1移动网络培训系列-WCDMA技术原理介绍

WCDMA技术原理介绍--移动网络培训系列深圳移动网络公司网络优化中心何建2主要内容WCDMA系统介绍WCDMA无线原理WCDMA关键技术34GSM网络系统结构1235GSM/GPRS系统结构3G网络系统结构3G网络基本设备功能WCDMA系统介绍4GSM网络系统结构无线网核心网ExternalNetworkMSC/VLRGMSCHLRSMSCBSCBTSPSTNNMSNetworkServices:VoiceDataFaxSMSGSM/MAPCoreBTSBTSBTSBSC5GSM/GPRS系统结构GSM/EDGE/GPRS核心网(电路交换)ExternalNetworksMSC/VLRGMSCHLRSMSWAPBSC/PCUPSTNNMSNewServices:dataMobileInternetSMS/WAPoverGPRSSGSNGGSNFirewallIPBackboneLIGCGWInternet核心网(分组交换)GSM/MAPCore63G网络系统结构GSM/EDGE/GPRS核心网电路交换ExternalNetworksGMSCHLRSMSWAPBSC/PCUPSTNNMSGGSNFirewallIPBackboneInternet核心网分组交换3GSGSNMGW/MSCSERVER/VLRIuInterfacesGSM/MAPCoreNODE-BRNCBTSWCDMA无线73G网络基本设备功能Node-B：收发信基站,为一个小区服务的无线收发信设备,覆盖范围城区300-800m,郊区800-2000mRNC：无线网络控制器,具有对一个或多个Node-B进行控制以及相应呼叫控制功能。MSCserver：移动业务软交换中心服务器,提供呼叫控制和移动性管理功能。终结用户-网络信令，处理移动用户的业务数据和CAMEL相关数据，同时具有智能网的SSP节点功能。MGW：媒体网关设备,支持媒体转换，提供承载控制和有效载荷处理能力。VLR：拜访位置寄存器MSCserver为所管辖区域中MS的呼叫接续，所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处位置区的识别，向用户提供的服务等参数。GMSC：关口局服务器,核心网络电路域子系统通过关口局GMSC(GMSCserver)实现与其他运营商多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN。83G网络基本设备功能HLR：归属位置寄存器,管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器注册登记。HLR主要存储两类信息，有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。EIR：设备识别寄存器存储有关移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。AUC：鉴权中心为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。中国移动3G网络中HLR设备与AUC设备合设。SGSN：数据服务支持节点,该功能实体提供移动性管理、安全管理功能和网络接入控制功能。GGSN：数据服务网关支持节点,该功能实体提供和外部分组交换网络的互通、网络屏蔽和分组路由功能。SMSWAP:彩信网关,负责彩信的发送管理。9WCDMA技术演进第一代(80年代)模拟第三代(2000)宽带多媒体第二代(90年代)数字AMPS(美)TACS(英)NMT(欧)其它模拟技术GSM(欧)CDMAIS95(美)TDMAIS-136PDC(日)需求驱动数字技术语音业务UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA10WCDMA技术演进FDDTDDLTEGSM/EDGE无线技术的引入要有步骤有节奏的进行，满足网络平滑演进的需要。1999-20022003-20042005-20062007-20082009-20102011-2012WCDMATD-SCDMAUMB802.16mCDMA2000802.16e4GIMT-AdvancedOFDMBasedTechnology16K~144K(bps)GSM/GPRSUL:384KDL:384K(bps)EDGE/WCDMA/R4UL:384KDL:3.6M(bps)WCDMA/HSDPA/R5UL:5.76MDL:14.4M(bps)HSPA/R6UL:11.5MDL:43.2M(bps)HSPA+/R7UL:86.4MDL:326M(bps)LTE11WCDMA基本原理码分多址编码交织基带调制扩频技术加扰技术射频调制12WCDMA基本原理-码分多址PowerPowerPowerFDMATDMACDMA频分多址技术(FDMA)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(TDMA)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(CDMA)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。如CDMACDMA是3G（WCDMA、TDSCDMA、CDMA2000）采用的多址技术13编码交织扩频加扰射频调制无线信道解码解交织解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程手机数据手机数据扩频通信原理14编码: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，同时提高数据传输速率。交织:交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化,提高纠错编码的有效性扩频:扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术,目的是增加保密性和抗干扰.加扰:下行用于区分不同的小区,上行用于区分不同的用户.调制:把需要传递的信息送上射频信道.15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，同时提高数据传输速率。扩频通信原理16信道编码的原理信道编码信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）使用编码增加了无效负荷和传输时间适合纠正非连续的少量错误床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国扩频通信原理卷积编码传输误码纠错恢复17x1x6x11x16x21x2x7…x22x3x8…x23x4x9…x24x5x10…x25输入数据A=(x1x2x3x4x5…x25)输出数据A’=(x1x6x11x16…x25)举例：交织技术交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。作用：减小信道快衰落带来的影响。缺点：带来了附加的额外延时在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。扩频通信原理18床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床春白红？？？？？？？？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床？？前明明月月光光春？？眠不不觉觉晓晓白？？发三三千千丈丈红？？豆生生南南国国编码交织去交织解码突发错误信道编码和交织技术的使用扩频通信原理19交织技术交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。作用：减小信道快衰落带来的影响。优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。扩频通信原理20编码交织扩频加扰射频调制无线信道解码解交织解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程手机数据手机数据扩频通信原理21扩展频谱（SS:SpreadSpectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。扩频通信的定义扩频通信原理22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23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24码序列的正交－累加为0表示正交码序列的正交性扩频通信原理25Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是＋1和－1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。WCDMA系统扩频码（信道化码）WCDMA扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。扩频通信原理26SF=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)OVSF：OrthogonalvariablespreadingfactorOVSF-正交可变扩频因子扩频通信原理27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系统的扩频扩频通信原理28解扩的方法输入信号本地PN码在T=Ts时刻判决解扩输出积分0Ts(*)dtWCDMA的解扩扩频通信原理29不同用户使用不同的扩频码扩频通信原理30S1xC1S2XC2WS1S2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31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32Eb=SignalPowerBitRate=SRE/tB/t=N0=NoisePowerBandwidth=NWEbN0=SRNW=SRXWN=SNXWRSignaltoNoiseProcessingGain扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强Eb/N0与PG关系扩频通信原理33fS（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34抗干扰能力强保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽扩频通信的特点扩频通信原理35编码交织扩频加扰射频调制无线信道解码解交织解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程手机数据手机数据扩频通信原理36OVSF