WCDMA初中级培训－WCDMA原理(1)ppt课件

1、WCDMA初中级培训WCDMA原理中兴通讯股份挪动产品事业部3G产品部提纲2 WCDMA物理层过程提纲1 WCDMA挪动通讯根底知识提纲4 纠错编码技术提纲2 WCDMA需求处理的问题提纲5 交错技术提纲1 WCDMA挪动通讯环境提纲8 分集技术提纲3 多址接入技术WCDMA挪动通讯根底知识提纲6 复用技术提纲7 扩频技术WCDMA挪动通讯环境信道环境直射反射绕射无线传播方式时间接纳信号强度WCDMA挪动通讯环境信道环境无线传播特性无线传播过程中，遇到的最主要问题有：发送信号接纳信号0dB发送信号-25dB接纳信号衰落干扰此外还有因传播频率的分散而引起的多普勒效应等。0 + 发送信号接纳信号时

2、延0 2 3 + 发送信号接纳信号抖动WCDMA挪动通讯环境信道环境衰落无线环境中的信号衰减分成三部分：幅度衰减较大的途径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分大尺度衰落，也被称为遮盖。衰减幅度较小的快变化成分小尺度衰落，也被称为多径衰落。两类典型小尺度衰落包络分布的描画方法瑞利Rayleigh分布不存在视距传播，衰落很深。莱斯Rician分布存在视距主径，衰落较浅。WCDMA挪动通讯环境信道环境典型信道划分室内或静态信道悄然蜂窝很小的发射功率基站和用户都位于室内途径损耗依赖于墙体、地板资料和金属构造的规划典型时延为50250nsWCDMA挪动通讯环境信道环境典型信道划分户外到

3、户内步行信道微蜂窝小功率低速度天线普通低于建筑物顶室内覆盖依托室外基站存在穿透损耗典型值为12dB同时存在视距传播和非视距传播途径损耗动摇较大典型时延为0.2usWCDMA挪动通讯环境信道环境典型信道划分车速环境宏蜂窝大功率高速挪动存在阴影多路反射途径损耗和环境有关WCDMA挪动通讯环境业务环境数据业务将占很大的比重不同的业务具有不同的QoS大量的突发业务业务在不同地理位置分布密度不同用户业务速率相差很大存在多址干扰MAI)WCDMA挪动通讯环境根本要求 信息传输速率：提供多速率的业务，最高可达2 Mbps 根据带宽需务虚现的可变比特速率信息传送 一个衔接中可以同时支持具有不同QoS要求的业务

4、 满足不同业务的延时要求从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务 二代、三代系统共存和不同系统之间的切换和负荷平衡 支持上行和下行非对称业务 高的频谱效率WCDMA需求处理的问题提高无线资源利用率无线资源包括频率、功率、时间、空间和特征码等消除无线信道传输产生的不良影响，使对端尽能够收到满足要求的信息满足业务环境的要求，提供不同QoS要求、不同速率的多媒体业务多址接入技术FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA频分多址技术 业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。时分多址技术 业务信道

5、在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。码分多址技术 一切用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。CDMA多址接入技术 FDMA信道一次只能传送一个。假设某一信道空闲，也不可以被其他 用户运用以添加容量。符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展呵斥的符号间干扰低。FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小。FDMA需求准确的RF滤波器。非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率IM，产生额外的RF辐射。FrequencyTimePower多址接入技术 TDMA多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。可以实现不延续发送，利用空闲时

6、隙监听其他基站，实现切换处置。需求自顺应平衡；需求维护时隙。分组发射需求额外的系统开销，如维护数据同步。按照不同的用户提供不同的带宽。质量控制经过频率规划来实现FrequencyTimePower多址接入技术 CDMA多用户同时共享同一频段无线资源。系统容量大，无线频谱效率率高。自干扰性，远近效应。不相关码的选择和功率控制非常重要。易于实现宽带可变速率通讯。支持多用户检测、软件无线电等新技术。FrequencyTimePower多址接入技术 WCDMA系统的优势采用RAKE接纳机，有效利用了信道相关时间构成的时间分集效应；宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果信号在信道中传输功率低，降低了干扰

7、，提高了严密性扩频因子灵敏变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM支持软切换和更软切换支持新技术的运用，如多用户检测纠错编码技术 卷积码 纠错编码技术是在发射端按一定规那么引入冗余信息，从而使得即使空中传输引入了误码，也能利用冗余信息将此错误纠正回来的技术。 在WCDMA系统中主要用于话音信道和控制信道，编码速率为1/2和1/3。卷积码特点：译码简单，时延小，普通采用维特比算法，信道误码率在103，适宜实时业务，如话音和视频业务的传送。Output 0 G0 = 557 (octal) Input D D D D D D D D Output 1 G1 =

8、 663 (octal) Output 2 G2 = 711 (octal) (b) Rate 1/3 convolutional coder 纠错编码技术 Turbo码 在WCDMA系统中主要用于数据业务信道，编码速率为1/3，分组长度最大到5114比特，可以实现大分组，时延伸的业务传送。TURBO码的特点：译码复杂，常采用LOGMAP算法，信道误码率可以到达106，非常适宜对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务，如WWW，FTP，EMAIL等多媒体业务传送。交错技术在通讯系统中，为了减少突发干扰对延续数据呵斥的大面积过失，常采用交错来将突发干扰呵斥的延续过失化解为随机独立过失，使其适

9、宜于译码器的错误纠正。交错，就是打乱原来的数据陈列规那么，按照一定顺序重新陈列。缺陷： 带来了附加的额外延时 在特殊情况下，假设干个随机独立过失有能够交错为突发过失。x1 x6 x11 x16 x21x2 x7 x22x3 x8 x23x4 x9 x24x5 x10 x25输入数据 A = (x1 x2 x3 x4 x5 x25)输出数据 A= (x1 x6 x11 x16 x25)举例：交错技术续交错器根据采用的技术不同，又可分为多种，如分组交错器、随机交错器、循环移位交错器、半随机交错器、奇偶交错器、均匀交错器等。WCDMA系统采用了分组交错器又称矩形交错器和均匀交错器两种技术。分组交错器

10、在第一次交错帧间交错和第二次交错帧内交错中用到，特点是方式简单、对短序列交错效果较好，但交错后码元的去相关不彻底。均匀交错器在Turbo编码中用到，其特点是交错算法复杂，但去相关较彻底。复用技术复用技术是指将具有一样或不同QoS要求的业务复用到一个物理信道中进展传输的技术。由于业务种类及其QoS要求千变万化，但物理信道的才干只是有限的几个等级。如何在保证各种业务QoS要求的前提下高效地复用到一个物理信道中传输是复用算法首要思索的问题。这就牵涉到速率匹配的问题，它是复用技术的中心之所在，同时还牵涉到信道编码方案等其它技术的选用问题。业务3业务2业务1业务4扩频技术扩频通讯就是将信号的频谱展宽后进

11、展传输的技术。其实际解释为Shannon定理： C=Wlog2(1+S/N)FastSpreadingSequenceSlowInformationSentTXSlowInformationRecoveredRXFastSpreadingSequenceWidebandSignalfSff0扩频前的信号频谱信号Sfff0扩频后的信号频谱信号Sfff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fSff0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号脉冲干扰白噪声扩频通讯表示图扩频通讯的特点抗多径干扰才干强抗突发脉冲干扰严密性高低发射功率对其他通讯系统和人体的影响较小易于实现大容量多址通讯占用频带宽实现复杂在时变信道中实

12、现同步较为困难直接扩频DSSS经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抑制远近效应，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FHSS)数据以发射机的载波频率跳变的方式发送到外表上随机的信道中每个信道上，在发射机再次调频之前，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，由于多个用户不会同时运用同一频率Bluetooth技术、快、慢调频扩频的方式SymbolSpreadingDespreading 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1Data = 010010Spreading

13、 codeSpread signal= Data codeSpreading code =1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 ( SF = 8 )Data = Spread signal codeChip直接扩频与解扩表示图DATA信道码OVSF扰码Symbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz分为扩频和加扰两个步骤：符号速率 SF = 3.84MbpsWCDMA中，上行信道码的SF为：4256 下行信道码的SF为：4512WCDMA系统的扩频正交可变扩频因子OVSF码 同一级的恣意两个分支两两正交 某一分支被运用后，那么其直系祖先级和直系子孙级分支

14、均不能运用WCDMA直接扩频方案的优点采用正交可变长度的扩频序列，支持多速率传输采用自相关特性好的扰码与相互关特性好的扩频码配合运用，每个用户有独一的扰码与扩频码的组合，严密性高。一切用户、基站都运用一样的频率，可以简化频率规划任务良好的抗多径干扰特性：RAKE接纳机利用多径分量同时由于宽带信号的频率选择性衰落，反映在时域上，多径干扰导致传输延迟的PN信号和原PN序列的相互关性减弱，导致延迟信号对接纳机的影响减弱分集技术是经过利用和查找自然界无线传播环境中的独立或至少高度不相关多径信号来实现的可简单解释为：假设一条途径中的信号阅历了深度衰落，而另一条相对独立的途径中能够仍包含着较强的信号。两重

15、含义：分散传输；集中处置优点： 易获得相对稳定的信号可获得分集处置增益，提高信噪比投资低廉假设输入的分集信号分别为：r1(t), r2(t), r3(t), rk(t), rm(t)那么，合并后的输出为：其中K 为第 k 个分量的权重。选择不同的加权系数，就构成不同的合并方式。通常所用的方法有三种： 选择合并、最大比合并和等增益合并。分集原理空间分集又称天线分集，假设天线间的间隔大于半个波长，那么从不同的天线上收到的信号包络根本上是不相关的时间分集以超越信道相关时间的时间间隔反复发送信号，以便让再次接纳到的信号具有独立的衰落环境，从而产生分集效果频率分集在多个频率上传送信号，其实际根底是在信道

16、相关带宽之外的频率上不会出现同样的衰落极化分集信号在空中传播进展了多次反射，由于不同极化方向的反射系数不同，使得信号在不同的极化方向上是不相关的分集的分类开环发射分集运用空时编码对信号进展处置，并从两根天线上发射，综合利用了时间分集和空间分集技术闭环发射分集由接纳端反响参数控制两根发射天线的加权，是带反响技术的空间分集交错技术是一种隐含的时间分集技术，与WCDMA系统选用的编码方案配合运用。RAKE接纳技术也是一种隐含的时间分集技术。以为：一个码片时间 信道的相关时间，RAKE接纳利用的多径信号被以为是发射机多次发送过来的信号WCDMA运用的分集技术技术的选用是围绕要抑制的问题来进展的WCDM

17、A多址接入方式纠错编码技术交错技术复用技术扩频技术分集技术高速率、大容量无线传播中的干扰深衰落多媒体业务抗干扰提高系统容量提纲3 同步过程提纲2 编码与复用提纲4 随机接入过程WCDMA物理层过程提纲1 物理信道特征与帧构造公用物理信道(DPCH)下行物理信道上行物理信道公用物理信道物理随机接入信道(PRACH)物理公共分组信道(PCPCH)主公共控制物理信道(P-CCPCH)捕获指示信道(AICH)寻呼指示信道(PICH)物理下行共享信道(PDSCH)公用物理信道(DPCH)公用物理信道物理信道物理信道分类辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)CPCH形状信道(CSICH)同步信道(SCH)

18、接入前缀捕获指示信道(AP-AICH)碰撞检测/信道指配指示信道(CD/CA-ICH)公用导频信道(CPICH)上行公用物理信道帧构造DPCH物理随机接入信道PRACH下行公用物理信道帧构造DPCH下行DPCH的多码传输发射预先定义好的知序列，A1j固定传输速率30Kbps， SF=256发射分集时，两根天线上发射的信号运用一样的扩频码和扰码，但传送序列有所不同。主要用于信道估计公共导频信道CPICH主CPICH运用一样的信道码,即Cch,256,0扰码为主扰码一个小区只需一个主CPICH在整个小区广播辅助CPICH可以运用恣意信道码，只需满足 SF=256扰码可以运用主扰码，也可以运用辅助扰

19、码一个小区可以有0、1或几个辅助扰码可以在小区内部分发射主CPICH与辅助CPICH的区别主公共控制物理信道P-CCPCH 固定为30Kbps SF=256的传输速率，用于承载BCH。 每个时隙的头256chips为空，到时候由SCH填充；或者说P-CCPCH与SCH时分复用。辅助公共控制物理信道S-CCPCH 用于承载FACH和PCH，可分别承载FACH和PCH，也可两者同时承载。 TFCI可有可无，由上层决议；没有TPC，采用开环功控；导频为8或16比特。 传输才干比下行DPCH稍逊，SF为2564。同步信道SCHSCH用于小区搜索，分成主同步信道 P-SCH和辅助同步信道S-SCH，两者

20、并行发射。 SCH占用每个无线帧的前256个码片，与P-CCPCH时分复用。主同步码 (PSC) 以时隙为周期发射，用于时隙同步；辅助同步码以无线帧为周期发射，用于帧同步，并指出小区主扰码的组号。a为一个指示调制信号，用于指示P-CCPCH能否采用了STTD。PDSCH承载 DSCH, 被多个码分用户分时共享。 PDSCH 总是与一个 DPCH相伴随，所需控制信息在所伴随的DPCH的DPCCH上传输。DSCH上传的是纯数据，效率很高，适宜处置短时高速率突发业务，是特殊方式的多码传输，但高层控制起来比较复杂。物理下行共享信道PDSCH捕获指示信道AICH AICH每一帧为20 ms，分成15个接

21、入时隙AS, 每个时隙有20个符号(5120码片)。每个时隙包括两部分，捕获指示AI部分4096码片和空部分1024码片 。 16个AI分别对16种签名进展应对，AI1、1和0分别代表赞同接入、不赞同接入和没有听到恳求。 aj是由16个AI和16个签名进展矩阵运算得到。寻呼指示信道PICH PICH为固定速率(SF=256)的物理信道，用于承载寻呼指示 (PI). PICH 总是与S-CCPCH 相伴随，假设某一帧中的 PIi 被置为1，阐明Pii所对应的UE应对S-CCPCH的对应帧进展解调。 PICH一帧为10ms，包括300bits。其中，288 比特用于传送 PI， 其他12 比特尚未

22、定义，不发射。 一帧内传送N 个寻呼指示PI，N=18, 36, 72, or 144。各物理信道之间的时序关系10、20、40 or 80msdatadatadataTrCH-idataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCdataCRCd a t aCBLCBLCBL0、8、12、16 or 24bits块长 Z504 ， 卷积码5114 ，Turbo码CedBLCedBLCedBLCoded data卷积码 或 Turbo码Rate matched dataRate matched dataDTXororData before 1st interleavingDa

23、ta after 1st interleaved交错器列数：1、2、4 或 8无线帧无线帧无线帧无线帧数目：1、2、4 或 8TrCH-1TrCH-2TrCH-ICCTrCHTrCH-1TrCH-2TrCH-IDTXCCTrCHPh-1Ph-2Ph-P10ms时间内10ms时间内Ph-1Ph-2Ph-PTPCTFCIpilot扩频、加扰扩频、加扰扩频、加扰TrCH-i+1data1data2data1data2data1data2下行信道编码与复用同步过程小 区 搜 索三步搜索法第一步 时隙同步：搜索P-SCH的主同步码，与信号最强的基站获得时隙同步。第二步 扰码码组识别和帧同步：利用S-SCH的辅助同步码码组实现帧同步，并识别扰码码组号。第三步 扰码识别：利用扰码码组中的8个主扰码与捕获的P-CPICH的主扰码比较，得到该小区的主扰码。 根据主扰码可以检测出P-CCPCH，从而可以收到系统及小区的广播信息。同步过程小 区 搜 索续经过小区搜索，可获得SCH帧