G培训资料之WCDMA技术简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,WCDMA,技术简介,3,G,培训资料之三,目录,多址技术,CDMA,基本原理,CDMA,系统的关键技术,基本理论和其他技术在,WCDMA,系统的应用,WCDMA,系统基本结构,1. 多址技术,多址技术,：根据不同用户信号特征的不同区分用户，要 求各信号的特征彼此独立（正交），,即互相关为零。,FDMA:,不同用户使用不同的频率进行通信，频域正交。,窄带传输,连续发送,无同步要求,互调干扰,频率规划,FDMA原理,TDMA,：,不同用户使用不同的时隙进行通信，时域正交。,所有用户工作于同一个频率，无互调干扰存在；,时隙分配和管理；,不连续发送；,系统需精确的定时和同步；,用户可在工作时隙之外的时间，测量基站信号强度,或检测系统信息，系统易于管理；,脉冲干扰；,带宽增加；,峰值功率增加,TDMA原理,CDMA,：,不同用户使用不同的码序列进行通信，码域正交,时间连续发送；,带宽进一步增加；,系统容量大；,软容量；,软切换；,可以通过话音激活技术进一步提高容量；,抗干扰能力强；,抗多径衰落；,保密性好；,多址干扰；,同步要求高,CDMA原理,蜂窝的概念-,频率复用,越区切换,频率复用-,将系统中的小区分为区群，每群K个小区。,将总的M个频道分为K组，分别指配给K个小区使用。,频率复用-,两个小区只要在地理上相隔一定的距离，同一频率组可在,不同的小区中使用。频率复用的距离取决于系统对同道干,扰的抑制能力。,N为每小区的可用频道数，M为系统的总频道数，K为,区群的小区数。,C/I为保证满意通信质量所需的载波功率与干扰功,率比，对FDMA系统，C/I一般取为18dB，对TDMA,(如GSM)系统，C/I可取为9dB。,FDMA、TDMA系统（全向小区）的容量公式：,CDMA系统的小区频率规划,CDMA系统的容量-,对全向小区，考虑邻近小区的干扰的影响，在所有用户,到达基站的功率相等且使用话音激活技术时，CDMA系,统的容量公式为：,这里，W为CDMA信号所占带宽，Rb为原始信息速率，,Eb/I0为系统的门限值，G定义为扩频系数。F为信道再,用效率，其值为0.6，d为话音激活系数，取值为0.35。,三种多址方式，系统容量的简单比较,：,考虑总频带为1.25,MHz，,FDMA（TACS）,系统频道间隔为25,kHz，C/I=18dB；,TDMA(GSM),系统频道间隔200,kHz，C/I=9dB，,每载频8时隙；,CDMA(IS-95A),系统的信息传输速率为9.6,kb/s，Eb/I0=7dB；,结果以每小区的可用信道数来表述：,FDMA: 7,TDMA: 16,CDMA: 44,注：本结果仅供参考，不同条件下的容量比较结果可能,不同，且差异较大。,容量比较,2.,CDMA,基本原理,CDMA,系统的基础是频谱扩展技术,Shanon,公式：,信道容量可以利用带宽与信噪比的互换关系而保持不变,CDMA的基本类型,扩频可以通过直接序列扩频（DS）、跳频（FH）、,跳时（TH）以及前述几种方式的混合而实现。对应,的CDMA多址方式有下述几种：,DS的实现,DS实现图解,DS信号的解扩过程,CDMA的原理,使用不同的扩频码对不同用户扩频，扩频后的用户占有,相同的频带（a)；使用某一用户的扩频码进行解扩，可以获,得该用户的原始信息，其他用户是干扰成分（多址干扰）(b),扩频技术对强干扰的抑制原理,窄带强干扰和宽带的扩频信号经解扩操作后，宽带扩频,信号还原为原始的窄带信号，而窄带干扰被扩频为宽带,信号。通过窄带滤波器取出信号分量的同时，也取出了,部分干扰信号，但其强度已大大减弱（与扩频比有关）。,对扩频码的基本要求：,1.要有良好的伪随机性,2.良好的自相关、互相关和部分相关特性：,自相关尖锐，互相关和部分相关值接近零。,3.序列数目足够多，以保证有足够的地址码可以分配给用户。,4.易于实现。,伪随机序列（扩频码）可以通过反馈移位寄存器的形式产生,a,n+L-1,a,n+L-2,-,g,2,a,n+1,a,n,-,g,L-1,-,g,1,-,g,L,典型的伪随机序列：,m,序列：长度为2,n,-1，n,位移为寄存器的级数。,大部分序列的互相关峰值较大，互相关峰值较小的,序列很少，作为地址码数量太少。,GOLD,序列：由,m,序列优选对产生。使用两个具有良好互相,关特性的,m,序列产生器产生两个序列，通过控制第,二个发生器的相位，得到具有不同位移的,m,序列2，,它与,m,序列1相加即可得到,GOLD,序列。,GOLD,序列有优良的自相关和互相关特性，产生容,易，序列数多。是,CDMA,系统中主要使用的地址码,（上行链路）,3.CDMA,系统的关键技术,同步技术-捕获与跟踪,Rake接收；,软切换；,功率控制,同步技术-,捕获原理,同步技术-,码字跟踪环路,Rake接收-,多径传播,Rake接收-,原理,Rake接收-,实现原理,软切换,软切换-,不同基站间的切换过程,软切换-更软切换,同一基站的不同扇区间的切换,软切换的信号流程,功率控制,多址干扰的存在，引起远近效应，严重影响系统的性能，,降低系统容量。,采用功率控制技术使到达基站的所有移动台的功率相等。,功率控制分为开环和闭环两种形式。,功率控制-,远近效应,开环功率控制,开环功率控制的实现原理,闭环功率控制,闭环功率控制的实现原理,下行链路的功率控制,4.基本理论及其他技术在WCDMA系统中的应用,扰码和信道化码,AMR(自适应多速率声码器),干扰消除技术,Scrambling Codes-,扰码,Truncated Gold codes,Each base station and terminal is assigned a unique scrambling code (within some area),The period is much longer than the symbol period,Low out-of-phase auto-correlation peaks,maximizes probability of correct synchronization,Low cross-correlation peaks,minimizes interference between MS:s and BTS:s,Channelization Codes-,信道化码,Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes,Used to separate different logical channels that are transmitted on the same scrambling code,The period is equal to one symbol period,Mutually orthogonal (when perfectly synchronized),theoretically possible to fully separate the logical channels at the receiver,扰码-示例,信道化码-OVSF码,Spreading in Downlink -EXAMPLE,Scrambling code,Repeated every 10 ms,same for all channels in one sector,Transmittedsignal,Modulation,Channelization code,Repeated every symbol,unique for each channel,3.84,Mcps,3.84,Mcps,Data on channel i,15 - 960,kbps,Weigthing,S,1,(t),S,i,(t),S,n,(t),The AMR speech coder consists of the multi-rate speech coder, a source controlled rate scheme including a voice activity detector and a comfort noise generation system, and an error concealment mechansim to combat the effects of transmission errors and lost packets.,The multi-rate speech coder is a single integrated speech codec with eight source rates from 4.75 kbit/s to 12.2 kbit/s, and a low rate background noise encoding mode. The speech coder is capable of switching its bit-rate every 20 ms speech frame upon command,.,AMR,AMR,1)8,bit Alaw or -law PCM (ITU-T recommendation G.711), 8 000 samples/s,2)13bit uniform PCM, 8 000 samples/s,3)Voice Activity Detector (VAD) flag,4)Encoded speech frame, 50 frames/s, number of bits/frame depending on the AMR codec mode,5)SIlence Descriptor (SID) frame.,6)TX_TYPE, 2 bits, indicates whether information bits are available and if they are speech or SID information,7)Information bits delivered to the 3G AN,8)Information bits received from the 3G AN,9)RX_TYPE, the type of frame received quantized into three bits,AMR,Source codec bit-rates for the AMR codec.,Codec mode,Source codec bit-rate,AMR_12.20,12.20,kbit/s (GSM EFR),AMR_10.20,10.20,kbit/s,AMR_7.95,7.95,kbit/s,AMR_7.40,7.40,kbit/s (IS-641),AMR_6.70,6.70,kbit/s (PDC-EFR),AMR_5.90,5.90,kbit/s,AMR_5.15,5.15,kbit/s,AMR_4.75,4.75,kbit/s,AMR_SID,1.80,kbit/s *,(*),Assuming SID frames are continously transmitted,AMR,干扰消除技术传统接收机,干扰消除技术-多址干扰,干扰消除技术-传统接收机结构,干扰消除技术-最佳多用户接收机,复杂度随用户数的增加为指数关系，不可实现。,可实现的次最佳结构：简单分为线性和非线性接收机。,典型的线性接收机为去相关接收机；典型的非线性接,收机为串行和并行多级干扰消除器,干扰消除技术-线性多用户检测,需要准确的信道估计；,需要求逆矩阵；,稳定性差。,干扰消除技术-多级串行消除SIC,信号排序，大信号先判决，再生后，从源信号中消除之；,信噪比得益高，实现相对简单，延时大；,功率控制精度要求低。,干扰消除技术-并行消除PIC,干扰消除技术-PIC,实现较SIC复杂，但在可接受的限度内；,需要信道的准确估计（相位、幅度信息）；,实现延时小；,信噪比得益较线性法为好，但比SIC差；,需要较高的功率控制精度；,5.,WCDMA,系统结构,实体：用户设备 (,UE)、UMTS,地面无线接入网 络（,UTRAN）、,核心网（,CN）,参考点：,Uu (,无线接口)和,Iu(CN-UTRAN,接口)高层功能：接入层面和非接入层面,。,简化的系统结构,UTRAN结构,Serving and Drift RNS,Serving RNS Relocation,