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1、移动通信原理,第十章 WCDMA原理,2,课程目标,了解CDMA技术相比其它多址技术的优点了解WCDMA技术的基本原理了解WCDMA系统采用的关键技术,学习完本课程，您将能够：,3,课程内容,第一章多址技术和双工技术第二章WCDMA基本原理第三章 WCDMA 后续增强技术,4,频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行WCDMA、cdma2000使用FDD优点：实现简单缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行TD-SCDMA使用TDD优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙，频谱利用效率高缺点：实现较复杂，需要
2、GPS同步和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难,双工技术：区分用户的上行/下行信号,多址技术：区分不同用户,6,多址技术比较,FDMA TDMA CDMA 容量 1461020载干比(C/I)18dB 9dB-8-6dB实现难度 易 中 难,7,码分多址（CDMA）的技术特点,优点抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高CDMA系统的用户容量是软容量，具备一定的话务自适应能力（小区呼吸）保密性强：扩频后的信号近似白噪声缺点占用带宽较大CDMA系统是自干扰系统系统内用户互相干扰技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等,8,课程内容,第一章多址技术和双工技术第二章WCDMA
3、基本原理第三章 WCDMA 后续增强技术,9,WCDMA通信模型,扩频,解扩,无线信道,10,常用术语,比特（Bit），符号(Symbol)，码片(Chip)经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”经过信道编码和交织后的数据称为“符号”经过最终扩频得到的数据称为“码片”处理增益最终扩频速率和比特速率的比在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的,11,WCDMA通信模型,扩频,解扩,无线信道,12,WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps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，
4、有利于设计多模终端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,WCDMA的信源编码,13,扩频,解扩,无线信道,WCDMA通信模型,14,WCDMA的信道编码,信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22编码类型语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9，加8个尾比特数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行级联卷积码（PCCC）构成，加6个尾比特,15,交织的
5、作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响,交织,1 2 3 4 5 6 7 8.452 453 454,816.456,210.450,614.454,19.449,412.452,715.455,311.451,513.453,.,.,B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7,A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5,C1 B6,C2 B7,C3,一次交织：,二次交织：,16,扩频,解扩,无线信道,WCDMA通信模型,17,码序列的相关性,(a),(b),相关（相关性100）,不相关（0相关）,+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,18,扩频
6、原理,19,解扩原理,20,扩频/解扩原理频域解释,功率谱,Echip,Eb/No=Ec/Io 增益,21,WCDMA使用的扩频码：OVSF（Walsh）,OVSF码（Walsh）的互相关为零，相互完全正交,22,扩频因子与业务速率,符号速率（业务速率校验码）信道编码重复或打孔率码片速率符号速率扩频因子WCDMA业务速率384Kbps，信道编码1/3Turbo码，符号速率960Ksps扩频因子4，码片速率3.84McpsCdma2000-1x业务速率9.6Kbps，信道编码1/3卷积码，符号速率19.2Ksps扩频因子64，码片速率1.2288Mcps,23,扩频,解扩,无线信道,WCDMA通
7、信模型,24,码序列的自相关和互相关,不同用户（或载波）要采用不同的码序列区分互相关函数V()=互相关特性决定了多址干扰特性自相关函数R()=其自相关特性决定了多径干扰特性，比较难找！,25,扰码生成技术,随机序列（贝努利序列）0和1个数各一半1或者0连续个数的概率，连续一个为1/2，连续两个为1/4，连续三个为1/8，m序列由移位寄存器生成，是最大长度的线性移位寄存器序列，周期是2n-1（n为移位寄存器长度）其自相关函数只有一个最大值（延迟为零处），其他均为-1，单值性,26,m序列的生成,D,D,D,D,+,a1,a0,a2,a3,a4,m序列的缺点：只有一个序列，不同用户用不同“节拍”（
8、相位）区分，对同步要求很高,27,Gold序列,Gold序列由m序列的不同相位异或而成比m序列多得多：2n-1个（n为移位寄存器长度）自相关函数有多值，没有m序列好,28,Gold序列的自相关函数,自相关函数近似函数，减轻多径干扰分段后各段的互相关近似为零，减轻多址干扰良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小，可以用于区分用户，进行多址,29,Gold码的特点,优点：不需要GPS同步，系统灵活性、安全性高基站可以工作在异步模式室内覆盖容易实现缺点：码间干扰比m序列大,30,扩频、加扰的不同作用,以扰码区分小区（扇区载频）以OVSF码区分小区内不同用户上行、下行扰码不同,31,扩频,解扩,
9、无线信道,WCDMA通信模型,32,调制的作用,把需要传递的信息送上射频信道不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力GSMGPRS采用GMSK，数据业务速率最大171.2KbpsEDGE采用8PSK，数据业务速率最大可达到473.6KbpsWCDMAR99/R4采用QPSK，数据业务速率最大2.7MbpsHSDPA采用16QAM，下行数据业务速率最大可达到14.4Mbps,33,WCDMA R99、R4调制方式：QPSK,QPSK：Quaternary Phase Shift Keying,34,HSDPA（R5）调制方式：16QAM,16QAM：16 Quadrature Am
10、plitude Modulation,35,扩频,解扩,无线信道,WCDMA通信模型,36,无线传播环境：多径环境,37,无线通信的大敌：衰落,38,空间选择性衰落在不同地点（空间）衰落特性不一样一般是由于物体反射形成时间选择性衰落在不同时间衰落特性不一样主要是快速移动用户引起的多普勒频移造成频率选择性衰落在不同频率衰落特性不一样主要由宽带信号的时间色散引起,快衰落的类型,39,空间选择性衰落空间分集：分集天线水平距离大于10倍波长极化分集：两接收天线极化方向正交发射分集：克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起）,分集技术克服快衰落的主要手段,40,开环发射分集基于时空
11、块编码的发射天线分集（STTD）SCH上的时间切换传输分集（TSTD）闭环发射分集：FBTD发射分集可以提高下行覆盖，使WCDMA基站覆盖与GSM 900相当,WCDMA的发射分集,41,时间选择性衰落时间分集信道交织频率选择性衰落频率分集跳频、扩频RAKE接收机,克服快衰落的手段分集技术,42,Rake接收机,43,最大比合并在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增益系数，同相相加，在送入检测器进行监测等增益合并在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照相等的增益系数，同相相加，在送入检测器进行监测选择性合并在N个分集支路中选择具有最大信噪比的支路作为输出,分集接收合并技术,4
12、4,不同多径分集的接收效果,45,WCDMA功率控制速度可以达到1500次/秒功控速度大于衰落速度，可以克服阴影衰落和快衰落降低网络干扰，提高系统质量和容量省电，延长手机的通话时间,快速功率控制,46,课程内容,第一章多址技术和双工技术第二章WCDMA基本原理第三章 WCDMA 后续增强技术,47,第三章 WCDMA后续增强技术,智能天线技术多用户检测技术,48,降低来自其他方向的干扰，提高所需信号方向的接收灵敏度扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量,智能天线原理,49,全向小区,三扇区小区,智能天线小区,智能天线的小区配置,50,智能天线可以对高速率用户进行波束跟踪，起到空间隔离、消除干扰
13、的作用大大增加系统容量增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量减少发射功率，延长移动台电池寿命提高系统设计时的灵活性,智能天线的优点,51,现有结果：(Arraycomm，京瓷)针对DCS-1800和PHS的产品，提高覆盖范围230%降低要求基站数目70%，平均降低成本40%实现关键：多波束形成技术自适应干扰抑制技术空时二维的RAKE接收技术多通道的信道估计和均衡技术,智能天线研究,52,对智能天线支持的分析,WCDMA标准能够更好的支持智能天线技术,53,第三章 WCDMA后续增强技术,智能天线技术多用户检测技术,54,当前的CDMA接收
14、机基于RAKE 原理，将其他用户的干扰视为噪声基于RAKE 的CDMA系统的容量受干扰的限制最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干扰从期望的信号中减去（信号的相干特性是已知的，干扰是确定的）多用户检测（MUD）称为联合检测和干扰对消，降低了多址干扰，从而提高系统的容量多用户检测可以有效缓解远近效应问题,多用户检测技术,55,课程总结,本课程主要是对WCDMA系统进行一个概要的介绍通过本课程的学习，大家可以对3G有个概括性的认识，为后续的学习做好铺垫,56,习 题,1、WCDMA主要采用_工作方式，TD-SCDMA主要采用_工作方式，CDMA2000主要采用_工作方式。（FDD、TDD
15、）2、经过信源编码的含有信息的数据称为“_”；经过信道编码和交织后的数据称为“_”；经过最终扩频得到的数据称为“_”。A、码片chip B、符号symbol C、比特bit 3、处理增益是什么？4、请简述WCDMA的通信模型。5、WCDMA系统支持哪些业务速率。,57,习 题,6、WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps，根据用户离基站远近，系统可以自动调整语音速率，减少切换，减少掉话；并且也可以根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，这样可以节省部分功率，从而容纳更多用户，请简述原因。7、WCDMA最高语音业务速率为12.2Kbps，信道编码采用1/3卷积编码，请计算符号速率及扩频因子（码片速率3.84Mcps）,58,
