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1、WCDMA无线基本理论,中兴通讯学院,课程目标,学完本课程，您将能够：掌握无线基础知识了解IMT-2000的频谱规划情况掌握扩频通信原理,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,双工技术,TDD方式上下行频率相同可用于任何频段适合于上下行非对称及对称业务FDD方式上下行频率配对需要成对频段适合于上下行对称业务；,双工：传输方式(单工、半双工、双工)的一种 定义数据收发的工作方式,多址技术：定义多用户共享资源的方式；使众多的用户共用公 共的通信线路而相互不干扰.常用的方法基本上有三种：频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA,多址技术,各用户使用不同的频率,时间,频率,FDM
2、A,频分多址FDMA,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。要增加容量，就要对频段进行不断细分，带来的问题是对信噪比的要求越来越高信道利用率不高，无法满足大容量通信需求,CDMA抗干扰性：1.信息冗余度增加 2.宽带传输技术 3.码字的自相关性和正交性,时间,频率,TDMA,各用户使用不同的时隙,时分多址TDMA,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。时分多址技术存在问题是多址干扰，以及用户信道的同步问题。,时间,频率,CDMA,码,各用户使用不同的正交化码序列,码分多址CDMA,码分多址技术所有用户在同一时间、同一频段上、根据
3、不同的编码获得业务信道。,码分多址：1.通过扩频技术增加用户信息的冗余度，从而增 加用户信息的抗干扰性。2.通过扩频技术扩展信息传输的带宽，从而降低 发信机的发射功率，减小系统内的干扰和辐射 3.所有用户采用统一频率，统一时间，通过正交 的码区分小区、用户和信道。,WCDMA系统中所用到的码及其作用：扰码：上行用来区分UE 下行用来区分小区 OVSF码：上行用来区分同一用户的不同信道 下行用来区分同一小区的不同信道,CDMA码分多址应用,用户通过编码来区分自干扰系统(码的正交性得不到严格的保证，硬件精度等原因)CDMA系统受限特性(GSM是一个受限于频率的系统)干扰受限(上行)功率受限(下行)
4、码资源受限 CE受限,频率复用,无线传输技术RTT需求,Data：144 kbps 高速运动384 kbps 步行运动2 Mbps 室内运动Voice4.75Kb/s-12.2Kb/s根据带宽需求可变速率信息传递；满足不同业务的延时要求。,3G业务,3G业务,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,IMT-2000的频谱分配,中国3G频谱分配（2002年11月）,中国 3G 频谱分配,60 MHz,30 MHz,FDD,TDD,15MHz,40 MHz,155MHz,1785,1850,1755,1880,1920,1980,2010,2025,2110,2170,2200,2400,
5、Satellite,Empty,Satellite,2300,中国的3G频率规划,主要工作频段：频分双工(FDD)方式：1920-1980 MHz/2110-2170 MHz时分双工(TDD)方式：1880-1920MHz、2010-2025 MHz补充工作频段：频分双工(FDD)方式：1755-1785 MHz/1850-1880 MHz时分双工(TDD)方式：2300-2400MHz卫星移动通信系统工作频段：1980-2010 MHz/2170-2200 MHz目前已规划给公众移动通信系统的825-835 MHz/870-880 MHz、885-915 MHz/930-960 MHz和17
6、10-1755 MHz/1805-1850 MHz频段同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段,上、下行频率使用方式不变。,中国移动：1880-1900MHz和2010-2025MHz；中国电信：1920-1935MHz和2110-2125MHz；中国联通：1940-1955MHz和2130-2145MHz。,课程内容,无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,信元编码技术,AMR技术 1990年ETSI引入自适应多速率编码技术 可根据信道质量和传输
7、状况自适应的选择最佳信道模式(全速率/半速率)和信元编码模式。信道模式自适应只在呼叫建立或进入新小区时改变，通过过程中不变；信源编码方式和信道编码方式在通话过程中，在保证总的传输速率不变的情况下，自适应的改变信元编码方式和信道编码方式，达到语音质量和系统容量的完美结合。AMR支持4.75、5.15、5.90、6.70、7.40、7.95、10.2和12.2 kbit/s 8中模式的信元编码速率。,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
8、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：减小信道快衰落带来的影响。缺点：带来了附加的额外延时
9、在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,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,床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国,床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国,床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国,编码,交织,去交织,解码,突发错误,信道编码和交织技术的使用,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：减小信道快衰落带来的影响。优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突
10、发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,扩频通信的定义,扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。直接序列扩展频谱
11、DSSSCDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。调频FH 跳时TH,CDMA的几种形式,直接扩频码分多址（DS-CDMA）多用户完全同一时间、同一地点占用同一频率资源；跳频码分多址（FH-CDMA）：单一用户单一时刻占用的频谱带宽较窄，占用频率随时间变化按照一定规律跳变，跳变规律由地址码决定。跳时码分多址（TH-CDMA）：单一用户不定时占用较宽的频谱，占用的时间按照一定规律变化，时间改变的规律由地址码决定。,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论基础为Shannon定
12、理：C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W,结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.,扩频通信的理论基础,扩频码速率：3.84Mc/s；扩频码：OVSF码。,直接扩频通信,码序列的正交累加为0表示正交,码序列的正交性,WCDMA系统扩频码（信道化码）,WCDMA扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。Walsh函数是一种非正弦波
13、的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。,SF=1,SF=2,SF=4,C,ch,1,0,=(1),C,ch,2,0,=(1,1),C,ch,2,1,=(1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1),C,ch,4,1,=(1,1,-1,-1),C,ch,4,2,=(1,-1,1,-1),C,ch,4,3,=(1,-1,-1,1),OVSF：Orthogonal variable spreadi
14、ng factor,OVSF-正交可变扩频因子,符号速率扩频因子码片速率上行信道码的SF为：4256下行信道码的SF为：4512,OVSF码,扰码,数据符号,扩频后码片,WCDMA系统的扩频,用户数据,-1+1-1-1+1-1,扩频码,+1-1-1+1-1+1+1-1,扩频信号,用户数据扩频码,解扩数据,用户数据扩频码,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解扩,扩频,WCDMA扩频示意,解扩的方法,WCDMA的解扩,扩频解扩过程举例,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,De-spread,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-4
15、,4,0,0,Judge,-1,1,1,-1,1,-1,-1,1,Spread,Integral,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,不同用户使用不同的扩频码,C1与C2正交：C1xC2=0,扩频解扩过程举例,其他用户的信号,Eb/No,PG,处理增益PG=Wc/RWc是码片速率R是信息速率,扩频中的品质因子Eb/No,扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强,Eb/N0与PG关系,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
16、频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,窄带干扰,宽带干扰,扩频通信示意图,扩频通信的特点,抗干扰能力强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,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机数据,手机数据,数据比特,扩频后码片,扰码使用户信息伪随机化，加强保密性WCDMA扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为Gold码序列。扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样,扰码介绍,WCDMA系统中的扰码,WCDMA的扰码是由GOLD序列生成的Gold序列具有良好的自相关性质，其分段序列之间互相关很
17、小，用于码分多址中区分小区和用户，进行多址。,WCDMA系统中的扰码是一种 伪随机序列(PN码)它具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。通过扰码可以使用户数据进一步随机化，增强了保密性能，同时便于进行多址通信。,上/下行扰码作用,上行扰码共224个，用于区分同一小区的不同用户上行扰码分为长扰码和短扰码，其中短扰码用于多用户检测下行扰码共218-1个，用于区分不同的小区常用扰码是0，1，8191，分为512个集合，每个集合包括一个主扰码和15个次级扰码。512个主扰码又可以分为64个扰码组，每组由8个主扰码组成,k=0,1,2,8191 对应的是8192个普通扰
18、码，用于正常模式.k+8192，k=0,1,2,8191 是在压缩模式下当n=SF/2时所使用的可替代扰码，称为右辅扰码，共有8192个.,编码交织,基带调制,扩频,加扰,射频调制,无线信道,解码解交织,基带解调,解扩,解扰,射频解调,收发信机数据处理过程,手机发射,基站接收,WCDMA调制方式,上行调制方式BPSK下行调制方式QPSK（HSDPA阶段引入16QAM调制）,实部与虚部分离,脉冲成型,脉冲成型,串并转换,串并转换,下行物理 信道1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G2,下行物理 信道2,Gp,Gp,P-SCH,S-SCH,cos(wt),-sin(wt),Re(T),Im(T),物理信道扩频调制过程-下行,实部与虚部分离,脉冲成型,脉冲成型,cos(wt),-sin(wt),Sdpch,n,Re(S),Im(S),Cd,1,d,I,cc,Q,j,I+jQ,DPDCH1,Cd,3,d,DPDCH3,Cd,5,d,DPDCH5,Cd,2,d,DPDCH2,Cd,4,d,DPDCH4,Cd,6,d,DPDCH6,cc,Cc,c,DPCCH,Q,物理信道扩频调制过程-上行,思考题,1、信道、多址与复用2、编码交织的作用3、扩频的原理4、扩频在WCDMA中的实现,
