WCDMA基础原理

-1-WCDMA基础原理及关键性技术3G技术培训京信通信系统（中国）有限公司2009年11月-2-目录WCDMA网络结构和频率WCDMA无线技术原理WCDMA空中接口信道123WCDMA关键技术介绍4WCDMA相关指标介绍5-3-WCDMA网络结构和频率-4-频率分配WCDMA网络结构和频率-5-中国3G频段分配工信部配给三大运营商新的3G频段为:中国电信获得的频段是1920-1935MHz和2110-2125MHz中国移动获得的频段是1880-1900MHz和2010-2025MHz中国联通获得的频段是1940-1955MHz和2130-2145MHz。-6-频点频率号频率频点频率号频率196121922.4296371927.4396621932.4496871937.4597121942.4697371947.4797621952.4897871957.4998121962.41098371967.41198621972.41298871977.4频点频率号频率频点频率号频率1105622112.42105872117.43106122122.44106372127.45106622132.46106872137.47107122142.48107372147.49107622152.410107872157.411108122162.412108372167.4上行频率下行频率频率分配WCDMA网络结构和频率-7-目录WCDMA网络结构和频率WCDMA无线技术原理WCDMA空中接口信道123WCDMA关键技术介绍4WCDMA相关指标介绍5-8-1）码分多址技术2）信道化码（OVSF)3）信道扰码4）扩频加扰过程WCDMA无线技术原理-9-频分多址FrequencyDivisionMultipleAccessUser1User2User3频率频率码分多址CodeDivisionMultipleAccess扩频多接入SpreadSpectrumMultipleAccessMultipleTransmittersandMultipleDataChannels时分多址TimeDivisionMultipleAccessUser1User2User3UserN时间每一个发射机的扰码互不相同每一个信道的正交码互不相同许多用户共享同一频率和时间IS-95,cdma2000,WCDMA每一个用户的时隙互不相同每一个数据信道在一个时隙内的位置互不相同几个用户可以共享同一频率IS-136,GSM,PDC每一个用户的频率互不相同(每一个用户一个语音信道)所有用户发射机可以同时工作AMPS,NMT,TACSWCDMA无线技术原理1）码分多址技术-10-•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-11-高速扩频序列低速信号TX解调信号RX高速扩频序列扩频信号扩频码速率：3.84Mc/s；扩频码：OVSF码。直接扩频通信扩频通信原理-12-扩频码扩频码积分合并窄带信号fP(f)宽带信号P(f)f噪声P(f)f噪声+宽带信号P(f)f低通滤波分离信号与噪声P(f)fCDMA宽带扩频技术码分多址技术扩频通信原理-13-fS（f）f0扩频前的信号频谱信号S（f）ff0扩频后的信号频谱信号S（f）ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS（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-14-不同用户使用不同的扩频码扩频通信原理-15-S1xC1S2XC2WS1S2扩频解扩(S1xC1)+(S2xC2)空中接口[S1xC1+S2xC2]xC2=S2[S1xC1+S2xC2]xC1=S1NSC1与C2正交：C1xC2=0扩频解扩过程举例扩频通信原理-16-其他用户的信号Eb/NoPG处理增益PG=Wc/R－Wc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-17-WCDMA无线技术原理1）码分多址技术-18-不同国家的人比作不同的用户；不同的语言比作不同的码；鸡尾酒会场比作同一个频率；酒会上的音乐比作噪声和干扰。构成了CDMA网络的结构框架WCDMA无线技术原理1）码分多址技术-19-每个码字长度是2的整数次幂上行K=2-8;下行K=2-9对于一定的OVSF码组，共有SF个长度为SF的OVSF码字。长度相同的不同码字相互之间正交，互相关值为0kSF2如果一个节点已经使用，那么该节点上延伸出的其他高阶信道化序列就不能使用，同时从码树根部到该节点的所有低阶信道化序列也不能使用。低阶码树根高阶树节点WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)OVSF-正交可变扩频因子-20-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WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)-21-OVSF码树低阶高阶假设：一个PS384K需要一条SF＝8的信道，一个PS64K需要一条SF=32的信道，一个CS12.2K需要一条SF=128的信道。结论：进行一个PS384K业务的同时牺牲了4个PS64K业务或16个语音业务；进行一个PS64K业务同时牺牲了4个语音业务，同时也相当与牺牲了一个PS384K业务。但同阶的其他3个PS64K业务仍然可以开展。WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)-22-符号速率×扩频因子＝码片速率上行信道码的SF为：4~256下行信道码的SF为：4~512OVSF码扰码数据符号扩频后码片WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)-23-符号速率扩频因子码片速率15k2563.84M30k1283.84M60k643.84M120k323.84M240k163.84M480k83.84M960k43.84M1920k23.84M可变正交码产生技术WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)-24-OC1,OC2OC3,OC4OC5,OC6,OC7OC1,OC2,OC3OC1,OC2OC1,OC2,OC3,OC4下行:正交码用于区分从单个基站来的多个数据信道上行:正交码用于区分从单个手机来的多个数据信道WCDMA无线技术原理2）信道化码（OVSF)-25-SC1SC2SC3WCDMA无线技术原理3）信道扰码-26-•扰码分为512个集合，每个集合有一个主扰码和15个次扰码。WCDMA无线技术原理3）信道扰码-27-•512个主扰码又进一步分为64个扰码组，每组8个。WCDMA无线技术原理3）信道扰码-28-下行:SC码用于区分不同的基站上行:SC码用于区分不同的手机SC3SC4SC5SC6SC1SC1基站“1”采用SC码1发射SC2SC2基站“2”采用SC码2发射扰码（ScramblingCode）扰码主要编码类型：GOLDCODEWCDMA无线技术原理3）信道扰码-29-WCDMA物理层最重要的两个步骤：扩频和加扰扩频：扩频操作又称信道化操作，将一个高速数字序列与数字信号相乘，把一个一个的数据符号转换成一系列码片。WCDMA采用OVSF码作为信道化码；每个符号被转换成码片的数目叫扩频因子SF（SpreadingFactor）加扰：用一个伪随机序列与扩频后的序列相乘，起到加密作用，扰码码片速率与已扩频的符号相同，不影响符号速率。加扰操作上行用来区分用户，下行区分小区。WCDMA无线技术原理4）扩频加扰过程-30-•系统为每一个小区分配且仅分配一个主扰码，公共导频信道，公共控制信道使用主扰码加扰，其他下行物理信道可以使用主扰码也可使用同个集合里的次扰码。一条物理信道可以由频率、信道码、扰码以及相位来描述频率？信道码？扰码？相位？频率？信道码？扰码？相位？WCDMA无线技术原理4）扩频加扰过程-31-2个数据信道(语音,控制)SC3+OC1+OC22个数据信道(14kbps数据,控制)SC4+OC1+OC23个数据信道(话音,视频,控制)SC2+OC1+OC2+OC33个数据信道(voice,video,control)SC5+OC1+OC24个数据信道(384kbps数据,话音,视频,控制)SC6+OC1+OC2+OC3+OC44个数据信道(384kbps数据,话音,视频,控制)SC2+OC4+OC5+OC6+OC72个数据信道(语音,控制)SC1+OC1+OC21个数据信道(控制)SC1+OC3语音用户上行数据可视电话可视电话和数据导频,广播SC1+OCP+OCB导频,广播SC2+OCP+OCBWCDMA无线技术原理4）扩频加扰过程-32-数据0110101….CRC校验FEC编码QPSK调制OVSF码生成器检错纠错正交码射频输出脉冲成型交织编码复扩频(下行链路)HPSK扩频(上行链路)SSMA扩频,减小峰均比频谱限制射频调制基站扰码(下行链路)或手机扰码(上行链路)信道码扩频码(Gold码)“扰码”抗衰落串并变换脉冲成型VF8.6kb/secVF19.2kb/secVF3。84McpsF3。84McpsWCDMA无线技术原理4）扩频加扰过程-33-目录WCDMA网络结构和频率WCDMA无线技术原理WCDMA空中接口信道123WCDMA关键技术介绍4WCDMA相关指标介绍5-34-1）物理层结构和功能2）空中接口信道类型3）下行物理信道类型4）上行物理信道类型5）下行公共导频介绍6）上行DPCH信道介绍7）下行DPCH信道介绍WCDMA空中接口信道-35-无线接口协议结构RadioResourceControl(RRC)MediumAccessControl(MAC)TransportchannelsPhysicallayerControl/MeasurementsLayer3LogicalchannelsLayer2Layer1由CN下来的业务数据，我们称为逻辑信道。逻辑信道经过MAC层处理之后的信道称为传输信道。传输信道在映射到物理信道上去传输。1）物理层结构和功能WCDMA空中接口信道-36-MAC层（层2）物理信道扩频调制传输信道物理信道结构OVSF、扰码操作调制编码和复用映射到物理层解复用解码映射到MAC层解调解扩1）物理层结构和功能WCDMA空中接口信道物理层技术实现-37-物理层功能：将编码后的信息速率匹配到物理信道，加权合并，扩频/解扩，加扰/解扰，调制/解调，频率匹配，时间同步，无线测量，功率控制，射频处理等。物理层处理单元：帧和时隙帧：由15个时隙组成的处理单元，长度是38400chip时隙：由一定长度的比特组成的处理单元，长度为2560chip…………时隙0时隙12560chip时隙n38400chip时隙141）物理层结构和功能WCDMA空中接口信道-38-基站NodeB用户终端UEP-CCPCH-主公共控制物理信道SCH–同步信道P-CPICH–主公共导频信道S-CPICH–辅助公共导频信道小区广播信道DPDCH–专用物理数据信道DPCCH–专用物理控制信道PDSCH–下行共享物理信道专用连接信道寻呼信道PICH–寻呼指示信道S-CCPCH–辅助公共控制物理信道PCPCH–分组公共物理信道AP-AICH–前缀获取指示信道CD/CA-AICH–冲突检测指示信道CSICH-CPCH状态指示信道PRACH–随即接入物理信道AICH–获取指示信道随机接入和分组接入信道2）空中接口信道类型WCDMA空中接口信道-39-公共下行物理信道•P-CCPCH主公共控制物理信道-广播小区信息-广播小区系统帧号(SFN);所有下行信道帧定时参考•SCH同步信道-快速同步：主同步码用于时