WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理.ppt

1、WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理,1、編碼技術(shù) 2、碼分多址技術(shù) 3、擴(kuò)頻技術(shù) 4、RAKE接收技術(shù) 5、多用戶檢測技術(shù) 6、智能天線技術(shù),1、編碼技術(shù),CDMA原理圖,編碼技術(shù),信源編碼 信源編碼的目的是通過壓縮編碼來去掉信號源中的冗余成分，以達(dá)到壓縮碼率和帶寬，實(shí)現(xiàn)信號的有效傳輸； 最常用的信源編碼是PCM，它采用A律波形編碼。分為取樣、量化和編碼三步；一路語音信號編碼后的速率為64Kb/s; 移動通信中如果采用PCM編碼技術(shù)，則傳一路話音信號需要64K帶寬，傳8路話音需要512K帶寬。對于1個頻點(diǎn)只有200KHZ帶寬的GSM系統(tǒng)來說，會造成頻率資源的浪費(fèi)，因此GSM系統(tǒng)中采用GMSK編碼技

2、術(shù)，編碼后的速率為13Kb/s； 第三代移動通信系統(tǒng)中，不僅要支持語音通信，還要支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此必須采用更加先進(jìn)的編碼技術(shù)。在WCDMA中，采用了自適應(yīng)多速率語音編碼（AMR）技術(shù)。它支持8種編碼速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.,編碼技術(shù),AMR控制,用戶數(shù),AMR:允許系統(tǒng)根據(jù)無線接口資源動態(tài)調(diào)整語音的編碼速率 負(fù)荷重時(shí)，降低AMR的語音速率，這樣既減輕負(fù)載，又增加系統(tǒng)容量。 采用 4.75K時(shí)相對12.2K容量提高約40% 負(fù)載輕時(shí)，增加AMR語音速率，盡量提高QOS，增加滿意度 對于上行覆蓋受限的情況，降低AMR的語音速率可

3、以有效擴(kuò)大上行的覆蓋范圍,編碼技術(shù),信道編碼目的：使接收機(jī)能夠檢測和糾正由于傳輸媒介帶來的信號誤差。同時(shí)在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。,無糾錯編碼： BER10-1 10-2,不能滿足通信需要,卷積編碼： BER10-3,滿足語音通信需要,Turbo 碼： BER10-6,滿足數(shù)據(jù)通信需要,信道編碼的特點(diǎn) 信道編碼技術(shù)是通過給原數(shù)據(jù)添加冗余信息，從而獲得糾錯能力 目前使用較多的是卷積編碼和Turbo編碼（1/2，1/3） 使用編碼增加了無效負(fù)荷和傳輸時(shí)間 適合糾正非連續(xù)的少量錯誤,編碼技術(shù),信道編碼,床前明月光 春眠不覺曉 白發(fā)三千丈 紅豆生南國,床床前前明明月月光光 春春眠眠不

4、不覺覺曉曉 白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈 紅紅豆豆生生南南國國,床？前前明明月月光光 春春眠眠？不覺覺曉曉 白白發(fā)發(fā)三三？千丈？ 紅紅豆豆生生南？國國,編碼技術(shù),卷積碼 譯碼簡單（Viterbi算法），時(shí)延較短，適用于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ； 誤碼率較高（一般在10-3）。編碼速率為1/2和1/3。 TURBO 碼 譯碼復(fù)雜（LOGMAP算法），時(shí)延較長； 誤碼率低（可以達(dá)到106 ）。編碼速率為1/3 適合對誤碼率敏感，而對時(shí)延不敏感的非實(shí)時(shí)分組業(yè)務(wù),編碼技術(shù),交織編碼技術(shù),到譯碼器,射頻傳輸信道,優(yōu)點(diǎn) 交織技術(shù)是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，將突發(fā)的錯誤隨機(jī)化。提高糾錯編碼的有效性。 缺點(diǎn)： 由于改變了

5、數(shù)據(jù)流的傳輸順序，必須要等整個數(shù)據(jù)塊接收后才能糾錯加大了處理延時(shí)，因此交織深度應(yīng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求選擇。,信道編碼和交織技術(shù)的結(jié)合使用,WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理,1、編碼技術(shù) 2、碼分多址技術(shù) 3、擴(kuò)頻技術(shù) 4、RAKE接收技術(shù) 5、多用戶檢測技術(shù) 6、智能天線技術(shù),2、碼分多址技術(shù),FDMA是采用頻分的多址技術(shù).業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同的用戶。,TDMA是采用時(shí)分的多址技術(shù)。業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間片段分配給不同的用戶。,CDMA是采用擴(kuò)頻的碼分多址技術(shù)。所有用戶在同一時(shí)間、同一頻段上、根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù)信道。,常見的多址技術(shù),碼分多址技術(shù),WCDMA系統(tǒng) PN碼（擾碼） GOLD

6、序列 擾碼每10ms重復(fù)一次，長度38400chips 上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有224-1個長擾碼和224個短擾碼 下行物理信道，可以產(chǎn)生218-1=262143個擾碼，但只用了0-8191號的擾碼 正交碼（信道化碼） OVSF碼 定義：CCh,SF,k描述信道碼，SF表示擴(kuò)頻因子 K為碼號,PN擾碼和正交碼 共同使用,Frequency,碼分多址技術(shù),擴(kuò)頻包括兩個操作 信道化操作，它使數(shù)據(jù)符號變?yōu)榇a片，并增加信號帶寬，每符號的碼片稱為擴(kuò)頻因子（SF)，可以通過它與OVSF相乘得到 擾碼操作，它作用在擴(kuò)頻信號上,3.84MChip/S,3.84MChip/S,碼分多址技

7、術(shù),擴(kuò)頻碼的產(chǎn)生（OVSF碼樹型結(jié)構(gòu)圖）,碼分多址技術(shù),分配碼的前提： 要保證其到樹根路徑上和其子樹上沒有其它碼被分配； 分配碼的結(jié)果： 分配的OVSF碼如果不合理，則會阻塞掉其子樹上的所有低速擴(kuò)頻碼和其到根路徑上的高速擴(kuò)頻碼；,紅色代表已分配的碼字； 蘭色代表由于低速擴(kuò)頻因子碼字被分配而阻塞掉的高速擴(kuò)頻因子碼字,碼分多址技術(shù),擴(kuò)頻碼的分配,4倍數(shù)據(jù)速率的用戶,= 不能使用的碼空間,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,1.92 Mb/s,1,11,10,1111,1100,1010,1001,11111111,11110000,11001100,110000

8、11,10101010,10100101,10011001,10010110,碼片速率 = 3.840 Mcps,例：5個用戶時(shí)擴(kuò)頻碼的分配,SF=1,SF=2,SF=4,SF=8,碼分多址技術(shù),下行鏈路不同擴(kuò)頻因子對應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)速率及信道容量,碼分多址技術(shù),OC1, OC2,OC3, OC4,OC5, OC6, OC7,OC1 , OC2, OC3,OC1, OC2,OC1, OC2, OC3, OC4,下行: 正交碼用于區(qū)分從單個基站來的數(shù)據(jù)信道,上行: 正交碼用于區(qū)分從單個手機(jī)來的數(shù)據(jù)信道,擴(kuò)頻碼的作用,碼分多址技術(shù),下行: PN 碼用于區(qū)分不同的小區(qū)上行: PN 碼用于區(qū)分不同的手機(jī),

9、擾碼的作用,碼分多址技術(shù),擾碼的數(shù)量,碼分多址技術(shù),主擾碼,碼分多址技術(shù),擾碼規(guī)劃,擾碼規(guī)劃應(yīng)該考慮因素 地域分布：處于同一地域內(nèi)的小區(qū) 按縱列分配； 主擾碼復(fù)用距離：應(yīng)在碼資源允許 的情況下盡量大，以確保分配原則 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況適當(dāng)預(yù)留2-3組 主擾碼以備網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容； 根據(jù)地形、地貌特點(diǎn)，合理劃分 區(qū)域以節(jié)約擾碼資源； 結(jié)合地域特點(diǎn)合理確定主擾碼 復(fù)用距離,碼分多址技術(shù),擾碼規(guī)劃,1、編碼技術(shù) 2、碼分多址技術(shù) 3、擴(kuò)頻技術(shù) 4、RAKE接收技術(shù) 5、多用戶檢測技術(shù) 6、智能天線技術(shù),WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理,3、擴(kuò)頻技術(shù),擴(kuò)頻通信原理,擴(kuò)頻通信就是將信號的頻譜展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù) 其

10、理論解釋為Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N),擴(kuò)頻技術(shù),擴(kuò)頻的種類 直接擴(kuò)頻（DSSS） 通過將偽噪聲序列與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘來擴(kuò)展基帶數(shù)據(jù)，其偽噪聲序列由偽噪聲生成器產(chǎn)生 誤碼率受限于多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響 用功率控制來克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，受限于功率檢測的精度 WCDMA采用的是直接擴(kuò)頻方式 跳頻擴(kuò)頻（FH-SS） 數(shù)據(jù)以發(fā)射機(jī)的載波頻率跳變的方式發(fā)送到表面上隨機(jī)的信道中 每個信道上，在發(fā)射機(jī)再次跳頻之前，數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制方式發(fā)送一些小的突發(fā) 無遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，因?yàn)槎鄠€用戶不會同時(shí)使用同一頻率,擴(kuò)頻技術(shù),碼的相關(guān)特性 情況 I: 正交碼自相關(guān)在相同時(shí)間偏移用相同碼發(fā)射和接收,擴(kuò)頻

11、技術(shù),輸入數(shù)據(jù),+1,-1,+1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,-1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1,+1 1 +1 +1 1 -1 +1 -1,-1 +1 1 +1 +1 1 -1 +1,+1 -1 +1 1 +1 +1 1 -1,-1 +1 +1 +1 1 -1 +1 +1,-1 1 1 +1 1 +1 1 -1,-1 1 1 +1 +1 +1 +1 -1,-1 1 +1 +1 +1 +1 +1 -1,發(fā)射用正交 碼,發(fā)射序列,接收正交

12、 碼,-4,0,2,積分結(jié)果,-0.5,0,0.25,歸一化,碼的相關(guān)特性 情況 II: 正交碼互相關(guān)接收和發(fā)射用不同碼,x,x,x,積分,積分,積分,=,=,=,x,x,x,=,=,=,發(fā)射機(jī),接收機(jī),擴(kuò)頻增益=10lg（擴(kuò)頻后的信號帶寬/原始信息速率）,擴(kuò)頻技術(shù),WCDMA系統(tǒng)擴(kuò)頻帶寬為3.84MHZ AMR 12.2K的語音業(yè)務(wù) 擴(kuò)頻增益=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K的可視電話 擴(kuò)頻增益=10lg(3840/64)=17dB PS 144k的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 擴(kuò)頻增益=10lg(3840/144)=14dB PS 384K的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 擴(kuò)頻增益=10lg(3840/144

13、)=10dB 擴(kuò)頻增益對系統(tǒng)的影響 擴(kuò)頻增益的存在使CDMA技術(shù)具有了和FDMA/TDMA不同的特征 擴(kuò)頻增益使CDMA系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保密性好，所以說CDMA系統(tǒng)綠色、安全、環(huán)保 擴(kuò)頻增益也影響不同速率業(yè)務(wù)的鏈路損耗，從而影響不同業(yè)務(wù)覆蓋半徑。速率越高，覆蓋半徑越??；反之，覆蓋半徑越大。,1、編碼技術(shù) 2、碼分多址技術(shù) 3、擴(kuò)頻技術(shù) 4、RAKE接收技術(shù) 5、多用戶檢測技術(shù) 6、智能天線技術(shù),WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理,4、 RAKE接收技術(shù),4、RAKE接收技術(shù),由于無線傳輸中存在多徑效應(yīng)，如果不加以處理，會對正常的接收造成干擾。根據(jù)同相加強(qiáng)，反相抵消的原理，在通話時(shí)會感覺時(shí)

14、斷時(shí)續(xù)。 WCDMA系統(tǒng)中采用了Rake接收技術(shù)，將不同路徑來的信號進(jìn)行分離合并，使得總的接收信噪比大大提高。,4、RAKE接收技術(shù),RAKE 接收技術(shù)有效地克服多徑干擾，提高接收性能,接收機(jī),單徑接收電路,單徑接收電路,單徑接收電路,搜索器,計(jì)算信號強(qiáng)度與時(shí)延,合 并,合并后的信號,t,t,s(t),s(t),RAKE接收原理,WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理,1、編碼技術(shù) 2、碼分多址技術(shù) 3、擴(kuò)頻技術(shù) 4、RAKE接收技術(shù) 5、多用戶檢測技術(shù) 6、智能天線技術(shù),多用戶檢測技術(shù),多址干擾（MAI）是CDMA系統(tǒng)中的主要干擾。 在傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)信號分離方法中，把MAI看作熱噪聲。 多用戶檢測技術(shù)是充分利用MAI中的先驗(yàn)信息，如： 已知的用戶信道碼 已知的訓(xùn)練序