2WCDMA基本原理

WCDMA主要技术介绍2FDMATDMACDMA码分多址和扩频多址技术多址技术时间频率功率时间频率功率时间频率功率/码用户1用户2用户3用户1用户2用户3用户1用户2用户33码分多址和扩频宽带码分多址CDMA是由多个码分信道共享载频频道的多址接入技术UMTS采用W-CDMA宽带码分多址技术扩频码分多址的特点•抗干扰能力强•隐蔽性好•抗衰落、抗多径干扰•频谱利用率高：小区复用系数=14发信机2Code1Code1Code2接收机1无线信道发信机1码分多址和扩频码分多址接入（1/2）此接收机1只能处理发信机1发送的信号，它们有相同的地址码5发信机2Code1Code2无线信道发信机1Code1接收机1此接收机1不能处理发信机2发送的信号，它没有对应的地址码码分多址和扩频码分多址接入（2/2）6无线信道ReceiverTransmitter扩频解扩Noise直序扩频技术-宽带扩频•扩频，即用户信号乘上一个高速序列码(片),大大提高了原信号的速率，增加了信号带宽，从而降低了能量谱密度(隐蔽性,低辐射)•宽带扩频，即扩频信号带宽远远大于原始信号带宽W=3.84Mchip/s、传送数据最大384kb/s码分多址和扩频直序扩频技术7010110010101100110100110101001101/T比特功率T比特-1+1f功率1/T码片f1/T码片功率f+1T码片-1-1+1码分多址和扩频无线资源：信道扩频实现举例比特数据信道化码扩展调制信号数字调制QPSK扰码码片扰码数据扩展数据码片扩频操作1231230018WalshCodes沃尔什码•正交沃尔什码(扩频码)–码的长度IS-95：64–码的长度W-CDMA：4到256–码的长度=扩频因子SF（SpreadingFactor）=Pg（processinggain）–第一个码(“C0”)用于pilot导频+1+1+1-1Codelength2+1Codelength1Codelength1+1+1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1-1+1Codelength4+1+1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1-1+1-1-1-1+1-1-1-1+1-1-1-1+1+1+1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1-1+1Codelength8C0C1C2C3...C4C5C6C7扩频码和扰码信道化码（扩频码）的构造9码分多址和扩频扩频因子和速率的关系码片速率固定为3.84Mcps.如果SF为4，则数据速率为约3.84M/4，为高速速率例如：数据块：10，SF=4。扩频数据扩频码扩频后数据发射接收无错接收解扩接收数据SF小则高速传输SF大则低速传输1-11-11-11-11-11-110码分多址和扩频错误纠正机制将能量叠加后，根据能量特性进行纠错.例如:数据块:10,SF=4.1-11-1空中接口的信号信号接收出错CodeSF=8Zoomonthedecodedsignal解码后的数据1-10统计所有能量片的叠加得出结论（8帧叠加后仍有6倍能量）11fPWProcessingGainRbDespreadingbRWGainProcessing处理增益Pg=W/R(W=3.84Mchips/s)•收发信设备在扩频/解扩处理后得到的增益•使发射信号能量可以远远低于干扰和噪声•原始信号R带宽越窄，处理增益Pg越大，即增加的冗余比特越多，越安全码分多址和扩频处理增益12码分多址和扩频直序扩频技术空中接口扩频信号和解扩后的信号NOISE(kTB)Pilotandcommonchannels(DLonly)InterferencefromotherusersincellInterferencefromothersectors/sitesTotalInterference+NoiseLevelSSignalfromUserA(beforedespreading,partofnoisefloor)(Eb/N0)targetProcessingGainPg=[ChipRate]/[ServiceBitRate]S’SignalfromUserA(afterdespreading)•Pg处理增益Pg=[chiprate]/[bitrateofservice]•S’(解扩后信号)=S(解扩前信号)+Pg(处理增益)•Safterdespreading/NEb/Notarget(保证不同业务Qos的能噪比)13码分多址和扩频扩频调制：WCDMA，频谱密度和处理增益(1/2)fPRSSIorIoISCPorNoSIRPGEbRSCPorEcAtNodeBreceptionlevel•RSSI(Io):ReceivedSignalStrengthIndicator接收信号强度指示5M带宽中接收到的全部功率，包括热噪声•ISCP(No):InterferenceSignalCodePower干扰信号码功率接收到的信号上的干扰•RSCP(Ec):ReceivedSignalCodePower接收信号码功率•Eb：每个有用bit上的能量•PG：ProcessingGain=Eb-Ec(indB)处理增益（处理增益）解扩得到的增益PG=20log(SF)14码分多址和扩频扩频调制：WCDMA，频谱密度和处理增益(2/2)fPRSSIorIoISCPorNoSIRPGEbRSCPorEcAtNodeBreceptionlevelSIR:SignalInterferenceRatio（信干比）NoRSCPSFSIR.若发生如下情况，右图会有什么变化？•用户数增加•SF降低不同的业务允许的错误率是不同的。UTRAN计算错误率，并设定业务要求的SIR。15码分多址和扩频练习这里有一个信号和两个扩频码通过解码信号确定哪个才是真正的扩频码?这两个扩频码正交吗?接收的信号Code1解码的信号1Code1Code2Code21-11-11-11-11-11-1接收的信号解码的信号216S:信号电平N:噪声电平信道化码-扩频加扰-扰码f功率N0扩频后的信号S’Schipf功率SbitN0SIRS1扩频-猫吃老鼠nChips鼠老吃猫nChips2加扰-编码速率不变0001110010例:扩频因子SF=4UE1UE20101111010扩频码和扰码扩频和加扰17码分多址和扩频扰码扰码是近似正交码序列：•上行：区分终端不必规划码的分配（有数以百万计的码！）上行扰码有长扰码和短扰码各2^24个（即16777216个）。•下行：区分小区需要在小区间进行扰码规划（但工作量不大）下行只有长扰码(512个，从而限制了小区搜索过程中检索小区扰码需要的时间）长扰码截短为10ms的无线物理帧长度。通常一个小区只使用一个下行扰码。必要时才为一个小区引入另一个扰码（例如：缺少信道化码的时候），但用户间的正交性将因此下降。18下行NodeB-Cell1NodeB-Cell2SpreadingCodes(UserIdentifier)+ScramblingCode(CellIdentifier)CS1SpreadingCodes+ScramblingCodeCS2UEDescramblingDespreadingNodeBSpreading(Useridentifier)Scrambling(Cellidentifier)12DL1下行：扩频码标识用户（不同业务）2下行：扰码区别不同小区扩频码和扰码扩频与加扰：下行19上行NodeB-Cell1SpreadingCodes+ScramblingCodeBSpreadingCodes+ScramblingCodeANodeBDescramblingDespreadingUESpreading(Useridentifier)Scrambling(Useridentifier)34UL上行：扩频码标识用户（不同业务）上行：扰码标识手机UE34扩频码和扰码扩频与加扰：上行20Delay1CodeSequence1CodeSequence3CodeSequence2Delay2Delay3Data21stFinger2ndFinger3rdFingerData1多码信号多径接收多径接收机原理传统情况•多径信号被视为干扰多径接收机•多径接受机能同时处理多路信号•有效地克服多径干扰•合并多路信号，提高接收性能多径接收机作用于：•多径分集•多业务（一个手机几个业务同时进行）•软切换21接受机发信机编码解码直达信号反射信号时延一个码片时长(0.26us)多径接收机不能提供多径分集直达信号反射信号编码解码发信机接受机时延一个码片时长多径接收机能提供多径分集,提高信号增益多径接收多径分集22软切换IuIubRNC1RNC2NodeB2NodeB3IurIuIub核心网软切换•先通后断，减少掉话•多条无线链路的连接•相同频率间的切换•MarcoDiversity宏分集增益•需要更多的网络资源•分配不同的地址码23SoftHONodeBNodeBRNCSofterHONodeB软切换软切换/更软切换软切换分类•软切换–连接不同NodeB•更软切换–连接同一Node-B下的不同扇区24功率控制功率控制的目的：上行链路存在“远近效应”尽量降低干扰NodeB25开环估计发射功率NodeB功率控制SIRSIRtarget?闭环外环内环TPC指令调整SIRtargetRNCSIRSIRtarget?NodeB26TEUPAPowerAmplifierAntennaAntenna120WTXBusTX1TEUPATEUPAPowerAmplifierAntennaAntenna1Antenna220W20WTXBusTX1TX1divWithoutTxDivWithTxDiv发射分集开环与闭环发射分集——TxDiv•TxDiv两种方式：–开环STTD方式–闭环方式•对下行链路起作用•需要增加第二功放•需要设备支持•提高接收抗干扰能力•根据实验结果，可以提高30％左右的容量27压缩模式含义和目的含义：一个或连续几个无线帧中某些时隙不发送信息目的：压缩模式主要用于接收端进行频间测量、系统间切换方法：•打孔•SF减半•高层指配类型：单帧和双帧方式使用：•下行链路支持所有三种压缩方法•上行链路不支持速率匹配打孔方式28WCDMA基本原理练习1)上行扰码的作用是区分（）；下行扰码的作用是区分（）。ARNCBNodeBCUEDCell2)外环闭环功率控制用于（）情况。A待机B通话C上网D软切换