1、WCDMA技術(shù)簡介3G培訓(xùn)資料之三目錄1. 多址技術(shù)2. CDMA基本原理3. CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)4. 基本理論和其他技術(shù)在WCDMA系統(tǒng)的應(yīng)用5. WCDMA系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1. 多址技術(shù) 多址技術(shù)多址技術(shù)：根據(jù)不同用戶信號特征的不同區(qū)分用戶，要 求各信號的特征彼此獨(dú)立（正交）， 即互相關(guān)為零。 FDMA: 不同用戶使用不同的頻率進(jìn)行通信，頻域正交。 窄帶傳輸 連續(xù)發(fā)送 無同步要求 互調(diào)干擾 頻率規(guī)劃 FDMA原理TDMA：不同用戶使用不同的時隙進(jìn)行通信，時域正交。 所有用戶工作于同一個頻率，無互調(diào)干擾存在； 時隙分配和管理； 不連續(xù)發(fā)送； 系統(tǒng)需精確的定時和同步； 用戶可在工作時隙之外的時

2、間，測量基站信號強(qiáng)度 或檢測系統(tǒng)信息，系統(tǒng)易于管理； 脈沖干擾； 帶寬增加； 峰值功率增加TDMA原理CDMA：不同用戶使用不同的碼序列進(jìn)行通信，碼域正交 時間連續(xù)發(fā)送； 帶寬進(jìn)一步增加； 系統(tǒng)容量大； 軟容量； 軟切換； 可以通過話音激活技術(shù)進(jìn)一步提高容量； 抗干擾能力強(qiáng)； 抗多徑衰落； 保密性好； 多址干擾； 同步要求高 CDMA原理蜂窩的概念蜂窩的概念-頻率復(fù)用越區(qū)切換頻率復(fù)用-將系統(tǒng)中的小區(qū)分為區(qū)群，每群K個小區(qū)。將總的M個頻道分為K組，分別指配給K個小區(qū)使用。頻率復(fù)用-兩個小區(qū)只要在地理上相隔一定的距離，同一頻率組可在不同的小區(qū)中使用。頻率復(fù)用的距離取決于系統(tǒng)對同道干擾的抑制能力。I

3、CMKM32NN為每小區(qū)的可用頻道數(shù)，M為系統(tǒng)的總頻道數(shù)，K為區(qū)群的小區(qū)數(shù)。C/I為保證滿意通信質(zhì)量所需的載波功率與干擾功率比，對FDMA系統(tǒng)，C/I一般取為18dB，對TDMA(如GSM)系統(tǒng)，C/I可取為9dB。FDMA、TDMA系統(tǒng)（全向小區(qū)）的容量公式：CDMA系統(tǒng)的小區(qū)頻率規(guī)劃CDMA系統(tǒng)的容量-對全向小區(qū)，考慮鄰近小區(qū)的干擾的影響，在所有用戶到達(dá)基站的功率相等且使用話音激活技術(shù)時，CDMA系統(tǒng)的容量公式為：00/2IEGdFIERWNbbb這里，W為CDMA信號所占帶寬，Rb為原始信息速率，Eb/I0為系統(tǒng)的門限值，G定義為擴(kuò)頻系數(shù)。F為信道再用效率，其值為0.6，d為話音激活系數(shù)

4、，取值為0.35。三種多址方式，系統(tǒng)容量的簡單比較三種多址方式，系統(tǒng)容量的簡單比較：考慮總頻帶為1.25MHz，F(xiàn)DMA（TACS）系統(tǒng)頻道間隔為25kHz，C/I=18dB；TDMA(GSM)系統(tǒng)頻道間隔200kHz，C/I=9dB，每載頻8時隙；CDMA(IS-95A)系統(tǒng)的信息傳輸速率為9.6kb/s，Eb/I0=7dB；結(jié)果以每小區(qū)的可用信道數(shù)來表述：FDMA: 7TDMA: 16CDMA: 44注：本結(jié)果僅供參考，不同條件下的容量比較結(jié)果可能不同，且差異較大。容量比較2. CDMA基本原理CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)是頻譜擴(kuò)展技術(shù)Shanon公式： 信道容量可以利用帶寬與信噪比的互換關(guān)系而保持

5、不變)1(log2NSBCCDMA的基本類型擴(kuò)頻可以通過直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）以及前述幾種方式的混合而實(shí)現(xiàn)。對應(yīng)的CDMA多址方式有下述幾種：DS的實(shí)現(xiàn)DS實(shí)現(xiàn)圖解DS信號的解擴(kuò)過程CDMA的原理使用不同的擴(kuò)頻碼對不同用戶擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的用戶占有相同的頻帶（a)；使用某一用戶的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，可以獲得該用戶的原始信息，其他用戶是干擾成分（多址干擾）(b)擴(kuò)頻技術(shù)對強(qiáng)干擾的抑制原理窄帶強(qiáng)干擾和寬帶的擴(kuò)頻信號經(jīng)解擴(kuò)操作后，寬帶擴(kuò)頻信號還原為原始的窄帶信號，而窄帶干擾被擴(kuò)頻為寬帶信號。通過窄帶濾波器取出信號分量的同時，也取出了部分干擾信號，但其強(qiáng)度已大大減弱（與擴(kuò)頻比有關(guān)）。

6、對擴(kuò)頻碼的基本要求：對擴(kuò)頻碼的基本要求：1.要有良好的偽隨機(jī)性2.良好的自相關(guān)、互相關(guān)和部分相關(guān)特性： 自相關(guān)尖銳，互相關(guān)和部分相關(guān)值接近零。3.序列數(shù)目足夠多，以保證有足夠的地址碼可以分配給用戶。4.易于實(shí)現(xiàn)。偽隨機(jī)序列（擴(kuò)頻碼）可以通過反饋移位寄存器的形式產(chǎn)生an+L-1an+L-2-g2an+1an-gL-1-g1-gL典型的偽隨機(jī)序列：典型的偽隨機(jī)序列：m序列：長度為2n-1，n位移為寄存器的級數(shù)。 大部分序列的互相關(guān)峰值較大，互相關(guān)峰值較小的 序列很少，作為地址碼數(shù)量太少。GOLD序列：由m序列優(yōu)選對產(chǎn)生。使用兩個具有良好互相 關(guān)特性的m序列產(chǎn)生器產(chǎn)生兩個序列，通過控制第 二個發(fā)生器

7、的相位，得到具有不同位移的m序列2， 它與m序列1相加即可得到GOLD序列。 GOLD序列有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，產(chǎn)生容 易，序列數(shù)多。是CDMA系統(tǒng)中主要使用的地址碼 （上行鏈路）3.CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)同步技術(shù)-捕獲與跟蹤Rake接收；軟切換；功率控制 相關(guān)器/ 檢測器校驗(yàn)時鐘裝置搜索邏輯接收機(jī) DS碼產(chǎn)生器碼跟蹤環(huán)路到下一單元同步技術(shù)-捕獲原理環(huán)路濾波器VCOPN碼發(fā)生器+-PN序列時鐘時延誤差鑒相器同步技術(shù)-碼字跟蹤環(huán)路Rake接收-多徑傳播Rake接收-原理Rake接收-實(shí)現(xiàn)原理軟切換軟切換-不同基站間的切換過程軟切換-更軟切換同一基站的不同扇區(qū)間的切換軟切換的信號流程功率控制

8、多址干擾的存在，引起遠(yuǎn)近效應(yīng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)容量。采用功率控制技術(shù)使到達(dá)基站的所有移動臺的功率相等。功率控制分為開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。功率控制-遠(yuǎn)近效應(yīng)開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制的實(shí)現(xiàn)原理閉環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制的實(shí)現(xiàn)原理下行鏈路的功率控制4.基本理論及其他技術(shù)在WCDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用擾碼和信道化碼AMR(自適應(yīng)多速率聲碼器)干擾消除技術(shù)Scrambling Codes-擾碼擾碼lTruncated Gold codeslEach base station and terminal is assigned a unique scrambling code (within some a

9、rea)lThe period is much longer than the symbol periodlLow out-of-phase auto-correlation peaksmaximizes probability of correct synchronizationlLow cross-correlation peaksminimizes interference between MS:s and BTS:sChannelization Codes-信道化碼信道化碼lOrthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codeslUsed t

10、o separate different logical channels that are transmitted on the same scrambling codelThe period is equal to one symbol periodlMutually orthogonal (when perfectly synchronized)theoretically possible to fully separate the logical channels at the receiverIQ11002233445566778899171716161515141413131212

11、11111010擾碼-示例SF = 1SF = 2SF = 4Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (1,-1)Cch,4,0 =(1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)信道化碼-OVSF碼Spreading in Downlink -EXAMPLEScrambling codeRepeated every 10 ms,same for all channels in one sectorTransmittedsignalModulationChanne

12、lization codeRepeated every symbol,unique for each channel3.84 Mcps3.84 McpsData on channel i15 - 960 kbpsWeigthingS1(t)Si(t)Sn(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, a

13、nd 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 swit

14、ching its bit-rate every 20 ms speech frame upon command.AMR8bit / A-lawto13-bituniformLPFA/D12MS side onlyBSS side onlyGSM 06.60.AMRGSM 03.50TRANSMIT SIDESpeechEncoderComfortNoiseTXFunctionsVoiceActivityDetectorDTXControlandOperation364567GSM 06.82.AMRGSM 06.81.AMRGSM 06.60.AMRGSM 06.62.AMRSID fram

15、eSpeech frameVAD13-bituniformto8bit / A-lawLPFD/A18MS side onlyBSS side onlyGSM 06.60.AMRGSM 03.50RECEIVE SIDESpeechDecoderSpeechframesubstitutionDTXControlandOperation45910GSM 06.61.AMRGSM 06.81.AMRGSM 06.60.AMRGSM 06.62.AMRSID frameSpeech frameComfortNoiseRXFunctions112SPflagInfo.bitsBFIInfo.bitsS

16、IDTAFAMR1)8 bit A law or -law PCM (ITU-T recommendation G.711), 8 000 samples/s 2) 13 bit 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

17、, 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 bitsAMR Source codec bit-rates for the AMR codec.Codec modeS

18、ource codec bit-rateAMR_12.2012.20 kbit/s (GSM EFR)AMR_10.2010.20 kbit/sAMR_7.95 7.95 kbit/sAMR_7.40 7.40 kbit/s (IS-641)AMR_6.70 6.70 kbit/s (PDC-EFR)AMR_5.90 5.90 kbit/sAMR_5.15 5.15 kbit/sAMR_4.75 4.75 kbit/sAMR_SID 1.80 kbit/s *(*) Assuming SID frames are continously transmittedAMR干擾消除技術(shù)傳統(tǒng)接收機(jī)干擾消除技術(shù)-多址干擾干擾消除技術(shù)-傳統(tǒng)接收機(jī)結(jié)構(gòu)干擾消除技術(shù)-最佳多用戶接收機(jī)復(fù)雜度隨用戶數(shù)的增加為指數(shù)關(guān)系，不可實(shí)現(xiàn)?？蓪?shí)現(xiàn)的次最佳結(jié)構(gòu)：簡單分為線性和非線性接收機(jī)。典型的線性接收機(jī)為去相關(guān)接收機(jī)；典型的非線性接收機(jī)為串行和并行多級干擾消除器干擾消除技術(shù)-線性多用戶檢測需要準(zhǔn)確的信道估計(jì)；需要求逆矩陣；穩(wěn)定性差。干擾消除技術(shù)-多級串行消除SIC信號排序，大信號先判決，再生后，從源信號中消除之；信噪比得益高，實(shí)現(xiàn)相對簡單，延時大；功率控制精度要求低。干擾消除技術(shù)-并行消除PIC干擾消除技術(shù)-PIC實(shí)現(xiàn)較SIC復(fù)雜，但在可接