WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理

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1、WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理1、編碼技術(shù)2、碼分多址技術(shù)3、擴頻技術(shù)4、RAKE接收技術(shù)5、多用戶檢測技術(shù)6、智能天線技術(shù)1、編碼技術(shù)u CDMACDMA原理圖原理圖編碼技術(shù)信源編碼信源編碼的目的是通過壓縮編碼來去掉信號源中的冗余成分，以達信源編碼的目的是通過壓縮編碼來去掉信號源中的冗余成分，以達到壓縮碼率和帶寬，實現(xiàn)信號的有效傳輸；到壓縮碼率和帶寬，實現(xiàn)信號的有效傳輸；最常用的信源編碼是最常用的信源編碼是PCM，它采用，它采用A律波形編碼。分為取樣、量化律波形編碼。分為取樣、量化和編碼三步；一路語音信號編碼后的速率為和編碼三步；一路語音信號編碼后的速率為64Kb/s;移動通信中如果采用移動

2、通信中如果采用PCM編碼技術(shù)，則傳一路話音信號需要編碼技術(shù)，則傳一路話音信號需要64K帶帶寬，傳寬，傳8路話音需要路話音需要512K帶寬。對于帶寬。對于1個頻點只有個頻點只有200KHZ帶寬的帶寬的GSM系統(tǒng)來說，會造成頻率資源的浪費，因此系統(tǒng)來說，會造成頻率資源的浪費，因此GSM系統(tǒng)中采用系統(tǒng)中采用GMSK編碼技術(shù)，編碼后的速率為編碼技術(shù)，編碼后的速率為13Kb/s；第三代移動通信系統(tǒng)中，不僅要支持語音通信，還要支持多媒體數(shù)第三代移動通信系統(tǒng)中，不僅要支持語音通信，還要支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務，因此必須采用更加先進的編碼技術(shù)。在據(jù)業(yè)務，因此必須采用更加先進的編碼技術(shù)。在WCDMA中，采用中，采用了

3、自適應多速率語音編碼（了自適應多速率語音編碼（AMR）技術(shù)。它支持）技術(shù)。它支持8種編碼速率：種編碼速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和和4.75Kb/s.編碼技術(shù) AMR控制用用戶戶數(shù)數(shù)uAMR:AMR:允許系統(tǒng)根據(jù)無線接口資源動態(tài)調(diào)整語音的編碼速率允許系統(tǒng)根據(jù)無線接口資源動態(tài)調(diào)整語音的編碼速率負荷重時，降低負荷重時，降低AMRAMR的語音速率，這樣既減輕負載，又增加系統(tǒng)容量。的語音速率，這樣既減輕負載，又增加系統(tǒng)容量。采用采用 4.75K4.75K時相對時相對12.2K12.2K容量提高約容量提高約40%40%負載輕時，增加負載輕時，增加AMRAMR語音速

4、率，盡量提高語音速率，盡量提高QOSQOS，增加滿意度，增加滿意度 對于上行覆蓋受限的情況，降低對于上行覆蓋受限的情況，降低AMRAMR的語音速率可以有效擴大上行的覆蓋范圍的語音速率可以有效擴大上行的覆蓋范圍編碼技術(shù)信道編碼目的：使接收機能夠檢測和糾正由于傳輸媒使接收機能夠檢測和糾正由于傳輸媒介帶來的信號誤差。同時在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，介帶來的信號誤差。同時在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。提高數(shù)據(jù)傳輸速率。無糾錯編碼：無糾錯編碼：BER10-1 10-2不能滿足通信需要卷積編碼：卷積編碼：BER10-3滿足語音通信需要Turbo 碼：碼：BER10-6滿足數(shù)據(jù)通信需要n信道編碼

5、的特點信道編碼的特點信道編碼技術(shù)是通過給原數(shù)據(jù)添加冗余信息，從而獲得糾錯能力目前使用較多的是卷積編碼和Turbo編碼（1/2，1/3）使用編碼增加了無效負荷和傳輸時間適合糾正非連續(xù)的少量錯誤編碼技術(shù)信道編碼床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床？前前明明月月光光春春眠眠？不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國國編碼技術(shù) 卷積碼譯碼簡單（譯碼簡單（ViterbiViterbi算法），時延較短，適用于實時業(yè)務算法），時延較短，適用于實時業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務 ；誤碼率較高（一般在誤碼率較高（一般

6、在10-310-3）。編碼速率為）。編碼速率為1/21/2和和1/31/3。TURBO 碼譯碼復雜（譯碼復雜（LOGLOGMAPMAP算法），時延較長；算法），時延較長；誤碼率低（可以達到誤碼率低（可以達到10106 6）。編碼速率為）。編碼速率為1/31/3適合對誤碼率敏感，而對時延不敏感的非實時分組業(yè)務適合對誤碼率敏感，而對時延不敏感的非實時分組業(yè)務編碼技術(shù)交織編碼技術(shù)時間幅度到譯碼器到譯碼器原始數(shù)據(jù)1 2 3 4 5 6 7 8 9交織矩陣交織矩陣1 2 34 5 67 8 9發(fā)射機發(fā)射機交織后的數(shù)據(jù)1 4 7 2 5 8 3 6 9射頻傳輸信道經(jīng)過空中傳輸后的交織數(shù)據(jù)1 4 7 2 5

7、 8 3 6 9集中差錯集中差錯De-Interleaving Matrix1 2 34 5 67 8 9解交織后的數(shù)據(jù)1 2 3 4 5 6 7 8 9接收機接收機差錯分配差錯分配優(yōu)點交織技術(shù)是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，將突發(fā)的錯誤隨機化。提高糾錯編碼的有效性。缺點：由于改變了數(shù)據(jù)流的傳輸順序，必須要等整個數(shù)據(jù)塊接收后才能糾錯加大了處理延時，因此交織深度應根據(jù)不同的業(yè)務要求選擇。信道編碼和交織技術(shù)的結(jié)合使用床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床春白紅床春白紅前眠發(fā)豆前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國

8、光曉丈國床春白紅？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床？前明明月月光光春？眠不不覺覺曉曉白？發(fā)三三千千丈丈紅？豆生生南南國國編碼交織去交織解碼突發(fā)錯誤WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理1、編碼技術(shù)2、碼分多址技術(shù)3、擴頻技術(shù)4、RAKE接收技術(shù)5、多用戶檢測技術(shù)6、智能天線技術(shù)2、碼分多址技術(shù)FDMAFDMA是采用頻分的多址技術(shù)是采用頻分的多址技術(shù).業(yè)務信道在業(yè)務信道在不同頻段分配給不同的用戶。不同頻段分配給不同的用戶。TDMATDMA是采用時分的多址技術(shù)。業(yè)務信道在是采用時分的多址技術(shù)。業(yè)務信道在不同的時間片段分配給不同的用戶。不同的時間片段分配給不同的用戶。CDMACDM

9、A是采用擴頻的碼分多址技術(shù)。所有是采用擴頻的碼分多址技術(shù)。所有用戶在同一時間、同一頻段上、根據(jù)不用戶在同一時間、同一頻段上、根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務信道。同的編碼獲得業(yè)務信道。常見的多址技術(shù)常見的多址技術(shù)碼分多址技術(shù)WCDMA系統(tǒng)PN碼（擾碼）GOLD序列擾碼每10ms重復一次，長度38400chips上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有224-1個長擾碼和224個短擾碼下行物理信道，可以產(chǎn)生218-1=262143個擾碼，但只用了0-8191號的擾碼正交碼（信道化碼）OVSF碼定義：CCh,SF,k描述信道碼，SF表示擴頻因子 K為碼號 PN擾碼和正交碼擾碼和正交碼共同使用共同使用

10、FrequencyCode Division Multiple AccessSpreadSpectrumMultipleAccessUser 1User 2User 3.碼分多址技術(shù)擴頻包括兩個操作信道化操作，它使數(shù)據(jù)符號變?yōu)榇a片，并增加信號帶寬，每符號的碼片稱為擴頻因子（SF)，可以通過它與OVSF相乘得到擾碼操作，它作用在擴頻信號上3.84MChip/S3.84MChip/S3.84MChip/S3.84MChip/S碼分多址技術(shù)擴頻碼的產(chǎn)生（OVSF碼樹型結(jié)構(gòu)圖）碼分多址技術(shù) 分配碼的前提：要保證其到樹根路徑上和其子樹上沒有其它碼被分配；分配碼的結(jié)果：分配的OVSF碼如果不合理，則會阻塞

11、掉其子樹上的所有低速擴頻碼和其到根路徑上的高速擴頻碼；紅色代表已分配的碼字；蘭色代表由于低速擴頻因子碼字被分配而阻塞掉的高速擴頻因子碼字碼分多址技術(shù)擴頻碼的分配4倍數(shù)據(jù)速率的用戶倍數(shù)據(jù)速率的用戶=不能使用的碼空間不能使用的碼空間480 kb/s480 kb/s480 kb/s480 kb/s1.92 Mb/s1111011111100101010011111111111110000110011001100001110101010101001011001100110010110碼片速率碼片速率=3.840 Mcps例：5個用戶時擴頻碼的分配SF=1SF=1SF=2SF=2SF=4SF=4SF=8

12、SF=8碼分多址技術(shù)下行鏈路不同擴頻因子對應的用戶數(shù)據(jù)速率及信道容量DPDCH擴頻因子業(yè)務速率(kb/s)理論上同時提供的最大信道數(shù)實際系統(tǒng)同時提供的業(yè)務信道數(shù)（50%負荷）12812.212850個左右64646430個左右16128K168個左右838484個左右碼分多址技術(shù)OC1,OC2OC3,OC4OC5,OC6,OC7OC1,OC2,OC3OC1,OC2OC1,OC2,OC3,OC4下行下行:正交碼用于區(qū)分從單個基站來的數(shù)據(jù)信道正交碼用于區(qū)分從單個基站來的數(shù)據(jù)信道上行上行:正交碼用于區(qū)分從單個手機來的數(shù)據(jù)信道正交碼用于區(qū)分從單個手機來的數(shù)據(jù)信道n 擴頻碼的作用擴頻碼的作用碼分多址技術(shù)

13、PN3PN4PN5PN6PN1PN1基站基站“1”采用采用PN碼碼1發(fā)射發(fā)射PN2PN2基站基站“2”采用采用PN碼碼2發(fā)射發(fā)射下行下行:PN PN 碼用于區(qū)分不同的小區(qū)碼用于區(qū)分不同的小區(qū)上行上行:PN PN 碼用于區(qū)分不同的手機碼用于區(qū)分不同的手機n 擾碼的作用擾碼的作用碼分多址技術(shù)u擾碼的數(shù)量擾碼的數(shù)量碼分多址技術(shù)主擾碼碼分多址技術(shù)擾碼規(guī)劃PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5PN1PN2PN3PN7PN6PN4PN5

14、 擾碼規(guī)劃應該考慮因素擾碼規(guī)劃應該考慮因素 地域分布：處于同一地域內(nèi)的小區(qū)地域分布：處于同一地域內(nèi)的小區(qū) 按縱列分配；按縱列分配；主擾碼復用距離：應在碼資源允許主擾碼復用距離：應在碼資源允許 的情況下盡量大，以確保分配原則的情況下盡量大，以確保分配原則 根據(jù)網(wǎng)絡發(fā)展情況適當預留根據(jù)網(wǎng)絡發(fā)展情況適當預留2-32-3組組 主擾碼以備網(wǎng)絡擴容；主擾碼以備網(wǎng)絡擴容；根據(jù)地形、地貌特點，合理劃分根據(jù)地形、地貌特點，合理劃分 區(qū)域以節(jié)約擾碼資源；區(qū)域以節(jié)約擾碼資源；結(jié)合地域特點合理確定主擾碼結(jié)合地域特點合理確定主擾碼 復用距離復用距離碼分多址技術(shù)擾碼規(guī)劃組別宏蜂窩微蜂窩室內(nèi)覆蓋Group0SC0SC1SC

15、2SC3SC4SC5SC6SC7Group1SC8SC9SC10SC11SC12SC13SC14SC15Group2SC16SC17SC18SC19SC20SC21SC22SC23Group63SC505SC506SC507SC508SC509SC510SC511SC5121、編碼技術(shù)2、碼分多址技術(shù)3、擴頻技術(shù)4、RAKE接收技術(shù)5、多用戶檢測技術(shù)6、智能天線技術(shù)WCDMAWCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理3、擴頻技術(shù)擴頻碼擴頻碼擴頻碼擴頻碼積分合并積分合并窄帶信號窄帶信號fP(f)寬帶信號寬帶信號P(f)f噪聲噪聲P(f)f噪聲噪聲+寬帶信號寬帶信號P(f)f低通濾波分離信

16、號與噪聲低通濾波分離信號與噪聲P(f)fu擴頻通信原理擴頻通信原理u擴頻通信就是將信號的頻譜展寬后進行傳輸?shù)募夹g(shù)u其理論解釋為Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)擴頻技術(shù)擴頻的種類直接擴頻（DSSS）通過將偽噪聲序列與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘來擴展基帶數(shù)據(jù)，其偽噪聲序列由偽噪聲生成器產(chǎn)生誤碼率受限于多址干擾和遠近效應的影響用功率控制來克服遠近效應，受限于功率檢測的精度WCDMA采用的是直接擴頻方式 跳頻擴頻（FH-SS）數(shù)據(jù)以發(fā)射機的載波頻率跳變的方式發(fā)送到表面上隨機的信道中每個信道上，在發(fā)射機再次跳頻之前，數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制方式發(fā)送一些小的突發(fā)無遠近效應的影響，因為多個用戶不會同時使用

17、同一頻率擴頻技術(shù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)+1-1+1+1-1+1歸一化歸一化+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1發(fā)射用正交發(fā)射用正交 碼碼xxx+8-8+8積分結(jié)果積分結(jié)果積分積分積分積分積分積分+1 1+1+1 1-1+1-1-1+1-1-1+1+1-1+1+1 1+1+1 1-1+1-1發(fā)射序列發(fā)射序列=+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+1 1+1+1 1-1+1-1+1 1+1+1 1-1+1-1接收用接收用P正交碼正交碼xxx發(fā)射發(fā)射接收

18、接收碼的相關(guān)特性碼的相關(guān)特性情況情況 I:I:正交碼自相關(guān)正交碼自相關(guān)在相同時間偏移用相同碼發(fā)射和接收在相同時間偏移用相同碼發(fā)射和接收擴頻技術(shù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)+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 1-1+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+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+1+1-1發(fā)射用正交發(fā)射用正交 碼碼發(fā)射序列發(fā)射序列接收

19、正交接收正交 碼碼-402積分結(jié)果積分結(jié)果-0.500.25歸一化歸一化碼的相關(guān)特性情況情況 II:II:正交碼互相關(guān)正交碼互相關(guān)接收和發(fā)射用不同碼接收和發(fā)射用不同碼xxx積分積分積分積分積分積分=xxx=發(fā)射機發(fā)射機接收機接收機擴頻增益=10lg（擴頻后的信號帶寬/原始信息速率）擴頻技術(shù)擴頻技術(shù)u WCDMAWCDMA系統(tǒng)擴頻帶寬為系統(tǒng)擴頻帶寬為3.84MHZ3.84MHZ AMR 12.2K AMR 12.2K的語音業(yè)務的語音業(yè)務 擴頻增益擴頻增益=10lg(3840/12.2)=25dB=10lg(3840/12.2)=25dB CS 64K CS 64K的可視電話的可視電話 擴頻增益擴

20、頻增益=10lg(3840/64)=17dB=10lg(3840/64)=17dB PS 144k PS 144k的數(shù)據(jù)業(yè)務的數(shù)據(jù)業(yè)務 擴頻增益擴頻增益=10lg(3840/144)=14dB=10lg(3840/144)=14dB PS 384K PS 384K的數(shù)據(jù)業(yè)務的數(shù)據(jù)業(yè)務 擴頻增益擴頻增益=10lg(3840/144)=10dB10lg(3840/144)=10dBu 擴頻增益對系統(tǒng)的影響擴頻增益對系統(tǒng)的影響 擴頻增益的存在使擴頻增益的存在使CDMACDMA技術(shù)具有了和技術(shù)具有了和FDMA/TDMAFDMA/TDMA不同的特征不同的特征 擴頻增益使擴頻增益使CDMACDMA系統(tǒng)具有

21、較強的抗干擾能力，保密性好，所以說系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，保密性好，所以說CDMACDMA系統(tǒng)綠色、安全、環(huán)保系統(tǒng)綠色、安全、環(huán)保 擴頻增益也影響不同速率業(yè)務的鏈路損耗，從而影響不同業(yè)務覆蓋擴頻增益也影響不同速率業(yè)務的鏈路損耗，從而影響不同業(yè)務覆蓋半徑。速率越高，覆蓋半徑越?。环粗?，覆蓋半徑越大。半徑。速率越高，覆蓋半徑越?。环粗?，覆蓋半徑越大。1、編碼技術(shù)2、碼分多址技術(shù)3、擴頻技術(shù)4、RAKE接收技術(shù)5、多用戶檢測技術(shù)6、智能天線技術(shù)WCDMAWCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理 4、RAKE接收技術(shù)時間接收信號強度發(fā)射信號4、RAKE接收技術(shù)u 由于無線傳輸中存在多徑效應

22、，如果不加以處理，會對正常的接收造成干擾。根據(jù)同相加強，反相抵消的原理，在通話時會感覺時斷時續(xù)。u WCDMA系統(tǒng)中采用了Rake接收技術(shù)，將不同路徑來的信號進行分離合并，使得總的接收信噪比大大提高。th(t)1 2 3 4能量t+RAKE=(4 fingers)4、RAKE接收技術(shù)RAKE 接收技術(shù)有效地克服多徑干擾，提高接收性能接收機單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計算信號強度與時延合 并合并后的信號tts(t)s(t)uRAKERAKE接收原理接收原理WCDMA的關(guān)鍵技術(shù)及基本原理1、編碼技術(shù)2、碼分多址技術(shù)3、擴頻技術(shù)4、RAKE接收技術(shù)5、多用戶檢測技術(shù)6、智能天線技術(shù)多用

23、戶檢測技術(shù)l多址干擾（多址干擾（MAIMAI）是）是CDMACDMA系統(tǒng)中的主要干擾。系統(tǒng)中的主要干擾。l在傳統(tǒng)的在傳統(tǒng)的CDMACDMA系統(tǒng)信號分離方法中，把系統(tǒng)信號分離方法中，把MAIMAI看作熱噪聲。看作熱噪聲。l多用戶檢測技術(shù)是充分利用多用戶檢測技術(shù)是充分利用MAIMAI中的先驗信息，如：中的先驗信息，如：已知的用戶信道碼已知的用戶信道碼已知的訓練序列已知的訓練序列 將非目標用戶信息從將非目標用戶信息從MAIMAI中濾除，進而可有效地提取中濾除，進而可有效地提取 目標用戶信息。目標用戶信息。智能天線技術(shù)l使用智能天線使用智能天線.定向發(fā)射、定向接收。定向發(fā)射、定向接收。正在通信的移動終端在整個正在通信的移動終端在整個 小區(qū)內(nèi)處于受合成波束跟蹤的狀態(tài)。小區(qū)內(nèi)處于受合成波束跟蹤的狀態(tài)。l不使用智能天線不使用智能天線.全向發(fā)射、全向接收全向發(fā)射、全向接收。所有小區(qū)內(nèi)的移動終端均相互干擾。所有小區(qū)內(nèi)的移動終端均相互干擾。l智能天線的優(yōu)勢智能天線的優(yōu)勢減少小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)干擾。減少小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)干擾。降低多徑干擾。降低多徑干擾。等效發(fā)射功率提高。等效發(fā)射功率提高。提高接收靈敏度提高接收靈敏度。改進了小區(qū)覆蓋（合成波束）。改進了小區(qū)覆蓋（合成波束）。增加了容量及小區(qū)覆蓋半徑。增加了容量及小區(qū)覆蓋半徑。降低發(fā)射功率，降低基站成本。降低發(fā)射功率，降低基站成本。