3G基础知识（WCDMA无线原理与关键技术）

WCDMA无线原理与关键技术福州市电信分公司移动筹建组课程目标学完本课程，您将能够：了解3G的发展情况了解WCDMA无线原理了解WCDMA关键技术课程内容3G概述WCDMA无线原理WCDMA关键技术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，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统3G发展概述全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效率（CDMA）高服务质量、高保密性能易于2G系统演进过渡提供多媒体业务车速环境：144kbps步行环境：384kbps室内环境：2048kbpsIMT-2000的目标时延误码backgroundconversationalstreaminginteractive3G的业务应用不同业务QOS要求会话型业务类别语音业务实时会话要求端到端的时延很低且业务是对称或近似对称使用AMR(自适应多速率)技术12.2,10.2,7.95,7.40(IS-41),6.70(PDC),5.90,5.15和4.75kbps.AMR的比特率可由无线接入网根据空中接口的负荷和话音连接的质量控制。AMR可在网络容量，覆盖和话音质量之间根据运营商的要求进行权衡交易视频电话时延要求与语音业务类似对于CS连接：采用ITU-TRec.H.324M对于PS连接：采用IETFSIP数据流型业务类别多媒体数据流在数据流的信息实体之间保持时间的联系数据被处理成稳定和连续的流非对称业务交互式业务类别在一定时间内响应基于定位的业务网络计算机游戏网页浏览后台式业务类别不需立即采取行动E-mail的传递SMS数据库的下载...3G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协议版本的演进R4R5R99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ATM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，IP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功能冻结点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•IP实时多媒体•HSDPA•GSM/GPRS核心网•WCDMAFDD•电路域IP话音承载•电路域CS/MGW•TD-SCDMA•VoIPQoS是关键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IS-95A规范完成时间点199519982000•QCELP话音编码•9.6kbps•115.2kbps•8码道捆绑•307.2kbps•话音容量加倍cdma20001xEV-DO/DV2002•DO:高速数据业务•DV:高速数据业务＋话音业务IS-95Bcdma20001xcdma2000-3xTD-SCDMA发展历程三种主流标准的比较WCDMACDMA2000TD-SCDMA接收机结构RAKERAKERAKE闭环功控频率（Hz）1500800200越区切换软，硬切换软，硬切换接力切换解调方式相干解调相干解调相干解调码片速率（Mcps）3.84N×1.22881.28传输带宽（MHz）51.251.6帧长10ms20ms10ms(2个5ms子帧）同步方式异步/同步同步同步双工方式FDDFDDTDD185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz1865186518701885189018951910193019451965197019753G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/2010－2025MHz。（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：1980－2010MHz／2170－2200MHz。WCDMA基本组成SRNSDRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNCIuIuIurIubIubIubIubUEUuWCDMA网络结构Iu-CSIu-CSIu-PSIu-PSIubRNCNodeBNodeBRNSIurIubRNCNodeBNodeBRNSVLRMSCVLRMSCAEGMSCAbisBSCBTSBTSBSSPSTNPSTNGEIRFHLRAUCDCHAbisBSCBTSBTSBSSotherPLMNGiGsSGSNGbGGSNGnGpPDNGfGrGc课程内容概述WCDMA无线原理WCDMA关键技术多址接入PowerPowerPowerFDMATDMACDMA频分多址技术业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。时分多址技术业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。码分多址技术所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。双工方式TDD方式可用于任何频段适合于小区/微微小区组网适合于上下行非对称及对称业务FDD方式需要成对频段适合于大区制全国性组网适合于上下行对称业务；其他……TDD(时分双工；如TD-SCDMA)DUDDDDDDFDD（频分双工；如WCDMA和CDMA2000）DDDDDDDU接收信号时间强度0发射信号无线传播特性(多径效应)距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落无线传播特性(信号衰落)无线传播特性电磁传播－直射、反射、散射和绕射无线环境中的信号衰减分成三部分路径损耗：幅度衰减较大慢衰落:由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落，又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度快衰落:合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度随机。快衰落包络分布的描述方法瑞利分布：非视距传播莱斯分布：视距传播抗快衰落措施－分集信号分集时间分集符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术空间分集采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。频率分集GSM采用跳频CDMA采用扩频技术WCDMA数据简要发送接收过程手机数据编码交织扩频调制射频发送射频接收解调解扩解码解交织手机数据无线信道伪随机序列信源信号TX解调信号RX伪随机序列扩频信号扩频技术扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)C:信道容量W:信道带宽S/N：信噪比码序列的正交扩频与解扩扩频通信示意图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脉冲干扰白噪声扩频与解扩扩频定义与处理增益PG（处理增益）=Wc/RWc是码片速率R是信息速率用dB表示为PG=10log10(Wc/R)接收端进行相关解扩即可恢复原始信号扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强扩频解扩码片原始数据扩频码扩频信号=数据×码字扩频码原始数据=扩频信号×码字1-11-11-11-11-1简单的CDMA发射接收机扩频接扩示意图数据比特在上图所示的例子中，将原始数据与扩频码序列混合后（相乘），恰好在原始数据的每个比特周期内插入了8个码片，传输的频率大为展宽。在接收端的解扩就是在比特周期内用与发端相同的扩频序列对扩频后的码片积分，使得数据得到恢复。处理增益就是码片周期与原始数据比特周期的比值。在比特周期固定的情况下，码片周期取决于扩频带宽，扩频带宽越宽，处理增益越大，更有利于数据序列恢复。由于无线频谱资源有限，扩频带宽的大小是一个综合平衡的选择，不可能一味求大。在目前制式中WCDMA的扩频带宽为5MHZ，CDMA2000扩频带宽为1.25MHZ。扩频原理介绍符号速率×SF=3.84McpsWCDMA中，上行信道码的SF为：4~256下行信道码的SF为：4~512WCDMA系统的扩频OVSF:正交可变扩频因子OVSF码扰码数据比特扩频后码片扩频通信的特点抗多径干扰能力强抗突发脉冲干扰保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽无纠错编码：BER10-1~10-2不能满足通信需要卷积编码：BER10-3满足语音通信需要Turbo码：BER10-6满足数据通信需要信道编码•WCDMA采用高性能的信道编码，提高系统性能–编解码极大地降低了工作点的信噪比，是无线传输中的常用手段–Turbo码能够使传输信号的信噪比接近Shannon极限编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输