WCDMA系统原理概述

,WCDMA系统原理,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！,3,课程目标,掌握CDMA技术相比其它多址技术的优点；掌握覆盖增强技术的内容；了解无线资源管理的基本概念；了解WCDMAFDD模式的技术特点。,学习完本课程，您将能够：,4,课程内容,T,第一章CDMA原理概述第二章覆盖增强技术第三章无线资源管理概述第四章WCDMAFDD的技术特点,5,CDMA原理概述,无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机,6,多径环境,7,衰落,发射数据,接收数据,8,衰落,9,频率选择性衰落,10,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）,11,无线信道模型,接收信号,发射信号,12,典型无线移动信道的分类,静态信道（static）户内信道户外到户内人行道信道车载信道移动信道（moving）生死信道（birth-death）,13,CDMA原理概述,无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机,14,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,15,传统多址技术,码分多址技术（直接扩频方式）,多址技术图示,16,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；,17,CDMA的几种不同形式,直接扩频码分多址（DSCDMA）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（FHCDMA）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（THCDMA）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。,18,CDMA示意图,19,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,20,简单的CDMA发射接收机框图,DSCDMA信号发射/接收机,21,CDMA原理概述,无线传播环境多址技术和双工技术CDMA原理和Rake接收机,22,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？,23,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()=,24,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,25,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,26,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,27,OVSF&Walsh,OVSF码的互相关为零，相互完全正交。Walsh与OVSF码一样,28,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1/4卷积码，符号速率19.2Kbps；,29,扩频与解扩（DS-CDMA）,30,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,31,CDMA过程中的频谱变化,32,Rake接收机,33,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118。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,34,课程内容,T,第一章CDMA原理概述第二章覆盖增强技术第三章无线资源管理概述第四章WCDMAFDD的技术特点,35,覆盖增强技术,分集技术智能天线技术多用户检测技术,36,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,37,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,38,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,39,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，FBI域,WCDMA的发射分集,40,基于时空块编码的发射天线分集,41,SCH上的时间切换传输分集,42,闭环发射分集,43,不同多径分集的接收效果,44,覆盖增强技术,分集技术智能天线技术多用户检测技术,45,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,46,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,47,全向小区,三扇区小区,智能天线小区,智能天线的小区配置,48,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,49,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,50,覆盖增强技术,分集技术智能天线技术多用户检测技术,51,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有效缓解远近效应问题,多用户检测技术,52,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解扩过程产生扩频增益空中传输信号能量低，不易被发现；扩频码的保密作用空中传输信号能量低，对其它系统的干扰比较小。,53,课程内容,T,第一章CDMA原理概述第二章覆盖增强技术第三章无线资源管理概述第四章WCDMAFDD的技术特点,54,无线资源管理综述,RRMRadioResourceManagementWCDMA系统是一个自干扰的系统，功率的使用在CDMA系统中是矛盾的：提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服务质量QoS另一方面，由于CDMA系统的自干扰性，这种提高会带来对其他用户干扰的增加，从而导致接收质量的降低功率是最终的无线资源，最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用。RRM无线资源管理的工作就是结合QoS（QualityofService）目标对功率进行管理。,55,RRM的目的,RRM的目的：保证CN所请求的QoS增强系统的覆盖提高系统的容量,56,RRM的任务,信道配置：为了保证CN所请求的QoS，需要将QoS映射成接入层的一些特性，从而利用接入层的资源为本连接服务。功率控制：在保证CN所请求的QoS的前提下，使用户的发射功率最小，从而减少该UE对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖。移动性管理：在UE移动时继续维持QoS负载控制：接入一定数量的UE后，需要确保整个系统的负载保持在稳定的水平，以保证系统中每条连接的QoS。,贯穿整个RRM过程的主线：保证QoS，节约功率,57,RRM的运行机制,无线资源管理或控制的运行机制：按照各算法功能的具体需求进行配置（包括信道参数配置和测量控制的配置）；获取测量报告，了解当前的无线资源状况；对当前的测量报告所表征的当前无线资源状况和当前的连接现状进行判断，作出相应的无线资源调整命令（如切换判决、切换参数调整、信道重配置、目标SIR调整、接入参数调整等）,58,本章小结,本章主要介绍了：主要介绍了无线资源管理算法的基本原理、目的、任务及运行机制。,59,课程内容,T,第一章CDMA原理概述第二章覆盖增强技术第三章无线资源管理概述第四章WCDMAFDD的技术特点,60,WCDMAFDD模式技术规范,61,WCDMA与GSM空中接口的主要区别,62,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,63,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分组业务提供移动IP业务（IP地址的