WCDMA原理

1 2 3 4 5 6 7 8 ...
... 452 453 454 ……
....
二次交织： 二次交织：
. .
....
449 450 451 452 453 454 455 456
{A4,B0}
{A5,B1} {A6,B2} {A7,B3} {B4,C0}
{B5,C1}
{B6,C2}
{B7,C3} 14
11
WCDMA通信模型
信道 编码 交织
移 动 通 信 原 理
信源 编码
Interleaving
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
去交织 deinterleaving 解扩 信道 解码
信源 解码
解扰
解调
射频 接收
12
WCDMA的信道编码
• 信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受 信道编码的作用：增加符号间的相关性， 到干扰的情况下恢复信号
OVSF码（ Walsh）的互相关为零，相互完全正交 的互相关为零，
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扩频因子与业务速率
• 符号速率＝（业务速率＋校验码）×信道编码×重复或打孔率 符号速率＝（业务速率＋校验码） 信道编码× ＝（业务速率 • 码片速率＝符号速率×扩频因子 码片速率＝符号速率×
移 动 通 信 原 理
– WCDMA • 业务速率＝384Kbps，信道编码＝1/3Turbo码，符号速率＝ 960Ksps • 扩频因子＝4，码片速率＝3.84Mcps – 1/3turbo编码对每一个有效位产生了2个冗余位，打孔就是按照一 定的模式，把某些比特去掉，于是相当于后边比特前移，从而实 现了比特率的调整，即实现速率匹配，起到去处冗余的作用，同 时保证在这些冗余去除之后仍能正确译码 – Cdma2000 -1x • 业务速率9.6Kbps，信道编码＝1/3卷积码，符号速率＝ 19.2Ksps • 扩频因子＝64，码片速率＝1.2288Mcps
0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0
Gold序列
• Gold序列 序列 – 由m序列的不同相位异或而成 – 比m序列多得多： 2n-1个（n为移位寄存器长度） – 自相关函数有多值，没有m序列好
移 动 通 信 原 理
MSB LSB
clong,1,n
clong,2,n
26
Gold序列的自相关函数
移 动 通 信 原 理
4
多址技术：区分不同用户
FDMA
移 动 通 信 原 理
功率 功率
TDMA
CDMA
功率
多址技术比较
FDMA
移 动 通 信 原 理
TDMA 4～6 ～ 9dB 中
CDMA 10～20 ～ -8 ～-6dB 难
• 容量 • 载干比(C/I) 载干比 • 实现难度
1 18dB 易
6
•
2
课程内容
第一章 多址技术和双工技术
移 动 通 信 原 理
第二章 WCDMA基本原理 基本原理 第三章 WCDMA 后续增强技术
3
双工技术：区分用户的上行/下行信号
• 频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行 频分双工（ ）：以不同频率区分上行和下行 ）： – WCDMA、cdma2000使用FDD – 优点：实现简单 – 缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用 效率低 • 时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行 时分双工（ ）：以不同时隙区分上行和下行 ）： – TD-SCDMA使用TDD – 优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数 量的时隙，频谱利用效率高 – 缺点： • 实现较复杂，需要GPS同步 • 和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难 技术一起使用时， 技术一起使用时
(b)
16
扩频原理
移 动 通 信 原 理
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解扩原理
移 动 通 信 原 理
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扩频/解扩原理－频域解释
Eb / No = Ec / Io ×增益
功率谱
移 动 通 信 原 理
a2Tbit = Ebit 解调门限 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
Echip
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WCDMA使用的扩频码：OVSF（Walsh）
移 动 通 信 原 理
• 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 • 编码类型 – 语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9， 加8个尾比特 – 数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行 级联卷积码（PCCC）构成，加6个尾比特
移 动 通 信 原 理
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WCDMA R99、R4调制方式：QPSK
QPSK： QPSK：Quaternary Phase Shift Keying
移 动 通 信 原 理
Modulatin Symbol g bits paramete (0,0) (0,1) (1,0) (1,1) 0 1 2 3
• m序列的缺点：只有一个序列， 序列的缺点：只有一个序列， 序列的缺点 不同用户用不同“节拍” 相位） 不同用户用不同“节拍”（相位） 区分， 区分，对同步要求很高
1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0
0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0
移 动 通 信 原 理
• 缺点：码间干扰比m序列大
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扩频、加扰的不同作用
– 以扰码区分小区（扇区载频） – 以OVSF码区分小区内不同用户
移 动 通 信 原 理
• 上行、下行扰码不同
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WCDMA通信模型
信道 编码 交织
移 动 通 信 原 理
信源 编码
Interleaving
扩频
加扰
调制
射频 发射
C ch ,4 ,0 = (1 ,1 ,1 ,1 ) C ch ,2 ,0 = (1 ,1 )
移 动 通 信 原 理
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 = 1 SF = 2 SF = 4
移 动 通 信 原 理
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扰码生成技术
• 随机序列（贝努利序列） 随机序列（贝努利序列） – 0和1个数各一半 – 1或者0连续个数的概率，连续一个为1/2，连续两个 为1/4，连续三个为1/8，… • m序列 序列 – 由移位寄存器生成，是最大长度的线性移位寄存器 序列，周期是2n-1（n为移位寄存器长度） – 其自相关函数只有一个最大值（延迟为零处），其 他均为-1，单值性
9
WCDMA通信模型
信道 编码 交织
移 动 通 信 原 理
信源 编码
Interleaving
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
去交织 deinterleaving 解扩 信道解 码
信源 解码
解扰
解调
射频 接收
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WCDMA的信源编码
•
移 动 通 信 原 理
WCDMA系统采用自适应多速率编码 系统采用自适应多速率编码AMR（Adaptive 系统采用自适应多速率编码 （ Multi-Rate）语音编码 ） – 编码共有8种，速率从4.75Kbps ～12.2Kbps – 多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码 方式兼容，有利于设计多模终端 – 根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换， 减少掉话 – 根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省 部分功率，从而容纳更多用户
无线信道
去交织 deinterleaving 信道 解码
信源 解码
解扩
解扰
解调
射频 接收
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调制的作用
• 把需要传递的信息送上射频信道 • 不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务 的能力 – GSM • GPRS采用GMSK，数据业务速率最大171.2Kbps • EDGE采用8PSK，数据业务速率最大可达到 473.6Kbps – WCDMA • R99/R4采用QPSK，数据业务速率最大2.7Mbps • HSDPA采用16QAM，下行数据业务速率最大可达 到14.4Mbps
码分多址（CDMA）的技术特点
• 优点 – 抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提 高 – CDMA系统的用户容量是软容量，具备一定的话务 自适应能力（小区呼吸） – 保密性强：扩频后的信号近似白噪声
移 动 通 信 原 理
• 缺点 – 占用带宽较大 – CDMA系统是自干扰系统－系统内用户互相干扰 – 技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等
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WCDMA通信模型
信道 编码 交织
移 动 通 信 原 理
信源 编码
Interleaving
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
去交织 deinterleaving 信道 解码
信源 解码
解扩
解扰
解调
射频 接收
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码序列的自相关和互相关
• 不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分 不同用户（或载波） • 互相关函数 • V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)> – 互相关特性决定了多址干扰特性 • 自相关函数 • R(τ)=<x1(t)，x1(t+τ)> – 其自相关特性决定了多径干扰特性，比较难找！