WCDMA系统原理概述

WCDMA系统原理前言l现在在移动通信领域最流行的一个词就是l那么什么是3Gl今天我们就一起来认识一下3G23课程目标l了解移动通信系统的发展与演进l了解IMT-2000的一些基本知识l了解WCDMA FDD 模式的技术特点学习完本课程课程内容第一章CDMA原理概述第二章无线资源管理第三章覆盖增强技术第四章WCDMA FDD的技术特点4CDMA原理概述l无线传播环境l多址技术和双工技术l CDMA原理和Rake接收机5多径环境发射信号接收信号强度时间67衰落发射数据－４０－３５－３０－２５－２０－１５－１０－５０ｄＢ接收数据衰落8频率选择性衰落窄带系统大衰落大衰落发射信号发射信号接收到的衰落信号接收到的衰落信号频率频率频率频率强度强度强度大衰落发射信号接收到的衰落信号频率频率强度强度宽带系统9移动信道的多径特征l电磁传播散射和绕射l 无线环境中的信号衰减分成三部分大尺度变化è衰减幅度较小的快变化成分非视距传播视距传播1011无线信道模型高斯噪声信道模拟当前径权重接收信号发射信号信道模拟当前径权重信道模拟当前径权重信道模拟当前径权重典型无线移动信道的分类l 静态信道l户内信道l户外到户内人行道信道l车载信道l 移动信道l 生死信道12CDMA原理概述l无线传播环境l多址技术和双工技术l CDMA原理和Rake接收机13多址技术与双工技术多址技术l Arrayu时分多址u频分多址u码分多址双工技术l Arrayu时分双工u频分双工14频率时间直接扩频方式1516码分多址l 多用户共享同一频率lCDMA 系统是自干扰系统lCDMA 系统的用户容量是软容量对所有用户而言相应当用户数目减少时CDMA的几种不同形式l直接扩频码分多址ＣＤＭＡ同一地点占用同一频率资源è可以使用RAKE 接收技术多个基站同时监听大大降低切换掉话率l 跳频码分多址ＣＤＭＡ占用频率随时间变化按一定规律跳变l 跳时码分多址ＣＤＭＡ占用的时间按一定规律改变17CDMA示意图frequencyDSFHTHtime18CDMA系统基本框图信源编码信道编码扩频调制无线信道信源译码信道译码解扩解调1920简单的CDMA 发射接收机框图宽带调制载波产生码字产生数据数据宽带调制载波产生码字同步/跟踪码字产生解扩DSCDMA原理概述l无线传播环境l多址技术和双工技术l CDMA原理和Rake接收机21几个为什么1.为什么CDMA系统更加抗干扰2.为什么CDMA系统更加保密3.为什么CDMA手机更加环保2223码字的自相关和互相关l不同用户采用不同的扩频码字x 1(t ))=<x 1(t ))>l互相关函数èV(x 2(t+CDMA的码生成技术l 随机序列è0和1个数各一半è1或者0连续个数的概率连续两个为1/4…è移位序列和原序列有一半相同周期是2n -1è其自相关函数只有一个最大值单值性è符合贝努利序列性质24Gold序列l Gold序列è由两个优选的m序列异或而成è自相关函数有多值用于码分多址中区分基站和用户è良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小进行多址25Gold序列生成c long,1,n MSB LSBc long,2,nl Gold序列的随机性好连续出现0或1的概率小26OVSF&WalshC ch,4,0 =(1,1,1,1)C ch,2,0 = (1,1)C ch,4,1 = (1,1,-1,-1)C ch,1,0 = (1)C ch,4,2 = (1,-1,1,-1)C ch,2,1 = (1,-1)C ch,4,3 = (1,-1,-1,1)SF = 1SF = 2SF = 4OVSF码的互相关为零Walsh与OVSF码一样27扩频因子与业务速率l 符号速率码片速率è如WCDMA 3.84MHz4960Kbps码片速率扩频因子则符号速率l符号速率业务速率重复或打孔率è如WCDMA384Kbps1/3Turbo码960Kbps业务速率9.6Kbps1/3卷积码19.2Kbps28扩频码字1 -11 -1 1 -11 -1 1 -12930CDMA 过程中的频谱变化P(f)扩频码fP(f) f窄带信号宽带信号P(f) f噪声信号与噪声分离P(f) f信号合并噪声 + 宽带信号P(f)扩频码fCDMA宽带扩频技术有效地利用无线信道的频率选择性衰落31Rake接收机基带输 入信号 带 DLL 的 相关器I Q 相位 旋转 延迟 均衡II本地 扩频码信道 估计 第一径 第二径 第三径Q合并相加时间量径 位置延迟估计32CDMA 在无线信道中传输的优势l采用RAKE接收机 有效利用了信道相干时间形成的时间分集 效应l l l l l宽带传输系统 利用了信道的频率分集效果 码字的多址传输 利用了多用户分集的效果 信号在信道中传输功率低 扩频因子灵活变换 频谱效率高 降低了干扰 提高了保密性有助于多媒体等多速率并发业务的传输优于以往的AMPS和GSM 频率复用系数WCDMA为1 GSM为1 18l l l支持软切换和更软切换 支持新技术的应用 如多用户检测 而GSM没有33WCDMA有下行发射分集课程内容第一章 CDMA 原理概述 第二章 无线资源管理 第三章 覆盖增强技术 第四章 WCDMA FDD 的技术特点34第二章 无线资源管理l l功率控制 切换35远近效应CDMA自从被提出以来 是无法克服 “远近效应 ” 一直没有得到大规模应用的主要问题就l一个ＵＥ 就能阻 塞整个 小区信号被离基站 近的ＵＥ的信号 淹没 无 法通信36功控的目的l由于远近效应 控制后u u uWCDMA系统必须引入功率控制引入功率还能带来很多其它的好处保持上下行链路的通信质量调整发射功率克服阴影衰落和快衰落 降低网络干扰 提高系统质量和容量l分类u u开环功率控制 闭环功率控制n n上下行内环功率控制 上下行外环功率控制37开环功控对闭环功控的影响power内环功控的 收敛过程time powerl准确计算内环所需要的初 始发射功率 时间 加速其收敛l降低对系统负载的冲击 time38开环功控BCH: CPICH channel power UL interference levelNodeB 开环功控的目的是提供初始 发射功率的粗略估计 它是 根据测量结果对路径损耗和 干扰水平进行估计 从而计 算初始发射功率的过程RACHUE UE测量CPICH的接收功率 计算上行初始发射功率39上行内环功控1500Hz测量接收信号 SIR并比较 内环 下发TPC NodeB设置SIRtarUE内环功率控制的目的 使基站处接收到的每个 ＵＥ信号的ｂｉｔ能量相等每一个ＵＥ都有 一个自己的控 制环路40BLER--SIRl l最终接入网提供给 NAS的服务中 QoS 表征量为 BLER 而非 SIR 根据无线通信的原理 的变化而变化 SIR固定的情况下 BLER会随着无线环境不同曲线对 应不同的多 径环境 BLER•BLERSIR41上行外环功控可以得到ＢＬＥＲ 稳定的业务数 据测量接收数 据 BLER并比较测量传输信道 上的BLER测量接收信号 SIR并比较 内环 下发TPC NodeB UE外环 设置BLERtar RNC 设置SIRtar10-100Hz42下行闭环功控测量BLER并比较UE层3 外 环1500Hz发TPC 内环10-100Hz设置SIRtarUE物理层 测量SIR并比较NodeB 下行内环和外环功率控制43第二章 无线资源管理l l功率控制 切换44切换的分类切换ul软切换n更软切换u硬切换n n n同频硬切换 异频硬切换 系统间切换 Between WCDMA and GSM45硬切换Data UE received/ sentSource BS UE moveTarget BStime46硬切换Data UE received/ sent“GAP” of communicationSource BS UE moveTarget BStimel硬切换的特点u u u先中断源小区的链路 通话会产生“缝隙”后建立目标小区的链路非CDMA系统都只能进行硬切换47硬切换在 3G 中的应用频内硬切换ul码树重整l频间硬切换u u网络规划的原因 频间负载的平衡在特定的区域需要l系统间切换u u2G-3G的平滑演进 3G初期的覆盖范围有限48软切换Data UE received/ sentSource BS UE moveTarget BStime49软切换Data UE received/ sentN o “GAP” of communicationSource BS UE movelTarget BStime软切换特点u u u u uCDMA系统所特有只能发生在同频小区间 后中断源小区的链路先建立目标小区的链路 可以避免通话的“缝隙”软切换增益可以有效的增加系统的容量 软切换会比硬切换占用更多的系统资源50。