WCDMA系統(tǒng)原理概述

WCDMA系統(tǒng)原理概述1前言現(xiàn)在在移動(dòng)通信領(lǐng)域最流行的一個(gè)詞就是：3G！那么什么是3G？3G究竟能給我們帶來(lái)什么樣的精彩生活？今天我們就一起來(lái)認(rèn)識(shí)一下3G！2課程目標(biāo)了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展與演進(jìn)

了解IMT-2000的一些基本知識(shí)；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：3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(wú)線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)4CDMA原理概述無(wú)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)5多徑環(huán)境時(shí)間接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射信號(hào)6頻率選擇性衰落窄帶系統(tǒng)大衰落發(fā)射信號(hào)接收到的衰落信號(hào)頻率頻率強(qiáng)度強(qiáng)度大衰落發(fā)射信號(hào)接收到的衰落信號(hào)頻率頻率強(qiáng)度強(qiáng)度寬帶系統(tǒng)9移動(dòng)信道的多徑特征電磁傳播－反射、散射和繞射無(wú)線環(huán)境中的信號(hào)衰減分成三部分：幅度衰減較大的路徑損耗伴隨中等幅度衰減的具有對(duì)數(shù)正態(tài)分布特性的慢變化成分－大尺度變化衰減幅度較小的快變化成分－小尺度衰落兩類典型小尺度衰落包絡(luò)分布的描述方法瑞利分布（非視距傳播）萊斯分布（視距傳播）10無(wú)線信道模型高斯噪聲信道模擬當(dāng)前徑權(quán)重接收信號(hào)發(fā)射信號(hào)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(wú)線移動(dòng)信道的分類靜態(tài)信道（static）戶內(nèi)信道（室內(nèi)環(huán)境）戶外到戶內(nèi)以及人行道信道（微小區(qū)）車載信道（宏小區(qū)）移動(dòng)信道（moving）生死信道（birth-death）12CDMA原理概述無(wú)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雙工技術(shù)：時(shí)分雙工(TDD)頻分雙工(FDD)多址技術(shù)：頻分多址(FDMA)時(shí)分多址(TDMA)碼分多址(CDMA)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(duì)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(tīng)；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(wú)線信道19簡(jiǎn)單的CDMA發(fā)射接收機(jī)框圖DS－CDMA信號(hào)發(fā)射/接收機(jī)20CDMA原理概述無(wú)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)>22CDMA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(zhǎng)度的線性移位寄存器序列，周期是2n-1（n為移位寄存器長(zhǎng)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)23Gold序列Gold序列（在WCDMA中作為擾碼使用）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(méi)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24Gold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(duì)頻率各為1/2，連續(xù)出現(xiàn)0或1的概率小，用于加擾25OVSF&WalshOVSF碼的互相關(guān)為零，相互完全正交。Walsh與OVSF碼一樣26擴(kuò)頻因子與業(yè)務(wù)速率符號(hào)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(hào)速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴(kuò)頻因子＝64，則符號(hào)速率＝19.2Kbps；符號(hào)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(hào)速率＝960Kbps；cdma2000-1x，業(yè)務(wù)速率9.6Kbps，信道編碼＝1/3卷積碼，符號(hào)速率＝19.2Kbps；27擴(kuò)頻與解擴(kuò)（DS-CDMA）擴(kuò)頻解擴(kuò)碼片符號(hào)數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻信號(hào)=數(shù)據(jù)×碼字?jǐn)U頻碼數(shù)據(jù)=擴(kuò)頻信號(hào)×碼字1-11-11-11-11-128擴(kuò)頻與解擴(kuò)（DS-CDMA）期望信號(hào)其他用戶信號(hào)期望的擴(kuò)頻信號(hào)擴(kuò)頻碼解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)其他擴(kuò)頻信號(hào)積分后的其他信號(hào)1-11-11-18-81-18-8解擴(kuò)后的其他信號(hào)相關(guān)接收機(jī)的基本操作積分后的數(shù)據(jù)處理增益29CDMA過(guò)程中的頻譜變化CDMA寬帶擴(kuò)頻技術(shù)有效地利用無(wú)線信道的頻率選擇性衰落擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼信號(hào)合并窄帶信號(hào)fP(f)寬帶信號(hào)P(f)f噪聲P(f)f噪聲+寬帶信號(hào)P(f)f信號(hào)與噪聲分離P(f)f30Rake接收機(jī)31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信號(hào)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(cè)WCDMA有下行發(fā)射分集，而GSM沒(méi)有CDMA在無(wú)線信道中傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)32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(wú)線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)33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(cè)技術(shù)34是通過(guò)自然界無(wú)線傳播環(huán)境中的獨(dú)立（或至少高度不相關(guān)）多徑信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的相對(duì)投資低廉克服小尺度衰落（由移動(dòng)臺(tái)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(hào)不在陰影區(qū)的基站－位置選擇發(fā)射分集分集技術(shù)35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(hào)時(shí)間分集：以超過(guò)信道相干時(shí)間的時(shí)間間隔重復(fù)發(fā)射信號(hào)，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)36最大比合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過(guò)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(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)等增益合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過(guò)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(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)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)37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(kāi)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38基于時(shí)空塊編碼的發(fā)射天線分集39SCH上的時(shí)間切換傳輸分集40閉環(huán)發(fā)射分集41不同多徑分集的接收效果42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(cè)技術(shù)43現(xiàn)有結(jié)果：(Arraycomm，京瓷)針對(duì)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44降低來(lái)自其他方向的干擾，提高所需信號(hào)方向的接收靈敏度擴(kuò)大基站的覆蓋范圍，改善信號(hào)的傳輸質(zhì)量智能天線原理45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46智能天線可以對(duì)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(dòng)時(shí)的信號(hào)接收質(zhì)量；提高信號(hào)接收質(zhì)量，降低掉話率，提高語(yǔ)音質(zhì)量；減少發(fā)射功率，延長(zhǎng)移動(dòng)臺(tái)電池壽命；智能天線的優(yōu)點(diǎn)47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(cè)技術(shù)48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(cè)所有的信號(hào)，并將其他用戶的干擾從期望的信號(hào)中減去（信號(hào)的相干特性是已知的，干擾是確定的）多用戶檢測(cè)（MUD）稱為聯(lián)合檢測(cè)和干擾對(duì)消，降低了多址干擾，從而提高系統(tǒng)的容量多用戶檢測(cè)可以有效緩解遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題多用戶檢測(cè)技術(shù)49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(wú)線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)50無(wú)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(duì)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(huì)帶來(lái)對(duì)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(wú)線資源，最有效地使用無(wú)線資源的唯一手段就是嚴(yán)格控制功率的使用。RRM無(wú)線資源管理的工作就是結(jié)合QoS（QualityofService）目標(biāo)對(duì)功率進(jìn)行管理。51RRM的目的RRM的目的：保證CN所請(qǐng)求的QoS增強(qiáng)系統(tǒng)的覆蓋提高系統(tǒng)的容量52RRM的任務(wù)信道配置：為了保證CN所請(qǐng)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(qǐng)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(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的容量和覆蓋。移動(dòng)性管理：在UE移動(dòng)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(guò)程的主線：保證QoS，節(jié)約功率53RRM的運(yùn)行機(jī)制無(wú)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(cè)量控制的配置）；獲取測(cè)量報(bào)告，了解當(dāng)前的無(wú)線資源狀況；對(duì)當(dāng)前的測(cè)量報(bào)告所表征的當(dāng)前無(wú)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(wú)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）54本章小結(jié)本章主要介紹了：主要介紹了無(wú)線資源管理算法的基本原理、目的、任務(wù)及運(yùn)行機(jī)制。55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(wú)線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術(shù)特點(diǎn)56WCDMAFDD模式技術(shù)規(guī)范調(diào)制方式：上行：QPSK；下行：QPSK語(yǔ)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