WCDMA基础知识.ppt

1、WCDMA无线原理与关键技术,了解3G的发展情况了解WCDMA无线原理了解WCDMA关键技术,3G概述WCDMA无线原理WCDMA关键技术,第三代移动通信的提出IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，工作的频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故于1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游

2、能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统,3G发展概述,全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效率（CDMA）高服务质量、高保密性能易于2G系统演进过渡提供多媒体业务车速环境：144kbps步行环境：384kbps室内环境：2048kbps,IMT-2000 的目标,WCDMA协议版本的演进,WCDMA标准规划清晰，制定严谨 WCDMA支持HSDPA技术，顺应未来高速无线数据业务的需求 WCDMA将分阶段引入IP，目标是实现全网的IP化，标准比较完善 WCDMA 2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容R96 HSCSD（High

3、Speed Circuit Switched Data）R97 GPRS（General Packet Radio Service）R98 EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution）,继承2G（GSM和GPRS）所有的业务和功能核心网分CS电路域和PS分组域接入网引入WCDMA UTRAN核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM,继承WCDMA R99所有的业务和功能电路域结构的变化：控制和承载相分离，MSC可以用合一或SERVER、MGW分离结构实现电路域引入分组话音，支持多种传输技术：TDM，ATM，IP,继承WCDMA R4所有的业务和功能核心网增

4、加IM（IP多媒体域）RAN向IP方向发展增强的IP QoS能力，支持端到端的IP多媒体业务,2000,2001,2002,IP实时多媒体HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）,GSM/GPRS核心网WCDMA FDD,电路域IP话音承载电路域CS/MGWTD-SCDMAVoIP QoS是关键,WCDMA R6和后期网络特点,R6网络的主要特性引入MBMS业务上行采用HSUPA，速率提高到5.76MbpsR7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11MbpsR8网络的主要特性WCDMA R8

5、，也就是WCDMA LTE 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.,时延,误码,background,conversational,streaming,interactive,3G的业务应用,不同业务QOS要求,会话型业务类别,语音业务实时会话要求端到端的时延很低且业务是对称或近似对称使用AMR(自适应多速率)技术12.2,10.2,7.95,7.40(IS-41),6.70(PDC),5.90,5.15 和 4.75kbps.AMR的比特率可由无线接入网根据空中接口的负荷和话音连接的质量控制。AMR

6、可在网络容量，覆盖和话音质量之间根据运营商的要求进行权衡交易,视频电话时延要求与语音业务类似对于CS连接：采用ITU-T Rec.H.324M对于PS连接：采用IETF SIP,数据流型业务类别,多媒体数据流在数据流的信息实体之间保持时间的联系数据被处理成稳定和连续的流非对称业务,交互式业务类别,在一定时间内响应基于定位的业务网络计算机游戏网页浏览,后台式业务类别,不需立即采取行动E-mail 的传递SMS数据库的下载.,3G标准化组织,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-SC

7、DMA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,WCDMA协议版本的演进,继承2G（GSM和GPRS）所有的业务和功能核心网分CS电路域和PS分组域接入网引入WCDMA UTRAN核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM,继承WCDMA R99所有的业务和功能电路域结构的变化：控制和承载相分离，MSC可以用合一或SERVER、MGW分离结构实现电路域引入分组话音，支持多种传输技术：TDM，ATM，IP,继承WCDMA R4所有的业务和功能核心网增加IM（IP多媒体域）RAN向IP方向发展增强的IP QoS能力，支持端到端的IP多媒体业务,2

8、000,2001,2002,功能冻结点,WCDMA标准规划清晰，制定严谨 WCDMA支持HSDPA技术，顺应未来高速无线数据业务的需求 WCDMA将分阶段引入IP，目标是实现全网的IP化，标准比较完善 WCDMA 2001/06及以后发布的协议能够保持前向兼容,IP实时多媒体HSDPA,GSM/GPRS核心网WCDMA FDD,电路域IP话音承载电路域CS/MGWTD-SCDMAVoIP QoS是关键,cdma2000标准发展,cdma2000标准发展 cdma2000在核心网标准和技术方面相对滞后,IS-95A,规范完成时间点,1995,1998,2000,QCELP话音编码9.6kbps,

9、115.2kbps 8码道捆绑,307.2kbps话音容量加倍,cdma20001xEV-DO/DV,2002,DO:高速数据业务DV:高速数据业务话音业务,IS-95B,cdma20001x,cdma2000-3x,TD-SCDMA发展历程,三种主流标准的比较,3G频谱分配,中国3G频谱分配（2002年11月）,中国3G频谱分配（2002年11月）,IMT2000、欧洲的频率划分和中国一致北美的频率划分与中国的核心频段冲突第三代公众移动通信系统的工作频段为：（一）主要工作频段：频分双工（FDD）方式：19201980MHz21102170MHz；时分双工（TDD）方式：18801920MHz

10、/20102025MHz。（二）补充工作频率：频分双工（FDD）方式：17551785MHz18501880MHz；时分双工（TDD）方式：23002400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。（三）卫星移动通信系统工作频段：19802010MHz21702200MHz。,WCDMA基本组成,WCDMA网络结构,Iu-CS,Iu-CS,Iu-PS,Iu-PS,Iub,RNC,Node B,Node B,RNS,Iur,Iub,RNC,Node B,Node B,RNS,VLRMSC,VLRMSC,A,E,GMSC,Abis,BSC,BTS,BTS,BSS,PSTN,PS

11、TN,G,EIR,F,HLR,AUC,D,C,H,Abis,BSC,BTS,BTS,BSS,other PLMN,Gi,Gs,SGSN,Gb,GGSN,Gn,Gp,PDN,Gf,Gr,Gc,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

12、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

13、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,码序列的正交,

14、扩频与解扩,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,扩频与解扩,扩频定义与处理增益PG（处理增益）=Wc/RWc是码片速率R是信息速率用dB表示为PG=10log10(Wc/R)接收端进行相关解扩即可恢复原始信号扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强,扩频,解扩,码片,原始数据,扩频码,扩频信号=数据码字,扩频码,原始数据=扩频信号码字,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,简单的

15、CDMA发射接收机扩频接扩示意图,数据比特,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=3.8

16、4McpsWCDMA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,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。,信道编码的原理,信道编码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,床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国,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红红豆豆生生南南国国,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？红红豆豆生生南？国国,交织技术,交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。作用