WCDMA基礎(chǔ)知識系統(tǒng)

京信通信二〇一〇年八月WCDMA基礎(chǔ)知識CDMA就是碼分多址系統(tǒng)的簡稱。是第三代移動通信的主流技術(shù)。不同用戶通過不同的碼來相互區(qū)分，但使用同樣頻率和時間資源進行傳輸。WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess）系統(tǒng)和CDMA2000一樣，也是一種碼分多址系統(tǒng)。——WCDMA的概念CDMA系統(tǒng)最重要技術(shù)之一：擴頻通信

C＝WLog2(1十S/N)在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比S／N是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比S／N情況下，傳輸信息。擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。擴頻通信的頻譜變換擴頻前擴頻后擴頻信號干擾易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率抗干擾性強，誤碼率低隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小可以實現(xiàn)碼分多址F1F2FnF（Hz）T（ms）……每一個頻率就是一個信道，每個用戶單獨享用該頻率資源。小區(qū)的容量＝頻率數(shù)。通過增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。用戶間通過不同的頻率進行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔。第一代移動通信FDMAF1F2FnF（Hz）T（ms）……每一個由時間和頻率構(gòu)成的二維點代表一個信道，可以分配給一個用戶。小區(qū)的容量＝頻率×?xí)r隙。通過增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。用戶間通過不同的頻率和時間進行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔和時隙保護。第二代移動通信TDMA時隙0時隙1時隙2時隙3時隙4時隙5時隙6時隙7F1F2FnF（Hz）T（ms）……用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n每一個由碼和頻率構(gòu)成的點表示一個信道，可以分配給一個用戶。小區(qū)理論容量＝頻率×可分配的碼。增加頻率，可以增加容量，不同頻率理解為不同網(wǎng)絡(luò)。用戶間通過不同的擴頻碼和擾碼進行區(qū)分，相互干擾取決于不同碼的相關(guān)性。第三代移動通信CDMAT(m)F(Hz)P(dBm)導(dǎo)頻同步廣播f1碼分多址系統(tǒng)的空間概念f2f3WCDMAGSM頻帶寬度5MHz200kHz頻率再利用率11～18功率控制頻率1500Hz小于等于2Hz質(zhì)量控制方式無線資源管理算法網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（頻率規(guī)劃）分組數(shù)據(jù)基于符合的分組調(diào)度基于時隙的GPRS頻率分集方式RAKE接收跳頻下行發(fā)射分集可采用標準沒有定義物理層空中接口——WCDMA特有參數(shù)WCDMATD-SCDMACDMA2000碼片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps載波帶寬5MHz1.6MHz1.25MHz同步方式異步GPS同步GPS同步信道編碼卷積碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼調(diào)制方式上、下行QPSKQPSK、8PSKBPSK，QPSK物理幀長10ms10ms20ms雙工模式FDD或TDDTDDFDD（only）信道化方式OVSF碼OVSFWalsh碼扇區(qū)區(qū)分512個擾碼32下行同步碼1個PN的512個偏置功控頻率1500Hz200Hz800HzITU選定三種3G標準制式WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000物理層空中接口頻點號n＝5×F（絕對頻率）F(Hz)P(dBm)106881071310663下行：2130～2145MHz上行：1940～1955MHz15*2＝30MNodeBSC1小區(qū)：與GSM網(wǎng)絡(luò)一樣，CDMA系統(tǒng)也是一種陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)也是由許多小區(qū)構(gòu)成，每個小區(qū)分配一個擾碼號。擾碼：WCDMA系統(tǒng)引入用來加密的碼，下行鏈路用擾碼分不同的小區(qū)，上行用擾碼來區(qū)分不同的用戶。SC1SC2SC3SC4SC1SC2SC3強度：對于GSM信道來講，強度就是接收載波的場強。CDMA系統(tǒng)對于場強有2個定義。RSSI：接收信號強度指示；RSCP：接收信號碼片功率。RSSI：用來表示載波場強，一個載波有一個場強和Rx_level相似。RSCP：對應(yīng)每個信道，一個載波內(nèi)有多個信道同時傳輸。RSSI=RSCP（1）+RSCP（2）+……＋RSCP（n）業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道控制信道控制信道f1載干比：GSM定義C/I，相同頻率有用信號與干擾的比。WCDMA定義Ec/Io=RSCP/RSSI，碼片功率與總功率的比值。最常用的是導(dǎo)頻信道的Ec/Io。誤碼率：GSM定義BER，根據(jù)不同的BER得到Rx_Qual，0～7。WCDMA定義BLER，是一個百分數(shù)，A％手機發(fā)射功率：GSM手機最大發(fā)射功率2w～5mw，對應(yīng)功率系數(shù)5～19。3GPP規(guī)范定義：WCDMA手機最大發(fā)射功率125mw（語音）250mw（數(shù)據(jù)），動態(tài)范圍大于70dB。WCDMA手機不僅發(fā)射功率低，而且變化范圍大。WCDMA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)L1物理層L2數(shù)據(jù)鏈路層L3網(wǎng)絡(luò)層——WCDMA物理層定義物理層的功能主要在NodeB上實現(xiàn)MAC層主要在RNC上實現(xiàn)，無線資源主要由RNC集中管理。將編碼后的信息速率匹配到物理信道，加權(quán)合并，擴頻/解擴，加擾/解擾，調(diào)制/解調(diào)，頻率匹配，時間同步，無線測量，功率控制，射頻處理等。38400chip10ms物理層處理單元：幀和時隙幀：由15個時隙組成的處理單元，長度是38400chip,時間長度為10ms；2560chip…………時隙0時隙1時隙n時隙14時隙：由一定長度的比特組成的處理單元，每幀15個時隙，每時隙長度為2560chip。每個時隙內(nèi)的傳輸格式中都包含有功率控制信息，WCDMA的功率控制速率為1500HzWCDMA物理層最重要的兩個步驟：擴頻和加擾擴頻：擴頻操作又稱信道化操作，將一個高速數(shù)字序列與數(shù)字信號相乘，把一個一個的數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼片。WCDMA采用OVSF碼作為信道化碼；每個符號被轉(zhuǎn)換成碼片的數(shù)目叫擴頻因子SF（SpreadingFactor）加擾：用一個偽隨機序列與擴頻后的序列相乘，起到加密作用，擾碼碼片速率與已擴頻的符號相同，不影響符號速率。加擾操作上行用來區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)?！猈CDMA物理層操作t+1-1XOR信號擴頻原理擴頻目的：為了將不同速率的信號通過擴頻達到相同速率，既得到了擴頻增益，又方便同時傳輸。+1-101tDatasignal1+1-1tSpreadingCode1符號速率×擴頻因子＝碼片速率如WCDMA，碼片速率＝3.84MHz，擴頻因子＝4，則符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴頻因子＝64，則符號速率＝19.2Kbps；常見的業(yè)務(wù)速率與擴頻因子數(shù)（上行）12.2K語音SF＝12864K可視電話SF＝32符號速率＝（業(yè)務(wù)速率＋校驗碼）×信道編碼×重復(fù)或打孔率如WCDMA，業(yè)務(wù)速率＝384Kbps，信道編碼＝1/3Turbo碼，符號速率＝960Kbps；每個碼字長度是2的整數(shù)此冪上行K=2-8;下行K=2-9對于一定的OVSF碼組，共有SF個長度為SF的OVSF碼字。長度相同的不同碼字相互之間正交，互相關(guān)值為0（1,1,-1,-1）（1,1）樹根節(jié)點低階（1,1,1,1）…………高階（1）假設(shè)該節(jié)點已經(jīng)使用衍生出的節(jié)點均不能使用從根到該節(jié)點的碼也不能使用擴頻碼樹特點AMR12.2KCS64KPS64KPS144KPS384KSF=128SF=32SF=64SF=32SF=8不同業(yè)務(wù)類型下行使用的擴頻碼結(jié)論：進行一個PS384K業(yè)務(wù)的同時犧牲了4個PS64K業(yè)務(wù)或16個語音業(yè)務(wù)；進行一個PS64K業(yè)務(wù)同時犧牲了4個語音業(yè)務(wù)，同時也相當(dāng)與犧牲了一個PS384K業(yè)務(wù)。但同階的其他3個PS64K業(yè)務(wù)仍然可以開展。擾碼分為512個集合，每個集合有一個主擾碼和15個次擾碼。下行擾碼下行8192個擾碼集合0集合1……集合511下行8192個擾碼分成512個集合主擾碼0次擾碼1……次擾碼15每個集合由1個主擾碼和15個次擾碼擾碼：GOLD序列擾碼每10ms重復(fù)一次，長度時38400chips對于上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有個長擾碼和個上行短擾碼，上行擾碼由高層分配。對于下行物理信道，可以產(chǎn)生個擾碼，但只是用了0……8192號的擾碼512個主擾碼又進一步分為64個擾碼組，每組8個。下行主擾碼下行512個主擾碼組0組1……組63分成64個組主擾碼0主擾碼1……主擾碼7每組8個小區(qū)搜索過程主同步信道（P-SCH）：由1個長度為256chip的格雷碼構(gòu)成，具有良好的自相關(guān)性，每個時隙均發(fā)射，所有小區(qū)使用同一個碼。WCDMA全網(wǎng)只有一個同步碼，手機端需要一個匹配濾波器即可完成對同步碼的捕獲。小區(qū)搜索過程從同步信道（S-SCH）：由長度為256chip的輔同步碼構(gòu)成，輔同步碼共16個，經(jīng)過排列組合生成64組每組15個，分別對應(yīng)且唯一對應(yīng)64個主擾碼組。輔同步碼特點：一個碼序列循環(huán)位移結(jié)果位移，64個序列中任何一個進行小于15次的循環(huán)位移，都不會與其他序列的循環(huán)位移相同，也不會與自己的任何其他循環(huán)序列相同；實際上，不同的小區(qū)選用不同的序列，不同的時隙選用不同的輔同步碼。時隙同步：移動臺搜索主同步信道的主同步碼。主同步碼以時隙為周期。幀同步：由于輔同步碼以幀為周期，所以可以實現(xiàn)楨同步。然后通過識別同步碼可以找出對應(yīng)的擾碼組。擾碼識別：當(dāng)基站所屬的擾碼組確定后，將擾碼組內(nèi)的8個主擾碼與捕獲的導(dǎo)頻信道進行相關(guān)計算，得到小區(qū)所使用的下行擾碼。獲取信息：擾碼識別后，通過解擾、解擴即可得到網(wǎng)絡(luò)信息。小區(qū)發(fā)射的CCPCH信道的SFN，作為其他信道的SFN。接入和軟切換軟切換和更軟切換先建立后斷開同一個Node.B的軟切換叫更軟切換，相同RNC不同Node.B的軟切換叫軟切換。硬切換先斷開后建立不同載波之間的切換，以及與GSM系統(tǒng)的切換。同頻硬切換處于2個RNC控制的Node.B間所進行的切換，如果兩個基站間沒有Iur接口，這種本屬于軟切換的切換稱之為同頻硬切換；如果有則仍為軟切換。軟切換過程中的不同事件1A：有一個導(dǎo)頻滿足進入激活導(dǎo)頻集門限并進入激活導(dǎo)頻集。1B：有一個導(dǎo)頻滿足退出激活導(dǎo)頻集門限并推出激活導(dǎo)頻集。1C：當(dāng)激活導(dǎo)頻集內(nèi)激活導(dǎo)頻已經(jīng)達到最大數(shù)目，但又有一個導(dǎo)頻G的強度比當(dāng)前激活導(dǎo)頻集內(nèi)最差導(dǎo)頻W強度強，并且時間大于定時器時間，導(dǎo)頻G將進入，導(dǎo)頻W將被剔出。1D：激活導(dǎo)頻集內(nèi)有一個導(dǎo)頻強度比當(dāng)前最佳導(dǎo)頻強度強過一個定時器時間，則發(fā)生參考導(dǎo)頻更替。接收機單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計算信號強度與時延合并合并后的信號ts(t)ts(t)RAKE接收RAKE接收技術(shù)，是分集技術(shù)的一種，屬于時間分集范疇。互不相關(guān)（延遲大于一個碼片延遲）的信號先后進入不同的路徑，進行延遲估計、延遲均衡后，進行最大比合并。RAKE接收只要遲來的信號能夠進入RAKE接收機內(nèi)的分支，并可以相加合并就可以視為有用信號，否則將視為干擾。RAKE接收集分支數(shù)目越多越好，但系統(tǒng)越復(fù)雜，造價越高軟切換合并上行在RNC中進行選擇性合并；下行在手機處通過RAKE接收機進行最大比合并。導(dǎo)頻污染導(dǎo)頻污染定義為：能夠進入激活導(dǎo)頻集的導(dǎo)頻數(shù)目大于激活導(dǎo)頻集限定的數(shù)量，頻繁發(fā)生進入和退出激活導(dǎo)頻集事件。WCDMA系統(tǒng)將導(dǎo)頻分為三類：激活導(dǎo)頻集、偵測導(dǎo)頻集、相鄰導(dǎo)頻集導(dǎo)頻污染后果：激活導(dǎo)頻集數(shù)目一般設(shè)為與RAKE接收集路徑