WCDMA原理与关键技术-ut
11
1.92 Mb/s
10
1111
1100
1010
1001
11111111
11110000
11001100
11000011
10101010
10100101
10011001
10010110
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
= 不能使用的码空间
20
可变正交码产生技术
符号速率 15k 30k 60k 120k 240k 480k 960k 1920k
(0101)(1010)(0101)
异或输出
(+-+-)(-+-+)(+-+-)
D/A 映射后
0 0 0
( 1001 )
(1001)(1001)(1001)
(-++-)(-++-)(-++-) 输出混合发射数据:
4码片 正交码集 1) 2) 3) 4) 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1
=
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
x
接收用PN 码
-1 +1 –1 +1 +1 –1 +1 +1
x
+1 -1 +1 –1 +1 +1 –1 -1
x
-1 +1 +1 +1 –1 -1 +1 +1
=
-1 –1 –1 +1 –1 +1 +1 -1
=
-1 –1 –1 +1 +1 +1 +1 -1
情况 II: PN码互相关 接收和发射用不同码
输入数据
+1 x
-1 x
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
+1
x
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
发射用PN 码
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
发射机
=
发射序列
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
=
-1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1
10101010
10100101
10011001
10010110
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
480 kb/s
19
可变正交码产生技术
• OVSF码空间: 5个用户; 其中一个用户具有4倍数据速率
1
4倍数据速率的用户
码片速率 = 3.840 Mcps
0101 1010 0101
实际传送的是每一个数据比特一个正交码 (e.g., Walsh) ! 送 “0”, 发射指定 Walsh 码
送 “1”, 发射指定 Walsh 码的反码
13
正交码多址技术
• 正交码发射机
数据信道 1 与码1异或 异或输出 D/A 映射后
0 1 0
数据信道 2
( 1111 )
(-2 -2 +2 -2) (-2 +2 +2 +2) (0 0 0 -4)
14
正交码多址技术
• 正交码接收机
4-码片正交码集 1) 2) 3) 4) “相关” -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1
混合接收数据:
(-2 -2 +2 -2)(-2 +2 +2 +2)(0 0 0 -4)
=
-1 –1 +1 +1 +1 +1 +1 -1
接收机
积分 积分结果
-1
积分
0
积分
2
归一化
-0.125
0
0.25
10
正交码相关特性
(a) 同步的相同正交码;
(a) 输入数据
(b)同步的不同正交码;
(b)
(c) 具有非零时间偏移的相同正交码
(c)
+1 x
-1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1
与码2异或
(1111)(0000)(1111)
异或输出
(----)(++++)(----)
D/A 映射后
0 0 1
数据信道 3
( 1100 )
与码3 异或
(1100)(1100)(0011)
异或输出
(--++)(--++)(++--)
D/A 映射后
1 0 1
数据信道 4
( 1010 )
与码4 异或
发射分集技术
3
多址技术比较
频分多址 Frequency Division Multiple Access 时分多址 Time Division Multiple Access 扩频多接入 Spread Spectrum Multiple Access 码分多址 Code Division Multiple Access
为了实现这个完全的正交性，各个 正交码必须具有严格地时间同步
16
正交码多址技术
下行: 正交码用于区分从单个基站来的多个数据信道
OC3, OC4 OC1, OC2 OC5, OC6, OC7
上行: 正交码用于区分从单个手机来的多个数据信道
OC1, OC2 OC1 , OC2, OC3 OC1, OC2, OC3, OC4
扩频因子 256 128 64 32 16 8 4 2
码片速率 3.84M 3.84M 3.84M 3.84M 3.84M 3.84M 3.84M 3.84M
21
正交码分多址技术总结
• CDMA允许多个数据流在同一个射频载 波中发送
– 数据流间完全分隔 – 数据流间定时必须严格同步 – 最大数据信道数=正交码长度 • 码字越长,数据速率越低
– 多径、小的时间偏差、移动相关的效果 使得可用码空间减小
22
PN码分多址技术
• PN 码: 特点
– PN 码可以由线性反馈移位寄存器产生 – PN 码以确定长度的0和1块进行周期性重复
• 1和0出现的次数基本相等
• 块内出现位置随机，所以称为伪噪声序列
– 具有良好的自相关和互相关特性
• PN 码的互相关性不依赖于码间的时间一致性
0 Bits/s
+1
Code
(1 -1 1 -1)
Chips/s
-1
+1
Signal
-1
Chips/s
Chip
7
如何区分基站、用户与信道?
用户2 基站1 基站2
用户1
基站3
8
PN码相关特性
情况 I: PN码自相关 在相同时间偏移用相同码的发射和接收
输入数据
+1 x
-1 x
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
x
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
x
+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
接收
积分 积分结果
+8
积分
-8
积分
+8
归一化
+1
-1
+1
9
PN码相关特性
11
PN码和正交码相关特性比较
码相关特性:
• 发射、接收在相同时间偏移用相同的码பைடு நூலகம்
• PN 码: • 正交码: 100% 相关 100% 相关
• 发射、接收用不同的码具有相同的时间偏移
• PN 码: 在任何时间偏移“低” (伪噪) 相关，平均相关 性与码长成反比 • 正交码: 0% 相关（不相关性）
x
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
x
-1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1
=
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1+1 积分 积分结果 8
=
-1+1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 积分 0
=
+1 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 积分 -4
接收
归一化
+1
0
-0.5
+1
x
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
发射用PN 码
+1 –1 +1 +1 –1 -1 +1 -1
浅谈WCDMA的关键技术及无线传输特点
浅谈WCDMA的关键技术及无线传输特点
WCDMA是第三代移动通信技术中使用的一种无线传输技术，它是一种使用CDMA技术的无线方式，在传输数据时使用的
频带比较宽，使得它可以支持更高的传输速度，非常适合高速数据传输。
WCDMA的关键技术是CDMA、OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术和MIMO技术。
其中，CDMA技术
是WCDMA的核心技术，它将数据分成多个小包，每个包都
带有不同的编码，这样每个用户就可以用自己的编码对数据包进行解码，从而实现多用户同时传输。
OFDM技术可以将传
输的数据分成多个频段，在每个频段中分别传输不同的数据，可以提高传输的效率。
MIMO技术采用多个天线来进行数据
传输，可以提高数据传输的可靠性和速度。
WCDMA的无线传输特点是传输速度快、传输距离远、传输
质量高。
其传输速度可达到最高速度384Kbps，较高的传输速
度能支持语音、视频、图像等多介质数据传输需求。
另外，由于其所采用的频段较宽，传输距离也比较远，可以使用户在广域无线覆盖区域内自由移动。
同时，WCDMA的传输质量也
很高，可以保证数据传输的可靠性和稳定性，特别是在高速移动和多用户同时传输的环境下。
总的来说，WCDMA是一种重要的无线传输技术，其技术架
构比较完善，具备多项先进的技术特点。
在未来的移动通信领域中，WCDMA肯定会继续发挥其巨大的作用。
-1-10WCDMA基本知识(UT)
作为UMTS，WCDMA由CN、UTRAN和UE组成，各部分由标准接口连接。 UTRAN包括多个RNS，一个RNS包括一个RNC（无线网络控制器）和多个 Node B，一个Node B可以包括1、3或6个扇区（cell）。
WCDMA的空中接口是UMTS中最重要的开放接口
空中接口协议结构
无线资源 控制协议
测量
测量 测量 测量 控制 控制 控制平面 测量
用户平面
L3
网络层
RRC
控制PDCP分组数据 Nhomakorabea聚协议层
L2/PDCP
广播/多播控制层
BMC
L2/BMC
RLC
控制
L2/RLC
无线链路控制层
逻辑信道
MAC PHY
L2/MAC
媒体接入控制层
控制
传输信道 L1 无线信道
物理层
与OSI结构相应，WCDMA空中接口也是3层结构
WCDMA的物理层具有变速率业务处理能力，其最高速 率可以达到“IMT-2000家族概念”的数据速率要求
物理层的公共传输信道
广播信道（BCH）：小区发送公共广播信息，包括随机接入码、接入 时隙、发送分集类别等。接收不到BCH就不能进行终端登记。大功率 、固定低速率传输以保证信号被区内所有终端正确接收。 前向接入信道（FACH）：向已经位于本小区的手机发送信息。不使用
MAC层的功能
使用物理层提供的传输信道并向无线链路控制层（RLC）提供逻辑信道
MAC层的具体功能如下： • 根据业务的实时源速率，按照无线资源控制协议层（ RRC ）的要求，为 每一个传输信道选择适当的传输格式TFI。 • UE 数据流之间的优先级处理。依据无线承载业务属性和 RLC缓冲状态来 确定优先级，并考虑来自物理层的传输功率指示。高优先级数据将被映射 到高比特率的物理层传输格式上。 • 为RACH传输选择接入业务类（ASC）。MAC通过网络广播得到接入类的 相应参数，再将RACH资源（接入时隙和前导签名）分为不同的ASC以区分 优先级。 • 加密。若RLC使用透明模式，则在MAC层上执行加密。 • 业务量检测。对逻辑信道的业务量进行检测并向RRC汇报。基于该信息， RRC执行传输信道切换判断。 • 动态传输信道类型切换。在RRC命令下，MAC执行公共和专用传输信道之 间的切换。 WCDMA的MAC层充分利用物理层所具有的变速率业务处理能力
WCDMA系统基本原理华为
横向架构
通过先进的设备互联技术，将单个网络划分 为多个逻辑层，构建了分层的分布式网络结 构。
信号传输
在华为WCDMA系统中，信号传输是保证通信质量的关键环节之一。
1
调制解调器技术
使用了全新的调制解调器技术，实现了高速率和低误码率的良好平衡。
2
自适应天线阵列技术
广泛应用了自适应天线阵列技术，实现了动态的小区分配，有效提高了网络覆盖和质 量。
3
信Hale Waihona Puke 编码技术通过采用多种信道编码技术，极大地提高了网络的抗干扰能力。
功控与调度
功控和调度是华为WCDMA系统中非常重要的两个环节，直接影响到网络的质量和稳定性。
动态功控
系统采用了动态功控技术，实现了小区覆盖面积 的动态调整，提高了网络稳定性。
华为WCDMA系统采用了全面的性能优化手段，确保网络始终保持良好的通信质量。
干扰监测调整
通过对干扰源的监测分析，迅速调整网络参数， 使用户能够无干扰地享受高品质的通信体验。
网络优化
持续对网络进行优化和调整，提高网络的覆盖率、 容量和稳定性。
WCDMA系统基本原理华 为
本次介绍华为WCDMA系统中的基本原理，包括架构、信号传输、功控、切换 漫游、容量和覆盖、最佳实践等。
概述
WCDMA是第三代移动通信标准，主要特点是高速率、高覆盖和高质量语音通信。在华为WCDMA系统 中，大量运用了软件无线电技术，提高了系统硬件利用率，为广大用户提供了更好的通信服务。
3
省际漫游
有效解决了省际漫游的问题，让用户在漫游时体验更加顺畅、稳定的通信体验。
容量与覆盖
WCDMA基本知识(UT)
码片速率
Chip Rate 3.84MHz
码片速率
扩频编码：先正交码扩频，再伪随机码加扰； 比特速率 = 码片速率(3.84MHz)/ 扩频增益；
正交码：OVSF码，扩频，区分信道，扩频增益可变(4-256)，以适应不同的比 特速率(960k-15kbps)；
伪随机码：Gold序列，加扰，在上行信道用来区分用户，下行信道用来区分 小区；码自相关特性很好，互相关特性稍差，序列周期可以很长，抗干扰 、抗多径、抗截获； WCDMA的扩频增益大小可变以适应数据通信中的多速率业务
• 闭环功率控制；
• 传输信道的复用，编码组合传输信道的解复用及其到物理信道的映射； • 合并/分离宏分集和执行软切换； • 对传输信道进行错误检测并向高层指示； 物理层是移动通信系统的关键
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传输信道和物理信道的映射
WCDMA的业务数据经过高层的封装，由传输信道来承载。承载业务的 多个传输信道进入同一个复合传输信道（CCTrCH），再映射到物理信道 执行无线收发进程。
WCDMA综合采用各种分集技术以提高接收机性能
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要点
• 基本概念综述
• WCDMA空中接口 • 关键技术专题
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WCDMA系统组成
RNS—无线接入网系统 Node B1 UE Uu接口 UE Iub接口 Iu接口 RNC
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IMT-2000系统接口概述
UTRAN
WCDMA基础知识
突发错误
去交织
床春白红？？？？ ？？？？前眠发豆 明不三生明不三生 月觉千南月觉千南 光晓丈国光晓丈国
18
无线通讯基本原理
无线传播特性 多址方式 扩频技术 信道编码 交织技术 分集技术
19
分集技术的概念
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）
Output 1 G1= 663 (octal)
Output 2 G2= 711 (octal)
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卷积码的特点
译码简单 时延小 一般采用维特比算法 信道误码率在 10-3数量级 适合实时业务
如话音和视频业务的传送
32
Turbo码
在WCDMA系统中主要用于数据业务信道 编码速率为1/3 可以实现大分组，时延长的业务传送 Turbo编码结构基于两个或多个弱差错控制码组合，信息比特在两个编码交
Power
f
Power
f
每个用户对于其他用户都相当 于干扰，远近效应严重影响系
统容量
采用功控技术减少了用户间 的相互干扰，提高了系统整
体容量
41
多址干扰
WCDMA是一个自干扰系统
来源: 共享频谱；没有理想自相关和互相关特性的扩频码 现象: 功率攀升
频率
相关输出
时 间
码字
码分多址自干扰示意图
同步
织器之间交织，产生两个相同信息流，然后这些信息流复用并有可能打孔 解码时需要进行循环叠代计算
输入 交织器
卷积编码器1 卷积编码器2
复 输出 用
33
Turbo码的特点
译码复杂 常采用LOG-MAP算法 信道误码率可以达到10-6数量级 非常适合对误码率敏感而对时延不敏感的非实时分组业务
WCDMA系统原理
这里假设扩频序列之间、扰码之间是正交的，正交的概念是两两序列 互相关处理（相乘、积分）后结果为0，自相关系数=1。
扰码是伪随机码序列，自相关特性很好，但是互相关特性就不是理想的 零值了（理论上就不正交），在采用较长的序列时还是相当小的。扩频 码采用OVSF（长度可变的正交扩频因子）码，在理论上是完全正交的， 但是在无线多径环境下，无法保持其正交性。也就是说，实际上在接收
收的分辨率（多径传播路径差）为244米，因而WCDMA系统的潜在性能更好 （可利用的多径传播路径差是78米）。
WCDMA采用频分多址（FDD）工作方式，工作频率是：上行1920MHz到 1980MHz，下行是2110MHz到2170MHz。收发频率间隔190MHz。
采用先进的无线资源管理算法以保证不同比特速率的混合（综合）业务的服 务质量（QoS），并使系统吞吐容量最大。
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
三、 WCDMA系统的容量
对于电路交换（CS）通信系统的容量常常用系统的话务量（业务量）来表示。 总话务量的定义是： 话务量=[通话次数*平均每次通话时间（分钟）]/60（分钟） 体现了通信系统的处理能力 信道数C与阻塞率B、话务量A的关系用爱尔兰B公式表达：
WCDMA系统原理
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
什么是3G？
系统性能特征：室内环境支持2Mbps速率的数据
WCDMA系统的特点、原理及关键技术1
WCDMA系统的特点、原理及关键技术2.1 WCDMA系统的特点WCDMA是宽带码分多址（Wide Code Division Multiple Access）的英文缩写，是在扩频通信技术上发展起来的种新型的无线通信技术。
WCDMA无线系统主要具有以下几个优点:(1)频点更宽WCDMA采用了5 MHz的频点带宽，是cdma2000频点带宽的4倍，因此可以采用高达3.84 Mcps的码率，是cdma2000码率1.228 8 Mcps的3倍以上。
这样WCDMA就可以提供数倍于cdma2000的上、下行业务速率，这对提高数据业务的用户体验非常有帮助。
(2)复用更充分复用更充分来源于以下两个方面的要求：其一WCDMA是3G技术，因此需要支持多媒体业务，业务种类自然很多。
例如，常用的业务就有语音业务（CS12.2）、视频电话业务（CS64）、分组数据业务（PS64/PS128）和高速分组数据业务（HSPA）等。
另外，每个用户还可以同时进行多项业务，例如，语音业务与数据业务的组合，需要支持并发的业务。
其二是由"频点更宽"带来的。
由于WCDMA频点带宽很大，充分利用这些带宽就很关键，需要尽量减少浪费。
(3)话音质量高WCDMA系统采用了AMR语音编码技术，有八种语音编码速率(12.2kbps-4.75kbps)，可以根据小区负荷自适应调节编码速率。
有很好的背景噪声抑制功能。
WCDMA系统使用RAKE分集接收技术以克服衰落、提高话音质量，使用软切换技术更可以有效地减少掉话。
(4)采用软切换WCDMA系统和CDMA2000系统采用了软切换技术，而TD-SCDMA系统则采用了接力切换技术，这些切换技术可以更有效地降低掉话率，提高系统容量，改善话音质量。
(5)保密性能好因为采用码分多址技术，其复杂的编译码及调制解调技术确保系统具有良好的保密性能。
2.2 WCDMA原理及关键技术2.2.1 WCDMA网络结构UTRAN包含一个或几个无线网络子系统（RNS, Radio Network Sub-system）。
3G基础知识(WCDMA无线原理与关键技术).ppt
数据流型业务类别
多媒体数据流 在数据流的信息实体之间保持时间的联系 数据被处理成稳定和连续的流 非对称业务
交互式业务类别
在一定时间内响应 基于定位的业务 网络计算机游戏 网页浏览
种传输技术：TDM，ATM，IP
接口基于ATM
继承WCDMA R4所有的业务和 功能
核心网增加IM（IP多媒体域）
RAN向IP方向发展
增强的IP QoS能力，支持端到 端的IP多媒体业务
R99
R4
• GSM/GPRS核心网
2000 • WCDMA FDD
2001
• 电路域IP话音承载 • 电路域CS/MGW • TD-SCDMA • VoIP QoS是关键
继承2G（GSM和GPRS） 所有的业务和功能
继承WCDMA R99所有的业务 和功能
核心网分CS电路域和PS分 电路域结构的变化：控制和承
组域
接入网引入WCDMA UTRAN
载相分离，MSC可以用合一或 SERVER、MGW分离结构实现
电路域引入分组话音，支持多
核心网和接入网之间的Iu
R5 功能冻结点
• IP实时多媒体
2002 • HSDPA
cdma2000标准发展
cdma2000标准发展 cdma2000在核心网标准和技术方面相对滞后
• QCELP话音编码 • 9.6kbps
• 115.2kbps • 8码道捆绑
IS-95B
IS-95A
• 307.2kbps • 话音容量加倍
WCDMA无线原理与关键技术
福州市电信分公司 移动筹建组
WCDMA结构及关键技术
WCDMA系统结构：CN指核心网，UTRAN接入网，UE用户设备。
UTRAN中，Node B指基站，RNC指基站控制器（或者无线网络控制器）。
基站和手机的接口叫Uu接口，又称空口。
基站和RNC之间的接口叫lub接口，CS和RNC之间的接口叫lu-CS。
PS和RNC之间的接口叫lu-PS接口。
CS用来处理语音业务，PS用来处理数据业务。
RNC和RNC之间的接口称为lur接口，该接口主要是跨RNC切换中使用的。
WCDMA R99/GSM网络结构：从图可以看出2G和3G的接入网部分是完全不同的，但是他们是接入到相同的核心网中去的。
MSC，GMSC是处理语音的，是我们的CS域；SGSN，GGSN是处理数据的，是PS 域。
R99中已经将数据和语音分开了。
以打电话为例，手机的信号先到达基站上，基站再将信号送到RNC里面，RNC再将信号送到核心网，核心网起到一个交换的作用（可以将信号接入到固网中，或者其他地区的路由中）。
接入端也有MSC，信号从MSC到达RNC，再到达基站，再到手机。
RAKE接收机：快衰落是由于多径叠加引起的信号衰落，表现为信号时强时弱，RAKE接收机是一种被动的抵抗快衰落的技术，它将多径信号全部接收下来进行相位叠加后增强信号。
WCDMA的快速功率控制远近效应：两个手机离基站的距离不一样，一个近，一个远。
当这两个手机采用相同功率发射的时候，这两个手机上的信号到达基站的强度肯定是不一样的，离基站近的功率强，离基站远的功率弱，这个时候，离基站近的这个用户开始打电话后，离基站远的用户就没法打电话了。
快速功率控制可以抵抗快衰落，并且解决远近效应问题，功率控制速度可以达到1500次/s ，快速功率控制的优点是：节电，降低干扰，降低远近效应。
WCDMA的切换-切换硬切换存在于GSM和WCDMA，当手机从A小区到B小区的时候，会先切断A小区，再连接B小区，连接可能有短暂的断开。
CDMA和WCDMA都可以使用软切换，软切换在某一个时刻会和两个小区同时连接，因此会耗费一定的资源。
移动网络培训系列之WCDMA技术原理介绍
S1
S1xC1
扩频
W
S2
S2XC2
扩频通信原理
空中接口
S
[S1xC1+S2xC2]xC1=S1
解扩
N (S1xC1)+(S2xC2)
[S1xC1+S2xC2]xC2=S2
C1与C2正交：C1xC2=0
29
扩频中的品质因子Eb/No
处理增益PG=Wc/R
－Wc是码片速率 －R是信息速率
PG
Eb/No
交织技术
交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。 作用：减小信道快衰落带来的影响。 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有不同的选择
NODE- B
WCDMA无线
MGW/MSC SERVER/VLR
SMS WAP
HLR
NMS
核心网分组交换
IP Backbone
GGSN Firewall
3G SGSN
Internet
5
3G 网络基本设备功能
Node-B ：收发信基站,为一个小区服务的无线收发信设备,覆盖范围城区300-800m, 郊区800-2000m
AUC ：鉴权中心为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。 中国移动3G网络中HLR设备与AUC设备合设。
SGSN ：数据服务支持节点,该功能实体提供移动性管理、安全管理功能和 网络接入控制功能。
GGSN ：数据服务网关支持节点,该功能实体提供和外部分组交换网络的互 通、网络屏蔽和分组路由功能。