主要工作频段：频分双工(FDD)方式：1920-1980MHz/2110-2170MHz时分双工(TDD)方式：1880-1920MHz、2010-2025MHz补充工作频段：频分双工(FDD)方式：1755-1785MHz/1850-1880MHz时分双工(TDD)方式：2300-2400MHz卫星移动通信系统工作频段：1980-2010MHz/2170-2200MHz目前已规划给公众移动通信系统的825-835MHz/870-880MHz、885-915MHz/930-960MHz和1710-1755MHz/1805-1850MHz频段同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段,上、下行频率使用方式不变。,3G频谱规划,IMT-2000CDMADS,IMT-2000CDMAMC,3G标准化历程,3G频谱规划,3G标准化历程,3G频谱规划,3G三种主要技术的比较,3G频谱规划,-,23,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,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,信道编码,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。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,扩频通信原理,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,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,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,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,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,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,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。调频FH跳时TH,扩频通信的定义,扩频通信原理,CDMA的几种形式,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；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照一定规律跳变，跳变规律由地址码决定。跳时码分多址（TH-CDMA）：单一用户不定时占用较宽的频谱，占用的时间按照一定规律变化，时间改变的规律由地址码决定。,扩频通信原理,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,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,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,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,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,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,用户数据,-1+1-1-1+1-1,扩频码,+1-1-1+1-1+1+1-1,扩频信号,用户数据扩频码,解扩数据,用户数据扩频码,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解扩,扩频,WCDMA扩频示意,扩频通信原理,解扩的方法,WCDMA的解扩,扩频通信原理,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,解扩,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,-4,4,0,0,判断,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,扩频,积分,扩频解扩过程举例,扩频通信原理,不同用户使用不同的扩频码,扩频通信原理,C1与C2正交：C1xC2=0,扩频解扩过程举例,扩频通信原理,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,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,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,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,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,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,数据比特,扩频后码片,扰码介绍,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,扩频通信原理,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,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,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,解扩,解扰,射频解调,收发信机