wcdma的关键技术及基本原理
WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,1、编码技术,CDMA原理图,编码技术,信源编码 信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输； 最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s; 移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s； 第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.,编码技术,AMR控制,用户数,AMR:允许系统根据无线接口资源动态调整语音的编码速率 负荷重时，降低AMR的语音速率，这样既减轻负载，又增加系统容量。 采用 4.75K时相对12.2K容量提高约40% 负载轻时，增加AMR语音速率，尽量提高QOS，增加满意度 对于上行覆盖受限的情况，降低AMR的语音速率可以有效扩大上行的覆盖范围,编码技术,信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息，提高数据传输速率。,无纠错编码： BER10-1 10-2,不能满足通信需要,卷积编码： BER10-3,满足语音通信需要,Turbo 码： BER10-6,满足数据通信需要,信道编码的特点 信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误,编码技术,信道编码,床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国,床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国,床？前前明明月月光光 春春眠眠？不觉觉晓晓 白白发发三三？千丈？ 红红豆豆生生南？国国,编码技术,卷积码 译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务和低速数据业务 ； 误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。 TURBO 码 译码复杂（LOGMAP算法），时延较长； 误码率低（可以达到106 ）。编码速率为1/3 适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务,编码技术,交织编码技术,到译码器,射频传输信道,优点 交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。 缺点： 由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求选择。,信道编码和交织技术的结合使用,WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,2、码分多址技术,FDMA是采用频分的多址技术.业务信道在不同频段分配给不同的用户。,TDMA是采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间片段分配给不同的用户。,CDMA是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。,常见的多址技术,码分多址技术,WCDMA系统 PN码（扰码） GOLD序列 扰码每10ms重复一次，长度38400chips 上行物理信道，可用的扰码分为长扰码和短扰码，共有224-1个长扰码和224个短扰码 下行物理信道，可以产生218-1=262143个扰码，但只用了0-8191号的扰码 正交码（信道化码） OVSF码 定义：CCh,SF,k描述信道码，SF表示扩频因子 K为码号,PN扰码和正交码 共同使用,Frequency,码分多址技术,扩频包括两个操作 信道化操作，它使数据符号变为码片，并增加信号带宽，每符号的码片称为扩频因子（SF)，可以通过它与OVSF相乘得到 扰码操作，它作用在扩频信号上,3.84MChip/S,3.84MChip/S,码分多址技术,扩频码的产生（OVSF码树型结构图）,码分多址技术,分配码的前提： 要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配； 分配码的结果： 分配的OVSF码如果不合理，则会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；,红色代表已分配的码字； 兰色代表由于低速扩频因子码字被分配而阻塞掉的高速扩频因子码字,码分多址技术,扩频码的分配,4倍数据速率的用户,= 不能使用的码空间,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,480 kb/s,1.92 Mb/s,1,11,10,1111,1100,1010,1001,11111111,11110000,11001100,11000011,10101010,10100101,10011001,10010110,码片速率 = 3.840 Mcps,例：5个用户时扩频码的分配,SF=1,SF=2,SF=4,SF=8,码分多址技术,下行链路不同扩频因子对应的用户数据速率及信道容量,码分多址技术,OC1, OC2,OC3, OC4,OC5, OC6, OC7,OC1 , OC2, OC3,OC1, OC2,OC1, OC2, OC3, OC4,下行: 正交码用于区分从单个基站来的数据信道,上行: 正交码用于区分从单个手机来的数据信道,扩频码的作用,码分多址技术,下行: PN 码用于区分不同的小区 上行: PN 码用于区分不同的手机,扰码的作用,码分多址技术,扰码的数量,码分多址技术,主扰码,码分多址技术,扰码规划,扰码规划应该考虑因素 地域分布：处于同一地域内的小区 按纵列分配； 主扰码复用距离：应在码资源允许 的情况下尽量大，以确保分配原则 根据网络发展情况适当预留2-3组 主扰码以备网络扩容； 根据地形、地貌特点，合理划分 区域以节约扰码资源； 结合地域特点合理确定主扰码 复用距离,码分多址技术,扰码规划,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,WCDMA的关键技术及基本原理,3、扩频技术,扩频通信原理,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术 其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N),扩频技术,扩频的种类 直接扩频（DSSS） 通过将伪噪声序列与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据，其伪噪声序列由伪噪声生成器产生 误码率受限于多址干扰和远近效应的影响 用功率控制来克服远近效应，受限于功率检测的精度 WCDMA采用的是直接扩频方式 跳频扩频（FH-SS） 数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到表面上随机的信道中 每个信道上，在发射机再次跳频之前，数据用传统的窄带调制方式发送一些小的突发 无远近效应的影响，因为多个用户不会同时使用同一频率,扩频技术,码的相关特性 情况 I: 正交码自相关 在相同时间偏移用相同码发射和接收,扩频技术,输入数据,+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,发射用正交 码,发射序列,接收正交 码,-4,0,2,积分结果,-0.5,0,0.25,归一化,码的相关特性 情况 II: 正交码互相关 接收和发射用不同码,x,x,x,积分,积分,积分,=,=,=,x,x,x,=,=,=,发射机,接收机,扩频增益=10lg（扩频后的信号带宽/原始信息速率）,扩频技术,WCDMA系统扩频带宽为3.84MHZ AMR 12.2K的语音业务 扩频增益=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K的可视电话 扩频增益=10lg(3840/64)=17dB PS 144k的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=14dB PS 384K的数据业务 扩频增益=10lg(3840/144)=10dB 扩频增益对系统的影响 扩频增益的存在使CDMA技术具有了和FDMA/TDMA不同的特征 扩频增益使CDMA系统具有较强的抗干扰能力，保密性好，所以说CDMA系统绿色、安全、环保 扩频增益也影响不同速率业务的链路损耗，从而影响不同业务覆盖半径。速率越高，覆盖半径越小；反之，覆盖半径越大。,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,WCDMA的关键技术及基本原理,4、 RAKE接收技术,4、RAKE接收技术,由于无线传输中存在多径效应，如果不加以处理，会对正常的接收造成干扰。根据同相加强，反相抵消的原理，在通话时会感觉时断时续。 WCDMA系统中采用了Rake接收技术，将不同路径来的信号进行分离合并，使得总的接收信噪比大大提高。,4、RAKE接收技术,RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能,接收机,单径接收电路,单径接收电路,单径接收电路,搜索器,计算信号强度与时延,合 并,合并后的信号,t,t,s(t),s(t),RAKE接收原理,WCDMA的关键技术及基本原理,1、编码技术 2、码分多址技术 3、扩频技术 4、RAKE接收技术 5、多用户检测技术 6、智能天线技术,多用户检测技术,多址干扰（MAI）是CDMA系统中的主要干扰。 在传统的CDMA系统信号分离方法中，把MAI看作热噪声。 多用户检测技术是充分利用MAI中的先验信息，如： 已知的用户信道码 已知的训练序列 将非目标用户信息从MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。,智能天线技术,使用智能天线 . 定向发射、定向接收。 正在通信的移动终端在整个 小区内处于受合成波束跟踪的状态。 不使用智能天线 . 全向发射、全向接收。 所有小区内的移动终端均相互干扰。 智能天线的优势 减少小区间和小区内干扰。 降低多径干扰。 等效发射功率提高。 提高接收灵敏度。 改进了小区覆盖（合成波束）。 增加了容量及小区覆盖半径。 降低发射功率，降低基站成本。,
