[工学]WCDMA.doc

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1、第1章 绪 论网络规划的概念规划：为了达到预定目标而事先提出的一套有系统、有根据的设想和做法。更具体地说，规划就是根据已有数据，选择一整套数据构成一个系统，以达到一系列性能要求而又付出最小的代价。移动通信系统的网络规划：就是为了达到按业务需要所设定的通信质量、服务面积、用户数量等方面的目标，同时在经济上支付最小的成本费用。包括两个方面：无线网络规划、地面规划网络优化的概念简单地说，就是在已有的网络资源条件下，调整网络参数和设置，使得网络的性能达到最佳，满足用户的要求。 因此，可以说，网络规划与优化是在网络建设和运营的不同阶段，保证网络综合指标达到最佳状态的重要手段。本章内容 = 无线通信系统的

2、发展历程，IMT-2000系统概述，三种3G系统简介、比较，3G频谱划分，无线网络规划与优化的重要性，WCDMA网络规划的特点，未来无线通信网络的演进。本章重点 = 三种3G CDMA技术的特点和区别 = WCDMA无线网络规划的特点1.1 无线通信系统的发展历程 第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统。应用时间是20世纪70年代中期至80年代中期。 第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS先进移动电话系统和后来的改进型TACS（总接入通信系统）等。 第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用（FDMA）模拟制式，语音信号使用模拟调制，每隔30kHz/25kHz为一个模拟用户信道。

3、 第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但其如下的弊端也日渐显露出来：（1）频谱利用率低；（2）业务种类有限；（3）无高速数据业务；（4）保密性差，易被窃听和盗号；（5）设备成本高；（6）终端体积大、重量大。 为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统，应用时间是从20世纪80年代中期至今。 第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统IS-95和欧洲的GSM系统。 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终

4、端在任何时候、任何地点、进行任何种类通信的系统。由于其诸多优点，全世界各个运营商、制造商与广大用户对此产生了浓厚的兴趣。第三代移动通信系统的目标可以概括为以下几方面。（1）能实现全球漫游： 用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务。（2）能提供多种业务： 提供话音、可变速率的数据、活动视频会话等业务，特别是多媒体业务。（3）能适应多种环境： 可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）综合业务、数字网无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统来提供无缝隙的覆盖。（4）足够的系统容量： 强大的多种用户管理能力、高保密性能和高质量的服务。为实现上述目标对

5、其无线传输技术（Radio Transmission Technology，RTT）提出了以下要求。 高速传输以支持多媒体业务：室内环境至少2Mbit/s；室内外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s。 传输速率能够按需分配。 上下行链路能适应不对称需求。1.2 IMT-2000概述 第三代移动通信将为用户提供高速数据传输、Internet访问、移动视频业务和多媒体服务，同时支持全球漫游特性。国际电信联盟（ITU）于1985年提出了当时称为未来公众陆地移动通信系统（Future Public Land Mobile Teleco

6、mmunication System，PLMTS）。 1996年更名为国际移动通信-2000（International Mobile Telecommunication-2000，IMT-2000），意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kbit/s，预期在2000年左右得到商用。 目前，第三代移动通信系统中比较成熟的无线传输技术主要有以下三种方案。（1）WCDMA： 由ARIB在日本建立的方案和欧洲ETSI的CDMA方案融合而成，在1998年1月2829日在巴黎召开的ETSI SMG2的24次会议上获得通过。代表厂商为爱立信、诺基亚和NTT等。（2）CDMA 2000

7、： 由美国为响应ITU无线传输技术方案征集活动而专门成立的无线传输技术评估组TIATR 45.5提出。代表厂商为高通、摩托罗拉、北方电讯、朗讯和三星电子等。（3）TD-SCDMA： 由我国电信科学技术研究院（CATT）提出，是CATT的TD-SCDMA与西门子的TD-CDMA先进技术的合并。代表厂商为CATT和西门子。 1.2.1 WCDMA WCDMA是通用移动通信系统（UMTS）的空中接口技术。UMTS的核心网基于GSM-MAP，保持与GSM/GPRS网络的兼容性，同时通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41的核心网上运行的能力，并可以基于TDM ATM和IP技术向全IP的网络结构演进。核

8、心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。 UMTS的陆地无线接入网（UTRAN）基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。 WCDMA具有以下特点。（1）调制方式： 上行为HPSK，下行为QPSK。（2）解调方式： 导频辅助的相干解调。（3）接入方式： DS-CDMA方式。（4）三种编码方式： 在话音信道采用卷积码（R=1/3，K=9）进行内部编码和Viterbi译码；在数据信道采用ReedSolomon编码；在控制信道采用卷积码（R=1/2，K=9）进行内部编码和Viterbi译码

9、。（5）适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。同时对多速率、多媒体的业务，可通过改变扩频比（对于低速率的32kbit/s，64kbit/s，128kbit/s的业务）和多码并行传送（对于高于128kbit/s的业务）的方式来实现。（6）上下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率。（7）核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性。（8）基站之间无需同步。因基站可收发异步的PN码，即基站可跟踪对方发出的PN码，同时移动终端也可用额外的PN码进行捕获与跟踪，因此可获得同

10、步，支持越区切换及宏分集，而在基站之间无需进行同步。（9）支持软切换和更软切换，切换方式包括三种，即：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。 1.2.2 CDMA 2000 CDMA 2000体制是在IS-95标准基础上提出的3G标准。目前，其标准化工作由3GPP2来完成。系统的核心网基于ANSI-41，并保持与ANSI-41网络的兼容性，同时，通过网络扩展方式提供在基于GSM-MAP的核心网上运行的能力。 CDMA 2000的电路域继承2G IS-95 CDMA网络，引入以WIN为基本架构的业务平台。分组域是基于Mobile IP技术的分组网络。无线接入网以ATM交换机为平台提供丰富的适

11、配层接口。 CDMA 2000具有以下特点。（1）前反向同时采用导频辅助相干解调。（2）在扩频码的选择中采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户。（3）射频带宽从1.25MHz20MHz可调。（4）快速前向和反向功率控制。（5）下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量。（6）在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mchip/s和1.22Mchip/s；多载波方式能很好地兼容IS-95网络。（7）支持F-QPCH，可延长手机待机时间。（8）核心网络是ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性。（9）支持软切换和更

12、软切换。（10）设计了两类码复用业务信道： 基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道；补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能。（11）在同步方式上CDMA 2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。 1.2.3 TD-SCDMA TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织（CWTS）提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。TD-SCDMA核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性。核心网络也可以基于TDM ATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进。 TD-SCDMA采用的

13、关键技术有智能天线、联合检测、多时隙CDMA、DS-CDMA、同步CDMA、信道编译码、交织和接力切换等。 TD-SCDMA具有以下特点：（1）信号带宽为1.6MHz；（2）码片速率为1.28Mchip/s；（3）采用智能天线技术，提高了频谱效率；（4）采用同步CDMA技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度；（5）接收机和发射机采用软件无线电技术；（6）采用联合检测技术，降低多址干扰；（7）多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务；（8）用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率；（9）核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性；（10）基站间采用GPS或者网络同步方

14、式，降低基站间干扰。 1.2.4 三种主要技术方案的比较 WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA 多址接入方式 DS-CDMA MC-CDMA DS-CDMA 双工方式 FDD/TDD FDD TDD 载频间隔（MHz） 5 1.25 / 3.75 1.6 码片速率（Mchip/s） 3.84 1.2288 / 3.6864 1.28 帧长 10ms 20ms 10ms（含两个子帧） 表1-1三种主要技术方案比较 WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA 基站同步方式 不需要 GPS/GLONASS同步方式 GPS或者网络同步方式 功率控制 快速闭环功控：1500Hz； 外环

15、功控 快速闭环功控：800Hz；外环功控 闭环功控：0200Hz； 外环功控 切换方式 扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换 支持软切换和更软切换 接力切换 语音编码 AMR 8k/13k QCELP / 8k EVRC AMR WCDMA CDMA 2000 TD-SCDMA 解调方式 导频辅助的相干解调方式 导频辅助的相干解调 联合检测方式 编码方式 卷积码/Turbo码 卷积码/Turbo码 卷积码/Turbo码 调制方式 上行：HPSK 下行：QPSK 上行：BIT/SK 下行：QPSK QPSK和8PSK（对于2Mbit/s业务） 1.2.5 3G频谱划分情况图1-1 3G频谱划

16、分1.3 无线网络规划与优化的重要性 在无线通信网络的建设和扩展过程中，需要对网络的无线和有线传输部分进行设计和规划，对正在运行当中的网络进行优化处理。本书重点阐述无线部分的规划和优化。对于运营商来说，无线网络规划是一项至关重要的工作，往往需要花费大量的时间、物力和人力。对于制造商来说，必须提供易于规划和优化的产品和相应的工具，才能使得产品具有竞争力。在初期网络建设阶段，运营商需要根据容量和覆盖的目标，结合投资预算、频谱资源、地形特征、业务需求、用户密度等诸多因素，进行网络的初始规划。 无线网络规划的质量和效果直接影响到整个系统的性能和运营商的收益。随着全IP移动的到来，QoS保障变得尤为重要

17、。 1.4 WCDMA网络规划的特点 网络规划的特点是由网络采用的技术特征决定的，不同的网络技术在网络规划设计中有不同的重点和难点。 GSM网络使用频率复用，因此，频率规划是一个非常重要的问题，而IS-95网络使用扰码相位区分小区则带来扰码相位规划问题。3G WCDMA网络规划和GSM网络规划有许多相似之处，但也有一些根本性的差异。 1.4.1 频率规划 GSM网络需要频率规划。 CDMA网络具有频率复用因子为1的特点，频率规划变得很简单。 CDMA网络一般使用1个或很少几个频率。 对GSM网络来说，一个信道带宽只有200kHz。若要增加容量，增加新的频率信道即可。 在WCDMA网络中，由于小

18、区呼吸效应，小区的大小是随容量的变化而变化的。 由于频带有限，用增加频带的方式是不行的，采用增加基站（相当于减小其它基站的覆盖面积）是一个可行的方法。 1.4.2 干扰受限系统 WCDMA系统的频率复用度为1，其容量不再受限于频率，而主要受系统内部干扰的限制，即WCDMA是一个自干扰系统，其容量主要由干扰决定。 WCDMA提供了许多无线资源管理方法来避免或减轻干扰，如功率控制、接入控制、软切换等。有效控制干扰，是WCDMA无线资源管理的重要目标之一。 1.4.3 多业务特征 为了利用WCDMA系统的多种业务信道承载数据业务的特点，在资源配置过程中，应根据业务的突发性、数据量大小选择承载的业务信

19、道。 在资源分配上，应在公平性和系统吞吐量之间进行平衡和取舍，选择合理的资源调度算法。在资源的配置过程中，应考虑数据业务时延的特点。 WCDMA的软容量、混合业务等技术特点决定了WCDMA网络规划和设计是一个非常复杂的课题。 除无线网络的规划和优化之外，网络设计和维护者还需要合理考虑核心网络的升级和演进。 1.5 未来无线通信网络的演进图1-2 移动通信数据速率的发展趋势图1-3 下一代异构网络小 结 本章介绍了无线移动通信系统的发展历史，无线网络规划特别是WCDMA网络规划的重要性和特点。 第一代移动通信系统是模拟通信系统，它采用了蜂窝网络结构，使用FDMA多址接入技术，容量和频谱利用率都十

20、分有限，只支持语音业务。 第二代移动通信系统开始使用数字通信技术，其中GSM系统使用TDMAFDMA的多址接入方式，而IS-95系统的多址接入方式为CDMA，它们不仅可以支持语音业务，也可以支持数据传输业务。 第三代移动通信系统有3大主流标准：WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA。其中WCDMA和CDMA2000的双工方式是FDD，TD-SCDMA则使用TDD。 无线网络规划和优化对于运营商和设备制造商都十分重要，规划和优化的过程贯穿整个无线网络的建设和运营当中。 对于WCDMA系统来说，尽管其组网仍采用蜂窝结构，但不再需要2G中的频率规划。由于CDMA是一种干扰受限系统，因此降低和

21、避免干扰，是WCDMA网络规划和优化的一个重要任务。3G系统的多业务特征，也给网络规划和优化带来了新的挑战。第2章 无线传播环境 本章内容：无线信道基本传播特性、无线信号的大尺度传播特性、无线信号的小尺度传播特性、 本章重点电磁信号基本传播机制、多径传播与多普勒频移、统计多径信道模型、 学习本章目的和要求了解无线信道基本传播特性、掌握无线信号的大尺度传播特性、了解多径传播与多普勒频移的基本特性、2.1 无线信道基本传播特性 无线信道定义为基站天线与移动台天线之间的电磁传播路径，包括发射与接收天线本身以及两付天线之间的传播介质，在移动通信中传播介质通常为大气。 总体来讲，无线传播路径分为视距传播

22、（Line-of-sight，LOS）和非视距传播（Non-line-of-sight，NLOS）。 2.1.1 自由空间传播模型 自由空间传播模型通常可以用于预测传播路径上无任何遮挡与反射物的LOS信号传播条件下的接收信号强度。 自由空间传播模型假设发射天线和接收天线都放置在均匀无限大的传播空间中，且接收天线处于发射天线辐射的远场区域，即在此远场区域中的任意一点电场方向、磁场方向和电磁波传播方向两两互相垂直。 设d为发送天线与接收天线间的距离，那么，接收信号的功率Pr(d)可以用如下公式表达 式中：Pt是发射功率；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；L是与无线传播无关的系统损耗因子（L1

23、）；l是波长。发射和接收天线的增益都是天线本身的设计参数，通常与天线的大小、天线单元的间距与相位设计，以及发送和接收天线之间的连线与天线主瓣之间的夹角有关。 2.1.2 电磁信号基本传播方式 在实际移动通信传播环境中，反射、绕射和散射是无线信号三种主要的传播方式。 （1）反射： 当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。（2）绕射： 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。（3）散射： 当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。1信号的反射2信号的绕射3信号的散射2.2 无线信号的大尺度传播特性 在

24、无线通信中，将由发射与接收天线间距、收发天线之间的地形、建筑物、植被等导致的信号功率衰减称为无线信号的大尺度传播特性。 大尺度传播特性主要包括路径损耗和阴影衰落。路径损耗主要是由收发天线间距、传播信号载频和地形因素导致；而阴影衰落主要是由于建筑物或地形遮挡导致某些区域接收信号突然下降。 确定某一特定地区的大尺度传播环境的主要因素有：（1）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；（2）人工建筑的数量、高度、分布和材料特性；（3）该地区的植被特征；（4）天气状况；（5）自然和人为的电磁噪声状况。 通常，在无线网络规划中对大尺度传播特性采取经验模型与确定模型相结合的方法。所谓经验模型就是根据大量实地测

25、试的结果进行统计建模分析得到的近似计算公式，而确定模型是在获得网络规划场景中具体传播环境参数后直接用电磁传播理论对大尺度传播特性进行计算，常用的计算方法有射线跟踪法、几何绕射法等。 以下是本书中所用到的主要参数的定义： hm移动台天线高度； rm移动台到最近的建筑物之间的距离； h0建筑物的典型高度（一般取平均高度）； hb基站天线高度； d基站到移动台之间的距离（m）； D=d10-3基站到移动台之间的距离（km）； f载波频率（Hz）； fc=f10-6载波频率（MHz）； l自由空间中波长（m）。 2.2.1 路径损耗与阴影衰落 1路径损耗 路径损耗（单位dB）通常可以表达为n:路径损耗

26、指数；d0是离基站足够近的路径参考点。 2阴影衰落 在实际传播环境中，即使两个移动台与基站之间的路径损耗相同，其各自的能量衰减也可能有很大差异，而这一差异就是由阴影衰落引起的。 式中：Xs服从均值为0、方差为s的正态分布，s根据系统所处的不同传播环境而不同，多是根据实地测量数据而确定，其典型值为5dB10dB。 2.2.2 常用室外传播预测模型 1宏蜂窝的传播模型 宏蜂窝小区（macro cell）的覆盖半径大多为1km25km，多用于解决大面积的覆盖问题。 （1）奥村模型（Okumura-Hata Model） Okumura模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在150MHz192

27、0MHz之间（可扩展到3000MHz），距离为1km100km之间，天线高度在30m1000m之间。 该种模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反应较慢。预测和测试的路径损耗偏差为10dB14dB。 这种方法包括按照地形地貌将预测区域分为不同的类别：即开阔地、郊区和城区。 （2）COST 231-Hata模型 该模型是针对中小城市的，适用于工作频率在1500MHz2000MHz之间，hb在30m200m之间，hm在1m10m之间，d在1km20km之间。 2微蜂窝的传播模型 微蜂窝小区（micro cell）是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术，它的覆盖半径大约为30m300m。在微蜂窝中

28、，基站天线的高度通常与街道的灯柱等高，一般在地平面以上3m6m。 此时，其主要传播机制是自由空间传播加上小区覆盖范围内的多次反射和散射，以及建筑物的侧面和屋顶的绕射影响。经验模型双斜率经验模型（Dual-Slope Empirical Model） 2.2.3 常用室内传播预测模型 研究室内电波传播，建立有实用意义的室内电波传播模型，可以为室内无线通信系统的设计提供最佳网站配置的依据。 室内无线信道有两个方面不同于传统的移动无线信道覆盖距离更小，环境的变动更大。室内的电波传播不受气候因素（如雨、雪和云等）的影响，但要受建筑物的大小、形态、结构、房间布局及室内陈设的影响，最重要的是建筑材料的影响

29、。 室内无线传播同室外具有同样的方式：反射、绕射和散射。 一般来说，室内信道分为视距（LOS）或阻挡（OBS）两种，并随着环境杂乱程度而变化。 1分隔损耗（同楼层）2楼层间分隔损耗3对数距离路径损耗模型4Ericsson多重断点模型 距离（m） 路径损耗下限(dB) 路径损耗上限(dB) 1r10 30+20logr 30+40logr 10r20 20+30logr 40+30logr 20r40 -19+60logr 1+60logr 40r -115+120logr -95+120logr 表2-1Ericsson室内传播模型 5衰减因子模型 6建筑物信号穿透损耗 2.2.4 传播模型的

30、校准 较准确的传播模型使得对基站的覆盖范围和网络的覆盖状况的预测变得更加精准有效。通常情况下的传播模型都是在经验模型基础上根据实测数据进行矫正得出的结果。 1实地传播损耗的测量 2测量数据的处理与传播模型的矫正2.3 无线信号的小尺度传播特性 由于无线信号反射、绕射和散射特性的综合作用，从发射天线到接收天线的传播路径不只一条，即一个发送信号经过传播环境会在接收端产生多个不同接收信号，这些信号以不同的到达强度、不同的到达时间到达接收天线。这种现象成为无线信号的多径传播，每一条传播路径成为多径信号的一径。 多径传播往往导致以下现象的出现：（1）移动台的接收信号在一小段时间内快速变化，这一变化通常成

31、为多径衰落；（2）由每条径上信号多普勒频移导致的对接收信号的随机调频；（3）由于多径信号先后到达导致的接收信号在时间上的扩展。 2.3.1 多径传播与多普勒频移 在移动环境中，由于移动台的运动接收信号会发生频率偏移，称为多普勒频移。 图2-1 瑞利衰落信号的功率谱（车速50km/h）图2-2 瑞利衰落信号的功率谱（车速1km/h） 2.3.2 无线多径信道的主要技术参数与分类 1无线多径信道的主要技术参数（1）时延扩展 在多径传播环境下，由于传播路径的差异将导致多径信号以不同的时间到达接收端。如果发射端发送的只是一个单脉冲信号，那么，接收端收到的将是多个具有不同时延的脉冲的叠加。显而易见，从时

32、间域来看，接收信号出现了所谓的时延扩展。 时延扩展对数字信号的传输有重要影响。时延扩展与信道的电波传播环境密切相关，不同时间、地域和用户情况的信道，其时延扩展量有着显著的差异。 图2-3 典型的时延谱（2）相关带宽和频率选择性衰落 从频域来看，时延扩展可以导致频率选择性衰落。 在图2-4中，根据知道的矢量相加的三角形法则，容易理解，粗黑线代表的矢量正是反映信道特性的矢量K(t)，其长度正反映了信道的衰减特性。 图2-4 多径接收信号的矢量示意图 图2-5 多径信道的频域响应示意图（3）相干时间和时间选择性衰落 在前面已经指出，当移动台在传播径向移动时将使接收到的信号产生多普勒频移，从而使接收信

33、号的功率谱展宽。 当运动方向与径向一致时，有最大的多普勒频移fm。而相干时间Tc定义为多普勒频谱扩展宽度FD的倒数，即Tc=1/FD。该参数表示由多普勒效应导致的信号衰落的衰落速度。这类衰落是在特定时间段发生的，因而被称为时间选择性衰落。 2无线多径信道的分类 上面详细讨论了多径传播产生的时域扩展和多普勒效应导致的频域扩展。无论时域或频域中的扩展都意味着弥散，即本来分开的波形或频谱出现了交叠。 出现了交叠的信道成为弥散信道。根据数字信号的码速率、带宽和多谱勒频展、时延扩展的关系，衰落信道可以分为以下四类。（1）非弥散信道，即平坦衰落(Flat Fading)。 （2）时间弥散信道，即频率选择性

34、衰落。 （3）频率弥散信道，即时间选择性衰落。 （4）时间频率弥散信道，即时间选择性衰落和频率选择性衰落同时存在。 图2-6 发送符号周期图2-7 发送基带信号带宽 2.3.3 统计多径信道模型 1Rayleigh信道模型 多径衰落乃是移动台收到不同传播路径来的同一信号源的电波产生合成信号所造成的结果。通过下面的推导可得到多径信号的分布。 图2-8和图2-9所示为车速分别为20km/h和50km/h下的Rayleigh衰落情况。由图可见，移动台移动得愈快，快衰落愈剧烈。 因此，由于通信范围的不断扩展，从陆地环境到高空飞行时的通信，对移动通信技术提出了越来越高的要求。图2-8 车速20km/h的

35、瑞利衰落信号包络（经典谱）图2-9 车速50km/h的瑞利衰落信号包络（经典谱） 2Rician信道模型 当到达接收机的信号中含有一个明显的较强的路径分量，则此时的信号包络将由瑞利分布变为莱斯分布，其信号包络的概率密度为 3Nakagami-m信道模型 Nakagami-m分布对于无线信道的描述具有很好的适应性，常见的Rayleigh衰落、Ricean衰落都可以用其来描述。m越小，信道特性越恶劣；m越大，信道特性越好。（1）若信号包络r服从Nakagami-m分布，则其概率密度为（2）Nakagami-m分布和其他分布的联系 和Rayleigh分布的关系 和Ricean分布的关系 和Gauss

36、ian分布的关系小 结 本章对无线移动通信中的信号传播特性进行了系统的介绍。 介绍了无线信号反射、绕射、散射三种基本传播方式；介绍了由于这三种基本传播方式导致的对无线信号传播的大尺度衰落和小尺度衰落的影响。 在介绍大尺度衰落中，介绍了路径损耗与阴影衰落的定义与其各自的建模方法。在介绍小尺度衰落中，介绍了多径衰落与多普勒频移的产生原因、特点以及对无线信号传输的影响。 最后，本章介绍了三种统计多径信道模型，并分析了其各自的特点与相互关系。第3章 WCDMA移动通信技术 本章内容 = CDMA的基础知识、扩频通信原理、多径无线信道和Rake接收、WCDMA中功率控制、切换和多用户检测的基本原理、物理

37、信道的编码和调制、小区搜索和同步过程、物理信道的映射、无线接入网体系结构、全IP网络的基本知识、HSDPA技术 本章重点 = 扩频通信原理基础知识、功控和切换的工作原理、逻辑信道及其到物理信道的映射、无线接入网体系结构 学习本章目的和要求 = 了解CDMA的原理和基础知识、熟悉WCDMA的关键技术、熟悉扰码规划原理和小区搜索过程 = 了解WCDMA的逻辑信道和物理信道 = 了解全IP网络基本知识 = 了解HSDPA的关键技术及其物理层结构 3.1 CDMA基本原理 3.1.1 CDMA（码分多址无线接入） 图3-1 多址接入方式 3.1.2 扩频通信 CDMA是以扩频技术为基础的，所谓扩频是把

38、信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。扩频通信属于宽带通信系统，它与传统的窄带通信系统不同，其主要特征是扩频前信源提供的消息码元带宽（或速率）远远小于扩频后信道的扩频序列信号带宽（或速率）。 适用于CDMA蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频（DS）或简称直扩。图3-2 直接序列扩频 扩频信号的产生包括调制和扩频两个步骤，采用扩频解扩过程是为了实现CDMA多址接入，但是采用了这种方案后，因信号的扩展和增加的带宽，扩频信号将会产生如下与窄带信号相异的特性。 1抗干扰性强2易于同频使用，提高了无线频谱利用率3安全保密4抗多径干扰 扩频通信有两个主要的性能指标：处理增益Gp和抗干扰容限Mj。 1处理

39、增益Gp 处理增益又称为扩频增益。如果用Wc表示码片速率，用Wi表示用户数据速率，处理增益则表示为 Gp=Wc/Wi 2抗干扰容限Mj 抗干扰容限反映了扩频通信系统抗干扰的能力，代表了保证接收到的解调后信号能够达到系统所要求的信噪比(SNR)out时，系统可承受的干扰的最大值。 定义如下 Mj=Gp-(S/N)out+Ls 3.1.3 CDMA的软容量特性 CDMA系统是一个自干扰系统；CDMA系统单载频的容量不像FDMA、TDMA那样是固定的，这也就是所谓的软容量特性。因此，功率控制在CDMA系统中起着重要作用，它直接影响着系统容量。 在CDMA系统中，当系统容量达到饱和时，可以以通信质量稍

40、有变坏作为代价来增加少量用户，这叫做软容量增加。体现软容量的另一种形式是小区呼吸功能，即各个小区的覆盖大小是动态的。 当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减少导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足而切换到相邻小区，使负荷分担，即相当于增加了容量。这就是CDMA的软容量特性。3.2 WCDMA关键技术 3.2.1 多径无线信道和Rake接收 1Rake接收的基本原理 Rake接收不同于传统的空间、频率与时间分集技术，它是一种典型的利用信号统计与信号处理技术将分集的作用隐含在被传输的信号之中的技术，因此又称其为隐分集或带内分集。由于移动通信传播中多径引起了接收信号时延功率谱的扩散

41、，其中最典型的有两类：连续型时延功率谱和离散型时延功率谱。 在接收端的多径传播信号可用矢量图（见图3-3）来表示（假设有3条主要的传播路径）。若采用扩频信号设计与Rake接收的信号处理后，3条路径信号矢量图可改变成如图3-4所示的形式。 Rake接收就是设法将上述被扩散的信号能量充分利用起来，其主要手段是扩频信号设计与Rake接收的信号处理手段。 图3-3 多径信号的矢量合成图 图3-4 利用Rake接收（相干检测）后的矢量合成图 2WCDMA中的Rake接收 在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。 不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频

42、码在选择时就要求它有很好的自相关特性，这样在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。 如果这些多径信号相互间的延时超过了一个码片的长度，那么，它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声而不再需要均衡了。 由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。图3-5 Rake接收机框图 从实现的角度而言，Rake接收机的处理包括码片级和符号级，码片级的处理有相关器、本地码产生器和匹配滤波器。 对于多个接收天线分集接收而言，多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理。 3.2.2 功率控制 WCDMA中采用的功率控制方案是快速闭环功率控制，如图3-6所示。在上行链路的功率控制中，基站要频繁估计接收到的信干比（SIR）值，并把它同目标SIR值相比较。 图3-6 CDMA中的闭环功率控制 下行链路中采用同样的闭环功控技术，但是目的不一样。下行链路基站对多个移动台发送信号，但是处于小区边缘的用户受到其他小区的干扰增加，需要提高功率来克服干扰，这就是下行的闭环功控。 为了配合移动台不同的移动速度和传播环境，WCDMA中还采用了外环功率控制：根据各个单独的无线链路的需要来调整目标SIR的设定值，其目标是取得恒定的链路质