WCDMA原理.ppt

1、2020/8/10，1，WCDMA原理，2020/8/10，2，課程目標和考核方法，課程目標1，讓學生了解WCDMA原理；2.掌握各種通信技術；評估方法報告：2020年8月10日，3，大綱2 WCDMA物理層流程，大綱1 WCDMA移動通信基礎知識，2020年8月10日，4，大綱4糾錯編碼技術，大綱2 WCDMA需要解決的問題，大綱5編織技術，大綱1 WCDMA移動通信環(huán)境，大綱8分集技術，大綱3多址技術，WCDMA移動通信基礎知識，大綱6復用技術，大綱7擴頻技術，2020/8/10，5，WCDMA 衍射、無線傳播模式、2020/8/10，6、WCDMA移動通信環(huán)境信道環(huán)境時延、0 2 3、發(fā)

2、送信號、接收信號、抖動、2020/8/10，7、WCDMA移動通信環(huán)境、信道環(huán)境、衰落和無線環(huán)境中的信號衰減分為三部分：大幅度衰減的路徑損耗伴隨著具有中等幅度衰減的對數(shù)正態(tài)分布特性的慢變分量的大規(guī)模衰落也稱為多徑衰落。 小尺度衰落包絡分布的兩種典型描述方法瑞利分布沒有視線傳播，衰落很深。里西安分布有主要的視線，并且褪色很淺。2020/8/10/8，WCDMA移動通信環(huán)境信道環(huán)境，典型信道分為室內(nèi)或靜態(tài)信道，微微蜂窩的傳輸功率很小，基站和用戶位于室內(nèi)，路徑損耗取決于墻壁、地板材料和金屬結構的布局，典型延遲為50250 ns，2020/8/10/9，WCDMA移動通信環(huán)境信道環(huán)境，典型信道分為室外

3、到家庭步行信道，微蜂窩低功率和低速天線一般低于室內(nèi)覆蓋穿透損耗取決于室外基站(典型值為12dB)，并且存在視線傳播和非視線傳播。典型時延為0.2us，2020/8/10，10，WCDMA移動通信環(huán)境信道環(huán)境，典型信道分割速度環(huán)境，宏蜂窩大功率高速移動存在陰影多徑反射路徑損耗，這與環(huán)境有關。2020/8/10，11，寬帶碼分多址移動通信環(huán)境，商業(yè)環(huán)境，數(shù)據(jù)業(yè)務將占很大比例，不同的業(yè)務有不同的服務質量，大量的突發(fā)業(yè)務分布在不同的地理位置，不同的用戶業(yè)務速率相差很大，并且存在多址干擾(mai)。2020/8/10，12。寬帶碼分多址移動通信環(huán)境的基本要求，信息傳輸速率：提供多速率服務，最高2 Mbp

4、s，可根據(jù)帶寬要求實現(xiàn)可變比特率信息傳輸，在一個連接中可同時支持不同服務質量要求的服務，以滿足不同服務(從實時語音服務到盡力而為數(shù)據(jù)服務)的延遲要求。第二代和第三代系統(tǒng)的共存以及不同系統(tǒng)之間的切換和負載平衡支持了上行鏈路和下行鏈路非對稱服務的高頻譜效率。2020/8/10，13，WCDMA需要解決的問題是提高無線資源的利用率，包括頻率、功率、時間、空間和特征碼等。以消除無線信道傳輸帶來的不利影響，從而使對端能夠接收到盡可能多的所需信息，以滿足業(yè)務環(huán)境的要求，并提供具有不同服務質量要求和不同速率的多媒體業(yè)務。2020/8/10，14，多址技術，頻分多址技術業(yè)務信道被分配給不同頻帶中的不同用戶。例

5、如TACS和安培。時分多址技術服務信道在不同的時間分配給不同的用戶。例如全球移動通信系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)。碼分多址(碼分多址)技術，所有用戶可以同時獲得服務信道，在相同的頻帶和根據(jù)不同的代碼。碼分多址，F(xiàn)DMA，2020年8月10日，該信道一次只能傳輸一部電話。如果某個信道空閑，其他用戶就不能使用它來增加容量。符號時間比平均延遲擴展大得多，所以符號間，2020/8/10/16，多址技術時分多址，多個用戶共享一個載波頻率和不同的時隙?？梢詫崿F(xiàn)不連續(xù)傳輸，并且可以通過使用空閑時隙來監(jiān)控其他基站，以實現(xiàn)切換處理。需要自適應均衡；需要一個保護槽。數(shù)據(jù)包傳輸需要額外的系統(tǒng)開銷，例如保護數(shù)據(jù)同步。根據(jù)不同的用戶

6、提供不同的帶寬。質量控制是通過頻率規(guī)劃來實現(xiàn)的。2020/8/10，17。碼分多址技術，其中多個用戶同時共享相同的頻帶無線電資源。系統(tǒng)容量大，無線頻譜效率高。自干擾，遠近效應。不相關碼的選擇和功率控制非常重要。寬帶可變速率通信易于實現(xiàn)。支持多用戶檢測、軟件無線電和其他新技術。頻率、時間、功率、2020/8/10、18、WCDMA系統(tǒng)具有多址接入技術的優(yōu)勢，采用瑞克接收機，有效利用了信道相干時間形成的時間分集效應；寬帶傳輸系統(tǒng)利用信道的頻率分集效應。該信號在信道中傳輸功率低，減少了干擾，提高了保密性，使擴頻因子變換靈活，有助于多媒體等多速率并發(fā)業(yè)務的高傳輸頻譜效率。它優(yōu)于以前支持軟切換和軟切換并

7、支持新技術的AMPS和GSM應用，如多用戶檢測、2020/8/10，19、糾錯編碼技術卷積碼。糾錯編碼技術是一種根據(jù)一定規(guī)則在發(fā)送端引入冗余信息的技術，因此即使在空中傳輸中引入了錯誤代碼，也可以通過使用冗余信息來糾正錯誤。在WCDMA系統(tǒng)中，主要用于語音信道和控制信道，編碼速率分別為1/2和1/3。卷積碼的特點：解碼簡單，延遲小，維特比算法，信道誤碼率103，適合實時業(yè)務，如語音和視頻業(yè)務。2020/8/10/20，糾錯編碼技術Turbo碼主要用于WCDMA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務信道，編碼速率為1/3，最大分組長度為5114位，可實現(xiàn)大分組和擴展業(yè)務傳輸。TURBO碼的特點是解碼復雜，經(jīng)常使用LOG

8、MAP算法，信道誤碼率可達106，非常適合傳輸對誤碼率敏感但對延遲不敏感的非實時分組業(yè)務，如WWW、FTP、EMAIL等多媒體業(yè)務。2020/8/10/21，編織技術，為了減少通信系統(tǒng)中連續(xù)數(shù)據(jù)中由突發(fā)干擾引起的大面積誤差，交織通常用于將突發(fā)干擾引起的連續(xù)誤差分解為隨機獨立誤差，這適用于解碼器的糾錯。交錯意味著打亂原始數(shù)據(jù)的排列規(guī)則，并按一定的順序重新排列它們。缺點：當帶來額外的擴展時，在特殊情況下，幾個隨機的獨立錯誤可能交織成突發(fā)錯誤。2020/8/10/22，編織技術(續(xù))。交織器根據(jù)技術的不同可以分為幾種類型，如塊交織器、隨機交織器、循環(huán)移位交織器、半隨機交織器、奇偶交織器和均勻交織器。

9、WCDMA系統(tǒng)采用兩種技術：塊交織器(也稱為矩形交織器)和均勻交織器。塊交織器用于第一交織(幀間交織)和第二交織(幀內(nèi)交織)，其特點是模式簡單，對短序列的交織效果好，但交織符號的去相關不完全。Turbo編碼采用均勻交織器，其特點是交織算法復雜，但去相關徹底。2020/8/10/23復用技術是指將具有相同或不同服務質量要求的服務復用到物理信道中進行傳輸?shù)募夹g。由于不斷變化的服務類型及其服務質量要求，物理信道的能力是有限的。如何在保證各種業(yè)務的服務質量要求的同時，高效地復用到物理信道中是復用算法的首要考慮。這涉及到速率匹配問題，這是復用技術的核心，也涉及到信道編碼方案等其他技術的選擇。2020/8

10、/10/24，擴頻技術，擴頻通信理論解釋是香農(nóng)定理：C=Wlog2(1 S/N)，2020/8/10，25、信號、脈沖干擾、白噪聲、擴頻通信圖、2020/8/10，26、擴頻通信的特點、較強的抗多徑干擾能力、高抗突發(fā)干擾保密性和低傳輸功率對其他通信系統(tǒng)和人體影響較小。大容量多址通信容易實現(xiàn)，占用頻率帶寬，在時變信道中很難實現(xiàn)同步。2020/8/10，27，直接擴頻(DSSS)通過將偽噪聲序列與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘來擴展基帶數(shù)據(jù)。偽噪聲發(fā)生器產(chǎn)生的偽噪聲序列的誤碼率受多址干擾和遠近效應的影響，而遠近效應又受到功率控制的克服和功率檢測精度的限制。WCDMA采用直接擴頻跳頻擴頻(FHSS)數(shù)據(jù)以發(fā)射機載

11、波跳頻的方式在地面隨機信道中發(fā)送到各個信道。在發(fā)射機再次調(diào)頻之前，一些小的數(shù)據(jù)突發(fā)是用傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制方法發(fā)送的，這種方法沒有遠近效應，因為多個用戶不會同時使用同一個頻率(藍牙技術，快慢調(diào)頻)。擴頻方法，2020/8/10，28，直接擴頻和解擴示意圖，2020/8/10，29，分為兩個步驟：擴頻和加擾。在符號速率SF=3.84 Mbps的WCDMA中，上行信道碼的SF為4256，下行信道碼的SF為4512，WCDMA系統(tǒng)的擴頻、2020/8/10、30、正交可變擴頻因子(OVSF)碼以及同等級的任意兩個分支彼此正交，然后使用它們的直系祖先和直系后代分支2020/8/10/31，利用正交可變擴頻的

12、WCDMA直接擴頻方案的優(yōu)點使用具有良好自相關特性的擾碼和具有良好互相關特性的擴頻碼，每個用戶具有擾碼和擴頻碼的唯一組合，這具有高保密性。 所有用戶和基站使用相同的頻率，這可以簡化頻率規(guī)劃的良好抗多徑干擾特性：RAKE接收機使用多徑分量，并且由于寬帶信號的頻率選擇性衰落，這在時域中得到反映。多徑干擾導致傳輸延遲的偽碼信號和原始偽碼序列之間的互相關減弱，從而導致延遲信號對接收機的影響減弱。2020/8/10，32，分集技術，通過在自然的無線傳播環(huán)境中使用和搜索獨立的(或至少高度不相關的)多徑信號來實現(xiàn)，這可以簡單地解釋為：如果一條路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰落，另一條相對獨立的路徑可能仍然包含強信號

13、。兩層含義：分散傳輸；集中處理的優(yōu)點：相對穩(wěn)定的信號容易獲得，可獲得分集處理增益，提高信噪比的投資低，2020/8/10，33。假設輸入分集信號是r1(t)、r2(t)、r3(t)、rk(t)、rm(t)，組合輸出是：其中k是第一個。選擇不同的加權系數(shù)將構成不同的合并方法。常用的方法有三種：選擇性合并、最大比合并和等增益合并。分集原理，2020/8/10，34，空間分集也稱為天線分集。如果天線之間的距離大于半個波長，則從不同天線接收的信號包絡基本上是不相關的時間分集，并且信號以超過信道相干時間的時間間隔重復發(fā)送，使得重新接收的信號具有獨立的衰落環(huán)境，導致分集效應。頻率分集在多個頻率上傳輸信號。

14、它的理論基礎是，除了信道的相干帶寬之外，在其他頻率上不會出現(xiàn)相同的衰落。極化分集信號已經(jīng)多次在空氣中反射。由于不同偏振方向上的反射系數(shù)不同，信號在不同偏振方向上是不相關的。分集分類，2020/8/10/35，開環(huán)發(fā)射分集使用空時編碼來處理信號，并從兩個天線發(fā)射它們。閉環(huán)發(fā)射分集綜合利用時間分集和空間分集技術，控制兩個發(fā)射天線權重認為RAKE接收到的多徑信號被認為是發(fā)射機在一個碼片時間信道的相關時間內(nèi)多次發(fā)送的信號，WCDMA所使用的分集技術，2020/8/10，36，技術的選擇是圍繞要克服的問題進行的，WCDMA多址方式的糾錯編碼技術，交織技術復用技術，擴頻技術，分集技術， 高速大容量無線傳播

15、中的干擾DPCH衰落多媒體業(yè)務抗干擾提高系統(tǒng)容量、2020/8/10，37、概述3同步過程、概述2編碼和多路復用、概述4隨機接入過程、WCDMA物理層過程、概述1物理信道特性和幀結構、2020/8/10，38下行鏈路物理信道、上行鏈路物理信道、公共物理信道、物理隨機接入信道、物理公共分組信道、主公共控制物理信道、捕獲指示信道物理下行鏈路共享信道(PDSCH)和專用物理信道輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)、CPCH狀態(tài)信道(CSICH)、同步信道(SCH)、接入前綴獲取指示信道(AP-AICH)、沖突檢測/信道分配指示信道(CD/CA-ICH)、公共導頻信道(cpich)、2020/8/1

16、0、2020/8/10、40、物理隨機接入信道(PRACH)、2020/8/10、41、下行鏈路專用物理信道幀結構(DPCH)、2020、2020/8/10、41、2020、2020、2020 主要用于信道估計的CPICH (CPICH)，2020/8/10，44，主CPICH使用相同的信道碼，即Cch，256，0擾碼為主擾碼，只有一個主CPICH在整個小區(qū)廣播輔助CPICH，只要滿足SF=256擾碼，可以使用任何信道碼。也可以使用輔助擾碼。一個小區(qū)可以具有0、1或幾個輔助擾碼，這些輔助擾碼可以在該小區(qū)中部分傳輸。主CPICH和輔助CPICH之間的差別是，2020/8/10，45，并且主公共控制物理信道(P-CCPCH)，其具有30Kbp