WCDMA的基本原理及关键技术
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。
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系统原理概述
探究WCDMA系统的未来发展趋势，以及可能的改进和扩展。
频带分配
探讨WCDMA系统中的频带分配方式，以及如何实现多用户之间的并行传输。
网络架构
介绍WCDMA系统的网络架构，包括基站、无线电接入网络和核心网络。
物理层和数据链路层结构
这部分将深入讨论WCDMA系统的物理层和数据链路层结构，以及它们在数据传输中起到的作用。
1
物理层结构
介绍WCDMA系统的物理层结构，包括系
3
网络优化
讲解如何进行网络优化，以提高系统的覆盖范围、容量和性能。
WCDMA系统优缺点分析
在最后一节中，我们将对WCDMA系统的优缺点进行全面分析，以帮助您更好地了解该系统的特 点和适用性。
1 优点
介绍WCDMA系统的优点，包括高速数据传输、宽广的覆盖范围和优秀的语音质量。
2 缺点
讨论WCDMA系统的缺点，如系统容量限制和复杂的设备要求。
负载均衡
讲解负载均衡技术在WCDMA系统中的应用，以提高系统的容量和性能。
覆盖和容量规划
在本节中，我们将探讨WCDMA系统的覆盖和容量规划策略，以确保系统的信号质量和可靠性。
1
覆盖规划
介绍如何进行覆盖规划，包括站址选址、天线参数和功率控制的考虑。
2
容量规划
讨论容量规划的概念和方法，以确保系统能够支持足够数量的用户并保持良好的性能。
数据链路层结构
2
统的频率、时隙分
段、编码和解码过程。
3
实时传输
讲解实时传输在WCDMA系统中的应用， 以及实时传输的特点和限制。
扩展通道和多址技术
在本节中，我们将研究WCDMA系统中的扩展通道和多址技术，以实现高效的数据传输和频谱利用。
WCDMA关键技术
WCDMA基本原理 ISSUE3.0 文档密级第3章WCDMA关键技术3.1 通信模型图3-1WCDMA通信模型图3-1所示是WCDMA的基本通信模型，WCDMA的发射机、接收机都基于这个框图的处理。
框图第一步是进行信源编码（语音编码），WCDMA使用的是自适应多速率（Adaptive Multirate,AMR）编码技术。
第二步是进行信道编码，交织，主要是用来抵抗无线传播环境中的各种衰落。
第三步是进行扩频，加扰，这两步是WCDMA系统所特有的。
第四步是把信息调制到要求的频段上发射出去。
首先，了解几个基本概念。
Ø比特（Bit）：经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”；Ø符号（Symbol）：经过信道编码和交织后的数据称为“符号”；Ø码片（Chip）：经过最终扩频得到的数据称为“码片”；Ø处理增益=扩频速率/比特速率：在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的。
低比特速率业务会比高比特速率业务得到更高的处理增益。
正是处理增益赋予WCDMA系统抵抗自干扰的强大能力。
但处理增益是以增加传输带宽为代价的。
WCDMA基本原理 ISSUE3.0 文档密级3.2 信源编码对于语音业务来说，信源编码指的就是语音编码。
UMTS语音编解码器采用自适应多速率（AMR, Adaptive Multi-Rate）技术。
多速率声码器是一个带8种信源速率的集成声码器。
这8种速率包括：12.2kbit/s,10.2 kbit/s,7.95 kbit/s,7.40 kbit/s,6.70 kbit/s,5.90 kbit/s,5.15 kbit/s,4.75 kbit/s。
每个话音信息由3个子流块组成，通过改变三个子流块中传输的比特数，从而改变最终话音速率。
如图3-2所示。
图3-2AMR语音编码结构AMR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。
《WCDMA基本原理》课件
本节介绍《WCDMA基本原理》的内容，包括WCDMA的定义、技术原理、优 点和特点、网络结构、工作原理、应用领域，以及总结和展望。
1. 什么是WCDMA
WCDMA是一种广泛应用于第三代（3G）移动通信系统的无线通信技术，通过 将语音和数据传输到移动设备，实现高速、可靠的无线通信。
用户终端接收到信号后，将信号解析为原始语音和数据，用户也可以同时进 行通话和数据传输。
6. WCDMA的应用领域
移动通信
WCDMA广泛应用于移动电话、手机蜂窝网络和移动宽带通用于互联网接入、视频流媒体和移动办公等领域。
物联网
WCDMA可用于物联网设备的远程监控、数据收集和远程控制。
4. WCDMA网络结构
用户终端
用户通过WCDMA终端设备接入网 络，进行语音通话和数据传输。
基站
基站负责无线信号的接收和发送， 将用户数据传输到核心网络。
核心网络
核心网络提供用户身份认证、鉴 权、数据传输和接口与其他网络 的互连功能。
5. WCDMA系统的工作原理
WCDMA系统通过将语音和数据信号分成多个码片，利用CDMA技术实现多用 户同时传输。
7. 总结和展望
WCDMA作为一种重要的无线通信技术，在移动通信、数据传输和物联网等领 域具有广泛应用前景。
随着5G技术的发展，WCDMA将逐渐演进为更高速的通信技术，为用户提供更 快、更可靠的无线通信服务。
2 广域覆盖
WCDMA支持最高达384kbps的数据传输速率，满 足用户对高速互联网和多媒体应用的需求。
WCDMA网络覆盖范围广，能够实现无缝漫游和 全球范围的通信服务。
3 高质量通话
基于CDMA技术，WCDMA具有抗干扰能力强、 通话质量清晰的特点。
WCDMA基础原理知识介绍
I
X25 + X3 + 1
225-1 chip 长序列
X25 + X3 + X2 + X + 1
Q
共有 224 个长38,400 chips的 长扰码
－23－
下行扰码
• 大概有262,143( 218－1)个不同的下行扰码
• 规范从中选取 8192 个扰码来应用
下行扰码分配
主扰码
Cell #1
辅扰码 #1 辅扰码 #2
-1
1
1
*
1 1 Ck -1 -1 -1 -1 1 1
*
1
-1
1
-1 +1 Nhomakorabea-1
1
-1
=0
1
1
1
-1 +
1
1
1
-1
=4
无相关性
正交
小的相关性
不正交
2个码由同一个发射机发射
2个码由不同UE或者BTS发射
需要扰码
码字越短，轻微不同步下正交性越差！
－18－
信道化码的分配
信道化码的上下行分配：动态、静态
SF = 8 to 512
SF = 1
SF = 2
SF = 4
SF代表本身可用SF码的个数；
－17－
码字正交性
To synchronization -1 -1 1 -1 1 1 no To synchronization 1 -1 -1 1 -1 1 1 Cj
1 Cj
-1
-1
1 Ck
1
-1
-1
-1
信道化码 (OVSF codes):
上行：在同一UE进行多码道传输时，区分不同的物理信道； 下行：区分同一小区下的不同物理信道；
WCDMA基本原理部分 (1)
12
定位原理
• 基于网络 • 基于手机
– TDOA－Time Difference of Arrive; – GPS
13
分集技术
• 是通过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 • 相对投资低廉 • 克服小尺度衰落（由移动台附近物体的复杂反射引 起），可以采用双天线接收分集 • 克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别 而导致的阴影区引起），可以选择一个所发信号不 在阴影区的基站－位臵选择发射分集 • 最大比值合并 • 发射分集技术还用来提高无线通信中单用户的峰值 吞吐率
3G交流： WCDMA原理部分
0
无线传输技术和CDMA原理 CDMA无线资源管理原理
不同体制的3G技术
3G无线接入网络形态
1
无线传输技术和CDMA原理
无线传输环境 无线传输技术和多址技术
CDMA原理和RAKE接收技术
分集技术
智能天线技术
多用户检测技术
2
多径环境
发射信号
接收信号 强度
时间
3
衰落
14
无线传输技术和CDMA原理
无线传输环境 无线传输技术和多址技术
CDMA原理和RAKE接收技术
分集技术
智能天线技术
多用户检测技术
15
智能天线
智能天线技术提高系统覆盖范围，降低发射功率
16
智能天线的小区配臵
全向小区
三扇区小区
智能天线小区
17
智能天线的优点
• 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
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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：
1. R4标准是R99标准的超集，反向兼容R99网络； 2. 电路域引入基于软交换的控制和承载分离构 架； 3. R4电路域支持TDM /ATM /IP承载； 4. 基于IP承载，R4支持SIGTRAN信令； 5. 基于ATM、IP承载R4支持BICC实现局间互通； 6. 引入TrFO功能，节省传输带宽； 7. R4标准引入新的业务与网络结构基本无关； 8. R4对MMS、LCS、OSA、STREAM等业务做了增强， 但其业务架构同样适用于R99的网络结构。
R5网络结构
无线侧：引入HSDPA技术，下行数据业务速率最大可达14.4Mb/s； 核心网侧：引入IMS。
R5网络的特点
R5核心思想：
在PS域叠加以SIP协议为核心的IMS域（IP多媒体）；
3. 基于IMS控制和PS承载完成对语音、数据、多媒体业务的融合 4. IMS被人为下一代NGN标准，实现了移动固定业务的全面融合
听清对话
谈话声音提高 大家都提高声音 喊破喉咙，仍然听不清
WCDMA系统的主要特点
WCDMA系统是软容量、软覆盖的系统
GSM系统 覆盖和容量都是确定的
GSM网络覆盖主要决定于发射功 率，基站发射或终端发射功率一 旦确定，那么基站的覆盖半径也 相应确定； 网络容量主要取决于载频数，一 个载频所能承载的信道数是固定 的 WCDMA系统
WCDMA系统的主要特点
导频污染
WCDMA系统的主要特点
WCDMA系统的频率复用系数为1
•WCDMA系统采用CDMA 技术。通过扰码和正交码 区分小区和用户；在网络 规划中，不需要进行频率 规划，但需要扰码规划； • GSM采用TDMA技术， 不同用户用不同频率和不 同时隙区分；在网络规划 时，需要进行频率规划。
编码技术
交织编码技术
•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选择。
发射机
交织矩阵
原始数据
1 2 3 4 5 6 7 8 9
信道间隔
码片速率 帧长 基站间同步 调制方式 扩频因子 反向信道结构
5MHZ
3.84Mcps 10ms 异步（不需GPS) QPSK/BPSK 4-512 导频/TPC/业务信道/ 信令/分组业务码时分 复用
1.25MHZ
1.2288Mcps 20ms 同步（需GPS) QPSK/BPSK 4-256 导频/控制信道/基本信道/ 补充信道码复用
容量—覆盖
负载增加，容量增大，干 扰增加，覆盖减小（小区 呼吸）
•
质量—容量
通过降低部分连接的质量 ，可以提高系统容量
覆盖和容量没有直接关系
质量—覆盖
通过降低部分连接的质量 ，可以增加覆盖能力
WCDMA所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配
WCDMA系统的主要特点
WCDMA R6和后期网络的特点
R6网络的主要特性：
采用HSUPA技术，上行速率提高到5.76Mb/s
R7网络的主要特性:
采用HSPA＋，在上下行引入高阶调制，MIMO 下行速率提到到28Mbps，上行速率提高到11Mbps
R8网络的主要特性:
WCDMA R8，也就是WCDMA LTE（Long term evolution） 空口的接入技术由原来的CDMA改为OFDM 上/下行速率达到50Mbps/100Mbps，而带宽是20MHz 减少回路时延，提高Qos
上行信道导频
切换 功率控制速度
语音编码 业务信道编码
硬切换,软切换,更软切换 1500HZ
自适应多速率语音编码 AMR 卷积码,码率1/2或1/3,高 速用TURBO
硬切换,软切换, 更软切换 800HZ
可变速率 卷积码,码率1/2或1/3,高 速用TURBO
硬切换,接力切换 1400HZ
自适应多速率语音编 码AMR 卷积码,码率1/2或1/3, 高速用TURBO
白发三千丈
红豆生南国
红红豆豆生生南南国国
红红豆豆生生南？国国
编码技术
卷积码
译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务 和低速数据业务 ； 误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。
TURBO 码
译码复杂（LOG－MAP算法），时延较长； 误码率低（可以达到10－6 ）。编码速率为1/3 适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务
1.6MHZ
1.28Mcps 10ms 同步（主从） QPSK/8PSK 1-16 导频/TPC/业务信道/ 信令/分组业务码时 分复用
三大国际标准的技术比较(2)
WCDMA 同步检测:前向 反向 下行信道导频 与导频信号相干 与导频信号相干 公共导频和专用导频(采 用导频符号,与其他数据 和控制信息时分复用) 导频符号和TPC以及控制 数据信息时分复用和I/Q 复用 CDMA2000 与导频信号相干 与导频信号相干 公共导频信道(与其他业 务和控制信道码复用) 各信道码分复用(有反向 导频信道) TD-SCDMA 与下行导频时隙相干 与上行导频时隙相干 导频和其他信道时分 复用 导频和其他信道时分 复用
区
别
提纲
一、第三代移动通信系统概述
二、WCDMA系统的主要特点
三、WCDMA的基本原理和关键技术
四、WCDMA系统无线资源管理
五、WCDMA系统主要物理信道
三、WCDMA的关键技术及基本原理
1、编码技术
2、码分多址技术
3、扩频技术
4、RAKE接收技术
5、多用户检测技术
6、智能天线技术
1、编码技术
Satellite
Empty
Satellite
30 MHz
60 MHz
40 MHz
15 MHz
100 MHz
FDD
WCDMA+CDMA2000
TDD
TD-SCDMA
WCDMA标准演进
继承R99的所有业务和功 能；
电路域结构发生改变， 控制与承载分离MSC采用 MSC SERVER和MGW实现； 继承2G（GSM、GPRS ）的所有业务和功能； 继承R4的所有业务和 功能； 核心网引入IMS（IP 多媒体域）； 无线引入HSDPA。 RAN向IP发展，增强 的IP QOS。 无线引入HSUPA MBMS框架结构的研究
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 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误
编码技术
信道编码
床前明月光 春眠不觉晓 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 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？
CDMA2000 核心网络：基于ANSI-41
3G
标准
TD-SCDMA
核心网络：基于MAP
CDMA技术是3G的主流技术
三大国际标准的技术比较(1)
WCDMA 最小带宽需求 扩频技术类型 双工方式 5MHZ 直接序列扩频CDMA FDD CDMA2000 1.25MHZ 直接序列扩频CDMA FDD TD-SCDMA 1.6MHZ 时分同步CDMA TDD
CDMA原理图
编码技术
信源编码
信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达 到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输；
最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化 和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s;
移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带 宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的 GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用 GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s； 第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数 据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用 了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2 、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.