W(初级) WCDMA系统原理概述VA

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！现在是1页\一共有70页\编辑于星期一课程目标了解CDMA体制的一些基本知识掌握CDMA技术相比其它多址技术的优点了解WCDMAFDD模式的技术特点学习完本课程，您将能够：现在是2页\一共有70页\编辑于星期一内容介绍第一章CDMA原理概述第二章无线资源管理概述第三章WCDMAFDD的技术特点现在是3页\一共有70页\编辑于星期一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接收机现在是4页\一共有70页\编辑于星期一多径环境时间接收信号强度发射信号现在是5页\一共有70页\编辑于星期一衰落发射数据接收数据现在是6页\一共有70页\编辑于星期一衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落现在是7页\一共有70页\编辑于星期一频率选择性衰落窄带系统

（GSM）大衰落发射信号接收到的衰落信号频率频率强度强度大衰落发射信号接收到的衰落信号频率频率强度强度宽带系统

（CDMA）现在是8页\一共有70页\编辑于星期一典型无线移动信道的分类静态信道（static）典型城区步行信道（TU3)典型城区车载信道（TU30）农村车载信道（RA50）高速公路车载信道（HT120）现在是9页\一共有70页\编辑于星期一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接收机现在是10页\一共有70页\编辑于星期一双工技术－区分用户的上、下行信息频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行WCDMA、CDMA2000使用FDD优点：实现简单缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行TD-SCDMA使用TDD优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙，频谱利用效率高缺点：实现较复杂，需要比较精确的同步，CDMA体制下，需要GPS同步和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难现在是11页\一共有70页\编辑于星期一频率时间功率FDMA频率时间功率TDMA多址技术：区分不同用户功率时间CDMA频率现在是12页\一共有70页\编辑于星期一码分多址（CDMA）多用户同时共享同一频率，频谱利用率大大提高；

用户间通过伪随机码识别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，系统性能提高或者可以说：CDMA系统可以通过牺牲部分系统性能来换取更大的容量CDMA系统的缺点：占用带宽较大CDMA系统是自干扰系统－系统内用户互相干扰技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等现在是13页\一共有70页\编辑于星期一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接收机现在是14页\一共有70页\编辑于星期一几个为什么为什么CDMA系统抗干扰性能更强？为什么CDMA系统更加保密？为什么CDMA手机更加环保？现在是15页\一共有70页\编辑于星期一常用术语比特（Bit），符号(Symbol)，码片(Chip)经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”（bps）经过信道编码和交织后的数据称为“符号”（sps）经过最终扩频得到的数据称为“码片” （cps）WCDMA的扩频速率：3.84Mcps 处理增益最终扩频速率和比特速率的比（cps/bps）在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的现在是16页\一共有70页\编辑于星期一扩频因子与业务速率符号速率＝（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=960Ksps；CDMA2000-1x，业务速率9.6Kbps，信道编码=1/3卷积码，符号速率=19.2Ksps；码片速率＝符号速率×扩频因子如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；现在是17页\一共有70页\编辑于星期一CDMA系统基本框图信源编码Interleaving信道编码交织加扰扩频调制射频发射信源解码deinterleaving去交织信道解码解扰解扩解调射频接收无线信道现在是18页\一共有70页\编辑于星期一WCDMA的信源编码WCDMA系统采用AMR（AdaptiveMulti-Rate）语音编码编码共有8种，速率从12.2Kbps～4.75Kbps多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于设计多模终端根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省部分功率，从而容纳更多用户信源

编码Interleaving信道编码交织加扰扩频调制射频

发射现在是19页\一共有70页\编辑于星期一信源

编码Interleaving信道编码交织加扰扩频调制射频

发射WCDMA的信道编码信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号 12345678910111213141516171819202122232425编码类型语音业务：卷积码（1/2、1/3数据业务：Turbo码（1/3）现在是20页\一共有70页\编辑于星期一交织交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响12345678... ...452453454……8162432..4562101826..4506142230..454191725..4494122028..4527152331..4553111927..4515132129..453........A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7C0C1C2C3{A4,B0}{A5,B1}{A6,B2}{A7,B3}{B4,C0}{B5,C1}{B6,C2}{B7,C3}一次交织：二次交织：现在是21页\一共有70页\编辑于星期一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(τ)=<x1(t)，x1(t+τ)>互相关函数V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)>注：<x1(x)，x2(y)>=1，当x1=x2，且x=y0，其他情况现在是22页\一共有70页\编辑于星期一需要发送信息的用户：UE1、UE2、UE3UE1使用c1扩频：UE1×c1UE2使用c2扩频：UE2×c2UE3使用c3扩频：UE3×c3c1、c2、c3互相正交发送信息： UE1×c1＋UE2×c2＋UE3×c3扩频原理（理论原理）信源

编码Interleaving信道编码交织加扰扩频调制射频

发射现在是23页\一共有70页\编辑于星期一UE1使用c1解扩（UE1×c1＋UE2×c2＋UE3×c3）×c1＝UE1×（c1×c1）＋UE2×（c2×c1）＋UE3×（c3×c1）＝UE1×1＋UE2×0＋UE3×0＝UE1同理，UE2使用c2解扩，UE3使用c3解扩，可分别得到各自的信号解扩原理（理论原理）现在是24页\一共有70页\编辑于星期一____________UE1:

＋1

－11

_____________UE2:

－1

＋1c1:

＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1c2:＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1

UE1×c1:＋1－1＋1－1－1＋1－1＋1

UE2×c2:－1－1－1－1＋1＋1＋1＋1

UE1×c1＋UE2×c2:

0－20－20＋20＋2

扩频原理现在是25页\一共有70页\编辑于星期一UE1×c1＋UE2×c2：

0－20－20＋20＋2

解扩原理问题：如何生成C1、C2这样互相正交的码字呢？UE1使用c1解扩：c1

＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1解扩结果：

0＋20＋20－20－2积分判决： ＋4 －4归一化： ＋4/4=＋1 －4/4=－1UE2使用c2解扩：c2

＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1

解扩结果：

0－20－20＋20＋2积分判决： －4 ＋4归一化： －4/4=－1 ＋4/4=＋1现在是26页\一共有70页\编辑于星期一OVSF&WalshOVSF码(Walsh)的互相关为零，相互完全正交。SF=1SF=2SF=4Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(1,-1)Cch,4,0=(1,1,1,1)Cch,4,1=(1,1,-1,-1)

Cch,4,2=(1,-1,1,-1)Cch,4,3=(1,-1,-1,1)现在是27页\一共有70页\编辑于星期一UE1×c1＋UE2×c2：

0－20－20＋20＋2UE1×c1＋UE2×c2误码：2－20－21＋20＋2

如果传播过程中有误码UE2使用c2解扩：c2

＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1

解扩结果：

2－20－20＋20＋2积分判决： －2 ＋4归一化： －2/4=－0.5 ＋4/4=1UE1使用c1解扩：c1

＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1解扩结果：

2＋20＋20－20－2积分判决： ＋6 －4归一化： +6/4=1.5 -4/4=-1现在是28页\一共有70页\编辑于星期一WCDMA系统中的加扰下行：不同小区（扇区载频）具有不同的下行扰码不同小区配置不同的下行“扰码”，手机通过扰码识别小区以OVSF码区分同一小区内不同用户上行：不同用户用不同的扰码区分同一小区的不同用户配置不同的上行“扰码”以OVSF用来区分该用户的不同业务信源

编码Interleaving信道编码交织加扰扩频调制射频

发射现在是29页\一共有70页\编辑于星期一扩频、加扰过程数据比特OVSF码扰码扩频、加扰后码片3.84M3.84Mcps3.84Mcpsxxsps现在是30页\一共有70页\编辑于星期一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－用在CDMA/CDMA2000中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m序列的缺点：只有一个序列，不同用户用不同“节拍”（相位）区分，对同步要求很高现在是31页\一共有70页\编辑于星期一Gold序列－用在WCDMA中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WCDMA系统中区分小区和用户－加扰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、进行多址现在是32页\一共有70页\编辑于星期一Gold序列特点优点：不需要GPS同步，系统灵活性、安全性高基站可以工作在异步模式室内覆盖容易实现缺点：码间干扰比m序列大现在是33页\一共有70页\编辑于星期一系统所允许的最大干扰电平解调门限扩频/解扩原理－频域解释功率谱可以给所有用户共享的功率a2Tbit=Ebit解扩用户增益其他用户干扰信号EchipEb/No=Ec/Io×增益现在是34页\一共有70页\编辑于星期一CDMA宽带扩频技术有效地避免无线信道的频率选择性衰落扩频、加扰扰码、扩频码信号合并CDMA过程中的频谱变化窄带信号fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声+宽带信号P(f)f信号与噪声分离P(f)f现在是35页\一共有70页\编辑于星期一Rake接收机现在是36页\一共有70页\编辑于星期一内容介绍第一章CDMA原理概述第二章无线资源管理概述第三章WCDMAFDD的技术特点现在是37页\一共有70页\编辑于星期一无线资源管理（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RRM无线资源管理的工作就是结合QoS（QualityofService）目标对功率等资源进行管理现在是38页\一共有70页\编辑于星期一RRM的内容贯穿整个RRM过程的主线：保证QoS，节约资源小区切换信道分配功率控制负载控制AMR控制现在是39页\一共有70页\编辑于星期一功率控制－远近效应

CDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服上行的“远近效应”每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量，一个基站近端的用户可能会阻塞整个小区Powerf采用功控技术（使得所有用户到达基站的功率都相等）减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量Powerf现在是40页\一共有70页\编辑于星期一功率控制的目的及分类由于远近效应，WCDMA系统必须引入功率控制；引入功率控制后，还能带来很多其它的好处：调整发射功率，保持上下行链路的通信质量；克服阴影衰落和快衰落；降低网络干扰，提高系统质量和容量。功控分类：开环功率控制闭环功率控制－上下行内环功率控制－上下行外环功率控制现在是41页\一共有70页\编辑于星期一开环功率控制基本原理基本原理假设发射功率与接收功率之间的耦合损耗以及干扰水平相同，利用先行测量接收功率的大小，并由此确定初时发射功率的大小如果初时发射功率未能被基站接收到，则有提升功率的重发机制基本作用：克服阴影和路径损耗主要缺点未考虑到上、下行信道电波功率的不对称性，因而其精确性难以得到保证主要应用上行：应用于PRACH和DPCCH信道下行：应用于DPCCH信道。现在是42页\一共有70页\编辑于星期一开环功率控制原理简述初始发射功率设置原理现在是43页\一共有70页\编辑于星期一PRACH信道的开环功控NodeBUERACHBCH:CPICH发射功率ULinterferencelevel开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。UE测量CPICH的接收功率计算上行初始发射功率现在是44页\一共有70页\编辑于星期一PRACH信道的开环功率控制PRACH的接入过程：UE在PRACH上发射PRACHPreamble信号，当基站成功捕获到Preamble信号后，将在下行AICH上响应AI。如果UE接收到AI信号，将开始发射PRACHmessage部分；如果UE在τp-a时间点没有收到AICH信号，将在一定时间τp-p后加大功率发射下一个Preamble。如此反复，直到UE接收到AI信号为止。现在是45页\一共有70页\编辑于星期一PRACH信道的开环功率控制Preamble_Initial_Power=PCPICHDLTXpower-CPICH_RSCP+ULinterference+ConstantValue注：PCPICHDLTXpower、ULinterference和ConstantValue在系统消息中携带下发，

CPICH_RSCP由UE测量得到。建网初期，覆盖受限，可以将ConstantValue的值设置偏大（-16dB或-15dB）便于网络侧能够及时接收到UE发出的前导信号；另外，可将powerrampstep参数设置偏大也能够提高网络侧成功捕获前导信号的概率；上行PRACH第一个前导信号发射功率设定方法缺省设置：ConstantValue:-20dBPowerRampStep:2dBPreambleRetransMax:20现在是46页\一共有70页\编辑于星期一上行DPCCH信道的开环功率控制DPCCH_Initial_power=DPCCH_Power_offset-CPICH_RSCP注：CPICH_RSCP可由UE测量得到；DPCCH_Power_offset是DPCCH初始发射功率偏置，在RRC连接建立之初由RNC配置给UE；计算公式如下：

DPCCH_Power_offset=PrimaryCPICHDLTXpower+ULinterference+DefaultConstantValue。其中：PrimaryCPICHDLTXpower是主公共导频物理信道下行发射功率；ULinterference是上行干扰；DefaultConstantValue

是DPCCH初始发射功率缺省常数。上行DPCCH初始功率设置方式了解现在是47页\一共有70页\编辑于星期一下行DPCCH信道的开环功率控制P=（Ec/Io）Req-CPICH_Ec/Io+PCPICH注：（Ec/Io）Req是UE正确接收该专用信道所需的Ec/Io，CPICH_Ec/Io是UE测量到的公共导频信道的Ec/Io，通过RACH报告给UTRAN，PCPICH是公共导频信道的发射功率。下行DPCCH的初始功率设置方式了解现在是48页\一共有70页\编辑于星期一上行内环功控NodeBUE下发TPC测量接收信号SIR并比较内环设置SIRtar1500Hz内环功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等每一个UE都有一个自己的控制环路现在是49页\一共有70页\编辑于星期一上行外环功控NodeBUE下发TPC测量接收信号SIR并比较内环设置SIRtar可以得到BLER稳定的业务数据测量传输信道上的BLER外环RNC测量接收数据BLER并比较设置BLERtar10-100Hz现在是50页\一共有70页\编辑于星期一下行闭环功控NodeB设置SIRtar发TPC测量SIR并比较测量BLER并比较外环内环UE物理层UE层3下行内环和外环功率控制1500Hz10-100Hz现在是51页\一共有70页\编辑于星期一PHY.CH

物理信道OpenLoop开环功控

InnerLoop闭环-内环OuterLoop闭环-外环无功控PRACH√DPCCH√√√DPDCH√√PCPICH√PCCPCH√SCCPCH√AICH√PICH√功控在WCDMA系统中的应用现在是52页\一共有70页\编辑于星期一功控相关的MML命令开环功控涉及的MML命令ADDPRACHBASICSETFRC内环功控涉及的MML命令SETFRC

ADDCELLSETUP

外环功率控制涉及的MML命ADDTYPRABOLPC

SETOLPC功率平衡涉及的MML命令SETDPB现在是53页\一共有70页\编辑于星期一负载控制小区呼吸是负载控制的主要手段负载控制的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率现在是54页\一共有70页\编辑于星期一AMR控制AMR语音的变化范围：4.75Kbps～12.2Kbps(12.2Kbps兼容GSM语音编码)通过动态调整AMR语音的速率，保证了在相同系统容量情况下，尽可能的保证UE的通话质量现在是55页\一共有70页\编辑于星期一WCDMA切换分类软切换：软切换更软切换硬切换：同频硬切换异频硬切换异系统切换现在是56页\一共有70页\编辑于星期一软切换timeDataUEreceived/sentUEmoveTargetBSSourceBStimeDataUEreceived/sentUEmoveTargetBSSourceBSNo“GAP”ofcommunication现在是57页\一共有70页\编辑于星期一硬切换UEmoveTargetBSSourceBStimeDataUEreceived/sentUEmoveTargetBSSourceBStimeDataUEreceived/sent“GAP”ofcommunication现在是58页\一共有70页\编辑于星期一压缩模式压缩模式（CompressedMode）：由于一般的UE只有一个射频接收机，也就是同时只能接收一个载频而进行频间切换和系统间切换时必须对目标载频或者目标小区（GSM）进行测量CDMA所特有的码分多址决定了UE没有对目标小区进行测量的时间压缩模式可以有效解决这个问题现在是59页\一共有70页\编辑于星期一压缩模式的目的压缩模式的目的：用于异频切换和系统间切换时UE对目标小区的测量和同步