WCDMA移动通信系统基本原理

1、WCDMA移动通信系统基本原理1提 纲3G发展概述无线通信原理及相关技术WCDMA资源管理WCDMA关键技术213423G发展概述3AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代 90年代数字需求驱动数字技术语音业务第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA蜂窝移动通信系统发展历程43G的发展满足更多种类、更高速率的业务和更高频谱效率的要求，这是发展的根本动力；减少目前存在的各大网络之间的不兼容性；世界性的标准IMT-2000应运而生。IMT-2000支持的网络被称为第三代移动通信系

2、统5第三代移动通信的标准化 欧洲为主的3GPPGSM核心网 以美国为主的3GPP2IS-41为核心网3G演进中的几大组织负责融合多载波的CDMA模式负责融合直接序列扩频和TDD的CDMA模式CDMA2000WCDMA、TD-SCDMA6第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求服务质量要求新业务能力要求发展和演进能力要求灵活性要求：多环境、多模式、多频带能力7第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求服务质量要求语音质量、覆盖、费用移动通信用户的快速增长，频率紧张成为制约通讯发展的最大问题 在频谱利用率方面要比二代系统成倍提高能利用最佳的频谱利用率来提供目前所预期的

3、所有业务。增加效率和能力语音质量、覆盖和费用是移动通信最关心的问题改进话音质量、支持无缝切换、允许运行商在竞争环境中可以降低费用，同时开展多项业务业务质量对于多种业务如：语音、视频、数据业务、无线业务，不同的业务有不同的要求8第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求新业务和能力要求灵活接入能力宽带业务非常广泛，有低速的话音、短信，有高速的多媒体，有要求低时延（话音），有要求绝对的完整性 （文件传输），有连续传输（视频），有突发性传输（Internet)。信道要求动态，根据需要分配带宽。根据要求分配带宽通过不同的方法接入很宽范围的业务能够实现一代和二代系统中不能实现的新话音和数据

4、业务增加对宽带业务的要求无线上网无线图象传输业务实时地图点播节目等多种宽带业务能提供非常好的速率。能以较少的费用与其他无线和有线接入网络竞争9第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求发展和演进要求兼容、继承、发展能力能否支持从第二代系统的发展和演进对于IMT-2000的成功意义巨大第二代系统的巨大投资仍在进行，两个时代的系统的共存、互通必不可少。从第二代过渡到第三代需要一个有步骤、逐步的解决方案GSMCDMA200WCDMATDSCDMACDMAPHS向3G过渡10ITU对IMT-2000的总体要求灵活性要求：多环境、多模式、多频带多模/多频要求不同网络间实现真正的无缝漫游支持

5、不同网络的切换业务传递不终止最佳路由和最小时延支持固定无线网络接入能力，能与固定有线网竞争，或作为有线网的补充移动性管理和固网接入几种技术形成主要标准，单一制式在短期内只是一个愿望。要求多模/多频的多媒体终端支持不同标准的互通灵活和自适应控制实时控制无线信道参数实时动态调整无线信道参数 根据环境参数调整参数（如功率控制）优化性能、提高频谱效率多环境能在各种可能存在的环境中都支持高的频谱效率、覆盖效率、服务质量具有不同的场所适应能力：室内、室外、郊区、车内具有不同的移动性环境：静止、步行、高速车辆 不同的用户密度：城市、农村、商业区11无线原理基本概念12无线基本原理无线传播特性概念基本传播机制

6、反射：当电磁波遇到比其波长大的多的物体时发生反射绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射散射：当电磁波遇到的物体表面粗糙、不规则时发生散射慢衰落和快衰落 接收信号的场强中值在一段时间内的缓慢变化称为慢衰落。（阴影衰落） 接收信号在某时间内场强在振幅和相位发生非常急速变化的部分成为快衰落（多径效应）13无线基本原理多址方式几种多址方式FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePower频分多址技术（FDMA）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（TDMA） 业务信道在不同的时间分配给不

7、同的用户。如GSM、DAMPS。码分多址技术（CDMA） 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。14WCDMA相关技术15WCDMA系统结构HLRGnSGSNGGSNMSC/VLRGrGsNode BIubIubGMSCIuCSIuPSInternet PSTN/ISDNCDGi信令数据信令UERNCIurIuCSIuPSCNRNSIubRNCNode BNode BBTSBSCAGbAbisGc16WCDMA数据简要发送过程手机数据编码交织扩频调制射频发送射频接收解调解扩解码解交织手机数据17相关技术手机数据编码交织扩频调制射频发送射频接收解调解扩解码解交织手机数据WC

8、DMA数据简要发送过程18相关技术例子信道编码技术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19 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 适合纠正非连续的少量错误 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）相关技术原理及目的信道编码技术无纠错编码： 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： BER目标SIR， 降低移动台发射功率,若测定SIRIt

9、hreshold 上行接纳控制Ptotal_old+P=Pthreshold下行接纳控制total_old 小区基站所接收到的总宽带功率I 新业务接入后基站所接收到的干扰功率增量的预测值Threshold 接入门限值total_old 小区基站目前的总发射功率 P 新业务接入后基站总发射功率增量的预测值Phreshold 接入门限值53负荷控制原理负荷控制无线资源管理系统不断在实时测量系统小区的负荷，当负荷平均值在一个设定的时间内超越某一个门限值时，说明系统负荷较重，使负荷进入系统的不稳定运行区，此时就有必要进行负荷控制原理下行快速负荷控制：拒绝从移动台来的增加功率的命令上行快速负荷控制：减少

10、上行用于上行快速功率控制的SIR目标值减少分组业务的吞吐量（降低传输速率）切换到其它的WCDMA载频切换到GSM系统减少实时业务的速率执行掉话操作54负荷控制流程负荷控制无线资源管理开始判断负荷情况（1）允许切入、接入（2）允许增加功率（3）提高速率（4）其它负荷偏低负荷偏高负荷正常（1）允许切入、接入（2）允许增加功率（1）停止切入、接入（2）停止增加功率（3）速率降低（4）切换（切出）（5）执行掉话55小区呼吸负荷控制无线资源管理小区呼吸是负载控制的一个手段小区呼吸的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率56码资源规划码资源分配无线资源管理WCD

11、MA是一个自干扰、动态统计复用的无线接入系统到另一个基站或信道的过程。 CDMA码分多址技术的目的是实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率。信道码分配的目标是为每个用户分配自己的信道码（OVSF码），在同一个载频上标识并区分不同用户的连接（信源-信宿），从而实现了多用户在相同载频并行传输在WCDMA系统中，上行的用户靠扰码区分，下行的物理信道靠OVSF码区分。上行容量是干扰受限，下行容量是功率和码资源受限。 由于正交可变扩频因子码是稀有资源，一个小区对应一张码表，为了使得系统既能接入尽量多的用户，提高系统的容量，就必须考虑码资源的合理使用问题，所以对于下行信道化码资源的规化和管理就非

12、常重要。上行扰码数量非常多，但为了避免在不同的RNC之间的小区不同用户使用相同的扰码，则也需对RNC的扰码进行规划57码资源分配概述码资源分配无线资源管理上行链路扰码上行链路信道化码下行链路扰码下行链路信道化码一个小区有一个主扰码，一个主扰码下对应一个码树，下行链路信道化码的码树是一个典型的二叉树，对应于SF=4512WCDMA系统中所用到的码的类型： 在RNC中主要需要规划的是下行信道化码 信道化码的产生：58信道化码分配策略码资源分配无线资源管理 码表利用率高：分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高 码表复杂度低：尽量用短码分配 先分配公共和共享物理信道的的下行链路信道化码，尽

13、量保证下行公共物理信道码资源的使用 按照一定的策略分配下行专用物理信道的信道化码示例：三个结果任取一个红色：已分配的码字；绿色：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；蓝色：由于高速扩频因子码字被分配而阻塞掉的低速扩频因子码字；黑色：根据申请的扩频因子而优化分配的码字。59关键技术60分集概念分集技术两重含义：分散传输；集中处理是通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：如果一条路径中的信号经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号。优点： 易获得相对稳定的信号可获得分集处理增益提高信噪比关键技术61分集类型分集

14、技术空间分集又称天线分集，如果天线间的距离大于半个波长，则从不同的天线上收到的信号包络基本上是不相关的时间分集以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，以便让再次接收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，其理论基础是在信道相干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行了多次反射，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关键技术62WCDMA使用的分集技术分集技术关键技术开环发射分集(TSTD和STTD)使用空时编码对信号进行处理，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收端反馈参数控

15、制两根发射天线的加权，是带反馈技术的空间分集交织技术 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使用。RAKE接收技术 也是一种隐含的时间分集技术。认为：一个码片时间 信道的相关时间，RAKE接收利用的多径信号被认为是发射机多次发送过来的信号63STTD发射分集示意分集技术关键技术发射分集技术提高系统下行容量开环模式中的STTD分集64RAKE接收机RAKE接收关键技术d1d2d3由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以，CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收多径信号中各路信号，并把它们合并在一起，可有效克服多径效应

16、。65RAKE接收机RAKE接收关键技术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tts(t)s(t)66智能天线的原理智能天线关键技术 智能天线采用空分多址（SDMA）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。全向小区三扇区小区智能天线小区67智能天线的优点智能天线关键技术高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线增加系统容量增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量减少发射功率，延长移动台电池寿命提高系统设计时的灵活性68多用户检测技术多用户检测关键技术当前的CDMA接收机基于RAKE 原理，将其他用户的干扰视为噪声基于RAKE 的CDMA系统的容量受干扰的限制最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干