WCDMA初中级培训－WCDMA原理(1)

广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理1WCDMA初中级培训－WCDMA原理中兴通讯股份有限公司移动产品事业部3G产品部广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理2提纲2WCDMA物理层过程提纲1WCDMA移动通信基础知识广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理3提纲4纠错编码技术提纲2WCDMA需要解决的问题提纲5交织技术提纲1WCDMA移动通信环境提纲8分集技术提纲3多址接入技术WCDMA移动通信基础知识提纲6复用技术提纲7扩频技术广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理4WCDMA移动通信环境——信道环境直射反射绕射无线传播方式时间接收信号强度广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理5WCDMA移动通信环境——信道环境无线传播特性无线传播过程中，遇到的最主要问题有：发送信号接收信号0dB发送信号-25dB接收信号衰落干扰此外还有因传播频率的扩散而引起的多普勒效应等。0+发送信号接收信号时延023+发送信号接收信号抖动广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理6WCDMA移动通信环境——信道环境衰落无线环境中的信号衰减分成三部分：•幅度衰减较大的路径损耗•伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分——大尺度衰落，也被称为遮蔽。•衰减幅度较小的快变化成分——小尺度衰落，也被称为多径衰落。两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法•瑞利（Rayleigh）分布——不存在视距传播，衰落很深。•莱斯（Rician）分布——存在视距主径，衰落较浅。广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理7WCDMA移动通信环境——信道环境典型信道划分——室内或静态信道微微蜂窝很小的发射功率基站和用户都位于室内路径损耗依赖于墙体、地板材料和金属结构的布局典型时延为50～250ns广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理8WCDMA移动通信环境——信道环境典型信道划分——户外到户内步行信道•微蜂窝•小功率•低速度•天线一般低于建筑物顶•室内覆盖依靠室外基站•存在穿透损耗（典型值为12dB）•同时存在视距传播和非视距传播•路径损耗波动较大•典型时延为0.2us广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理9WCDMA移动通信环境——信道环境典型信道划分——车速环境•宏蜂窝•大功率•高速移动•存在阴影•多路反射•路径损耗和环境有关广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理10WCDMA移动通信环境——业务环境•数据业务将占很大的比重•不同的业务具有不同的QoS•大量的突发业务•业务在不同地理位置分布密度不同•用户业务速率相差很大•存在多址干扰（MAI)广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理11WCDMA移动通信环境——基本要求•信息传输速率：提供多速率的业务，最高可达2Mbps•根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递•一个连接中可以同时支持具有不同QoS要求的业务•满足不同业务的延时要求（从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务）•二代、三代系统共存和不同系统之间的切换和负荷平衡•支持上行和下行非对称业务•高的频谱效率广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理12WCDMA需要解决的问题提高无线资源利用率无线资源包括频率、功率、时间、空间和特征码等消除无线信道传输产生的不良影响，使对端尽可能收到满足要求的信息满足业务环境的要求，提供不同QoS要求、不同速率的多媒体业务广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理13多址接入技术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。CDMA广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理14多址接入技术——FDMA信道一次只能传递一个电话。如果某一信道空闲，也不能够被其他用户使用以增加容量。符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展造成的符号间干扰低。FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小。FDMA需要精确的RF滤波器。非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射。Power广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理15多址接入技术——TDMA多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。可以实现不连续发送，利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理。需要自适应均衡；需要保护时隙。分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步。按照不同的用户提供不同的带宽。质量控制通过频率规划来实现Power广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理16多址接入技术——CDMA多用户同时共享同一频段无线资源。系统容量大，无线频谱效率率高。自干扰性，远近效应。不相关码的选择和功率控制非常重要。易于实现宽带可变速率通信。支持多用户检测、软件无线电等新技术。Power广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理17多址接入技术——WCDMA系统的优势•采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应；•宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果•信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性•扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输•频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM•支持软切换和更软切换•支持新技术的应用，如多用户检测广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理18纠错编码技术——卷积码纠错编码技术是在发射端按一定规则引入冗余信息，从而使得即使空中传输引入了误码，也能利用冗余信息将此错误纠正回来的技术。在WCDMA系统中主要用于话音信道和控制信道，编码速率为1/2和1/3。卷积码特点：译码简单，时延小，一般采用维特比算法，信道误码率在10－3，适合实时业务，如话音和视频业务的传送。Output0G0=557(octal)InputDDDDDDDDOutput1G1=663(octal)Output2G2=711(octal)(b)Rate1/3convolutionalcoder广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理19纠错编码技术——Turbo码在WCDMA系统中主要用于数据业务信道，编码速率为1/3，分组长度最大到5114比特，可以实现大分组，时延长的业务传送。TURBO码的特点：译码复杂，常采用LOG－MAP算法，信道误码率可以达到10－6，非常适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务，如，FTP，E－MAIL等多媒体业务传送。xkxkzkTurbocodeinternalinterleaverx’kz’kDDDDDDInputOutputInputOutputx’k1stconstituentencoder2ndconstituentencoder广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理20交织技术在通信系统中，为了减少突发干扰对连续数据造成的大面积差错，常采用交织来将突发干扰造成的连续差错化解为随机独立差错，使其适合于译码器的错误纠正。交织，就是打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。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。x1x6x11x16x21x2x7…x22x3x8…x23x4x9…x24x5x10…x25输入数据A=(x1x2x3x4x5…x25)输出数据A’=(x1x6x11x16…x25)举例：广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理21交织技术（续）交织器根据采用的技术不同，又可分为多种，如分组交织器、随机交织器、循环移位交织器、半随机交织器、奇偶交织器、均匀交织器等。WCDMA系统采用了分组交织器（又称矩形交织器）和均匀交织器两种技术。分组交织器在第一次交织（帧间交织）和第二次交织（帧内交织）中用到，特点是方式简单、对短序列交织效果较好，但交织后码元的去相关不彻底。均匀交织器在Turbo编码中用到，其特点是交织算法复杂，但去相关较彻底。广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理22复用技术复用技术是指将具有相同或不同QoS要求的业务复用到一个物理信道中进行传输的技术。由于业务种类及其QoS要求千变万化，但物理信道的能力只是有限的几个等级。如何在保证各种业务QoS要求的前提下高效地复用到一个物理信道中传输是复用算法首要考虑的问题。这就牵涉到速率匹配的问题，它是复用技术的核心之所在，同时还牵涉到信道编码方案等其它技术的选用问题。业务3业务2业务1业务4广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理23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)FastSpreadingSequenceSlowInformationSentTXSlowInformationRecoveredRXFastSpreadingSequenceWidebandSignal广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理24fS（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通信示意图广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理25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－对其他通信系统和人体的影响较小•易于实现大容量多址通信•占用频带宽•实现复杂•在时变信道中实现同步较为困难广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理26直接扩频（DS－SS）•通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声序列由伪噪声生成器产生•误码率受限于多址干扰和远近效应的影响•用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度•WCDMA采用的是直接扩频方式跳频扩频（FH－SS)•数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中•每个信道上，在发射机再次调频之前，数据用传统的窄带调制方式发送一些小的突发•无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率（Bluetooth技术、快、慢调频）扩频的方式广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理27SymbolSpreadingDespreading1-11-11-11-11-1Data=010010SpreadingcodeSpreadsignal=Data×codeSpreadingcode=1-1-11-111-1(SF=8)Data=Spreadsignal×codeChip直接扩频与解扩示意图广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理28DATA信道码OVSF扰码SymbolrateChiprate3.84MHzChiprate3.84MHz分为扩频和加扰两个步骤：符号速率×SF=3.84MbpsWCDMA中，上行信道码的SF为：4~256下行信道码的SF为：4~512WCDMA系统的扩频广东移动通信有限责任公司ZTEWCDMA－－WCDMA原理29正交可变扩频因子（OVSF）码Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(1,-1)Cch,4,3=(1,-1,-1,1)Cch,4,2=(1,-1,1,-1)Cch,4,1=(1,1,-1,-1)Cch,4,0=(1,1,1,1)SF=1SF=2SF=4•同一级的任意两个分支两两正交•某一分支被使