WCDMA的扩频通信技术
WCDMA的基本原理及关键技术
控制信道编码
卷积码,码率为1/2
前向:卷积码,码率1/4
反向:卷积码,码率为1/2
卷积码,码率为1/2或 1/3;1/3TURBO
IMT-2000的频谱分配(MHz)
中国3G移动通信的频谱分配
1755 1785 1850 1880 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 2300 2400
电路域引入分组话音， 支持多种承载方式TDM、 核心分为电路域和分组域 ATM、IP。 接入网引入WCDMA；
核心和接入之间引入基于 ATM的Iu接口。
R6
R5 R4
R99
2000.3
2001.3
2002.6
2005.12
R99网络结构
R99网络特点
R99核心思想： 1. RAN引入WCDMA，基于ATM承载替代TDM承载，采用RANAP替代BSSAP； 2. CN CS部分继承GSM，继续采用TDM承载； 3. CN PS继承GPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps；
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： 卷积编码： Turbo 码： BER<10-1 ~ 10-2 BER<10-3 BER<10-6 不能满足通信需要 满足语音通信需要 满足数据通信需要
信道编码的特点
R4网络结构
核心网电路域引入软交换架构
R4网络特点
R4核心思想：
1. 核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构； 2. 核心网电路域支持TDM/IP/ATM承载。
R4核心网侧的主要特点和变化：
WCDMA增强技术
WCDMA增强技术-HSDPA为了很好地解决WCDMA系统覆盖和容量的矛盾，消除干扰，提升系统容量，满足用户业务需求，在WCDMA的后续发展中产生了许多新技术。
其中最值得关注是就是HSDPA （High Speed Downlink Package Access）。
使下行数据速率达到10MHSDPA 是3GPP在Rel5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，它可以使最高下行数据速率达10Mbps，从而大大提高用户下行数据业务速率，而且不改变已经建设的WCDMA系统的网络结构。
因此，该技术是WCDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。
HSDPA采用的关键技术为自适应调制编码（AMC）和混合自动重复（HARQ）。
AMC 自适应调制和编码方式是根据信道的质量情况，选择最合适的调制和编码方式。
信道编码采用R99 1/3Turbo码以及通过相应码率匹配后产生的其它速率的Turbo码,调制方式可选择QPSK、8PSK、16QAM等。
通过编码和调制方式的组合，产生不同的传输速率。
而H-ARQ 基于信道条件提供精确的编码速率调节，可自动适应瞬时信道条件，且对延迟和误差是不敏感。
HSDPA原则上没有改变Rel99和Rel4的功能体系结构。
HSDPA技术增加了高速下行共享信道（HS-DSCH），并依靠HARQ和AMC对信道变化进行适应。
不同的用户在时分和码分上共享HS-DSCH信道；为了承载下行信令，还增加了共享控制信道（HS-SCCH），与HS-DSCH相关的上行采用DPCCH-HS信道，承载HARQ的ACK/NACK信息和信道质量测量指示（CQI）。
同时增加了MAC-hs实体，该功能实体包含HARQ和HSDPA的调度功能以及对HS-DSCH的控制功能。
MAC-hs功能实体位于NodeB中。
在HSDPA技术发展中，提高下行数据速率的一种方法是采用多天线发射和多天线接收（MIMO）技术，它可以大大的提高系统容量。
WCDMA是什么意思
WCDMA是什么意思
WCDMA是什幺意思
WCDMA(Wideband Code Division MulTIple Access )：WCDMA源于欧洲和日本几种技术的融合。
WCDMA采用直扩（MC）模式，载波带宽为5MHz，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）。
它采用MC FDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。
作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。
因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。
WCDMA采用最新的异步传输模式（ATM）微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不在容易堵塞。
另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。
WCDMA全名是Wideband CDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。
而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是
56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
此外，在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分包交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因。
wcdma是什么
wcdma是什么WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）是一种无线通信技术，用于第三代移动通信系统（3G）中。
它是一种基于代码分割多址（CDMA）技术的蜂窝式网络。
WCDMA是由GSM（Global System for Mobile Communications）演变而来的一种技术。
GSM是第二代移动通信系统（2G）的一种标准，但其数据传输速度较慢，无法满足人们日益增长的流媒体、互联网和其他高速数据应用的需求。
为了满足这些需求，WCDMA被引入并广泛应用于现代移动通信系统。
WCDMA可以提供更快的数据传输速度、更高的带宽和更好的语音质量。
它采用了直接序列扩频（DS-CDMA）技术，通过将数据信号编码成较长的伪随机码序列，将数据信号扩展到更宽的频带上。
这使得多个用户可以在同一频段上同时传输数据，而不会相互干扰。
WCDMA在通信频带上使用了5MHz的带宽，可以通过将信号划分为512个码片，每个码片的长度为0.978ms，来支持多用户之间的同时通信。
每个用户被分配一个唯一的码片序列，这样接收器就能够区分和提取出特定用户的信号。
WCDMA的优势之一是其高速数据传输能力。
它可以支持最高速率为384kbps的上行链路和最高速率为2Mbps的下行链路。
这使得用户可以通过手机实时观看视频流、下载大文件和进行高质量的语音通话。
与其他移动通信技术相比，WCDMA还具有更好的频谱效率。
由于它使用了CDMA技术，可以更有效地利用可用的频谱资源。
这意味着更多的用户可以同时进行通信，提高了网络的容量。
WCDMA还具有更好的覆盖范围和更好的室内信号穿透能力。
由于它的传输距离更远，信号能够更好地穿透建筑物和其他障碍物，使得用户在室内和城市环境中也能够获得良好的信号质量。
在全球范围内，WCDMA是一种被广泛采用的3G标准。
它被用于许多国家的移动通信网络，为用户提供高质量的语音通话和快速的数据传输。
WCDMA基本网络结构
2008-04-08 12:26WCDMA是3G三种主流标准的一种。
WCDMA系统可以分为无线接入和网络结构两部分，本文介绍其网络结构部分。
WCDMA网络结构可分为无线接入网和核心网两部分，本文首先重点阐述了无线接入网的结构，对Iu、Iur、Iub接口协议模型进行了分析；接着对R99的核心网和全IP的核心网结构和相关功能实体进行了概述。
引言WCDMA是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通信的发展趋势。
WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。
UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。
WCDMA网络在设计时遵循以下原则：无线接入网与核心网功能尽量分离。
即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。
无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。
其满足以下目标：-允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，象多媒体和高速率数据业务。
-方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。
-方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。
- 提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。
目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。
WCDMA系统的网络结构如图1所示。
图1 WCDMA系统结构WCDMA系统由三部分CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）组成。
CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。
本文将重点阐述WCDMA系统的网络结构。
其网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡；而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网；而业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性。
无线接入网UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS。
WCDMA系统关键技术
WCDMA系统关键技术WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）广域码分多址技术，是第三代移动通信技术中最主流的通信技术之一，具有更高的传输速率和更强的抗干扰能力。
本文将重点介绍WCDMA系统的关键技术。
WCDMA系统架构WCDMA系统的架构主要包括UE（User Equipment，用户终端）、NodeB（基站节点B）、RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）和核心网等四个部分。
其中UE连接到NodeB上，而NodeB则连接到RNC上。
RNC是整个WCDMA系统的核心，负责所有NodeB的管理和调度。
扩频技术扩频技术是WCDMA系统最基础的技术之一，它的主要作用是将原始的信号扩展到更宽的带宽上进行传输，以提高传输速率和信号质量。
扩频技术又分为CDMA （Code Division Multiple Access，码分多址）和TD-CDMA（Time Division-Code Division Multiple Access，时分码分多址）两种。
CDMA技术是将每一个用户的数据流进行编码后，再与伪随机序列相乘后再发送，接收端通过相同的伪随机序列进行解码，获得原始的数据流。
而TD-CDMA技术则是将每个时隙划分为多个子帧，每个子帧再采用CDMA技术进行扩频传输。
信道编码在WCDMA系统中，为了提高信号的抗干扰能力，采用了很多信道编码技术。
其中最常用的就是卷积码和Turbo码。
卷积码是一种线性编码，通过简单的算法可以实现编码和解码，但是编码效率比较低。
而Turbo码则是一种迭代式编码技术，采用两个卷积码组成系统，可以在保证可靠性的前提下，提高编码效率。
信号调制在WCDMA系统中，采用了复杂的信号调制方案以提高信号的传输效率和质量。
其中主要采用的是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相移键控）和16QAM（16 Phase Quadrature Amplitude Modulation，16相移四元调制）两种方案。
WCDMA(空中接口)基本原理概述
三、WCDMA（空中接口）基本原理概述目标：了解扩频的基本原理（码字）、功率、功率控制、上下行链路的覆盖限制、Rake接收机、宏分集、发射分集、压缩模式及无线帧等概念。
1、扩频基本原理（码字）对于多址接入方式，WCDMA在同一载频上，多个用户通过不同的码字加以区分，为什么WCDMA还会有时间轴的定义？对于CDMA来说，物理信道的定义是频率加码字，时间概念的引入是在传输信道上基带信号处理过程的基本单位，对应用层信息，以多长时间来分块进行基带信号处理，如GSM中20ms的时间块，在UMTS中则随不同传输信道的格式，选择10ms、20ms、40ms或80ms等不同的时间块。
所以时间概念是空中接口基带信号处理中传输信道的适配，也就是传输信道上的速率适配。
时间和时隙的作用是提供时钟参考和传输信道块的处理单位。
在WCDMA中码字（Code）和功率（Power）是二个重要概念，码字是用来区分每一路通信的，而功率是对系统的干扰。
与GSM类似，在WCDMA系统中，FDD方式下空中接口的主要参数包括：带宽――5MHz（实际使用的带宽射频调制之后是4.75MHz，在频率划分上可以不留保护频带）；双工间隔――190MHz（中间值），规范规定双工间隔可以在134.8MHz～245.2MHz间取值（取决于不同国家的频谱规划）；信道栅格（channel raster）――200KHz，在中心频率选择时，每200KHz频率作为一个单位，故中心频率一定是200KHz的整数倍；绝对射频信道号（UARFCN）――用一对整数来描述空中接口的一对上下行频率，对应关系：Nul（Number UL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分别是上行和下行链路的绝对频率值。
该参数将作为底层的系统配置参数写入软件中，一旦获得相应的Lisence参数就不会发生变化。
在TDD方式下，会增加一个时隙参数的定义，一个TS定义为666.67us；频段从1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz构成一个中心频率。
WCDMA物理层简介
负责处理无线信号的传输和接收。
物理层功能
02
物理层的主要功能包括信道编码、调制、扩频、多址接入等，
以实现高效、可靠的无线通信。
物理层结构
03
WCDMA物理层结构包括物理信道、传输信道和物理层过程三
个层次，每个层次都有其特定的功能和协议。
信道编码与调制
信道编码
为了提高传输的可靠性，WCDMA物理层采用了卷积编码、 Turbo编码等信道编码技术，以增加信号的冗余度。
05
wcdma物理层与 其他通信系统的比 较
与td-scdma物理层的比较
双工方式
WCDMA采用频分双工（FDD）方式，而TD-SCDMA采用时分双工（TDD）方式。
帧结构
WCDMA的帧长为10ms，分为15个时隙，每个时隙长度为0.667ms。而TD-SCDMA的帧长 为5ms，分为7个常规时隙和3个特殊时隙。
信道编码
WCDMA采用卷积码和Turbo码进行信道编码，而TD-SCDMA采用卷积码、Turbo码和低密 度奇偶校验码（LDPC）进行信道编码。
与lte物理层的比较
调制方式
WCDMA采用QPSK和16QAM调制方式， 而LTE采用QPSK、16QAM、64QAM等多 种调制方式。
多址技术
WCDMA采用码分多址（CDMA）技术，而LTE采用 正交频分多址（OFDMA）技术。
调制
调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，WCDMA物理 层采用了QPSK、16QAM等多种调制方式，以适应不同的 传输需求。
扩频
扩频技术可以提高信号的抗干扰能力和多址接入能力， WCDMA物理层采用了直接序列扩频（DS-SS）技术。
多址技术
多址技术概述
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集0 下 行 扰 码 集1
…
从扰码15
…
集511
主扰码 511×16 从扰码 511×16＋1 …
每集分为1个主扰码， 15个从扰码
8192个扰码
512集
从扰码 511×16＋15
目前系统主要采用主扰码
OVSF CODE和GOLD CODE的应用举例
假设： 两个扇区，扰码分别为：Cs.i(t)；Cs.j(t) 每个扇区各有两个信道通话:s1a(t)， s1b(t)； s2a(t)，s2b(t)
Gold序列产生
m-sequence的互相关性没有太强的规律，只有一些特殊的码组之间有一定的规律性。 我们把这些码叫“优选对”（Preferred Pair）
优选对是指一对相同长度的m-sequence相互之间的互相关值只有三个取值
-1 -[2(n+1)/2+1] 和 2(n+1)/2-1 -[2(n+2)/2+1] 和 2(n+2)/2-1
保密性高 低发射功率 易于实现大容量多址通信 占用频带宽
Q&R
1,加扰后的码片的速率？
答：扩频后WCDMA码片速率为3.84Mchips/S,加扰后码片速率不变 2，上行扰码作用确认？ 答：在上行链路中(移动台到基站)，每个移动台向基站发射自己的信息，信息由每 个移动台自己处理，首先经过扩频，然后加扰。对于不同用户，如果是相同的 服务类型，则可以选择相同的扩频码。扰码角度看，在上行方向是移动台的ID， 对每个移动台会有一个扰码来对应。 3，上行和下行对于扰码和扩频码的分配？ 答：DL方向，扩频码是由RNC根据业务类型动态分配的，扰码是由OMC来确定 的，UMTS系统需进行码字管理，确定后由OMC来静态管理。 UL方向，扩频码由RNC半静态方式分配，对相同业务速率,扩频吗是唯一的。 扰码是RNC根据用户每一次的RRC连接建立请求动态分配的。
GOLD CODE互相关特性：
归一化值：Ci(t) Cj(t)<<1 (i≠j)
• 自相关函数近似δ函数，减轻多径干扰 • 分段后各段的互相关近似为零，减轻多址干扰 • 良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小，可 以用于区分用户，进行多址
WCDMA的扰码：GOLD序列
• 在上行信道，扰码用于区分用户 – 上行有224个上行长扰码和224个上行短扰码 • 在下行信道，扰码用于区分小区（扇区载频）
扩频后的信号频谱
S（f）
S（f）
干扰噪声 信号
f0
信号
干扰噪声
f0
f
f
解扩频前的信号频谱
解扩频后的信号频谱
信号
脉冲干扰
白噪声
扩频与解扩过程
UE1 UE1xC1
W UE2XC2
UE2
扩频与解扩过程
S [UE1xC1+UE2xC2]xC1=UE1 N
C1 C2相互正交
S [UE1xC1+UE2xC2]xC2=UE2 N
直接扩频通信
扩频信号
低速信号
TX RX
解调信号 积分判决
高速扩频序列
高速扩频序列
简单扩频解扩示意图
数据比特
原始数据
码片
1 -1
扩频
1
-1
扩频码
扩频信号 =数据×码字
1 -1
解扩
扩频码 1 -1
原始数据
=扩频信号×码字
1 -1
扩频过程中的频谱变化
S（f）
S（f）
信号
信号
f0
f
f0
f
扩频前的信号频谱
扩频频域解释
PG（处理增益）=Wc/R
Wc是码片速率 R是信息速率
功率谱
扩频中的品质因子Eb/No
品质因子 系统所允许的最大干扰电平
增益
可以给所有用户共享的功率
其他用户干扰信号
品质因子与增益的关系
Eb
信号功率 S Eb R 信息速率
噪声功率 N No W 扩频后速率 c
信噪比 增益
No
扩频因子Eb/No
S Eb R S Wc No N N R Wc
扩展倍数越多，处 理增益越高，抗干 扰能力越强
码序列的自相关，互相关
相关性：两个信号的相似程度，用相关值来定量描述。 当两个码元完全相同时相关系数为1，两个码元正交是相关系数为0
问题：如何将s1a(t)从S中提取出来呢？
OVSF CODE和GOLD CODE的应用举例
首先区分扇区，用Cs.i(t)来提取该扇区信号；
Cs.i(t)S= Cs.i(t) Cs.i(t) [s1a(t) Cch.m(t) + s1b(t) Cch.n(t)]+ Cs.i(t) Cs.j(t) [s2a(t) Cch.m(t) +s2b(t) Cch.n(t)] ≈s1a(t) Cch.m(t) + s1b(t) Cch.n(t) （因为: Cs.i(t) Cs.i(t) =1; Cs.i(t) Cs.j(t) <<1） 然后利用OVSF CODE的正交特性提出s1a(t) ： Cch.m(t) Cs.i(t) S= Cch.m(t) [s1a(t) Cch.m(t) + s1b(t) Cch.n(t)] = s1a(t) （因为： Cch.m(t) Cch.m(t) ＝1； Cch.m(t) Cch.n(t)]＝0 ）
WCDMA的扩频通信技术
WCDMA通信模型
信源 编码
Interleaving
信道 编码 交织
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
去交织 信道解 码 射频 接收
信源 解码
de的定义
什么是扩频通信？ 扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)。扩频通信技术是一种信息传递方 式，其信号所占有的频带宽度远大于所传递信息所需要的最小带宽。 频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现，与所传 数据的信息无关。在接受端用同样的码序列进行相关同步接收，解扩及恢复所传递 信息数据。
s s log2 e 1.44 n0 n0
扩频通信的理论基础—香农定理
扩频通信就是利用宽带技术来换取信噪比的好处。
f B C
T
t
Log2(...)
Log2(1+S/N)
例如：设互换前信道带宽B=3kHz，希望传输的信息速率为 104b/s。此时要求信噪比S/N≈9 倍。假设改变后信道带宽为 10KHz，要求信息传递速率仍为104b/s，此时信噪比S/N=1.
n=odd 奇数
n=even 偶数
利用一对优选对（两个m-sequence的长度分别为2N-1），将各自产生的序列相对 移位异或而成，即可得到2N＋1个GOLD CODE序列（包含原始的两个msequence）.
Gold序列的自相关函数
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
GOLD CODE自相关特性： 归一化值：Ci(t) Cj(t)=1 (i=j)
自相关和互相关分别表示码序列与它自身相移的相似性以及两个码序列之间 的相似性。
自相关特性决定了多径干扰特性 互相关特性决定了多址干扰特性
WCDMA系统的扩频
数据 比特 扩频后 码片
OVSF码
扰码
符号速率＝（业务速率＋校验码）×信道编码×重复或打孔率 码片速率＝符号速率×扩频因子
符号速率＝960Ksps 扩频因子＝4，码片速率＝3.84Mcps
The End Thanks
– 下行有2 码。
18－1＝262143个扰码，但目前只使用0……8191号扰码中的主扰
– 0，1，……，8191，分为512个集合，每个集合包括一个主扰码和
15个次级扰码。 – 512个主扰码又可以分为64个扰码组，每组由8个主扰码组成
• 扰码每10ms重复一次，长度是38400chips
主扰码和从扰码
1
0 0 1
m序列输出长度为2N-1，(N为伪随机序列的 移位寄存器的个数) M序列有2N-1个输出序列组合，每个序列组 合的码长度都为2N-1个
0 1 0
0
1 0 1
0
1 1 0
1
m序列的自相关性
1 0 0 1 1 1 0
负逻辑： 0 —— +1 1 —— －1
+
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
按位求和7＝＋23－1
扰码介绍
数据 比特
扩频后 码片
OVSF码
扰码
扰码使用户信息伪随机化，加强保密性
WCDMA扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠
加，成为Gold码序列。 扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样
m序列的生成
+
0 0 1
第一个输出 … … 0111001
0
1 1 1
0
0 1 1
lim
N 0
c lim
N 0
B log2 (1
s ) N
(3) 增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量 无限制增大。信道带宽B趋于无穷大时，信道容量的极限值为
s s n0 B s limc lim B log2 (1 n0 B ) n0 lim S log2 (1 n0 B ) B B B
WCDMA扩频通信
下行：不同小区具有不同的下行扰码
不同小区配置不同的下行扰码，手机通过扰码识别小区 以OVSF码区别同一小区的不同用户