WCDMA系统原理概述

1、,WCDMA系统原理概述,课程目标,了解WCDMA技术的基本原理 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,T,第一章3G发展概述 第二章多址技术和双工技术 第三章WCDMA基本原理,3G发展与演进介绍,3G发展概述 3G频谱分配 WCDMA协议版本演进,不同业务，不同技术,AMPS,TACS,NMT,其它,第一代 80年代,模拟,模,拟,技,术,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

2、-2000（International Mobile Telecommunication-2000） 原计划该系统于 2000年左右商用 工作的频段在 2000MHz 最高业务速率为 2000Kbps,3G发展概述,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 基本十年一代的移动通讯发展速度,3G的驱动力,CATT,3GPP,3GPP2,UWCC,DECT,OHG,3G.IP,IMT-2000 Recommendations,IMT-TC (UTRA-TDDLCR),IMT-DS IMT-TC (UTRA-TDDH

3、CR),IMT-MC,IMT-SC,All-IP,IMT-FC,OHG = operators Harmonization Group UWCC = Universal Wireless Communications Consortium CATTChina Academy of Telecommunications Technology DECT=Digital Enhanced Cordless Telephone,Satellites,SRAN,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的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作

4、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的相关规范中,WCDMA标准发展,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 WCDMA 2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容,3GPP Rel99,3GPP Rel4,3GPP Rel5,功能冻结 时间点,2000/03,2001/03,2002/03,GSM/GPRS核心网 WCDMA RTT,电路域IP话音承载 电路域CS/MGW TD-SCD

5、MA VoIP QoS是关键,IP实时多媒体 HSDPA,cdma2000标准发展,cdma2000标准发展 cdma2000在核心网标准和技术方面相对滞后 EVDO和EVDV之争久拖不决,IS-95A,规范完成 时间点,1995,1998,2000,QCELP话音编码 9.6kbps,115.2kbps 8码道捆绑,307.2kbps 话音容量加倍,cdma2000 1xEV-DO/DV,2002,DO:高速数据业务 DV:高速数据业务话音业务,IS-95B,cdma20001x,cdma2000-3x,?,TD-SCDMA发展历程,3G发展与演进介绍,3G发展概述 3G频谱分配 WCDMA

6、协议版本演进,3G频谱分配,中国3G频谱分配（2002年11月）,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：19201980MHz21102170MHz 时分双工（TDD）方式：18801920MHz、20102025MHz （二）补充工作频率： 频分双工（FDD）方式：17551785MHz18501880MHz 时分双工（TDD）方式：23002400MHz，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

7、工作频段： 19802010MHz21702200MHz,3G发展与演进介绍,3G发展概述 3G频谱分配 WCDMA协议版本演进,WCDMA协议版本的演进,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WCDMA UTRAN 核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM,2000,2001,2002,规范完成时间,WCDMA R99网络结构,WCDMA R4网络结构,WCDMA R5网络结构,课程内容,T,第一章3G发展概述 第二章多址技术和双工技术 第三章WCDMA基本原理,频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行 WCDMA、cdma2000使用FD

8、D 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,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,FDMATDMACDMA 容量 1461020 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

9、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,T,第一章3G发展概述 第二章多址技术和双工技术 第三章WCDMA基本原理,WCDMA通信模型,扩频,解扩,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

10、.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,扩频,解扩,无线信道,WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码 编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps 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（小区呼吸）,WCDMA的信源编码,扩频,解扩,无线信道,WCDMA通信模型,信道编码的作用：增加符号间的

11、相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 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,1 2 3 4 5 6 7 8 . . 452 453 454 ,8 16 . . . 456,2 10 . . . 450,6 14 . . . 454,1 9 . .

12、 . 449,4 12 . . . 452,7 15 . . . 455,3 11 . . . 451,5 13 . . . 453,.,.,B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7,A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5,C1 B6,C2 B7,C3,一次交织：,二次交织：,扩频,解扩,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 1 c2:1 1 1 1 1 1 1 1 U

13、E1c1：1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2：1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2,解扩原理,UE1c1 UE2c2： 0 2 0 2 0 2 0 2 UE1使用c1解扩：c11 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决：4（表示1） 4（表示1） UE2使用c2解扩：c21 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决：4（表示1） 4（表示1）,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,扩频,

14、解扩,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、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,扩频,解扩,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）：

15、定义2个相位，每个相位需要1个比特表示 00 1801 4PSK（QPSK）：定义4个相位，每个相位需要2个比特表示 00090011801027011 8PSK（EDGE采用）：定义8个相位，每个相位由3个比特表示 0000 45 001 90010135011 180100225101270110315111,WCDMA R99、R4调制方式：QPSK,QPSK：Quaternary Phase Shift Keying,HSDPA（R5）调制方式：16QAM,16QAM：16 Quadrature Amplitude Modulation,扩频,解扩,无线 信道,WCDMA通信模型,无线

16、传播环境：多径环境,衰落,发射数据,接收数据,无线通信的大敌：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：分集天线水平距离大于10倍波长 极化分集：两接收天线极化方向正交 发射分集：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）,克服快衰落的手段分集技术,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）

17、闭环发射分集：FBI 发射分集可以提高下行覆盖，使WCDMA基站覆盖与GSM 900相当,WCDMA的发射分集,时间选择性衰落 时间分集信道交织 频率选择性衰落 频率分集跳频、扩频 RAKE接收机,克服快衰落的手段分集技术,Rake接收机,WCDMA功率控制速度可以达到1500次/秒 功控速度大于衰落速度，可以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 省电，延长手机的通话时间,特色技术快速功率控制,特色技术软切换,软切换特点 CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间 先建立目标小区的链路，后中断源小区的链路 可以避免通话的“缝隙”,UE move,Target BS,Source BS,N o “GAP” of communication,特色技术软切换,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