華為WCDMA系統(tǒng)原理

華為技術(shù)有限公司無線技術(shù)工程師黃璨1培訓(xùn)綱要第一次WCDMA網(wǎng)絡(luò)概念30分鐘WCDMA協(xié)議與原理90分鐘RNC硬件原理60分鐘RNC維護(hù)平臺和數(shù)據(jù)配置60分鐘第二次NodeB硬件原理60分鐘NodeB維護(hù)平臺和數(shù)據(jù)配置60分鐘日常維護(hù)和故障處理90分鐘2WCDMA系統(tǒng)原理3課程目標(biāo)了解移動通信系統(tǒng)的發(fā)展與演進(jìn)

了解IMT-2000的一些基本知識；掌握CDMA技術(shù)相比其它多址技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)；了解WCDMAFDD模式的技術(shù)特點(diǎn)學(xué)習(xí)完本課程，您將能夠：4課程內(nèi)容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強(qiáng)技術(shù)第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)5CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術(shù)和雙工技術(shù)CDMA原理和Rake接收機(jī)6多徑環(huán)境時(shí)間接收信號強(qiáng)度發(fā)射信號7衰落發(fā)射數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)8衰落距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落9頻率選擇性衰落窄帶系統(tǒng)大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強(qiáng)度強(qiáng)度大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強(qiáng)度強(qiáng)度寬帶系統(tǒng)10無線信道模型高斯噪聲信道模擬當(dāng)前徑權(quán)重接收信號發(fā)射信號信道模擬當(dāng)前徑權(quán)重信道模擬當(dāng)前徑權(quán)重信道模擬當(dāng)前徑權(quán)重11典型無線移動信道的分類靜態(tài)信道（static）戶內(nèi)信道慢速信道車載信道移動信道（moving）緊急信道（birth-death）12CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術(shù)和雙工技術(shù)CDMA原理和Rake接收機(jī)13多址技術(shù)：時(shí)分多址頻分多址碼分多址雙工技術(shù)：時(shí)分雙工頻分雙工多址技術(shù)與雙工技術(shù)14頻率時(shí)間TDMA時(shí)間頻率FDMA頻率時(shí)間碼字CDMA傳統(tǒng)多址技術(shù)碼分多址技術(shù)（直接擴(kuò)頻方式）多址技術(shù)圖示15碼分多址（CDMA）多用戶共享同一頻率，頻譜利用率大大提高；CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)－系統(tǒng)內(nèi)用戶存在互相之間的干擾；CDMA系統(tǒng)的用戶容量是軟容量，當(dāng)用戶數(shù)目增加時(shí)，對所有用戶而言，系統(tǒng)性能下降；相應(yīng)當(dāng)用戶數(shù)目減少時(shí)，系統(tǒng)性能提高；16CDMA的幾種不同形式直接擴(kuò)頻碼分多址（DS－CDMA）多用戶完全同一時(shí)間、同一地點(diǎn)占用同一頻率資源可以使用RAKE接收技術(shù)；利用宏空間分集，多個(gè)基站同時(shí)監(jiān)聽；實(shí)現(xiàn)軟切換，大大降低切換掉話率，提升服務(wù)質(zhì)量。跳頻碼分多址（FH－CDMA）單一用戶單一時(shí)刻占用的頻譜帶寬較窄，占用頻率隨時(shí)間變化按一定規(guī)律跳變，跳變規(guī)律由地址碼確定。跳時(shí)碼分多址（TH－CDMA）單一用戶不定時(shí)占用較寬的頻譜，占用的時(shí)間按一定規(guī)律改變，時(shí)間改變的規(guī)律由地址碼確定。17CDMA示意圖18CDMA系統(tǒng)基本框圖信源編碼信道編碼擴(kuò)頻調(diào)制信源譯碼信道譯碼解擴(kuò)解調(diào)無線信道19簡單的CDMA發(fā)射接收機(jī)框圖DS－CDMA信號發(fā)射/接收機(jī)20CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術(shù)和雙工技術(shù)CDMA原理和Rake接收機(jī)21幾個(gè)為什么為什么CDMA系統(tǒng)更加抗干擾？為什么CDMA系統(tǒng)更加保密？為什么CDMA手機(jī)更加環(huán)保？22碼字的自相關(guān)和互相關(guān)不同用戶采用不同的擴(kuò)頻碼字x1(t)，x2(t)…其自相關(guān)特性決定了多徑干擾特性其互相關(guān)特性決定了多址干擾特性自相關(guān)函數(shù)R(τ)=<x1(t)，x1(t+τ)>互相關(guān)函數(shù)V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)>23CDMA的碼生成技術(shù)隨機(jī)序列（貝努利序列）0和1個(gè)數(shù)各一半1或者0連續(xù)個(gè)數(shù)的概率，連續(xù)一個(gè)為1/2，連續(xù)兩個(gè)為1/4，連續(xù)三個(gè)為1/8，…移位序列和原序列有一半相同，另一半不同m序列由移位寄存器生成是最大長度的線性移位寄存器序列，周期是2n-1（n為移位寄存器長度）其自相關(guān)函數(shù)只有一個(gè)最大值（延遲為零處），其他均為-1，單值性符合貝努利序列性質(zhì)24Gold序列Gold序列由兩個(gè)優(yōu)選的m序列異或而成自相關(guān)函數(shù)有多值，沒有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相關(guān)性質(zhì)，用于碼分多址中區(qū)分基站和用戶良好的自相關(guān)性質(zhì)決定了其分段序列之間互相關(guān)很小，可以用于區(qū)分用戶，進(jìn)行多址25Gold序列生成Gold序列的隨機(jī)性好，符合偽隨機(jī)序列的特性0和1發(fā)生的相對頻率各為1/2，連續(xù)出現(xiàn)0或1的概率小，用于加擾26OVSF&WalshOVSF碼的互相關(guān)為零，相互完全正交。Walsh與OVSF碼一樣27擴(kuò)頻因子與業(yè)務(wù)速率符號速率×擴(kuò)頻因子＝碼片速率如WCDMA，碼片速率＝3.84MHz，擴(kuò)頻因子＝4，則符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴(kuò)頻因子＝64，則符號速率＝19.2Kbps；符號速率＝（業(yè)務(wù)速率＋校驗(yàn)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；cdma2000-1x，業(yè)務(wù)速率9.6Kbps，信道編碼＝1/3卷積碼，符號速率＝19.2Kbps；28擴(kuò)頻與解擴(kuò)（DS-CDMA）擴(kuò)頻解擴(kuò)碼片符號數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻信號=數(shù)據(jù)×碼字?jǐn)U頻碼數(shù)據(jù)=擴(kuò)頻信號×碼字1-11-11-11-11-129擴(kuò)頻與解擴(kuò)（DS-CDMA）期望信號其他用戶信號期望的擴(kuò)頻信號擴(kuò)頻碼解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)其他擴(kuò)頻信號積分后的其他信號1-11-11-18-81-18-8解擴(kuò)后的其他信號相關(guān)接收機(jī)的基本操作積分后的數(shù)據(jù)處理增益30CDMA寬帶擴(kuò)頻技術(shù)有效地利用無線信道的頻率選擇性衰落擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼信號合并CDMA過程中的頻譜變化窄帶信號fP(f)寬帶信號P(f)f噪聲P(f)f噪聲+寬帶信號P(f)f信號與噪聲分離P(f)f31Rake接收機(jī)32采用RAKE接收機(jī)，有效利用了信道相干時(shí)間形成的時(shí)間分集效應(yīng)；寬帶傳輸系統(tǒng)，利用了信道的頻率分集效果碼字的多址傳輸，利用了多用戶分集的效果信號在信道中傳輸功率低，降低了干擾，提高了保密性擴(kuò)頻因子靈活變換，有助于多媒體等多速率并發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸頻譜效率高，優(yōu)于以往的AMPS和GSM，頻率復(fù)用系數(shù)WCDMA為1，GSM為1～18。支持軟切換和更軟切換支持新技術(shù)的應(yīng)用，如多用戶檢測WCDMA有下行發(fā)射分集，而GSM沒有CDMA在無線信道中傳輸?shù)膬?yōu)勢33課程內(nèi)容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強(qiáng)技術(shù)第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)34覆蓋增強(qiáng)技術(shù)分集技術(shù)智能天線技術(shù)多用戶檢測技術(shù)35是通過自然界無線傳播環(huán)境中的獨(dú)立（或至少高度不相關(guān)）多徑信號來實(shí)現(xiàn)的相對投資低廉克服小尺度衰落（由移動臺附近物體的復(fù)雜反射引起），可以采用雙天線接收分集克服大尺度衰落（由于周圍環(huán)境地段和地物的差別而導(dǎo)致的陰影區(qū)引起），可以選擇一個(gè)所發(fā)信號不在陰影區(qū)的基站－位置選擇發(fā)射分集發(fā)射分集技術(shù)還用來提高無線通信中單用戶的峰值吞吐率分集技術(shù)36空間分集空間發(fā)射分集空間接收分集極化分集：利用水平分量和垂直分量的不相關(guān)性頻率分集：寬帶信號時(shí)間分集：以超過信道相干時(shí)間的時(shí)間間隔重復(fù)發(fā)射信號，RAKE接收機(jī)，認(rèn)為：一個(gè)碼片時(shí)間>信道的相關(guān)時(shí)間分集技術(shù)37最大比合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)，同相相加，在送入檢測器進(jìn)行監(jiān)測等增益合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過相位調(diào)整后，按照相等的增益系數(shù)，同相相加，在送入檢測器進(jìn)行監(jiān)測選擇性合并在N個(gè)分集支路中選擇具有最大信噪比的支路作為輸出分集接收合并技術(shù)38前向鏈路容量是當(dāng)前CDMA蜂窩系統(tǒng)容量的瓶頸，WCDMA標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)射分集上的應(yīng)用上進(jìn)行了深入的研究，提出了新的發(fā)射分集方案，提高前向鏈路容量；開環(huán)發(fā)射分集基于時(shí)空塊編碼的發(fā)射天線分集（STTD）SCH上的時(shí)間切換傳輸分集（TSTD）閉環(huán)發(fā)射分集，F(xiàn)BI域WCDMA的發(fā)射分集39基于時(shí)空塊編碼的發(fā)射天線分集40SCH上的時(shí)間切換傳輸分集41閉環(huán)發(fā)射分集42不同多徑分集的接收效果43覆蓋增強(qiáng)技術(shù)分集技術(shù)智能天線技術(shù)多用戶檢測技術(shù)44現(xiàn)有結(jié)果：(Arraycomm，京瓷)針對DCS-1800和PHS的產(chǎn)品，提高覆蓋范圍230%降低要求基站數(shù)目70%，平均降低成本40%實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵：多波束形成技術(shù)自適應(yīng)干擾抑制技術(shù)空時(shí)二維的RAKE接收技術(shù)多通道的信道估計(jì)和均衡技術(shù)智能天線研究45降低來自其他方向的干擾，提高所需信號方向的接收靈敏度擴(kuò)大基站的覆蓋范圍，改善信號的傳輸質(zhì)量智能天線原理46全向小區(qū)三扇區(qū)小區(qū)智能天線小區(qū)智能天線的小區(qū)配置47智能天線可以對高速率用戶進(jìn)行波束跟蹤，起到空間隔離、消除干擾的作用；大大增加系統(tǒng)容量；增加覆蓋范圍，改善建筑物中和高速運(yùn)動時(shí)的信號接收質(zhì)量；提高信號接收質(zhì)量，降低掉話率，提高語音質(zhì)量；減少發(fā)射功率，延長移動臺電池壽命；提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的靈活性。智能天線的優(yōu)點(diǎn)48對智能天線支持的分析WCDMA標(biāo)準(zhǔn)能夠更好的支持智能天線技術(shù)49覆蓋增強(qiáng)技術(shù)分集技術(shù)智能天線技術(shù)多用戶檢測技術(shù)50當(dāng)前的CDMA接收機(jī)基于RAKE原理，將其他用戶的干擾視為噪聲基于RAKE的CDMA系統(tǒng)的容量受干擾的限制最優(yōu)接收機(jī)是聯(lián)合檢測所有的信號，并將其他用戶的干擾從期望的信號中減去（信號的相干特性是已知的，干擾是確定的）多用戶檢測（MUD）稱為聯(lián)合檢測和干擾對消，降低了多址干擾，從而提高系統(tǒng)的容量多用戶檢測可以有效緩解遠(yuǎn)近效應(yīng)問題多用戶檢測技術(shù)51本章小結(jié)問題：為什么CDMA系統(tǒng)更加抗干擾？為什么CDMA系統(tǒng)更加保密？為什么CDMA手機(jī)更加環(huán)保？答案要點(diǎn)：CDMA解擴(kuò)過程產(chǎn)生擴(kuò)頻增益空中傳輸信號能量低，不易被發(fā)現(xiàn)；擴(kuò)頻碼的保密作用空中傳輸信號能量低，對其它系統(tǒng)的干擾比較小。52課程內(nèi)容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強(qiáng)技術(shù)第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)53無線資源管理綜述RRM－RadioResourceManagementWCDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾的系統(tǒng)，功率的使用在CDMA系統(tǒng)中是矛盾的：提高針對某用戶的發(fā)射功率能夠改善該用戶的服務(wù)質(zhì)量QoS另一方面，由于CDMA系統(tǒng)的自干擾性，這種提高會帶來對其他用戶干擾的增加，從而導(dǎo)致接收質(zhì)量的降低功率是最終的無線資源，最有效地使用無線資源的唯一手段就是嚴(yán)格控制功率的使用。RRM無線資源管理的工作就是結(jié)合QoS（QualityofService）目標(biāo)對功率進(jìn)行管理。54RRM的目的RRM的目的：保證CN所請求的QoS增強(qiáng)系統(tǒng)的覆蓋提高系統(tǒng)的容量55RRM的任務(wù)信道配置：為了保證CN所請求的QoS，需要將QoS映射成接入層的一些特性，從而利用接入層的資源為本連接服務(wù)。功率控制：在保證CN所請求的QoS的前提下，使用戶的發(fā)射功率最小，從而減少該UE對于整個(gè)系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的容量和覆蓋。移動性管理：在UE移動時(shí)繼續(xù)維持QoS負(fù)載控制：接入一定數(shù)量的UE后，需要確保整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載保持在穩(wěn)定的水平，以保證系統(tǒng)中每條連接的QoS。貫穿整個(gè)RRM過程的主線：保證QoS，節(jié)約功率56RRM的運(yùn)行機(jī)制無線資源管理或控制的運(yùn)行機(jī)制：按照各算法功能的具體需求進(jìn)行配置（包括信道參數(shù)配置和測量控制的配置）；獲取測量報(bào)告，了解當(dāng)前的無線資源狀況；對當(dāng)前的測量報(bào)告所表征的當(dāng)前無線資源狀況和當(dāng)前的連接現(xiàn)狀進(jìn)行判斷，作出相應(yīng)的無線資源調(diào)整命令（如切換判決、切換參數(shù)調(diào)整、信道重配置、目標(biāo)SIR調(diào)整、接入?yún)?shù)調(diào)整等）57本章小結(jié)本章主要介紹了：主要介紹了無線資源管理算法的基本原理、目的、任務(wù)及運(yùn)行機(jī)制。58課程內(nèi)容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強(qiáng)技術(shù)第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)59WCDMAFDD模式技術(shù)規(guī)范調(diào)制方式：上行：QPSK；下行：QPSK語音編碼：AMR信道編碼：卷積碼和Turbo碼解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)發(fā)射分集方式：TSTD、STTD、FBTD功率控制：上下行閉環(huán)功率控制，開環(huán)功率控制基站同步方式：支持異步和同步的基站運(yùn)行信號帶寬：5MHz；碼片速率：3.84Mcps60WCDMA與GSM空中接口的主要區(qū)別WCDMA

GSM載波間隔5MHz200KHz頻率重用系數(shù)