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1、WCDMA无线原理与关键技术,课程内容,3G概述 WCDMA无线原理 WCDMA关键技术,3G技术体制,WCDMA由标准化组织3GPP所制定 cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成 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3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中,三种主流标准的比较,课程内容,概述 WCDMA无线原理 WCDMA关键技术,多址接入,频分多址技术 业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。,时分多址技术 业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。,码分多址
2、技术 所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道。,双工方式,TDD方式 可用于任何频段 适合于小区/微微小区组网 适合于上下行非对称及对称业务 FDD方式 需要成对频段 适合于大区制全国性组网 适合于上下行对称业务； 其他,发射信号,无线传播特性(多径效应),无线传播特性(信号衰落),无线传播特性,电磁传播直射、反射、散射和绕射 无线环境中的信号衰减分成三部分 路径损耗：幅度衰减较大 慢衰落:由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落，又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度
3、 快衰落:合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 ，称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度随机。 快衰落包络分布的描述方法 瑞利分布：非视距传播 莱斯分布：视距传播,抗快衰落措施分集,信号分集,时间分集 符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术 空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。 频率分集 GSM采用跳频 CDMA采用扩频技术,WCDMA数据简要发送接收过程,手机数据,编码交织,扩频,调制,射频
4、发送,射频接收,解调,解扩,解码解交织,手机数据,无线信道,扩频技术,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。 其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N) C:信道容量 W:信道带宽 S/N：信噪比,扩频通信示意图,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S（f）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,脉冲干扰,白噪声,在上图所示的例子中，将原始数据与扩频码序列混合后（相乘），恰好在原始数据的每个比特周期内插入了8个码片，传输的频率大为展宽。在接收端的解
5、扩就是在比特周期内用与发端相同的扩频序列对扩频后的码片积分，使得数据得到恢复。处理增益就是码片周期与原始数据比特周期的比值。在比特周期固定的情况下，码片周期取决于扩频带宽，扩频带宽越宽，处理增益越大，更有利于数据序列恢复。由于无线频谱资源有限，扩频带宽的大小是一个综合平衡的选择，不可能一味求大。在目前制式中WCDMA的扩频带宽为5MHZ，CDMA2000扩频带宽为1.25MHZ。,扩频原理介绍,符号速率 SF = 3.84Mcps WCDMA中，上行信道码的SF为：4256 下行信道码的SF为：4512,WCDMA系统的扩频,OVSF:正交可变扩频因子,数据 比特,扩频后 码片,扩频通信的特点
6、,抗多径干扰能力强 抗突发脉冲干扰 保密性高 低发射功率 易于实现大容量多址通信 占用频带宽,信道编码,WCDMA采用高性能的信道编码，提高系统性能 编解码极大地降低了工作点的信噪比，是无线传输中的常用手段 Turbo码能够使传输信号的信噪比接近Shannon极限,编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速率。,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）多径信号来实现的 可简单解释为：如果一条路径中的信号经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号
7、。 优点 易获得相对稳定的信号 可获得分集处理增益 提高信噪比,开环发射分集 使用空时编码对信号进行处理，并从两根天线上发射，综合利用了时间分集和空间分集技术 闭环发射分集 由接收端反馈参数控制两根发射天线的加权，是带反馈技术的空间分集 交织技术 是一种隐含的时间分集技术，与WCDMA系统选用的编码方案配合使用 RAKE接收技术 也是一种隐含的时间分集技术。认为：一个码片时间 信道的相关时间，RAKE接收利用的多径信号被认为是发射机多次发送过来的信号,WCDMA使用的分集技术,课程内容,概述 WCDMA无线原理 WCDMA关键技术,码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率攀升现象。 WCDMA
8、网络 会议室 码信道传输用方言交谈 信道功率说话声音 保证信道质量听清对话 信道功率增加谈话声音提高 功率攀升大家都提高声音 超过线性范围崩溃喊破喉咙，仍然听不清 小区外的干扰房间外的干扰,功率攀升,克服远近效应和补偿衰落 减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间,下行功率控制,小区发射功率,上报功率控制比特,手机发射信号,功率控制命令,上行功率控制,功率控制,三种功率控制,开环 UE从导频信道中测量RSCP，估算出路径损耗，调整发射功率至接入网络成功,闭环内环 测量信噪比和目标信躁比比较，发送指令调整发射功率 WCDMA闭环功率控制频率为1500Hz 若测定SIR目标SIR， 降低移动台
9、发射功率 若测定SIR目标SIR， 增加移动台发射功率,闭环外环 测量误帧率（误块率），调整目标信噪比,闭环功率控制涉及到UE、基站（NODE B），和RNC三个网元及Uu、Iub两个接口。其中UE和基站这一部分功能成为内环功率控制，其余部分则成为外环功率控制,开环是指闭合的上下行链路还没有建立之前，无法通过收发信机间的反馈确定最佳发射功率，开环功率控制是在传输信道及接收机状况未知的情况下来估计最佳的初始发射功率的过程。,UE,Node B,UE,开环功率控制,开环功率控制的目的就是提供： 初始发射功率的粗略估计,UE,Node B,外环,内环,闭环功率控制,1500Hz,测量接收信号 SIR
10、并比较,10-100Hz,设置SIRtar,测量接收数据 BLER并比较,TPC,设置BLERtar,当UE成功接入系统，进入业务信道后，上下行链路已经关闭。这时的功率控制是基于不断地测量反馈来调整、更新上下行链路发射功率的过程，称为闭还功率控制。,功率控制效果,下行链路功率控制目的 节约基站的功率资源，减少对其他基站的干扰 上行链路功率控制目的 克服远近效应，所有的信号到达基站的功率相同,功率控制决定了WCDMA系统的容量,由于在多径信号中含有可以利用的信息（不同的路径信号中可能含有可以互补的信息），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。 RAKE接收机就是通过多个
11、相关检测器接收多径信号中各路信号，并把它们合并在一起。,RAKE接收机,RAKE接收,多径示意图,d1,d2,t,t,t,d3,发射,接收,Raker合并,噪声,RAKE接收机工作原理,在接收端，将M条相互独立的支路进行合并后，可以得到分集增益。合并方式有三种：选择合并、最大比合并、等增益合并。 WCDMA系统采用最大比合并方式，获得最佳分集增益。,RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能,RAKE接收,接收机,单径接收电路,单径接收电路,单径接收电路,搜索器,计算信号强度与时延,合 并,合并后的信号,t,t,s(t),s(t),RAKE接收,A,?,接收,A,A,发射,coding,decoding,A,直射信号,反射信号,如果时间差 1 码片长度,A,A,A,A,A,decoding,直射信号,反射信号,发射,接收r,如果时间差 1 码片长度（传播路径差大约是78米）,coding,谢谢大家！,