WCDMA系统原理概述

课程目标了解WCDMA技术的根本原理了解CDMA技术的优点了解WCDMA系统采用的关键技术了解WCDMA协议版本的演进情况学习完本课程，您将能够：课程内容

第一章 3G开展概述第二章 多址技术和双工技术第三章 WCDMA根本原理3G开展与演进介绍3G开展概述3G频谱分配WCDMA协议版本演进不同业务，不同技术AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第二代90年代数字需求驱动数字技术语音业务第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案第三代移动通信的提出IMT-2000是第三代移动通信系统〔3G〕的统称第三代移动通信系统最早由国际电信联盟〔ITU〕1985年提出，1996年正式更名为IMT-2000〔InternationalMobileTelecommunication-2000〕原方案该系统于2000年左右商用工作的频段在 2000MHz最高业务速率为2000Kbps3G开展概述日益增长的无线业务需求：许多系统如D-AMPS，GSM，PDC，PHS已经超出容量希望在无线网络中引入高速数据和多媒体业务根本十年一代的移动通讯开展速度3G的驱动力CATT3GPP3GPP2UWCCDECTOHG3G.IPIMT-2000RecommendationsIMT-TC(UTRA-TDDLCR)IMT-DSIMT-TC(UTRA-TDDHCR)IMT-MCIMT-SCAll-IPIMT-FCOHG=operatorsHarmonizationGroupUWCC=UniversalWirelessCommunicationsConsortiumCATT＝ChinaAcademyofTelecommunicationsTechnologyDECT=DigitalEnhancedCordlessTelephoneSatellitesSRAN标准化组织3G技术体制WCDMA由标准化组织3GPP所制定cdma2000体制是基于IS-95的标准根底上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到3GPP关于WCDMA-TDD的相关标准中WCDMA标准开展WCDMA标准规划清晰，制定严谨WCDMA支持HSDPA技术，顺应未来高速无线数据业务的需求WCDMA将分阶段引入IP，目标是实现全网的IP化，标准比较完善WCDMA2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容3GPPRel993GPPRel4

3GPPRel5功能冻结时间点2000/032001/032002/03GSM/GPRS核心网WCDMARTT电路域IP话音承载电路域CS/MGWTD-SCDMAVoIP

QoS是关键IP实时多媒体HSDPAcdma2000标准开展cdma2000标准开展cdma2000在核心网标准和技术方面相对滞后EV－DO和EV－DV之争久拖不决IS-95A标准完成时间点199519982000QCELP话音编码9.6kbps115.2kbps8码道捆绑307.2kbps话音容量加倍cdma20001xEV-DO/DV2002DO:高速数据业务DV:高速数据业务＋话音业务IS-95Bcdma20001xcdma2000-3x?TD-SCDMA开展历程3G开展与演进介绍3G开展概述3G频谱分配WCDMA协议版本演进185019001950200020502100215022002250ReserveUMTSGSM1800DECTMSSMSSIMT2000PHSMSSIMT2000IMT2000MSSIMT2000IMT2000IMT2000MSSUMTSMSSADBEFABCMSSMSSMSS[GSM1800,PCS]FEBBCITUIdentificationsEuropeChina**Japan,Korea(w/oPHS)Americas***1700175018009501000800850900IMT2000IMT200025002550260026502700IMT2000UMTSGSMCellularPDCCellularMSSGSMIMT-2000IMT2000IMT2000UPCSPCS**DIMT20003G频谱分配中国3G频谱分配〔2002年11月〕185019001950200020502100215022002250ITU1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHz1885MHz2025MHz2010MHzIMT20002170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSChinaMSSMSSMSSFDDFDD1920MHzTDDTDD中国3G频谱分配〔2002年11月〕IMT2000、欧洲的频率划分和中国一致北美的频率划分与中国的核心频段冲突第三代公众移动通信系统的工作频段为：〔一〕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、2021－2025MHz〔二〕补充工作频率：频分双工〔FDD〕方式：1755－1785MHz／1850－1880MHz时分双工〔TDD〕方式：2300－2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定〔三〕卫星移动通信系统工作频段：1980－2021MHz／2170－2200MHz3G开展与演进介绍3G开展概述3G频谱分配WCDMA协议版本演进WCDMA协议版本的演进R99继承2G〔GSM和GPRS〕所有的业务和功能核心网分CS电路域和PS分组域接入网引入WCDMAUTRAN核心网和接入网之间的Iu接口基于ATMR4继承WCDMAR99所有的业务和功能电路域结构的变化：控制和承载相分离，MSC可以用合一或SERVER、MGW分离结构实现电路域引入分组话音，支持多种传输技术：TDM，ATM，IPR5继承WCDMAR4所有的业务和功能核心网增加IM（IP多媒体域）RAN向IP方向发展增强的IPQoS能力，支持端到端的IP多媒体业务200020012002标准完成时间WCDMAR99网络结构GSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUMTSUTRAN

SS7SCPSMSSCEPSTNISDNInternet,IntranetMSC/VLRGMSCHLR/AUCSGSNCGBGGGSNGPRS骨干网/RANCNOtherPLMNWCDMAR4网络结构GSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUMTSUTRAN

SS7SCPSMSSCEPSTNISDNInternet,IntranetHLR/AUCSGSNCGBGGGSNGPRS骨干网CNOtherPLMNMGWMGWVMSCServerGMSCServerIP/ATMBackboneRANGSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUTRAN

SS7SCPSMSSCEPSTN/PLMNInternet,IntranetHLR/AUC/HSSSGSNCGBGGGSNGPRSbackboneCNMGWMGWVMSCServerGMSCServerIP/ATMBackboneCSdomainPSdomainIu-CSIu-PSIPbackboneMRFPIMSdomainMGWP-CSCFS-CSCFMGCFMRFCRANWCDMAR5网络结构课程内容

第一章 3G开展概述第二章 多址技术和双工技术第三章 WCDMA根本原理频分双工〔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GPS同步和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难双工技术：区分用户的上行/下行信号频率时间TDMA时间频率FDMA频率时间码字CDMA传统多址技术码分多址技术〔直接扩频方式〕多址技术：区分不同用户多址技术比较

FDMA TDMA CDMA容量 1 4～6 10～20载干比(C/I) 18dB 9dB -8～-6dB

实现难度 易 中 难码分多址〔CDMA〕的技术特点优点抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高保密性强：扩频后的信号近似白噪声CDMA系统的用户容量是软容量，具备一定的话务自适应能力〔小区呼吸〕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、负载控制技术等课程内容

第一章 3G开展概述第二章 多址技术和双工技术第三章 WCDMA根本原理WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道常用术语比特〔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〞 经过信道编码和交织后的数据称为“符号〞 经过最终扩频得到的数据称为“码片〞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在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的WCDMA通信模型信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道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，自动降低局部用户语音速率，可以节省局部功率，从而容纳更多用户〔小区呼吸〕WCDMA的信源编码信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型信道编码的作用：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〕，约束长度为9，加8个尾比特数据业务：Turbo码〔1/3〕，两个8状态的并行级联卷积码〔PCCC〕构成，加6个尾比特WCDMA的信道编码交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响交织12345678... ...452453454……816...456210...450614...45419...449412...452715...455311...451513...453........B0B1B2B3B4B5B6B7{A4,B0}{A5,B1}{A6,B2}{A7,B3}{B4,C0}{B5,C1}{B6,C2}{B7,C3}一次交织：二次交织：信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型相关性(a)(b)相关〔相关性100％〕不相关〔0相关〕+1-1+1-1+1-1+1扩频原理 ____________UE1:

＋1

－1个

_____________UE2:

－1

＋1

个c1:

＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1c2:

＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1UE1×c1： ＋1－1＋1－1－1＋1－1＋1UE2×c2： －1－1－1－1＋1＋1＋1＋1UE1×c1＋UE2×c2：

0－20－20＋20＋2解扩原理UE1×c1＋UE2×c2： 0－20－20＋20＋2UE1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〔表示＋1〕 －4〔表示－1〕UE2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〔表示－1〕 ＋4〔表示＋1〕信号突发干扰白噪声fS（f）扩频前的信号频谱信号f0解扩前的信号频谱信号噪声S（f）f0ff0解扩后的信号频谱信号噪声S（f）f扩频后的信号频谱信号f0S（f）f扩频技术抗干扰原理WCDMA使用的扩频码：OVSF〔Walsh〕OVSF码的互相关为零，相互完全正交信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型加扰的作用下行：区分小区〔扇区载频〕不同小区配置不同的下行“扰码〞以OVSF码区分小区内不同用户上行：区分用户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WCDMA使用的扰码：Gold码Gold码：由m序列〔cdma2000采用〕的不同相位异或而成优点：不需要GPS同步，系统灵活性、平安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序列大信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型调制的作用把需要传递的信息送上射频信道不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力2PSK〔BPSK〕 ：定义2个相位，每个相位需要1个比特表示0°－0 180°－14PSK〔QPSK〕 ：定义4个相位，每个相位需要2个比特表示0°－00 90°－01 180°－10 270°－118PSK〔EDGE采用〕：定义8个相位，每个相位由3个比特表示0°－000 45°－001 90°－010 135°－011 180°－100 225°－101 270°－110 315°－111WCDMAR99、R4调制方式：QPSKQPSK：QuaternaryPhaseShiftKeying3(1,1)2(1,0)1(0,1)0(0,0)SymbolparameterlModulatingbitsHSDPA〔R5〕调制方式：16QAM16QAM：16QuadratureAmplitudeModulation信源解码信源编码Interleavingdeinterleaving信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收无线信道WCDMA通信模型无线传播环境：多径环境时间接收信号强度发射信号衰落发射数据接收数据无线通信的大敌：衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落空间选择性衰落在不同地点〔空间〕衰落特性不一样一般是由于物体反射形成时间选择性衰落在不同时间衰落特性不一样主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成频率选择性衰落在不同频率衰落特性不一样主要由宽带信号的时间色散引起快衰落的类型空间选择性衰落空间分集：分集天