WCDMA系统研究与分析 最终修改版.docx
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WCDMA系统研究与分析最终修改版
万博科技职业学院
毕业设计（论文）报告
系别电子信息工程
专业通信技术
年级11级
学制3年
学号1101012008
姓名/
二〇一四年五月
题目
WCDMA系统研究与分析
主
要
内
容
本文的主要内容可分为三个部分。
第一部分主要介绍WCDMA的概念、基本原理；第二部分系统介绍信号传输机理，并分析了各个关键环节的运行方式。
第三部分介绍了WCDMA的技术现状和发展趋势。
导
师
评语
成绩
导师
WCDMA系统研究与分析
摘要：
移动通信技术开始是各自发展的状态，各个国家、技术组织都不断发展自己的技术，美国有AMPS、D-AMPS、IS-136、IS-95，日本有PHS、PDC，欧洲则是GSM。
这种格局一方面在移动通信发展的初期满足了用户的需求，开拓了移动通信市场，另一方面也人为造成地区间的隔离，引发了全球统一移动通信制式的需求。
ITU正是在这个背景下于1985年启动了第三代移动通信系统的规范工作。
在第三代移动通信规范提案的概念评估过程中，宽带码分多址（WCDMA）技术以其自身的技术优势成为3G的主流技术之一。
WCDMA（宽带码分多址）是一种无线通信技术，是中国联通目前采用的3G通讯标准，作为3G的主流标准，WCDMA技术已逐步走向成熟。
关键词：
WCDMA；扩频；RAKE
目录
1.引言............................................................1
1.1WCDMA的概念....................................................3
1.2WCDMA的发展历程
2.2WCDMA关键技术.................................................8
3应用现状与前景..................................................16
致谢..............................................................17
参考文献..........................................................18
1引言
1.1WCDMA的概念
上个世纪80年代，第一代（IG）模拟蜂窝移动通信系统虽然频谱利用率低、保密性能差，但是其实现了无线的语音通信，人类从有线通信进入无线通信。
90年代初期，第二代（2G）数字蜂窝移动通信系统开始应用，它弥补了模拟无线通信的一些缺陷，并在无线话音的业务上增加了低速率的数据传输业务，但是其主要还是为了实现话音通信的无线化，不能为高速率的数据通信业务提供支持。
所以近年来出现了2.5代移动通信系统，在一定程度上加强第二代移动通信系统数据传输的能力，但还是不能有效地支持高速率的数据通信业务，因此其进一步发展受到很大的限制。
第三代移动通信系统是基于因特网的飞速发展、各种无线通信业务需求量的加大，人们对高速率数据传输迫切要求下应运而生。
WCDMA全名是WidebandCodeDivisionMultipleAccess，中文译名为“宽带分码多工存取”，是在欧洲和日本几种技术的基础上，采用MCFDD双工模式的一个ITU（国际电信联盟）标准，与GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）网络具有很好的兼容性和互操作性，并能够为各种无线设备提供较高速率的数据传输[1]。
WCDMA系统的传输速率在局域网可达2Mb/S，在宽带网能达到384Kb/s，因此能够有效的支持无线话音、图像、数据以及视频通信业务。
在人口密集的地方，第二代通信系统的语音线路容易产生堵塞，为了在一条线路上传送更多的语音呼叫信号，WCDMA采用了异步传输模式（ATM），从而把呼叫数目成倍的提高，由原来的30个提高到300个。
WCDMA系统解决了第二代移动通信系统在同一条传输通道中，同一时间内不能同时进行语音通信和数据传输的问题，它采用了电路交换和分包交换技术。
其中用电路交换技术实现语音通信，通过分包交换技术用户在接听电话时可以访问因特网，大大提高了移动电话的使用效率。
费用方面，由于第三代移动通信承载了语音业务和高速率的数据业务，因此它的费用可分为两部分。
第一部分:
语音通信所产生的费用，按照用户语音通信接入的时间进行计算。
第二部分:
数据业务，由于数据业务是通过分包交换技术实现的，因此它的费用计算不同与语音业务的按接入时间计算，而是通过数据的传送量来计算。
1.23G通信标准比较
WCDMA
CDMA2000
TD-CDMA
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）
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；
外环功控
快速闭环功控：
800Hz；外环功控
闭环功控：
0～200Hz；
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/13kQCELP/8kEVRC
AMR
本文的主要内容可分为三个部分。
第一部分主要介绍WCDMA系统的发展历程和基本原理以及与其他3G无线通信技术的区别；第二部分系统介绍信号传输机理，并分析了各个环节的运行方式。
第三部分介绍了系统的应用现状和趋势。
2．WCDMA系统发展历程与关键技术
2.1WCDMA系统的发展历程
日本于1993年在ARIB中建立了研究委员会来进行日本3G的研究和开发，并通过评估将CDMA技术作为3G的主要选择。
日本运营商NTTDoCoMo在1996年推出了一套WCDMA的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持。
由此产生了WCDMA的发展动力。
1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了WCDMA技术的发展，加快了WCDMA的标准化进程，并最终使WCDMA技术成为ITU批准的国际通信标准。
第三代的主要技术体制，其中WCDMA-FDD/TDD（现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称低码片速率TDD）都是由3GPP开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。
值得指出的是，TD-SCDMA技术规范是我国第一份自己提出，被ITU全套采纳的无线通信标准，最近已经通过了3GPP的规范化进程，推出了完整的技术规范协议。
目前看来，将要采用的第三代标准中选取WCDMA-FDD模式的国家是最多的，比如欧洲、日本、韩国都决定WCDMA-FDD模式为自己的主流制式。
去年底，美国的AT&T移动业务分公司也宣布选取WCDMA-FDD为自己的第三代业务平台。
WCDMA的三套技术实际上采用的是同一套核心网络规范，不同的无线接入技术。
其核心网络的主要特点就是重视从GSM网络向WCDMA网络的演进，这是由于GSM的巨大商业成功造成的，这种演进是以GPRS技术作为中间承接的。
除了制定TD-SCDMA标准以外，中国也积极参与了ITU和3GPP的WCDMA另外两种技术的跟踪、评估和研发工作，这些工作在90年代中期就已经开始了。
1998年成立的中国无线通信标准研究组（CWTS）是3GPP的正式组织成员，华为公司、大唐集团等国内企业还加入3GPP，成为独立成员。
目前这些企业都在加紧研发自己的WCDMA-FDD系统，力争和国外主要通信设备制造商同期加入我国移动通信的实验网建设工程中。
在3GPP成员和专家的努力下，WCDMA已经推出了成熟的可供商用的版本Release99和包括TD-SCDMA全套规范的Release4版本。
但是，由于无线通信技术和IP技术的迅速发展，WCDMA标准也在不断发展中，新的兼容的无线技术和核心网络技术也在不断被提出和采纳，从现在的情况看，WCDMA还是一个“活”的标准，在后面会介绍WCDMA还有许多需要研究的课题，需要学术界和产业界的共同开发。
日本于1993年在ARIB中建立了研究委员会来进行日本3G的研究和开发，并通过评估将CDMA技术作为3G的主要选择。
日本运营商NTTDoCoMo在1996年推出了一套WCDMA的实验系统方案，并得到了当时世界上主要的移动设备制造商的支持。
由此产生了WCDMA的发展动力。
1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了WCDMA技术的发展，加快了WCDMA的标准化进程，并最终使WCDMA技术成为ITU批准的国际通信标准。
第三代的主要技术体制，其中WCDMA-FDD/TDD（现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融和后现称低码片速率TDD）都是由3GPP开发和维护的规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。
值得指出的是，TD-SCDMA技术规范是我国第一份自己提出，被ITU全套采纳的无线通信标准，最近已经通过了3GPP的规范化进程，推出了完整的技术规范协议。
目前看来，将要采用的第三代标准中选取WCDMA-FDD模式的国家是最多的，比如欧洲、日本、韩国都决定WCDMA-FDD模式为自己的主流制式。
去年底，美国的AT&T移动业务分公司也宣布选取WCDMA-FDD为自己的第三代业务平台。
WCDMA的三套技术实际上采用的是同一套核心网络规范，不同的无线接入技术。
其核心网络的主要特点就是重视从GSM网络向WCDMA网络的演进，这是由于GSM的巨大商业成功造成的，这种演进是以GPRS技术作为中间承接的。
除了制定TD-SCDMA标准以外，中国也积极参与了ITU和3GPP的WCDMA另外两种技术的跟踪、评估和研发工作，这些工作在90年代中期就已经开始了。
1998年成立的中国无线通信标准研究组（CWTS）是3GPP的正式组织成员，华为公司、大唐集团等国内企业还加入3GPP，成为独立成员。
目前这些企业都在加紧研发自己的WCDMA-FDD系统，力争和国外主要通信设备制造商同期加入我国移动通信的实验网建设工程中。
在3GPP成员和专家的努力下，WCDMA已经推出了成熟的可供商用的版本Release99和包括TD-SCDMA全套规范的Release4版本。
但是，由于无线通信技术和IP技术的迅速发展，WCDMA标准也在不断发展中，新的兼容的无线技术和核心网络技术也在不断被提出和采纳，从现在的情况看，WCDMA还是一个“活”的标准，在后面会介绍WCDMA还有许多需要研究的课题，需要学术界和产业界的共同开发。
2.2WCDMA关键技术
2.2.1信源编码与信源解码
WCDMA系统采用自适应多速率（AdaptiveMulti-Rate，AMR）语音编解码技术，多速率声编码器是一个带8种信源速率的集成声码器，这8种速率包括：
12.2kbps（GSM-EFR）、10.2kbps、7.95kbps、7.40kbps、（IS-641）、6.70kbps（PDC-EFR）、5.90kbps、5.15kbps和4.75kbps。
AMR比特速率可以由无线接入网来控制。
为了实现与现有无线网络的互连互通，有些模式与现有网络是相同的，比如，12.2kbpsAMR声码器相当于GSM-EFR编解码器，7.4bps相当于US-TDMA的声码器，而6.7kbps的相当于日本的PDC声码器。
AMR声码器能够根据指令在20ms的语音帧间进行比特速率的切换，但是进行AMR模式切换时，需要使用带内信令。
AMR声码器处理基于20ms的语音帧，相当于在采样频率为8000/s点时要处理160个样本。
多速率声码器的编码方式为代数码激励线性预测编码。
话音编码器输出的话音参数比特在传输之前需要按照它们的主观重要性来重新排序，并且重排后，还需要根据它们对错误的敏感性进一步重排。
这些参数分为3种不同的重要级别：
A、B、C级。
A级是最敏感的，因此要采用最好的信道编码。
AMR还包括了错误隐蔽机制。
详细的说，帧置换的目的是隐蔽由丢失的语音帧带来的影响。
当发生多个语音帧丢失时，通过消音来指示到用户的信道中断，以避免产生讨厌的杂音，这就是帧置换过程的好处。
AMR声码器可以容忍A类比特大约1%的误帧率而不会带来话音质量的恶化。
对应的A类比特的误比特率为万分之一左右。
对于B类和C类来说，可以相对高一些。
根据空中接口的负荷以及话音连接的质量，无线接入网络控制AMR语音连接的比特速率。
在高负荷期间，比如忙时，就有可能采用较低的AMR速率在保证略低的语音质量的同时提供较高的容量。
当然，如果移动终端离开了小区覆盖范围，并且已经达到了它的最大发射功率，可以利用较低的AMR速率来扩展小区的覆盖范围。
因此，利用AMR编码，就有可能在网络容量、覆盖以及话音质量间按运营商的要求进行折中。
概括的说，AMR编解码技术有以下几个特点：
1.多速率：
8种编码速率，从12.2Kbps到4.75Kbps。
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
2.根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话
3.根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省部分功率，从而容纳更多用户
2.2.2扩频与调制技术
物理信道成帧后，需对物理信道的数据流进行扩频、加扰。
扩频又叫信道化操作，用一个高速数字序列与数字信号相乘，把数据符号转化为一系列的码片，提高了数字符号的速率，增加了信号带宽。
在接收端用相同的高速数字序列与接收符号相乘将扩频符号解扩。
用来转换的数据序列符号叫信道化码，在WADMA中采用OVSF作为信道化码；每个符号被转化成的码片数目为扩频因子。
第二步操作为加码，用一个伪随机序列与扩频后的序列相乘，对信号起加密、扰乱作用。
扰码的码片速率与已扩频符号相同，因此不影响符号速率.
上行链路物理信道加扰的作用是区分用户，下行链路加扰可区分基站和信道，因此选择的扰码间必须有良好的自相关性。
WCDMA采用Gold序列做扰码。
下行链路中的同步信道的调制方法最特殊，使用的同步码与下行信道的扰码分配方案密切相关，与用户开机时的小区搜索过程密切相关。
2.2.3信道编码与复用
WCDMA系统信道复用过程与物理信道的编码过程不可分。
来自高层的业务数据经过封装，以传输信道数据的形式进入物理层。
物理层对来自高层的数据进行编码再发射；在接收端，数据在物理层被译码后再送往上层。
物理层的信道编码包括检错编码、纠错编码、速率匹配和交织。
WCDMA系统的复用过程是为并发业务分配无线资源、保证其业务质量、并将传输格式通知接收机的过程；具体到物理层，就是把承载了用户信息的传输信道与其控制信息进行组合，在映射到物理信道，进行发送的过程。
2.2.4Rake接收和多用户检测技术
（1）初始同步与Rake多径分集接收技术
CDMA通信系统接收机的初始同步包括PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等。
Cdma2000系统采用与IS-95CDMA系统类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。
WCDMA系统的初始同步则需要通过“三步捕获法”进行，即通过对基本同步信道的捕获建立PN码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收，确定扰码组号等，最后通过对可能的扰码进行穷举搜索，建立扰码同步。
（2）多用户检测技术
Rake接收机在单用户下的性能较好，但随着用户数目的增加，接收机的性能急剧恶化。
主要是因为每个用户在Rake接受处理时，都把其他用户的信号视为干扰。
而各用户的扩频码通常难以保证正交，因而造成多个用户之间的相互干扰，并限制系统容量的提高。
用户数量越大，干扰越大，性能也就也恶劣。
解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术，多用户检测（MUD）称为联合检测和干扰对消，降低了多址干扰，可有效缓解直扩CDMA系统中的远近效应问题，从而提高系统的容量。
3应用现状与前景
中国电信业重组之后，固网与移动网的融合业务将成为差异化竞争的利器。
在这种竞争趋势下，分组交换、ＡＴＭ、ＩＰ等各种技术的融合已经成为移动通信的发展趋势，而且移动通信和互联网络的结合也越来越紧密。
未来WCDMA业务将向多样化、个性化、多媒体化、智能化以及分组化方向发展，如图像、话音与数据相结合的多媒体业务和高速数据业务。
相比2G，WCDMA的优势在于能够更强的提供高速数据业务。
国内运营商应首先考虑在城市和热点地区快速部署WCDMA网络，保证在覆盖区域内能提供连续的CS64kbps覆盖，同时通过升级WCDMA到HSDPA/HSUPA，为用户提供更有竞争力的终端体验。
全业务运营是电信重组之后电信产业发展的必然趋势，在实现语音业务向数据业务转型的过程当中，差异化竞争无疑是一大突破口。
对国内运营商来说，内容的提供是差异化竞争的重要资源，因此需要全面整合网络、知识、人才和产业来搭建综合性支撑平台。
在内容提供方面，产品多样化是满足用户需求的保证。
从亚洲和欧洲增值业务的应用趋势来看，中国运营商可以在满足用户基于WCDMA的娱乐类业务的同时，进一步开展通信类和电子商务类的增值业务，以保持与互联网和IT产业的同步发展[8]。
致谢
行文至此，我的这篇论文已接近尾声；岁月如梭，我3年的大学时光也即将敲响结束的钟声。
离别在即，站在人生的又一个转折点上，心中难免思绪万千，一种感恩之情油然而生。
生我者父母。
感谢生我养我，含辛茹苦的父母。
是你们，为我的学习创造了条件；是你们，一如既往的站在我的身后默默的支持着我。
没有你们就不会有我的今天。
谢谢你们，我的父亲母亲！
在这3年中，老师的谆谆教导、同学的互帮互助使我在专业技术和为人处事方面都得到了很大的提高。
感谢万博科技职业学院在我3年的大学生活当中对我的教育与培养，感谢信息学院的所有专业老师，没有你们的辛勤劳动，就没有我们今日的满载而归，感谢大学3年曾经帮助过我的所有同学。
在制作毕业设计过程中我曾经向老师们和同学们请教过不少的问题，老师们的热情解答和同学们的热心帮助才使我的毕业设计能较为顺利的完成。
在此我向你们表示最衷心的感谢。
参考文献
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清华大学出版社，1992,（03）.
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人民邮电出版社，2003,（09）.
[3]樊昌信.通信原理（第5版）[M]．北京：
国防工业出版社，2001,（02）.
[4]佟学俭.移动通信技术原理与应用[M].北京：
人民邮电出版社，2003，（06）.
[5]沈兰荪.调制解调的数字实现[M].北京：
电信科学，1998，（03）.
[6]南利平.通信原理简明教程[M].北京：
清华大学出版社，2007，（07）.
[7]查光明.熊贤祚.扩频通信[M].西安：
西安电子科技大学出版社，1999，（09）.
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