WCDMA基础知识介绍

WCDMA基础知识介绍庄春辉2011/5/5大纲提要3G技术演进介绍及比较数字移动通信基础WCDMAR99系统网络架构WCDMAR99关键技术WCDMA无线接口WCDMAR99测试项目介绍3G概述第三代移动通信系统3rdGeneration3G，国际电联也称IMT-2000（InternationalMobileTelecommunicationsintheyear2000）。欧洲的电信业巨头们则称其为UMTS通用移动通信系统，它能够将语音通信和多媒体通信相结合，其增值服务将包括：图像、音乐、网页浏览、视频会议以及其它一些信息服务，3G意味着全球适用的标准、新型业务、更大的覆盖面以及更多的频谱资源，以支持更多用户。3G系统包括W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA等。它们都采用码分多址（CDMA)技术,其中，W-CDMA由欧洲电信标准委员会（ETSI)与日本电信标准组织(ARIB)共同提出，是第二代的GSM和PDC向第三代演进的方案。CDMA2000由美国标准组织(TIA)提出，是cdmaOne向第三代演进的方案。而TD-SCDMA由中国标准组织CWTS提出，目前有TSM和LCR两种版本，是GSM向第三代演进的方案。3G无线传输技术3GPP制订的第三代移动通信系统标准包括:核心网络和无线传输标准，包括多个版本：R99、R4和R5。R99是目前最成熟、最稳定的版本，其主要特点是采用基于GSM/GPRS的核心网络，引入新的WCDMA和CDMATDD的无线接入网络RAN。R4的主要特征是完成了由我国提交的TD-SCDMA技术在3GPP的标准化，这对于TD-SCDMA来讲，无疑是重要的一个里程碑。R4核心网部分主要特点是在电路域将承载与控制分开，这也是迈向全IP的第一步。R5则是全IP的第一个版本，其核心网部分在结构上将发生较大的变化，引入IP多媒体域。R5的另一个主要增强是无线接口引入支持下行速率为10Mbit/s的HSDPA技术。3G移动系统标准化进程1985：ITU建立第三移动通信，称FPLMTS(未来公共陆地移动系统),后来1996更名为IMT-20001992：WRC92大会分配频谱230MHz,上行：1885~2025MHz下行：2110~2200MHz1999.3：完成IMT-2000RTT关键参数1999.11：完成IMT-2000RTT技术规范2000：完成IMT2000全部网络标准RTT方案3G标准化组织蜂窝移动通信系统发展历程蜂窝移动通信系统发展历程WCDMA、cdma2000与TD-SCDMA的比较IMT-2000频谱的划分注：WRC组织在2000年更新的频谱安排IMT-2000频谱的划分注：中国的频谱使用情况大纲提要3G技术演进介绍及比较数字移动通信基础WCDMAR99系统网络架构WCDMAR99关键技术WCDMA无线接口WCDMAR99测试项目介绍电磁传播方式电磁传播的主要方式：直射波：指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。绕射波：从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。散射波：由空气中离子受激后二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。因此，电磁传播的方式特点，决定了在传播上会产生三类不同的损耗和三种效应。电磁传播方式三种损耗路径传播损耗小尺度衰弱损耗大尺度衰弱损耗三种效应阴影效应多普勒效应远近效应传输原理扩频通信原理扩频通信：就是通过扩频将窄带信号转换为宽带信号后再进行发射。其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N）。由于WCDMA的带宽达到5MHz，使得其扩频因子可以更高带来更大的接收机处理增益，使得WCDMA系统具有更高的接收灵敏度终端需要的发射功率可以很低。扩频通信原理示意图多址接入方案多址接入方案TDMA技术：是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。FDMA技术：是把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。CDMA技术：是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。WCDMA业务种类WCDMA系统可以提供和开展的业务种类非常丰富，分为两大类：CS域业务和PS域业务。CS域业务主要包括：基本电信业务（语音、特服、紧急呼叫）、补充业务、点对点短消息业务、电路型承载业务、电路型多媒体业务、智能网业务。PS域业务主要包括：PS域的短消息、业务移动QICQ、移动游戏、移动冲浪、视频点播、手机收发E-mail、智能网业务等。信道编码技术使用信道编码目的：进行前向纠错。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）。信道编码原则对于不同的信道，一般如下表原则进行编码：3G技术演进介绍及比较数字移动通信基础WCDMAR99系统网络架构WCDMAR99关键技术WCDMA无线接口WCDMAR99测试项目介绍•网路架构主要分为四大部分：–用户设备（UserEquipment，UE）–UMTS陆地无线电接取网路（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UTRAN）–核心网络（CoreNetwork，CN）–服务网络（servicenetwork,SN）UMTSR99网络介绍R99版系统网络架构无线网络控制器（RNC）：主要负责各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。它主要与MSC和SGSN以Iu口相连，UE和UTRAN之间的协议在此终结。基站（NodeB）：用于完成空中接口与物理层的相关处理（信道编码、交织、速率匹配、扩频等），同时还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。UE：移动台是用户设备，它可以为车载型便携型和手持型。UTRAN：是UMTS的无线接入网，它是由两个或两个以上的RNS组成的无线接入网。大纲提要3G技术演进介绍及比较数字移动通信基础WCDMAR99系统网络架构WCDMAR99关键技术WCDMA无线接口WCDMAR99测试项目介绍功率控制功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基站的功率相同，功率控制可以补偿衰落接收功率不够时，要求发射方增大发射功率。B功率控制按移动或基站参与情况划分闭环功率控制内环功率控制外环功率控制开环功率控制按方向划分前向（向上）功率控制反向（向下）功率控制功率控制开环功率控制指利用移动台接收器的功率水平PRX来估计前向链路损耗，然后指定移动台的初始发射功率PTX，这样基于不同用户终端选择(如蜂窝、PCS或是3G)，前向和反向链路的功率之和保持为一个常量，即PTX+PRX为常数。PRX通过Eb/Io计算得到，它由移动台的数字信号处理器(DSP)测量。闭环功率控制闭环功率控制包含两个步骤：外环(仅基站进行)和内环(移动台和基站同时进行)，在IS-95和CDMA1X中闭环控制可以达到800Hz的功率控制速率。闭环功率控制的主要目的是：为了根据基站的测量结果，最小化信号多径传播损耗所造成的快速衰减效应。结合使用外环和内环两个闭环功率控制过程，可以在20毫秒的帧间间隔中做到20到35dB的衰减补偿，动态范围可达80dB。接收端判断发射端执行无线链路反馈信噪比要求发射功率提高或降低的命令信号发出接收到信号的信噪比功率控制外环闭环功率控制指基站每20毫秒为接收器的每一个帧规定一个目标Eb/Io(从移动台到基站)。出现帧误差时，该Eb/Io值自动按0.2~0.3为单位逐步减少，或增加到3~5dB。整个外环闭环控制步骤只与基站有关，而与移动台无关。内环闭环功率控制指基站每1.25毫秒比较一次反向信道的Eb/Io和目标Eb/Io，然后指示移动台降低或增大发射功率，这样就可以达到目标Eb/Io。对于CDMA2000，功率变化幅度单位在±0.25dB~±0.5dB之间，而对于CDMAIS-95，功率变化幅度为±1.0dB。其修正的速率为800bps。TPC命令发射功率基站手机设定SIR目标TPC命令发射功率基站手机设定SIR目标RNC反馈接收数据质量设定BLER/BER目标多用户检测技术多用户检测技术目的：在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大概分为三种类型：加性白噪声、干扰多径干扰与多用户间的多址干扰。由于在同一个小区间同时通信的用户不是一个而是多个，在码分多址中多个用户占用同一时隙、同一频率，当同时通信用户数较多时，多址干扰成为最主要的干扰。CDMA系统是一个多入多出（MIMO）系统，采用传统的单入单出（SISO）检测方法，如匹配滤波器，不能充分利用用户间的信息，而将多址干扰认为是高斯白噪声。所以多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，而且也严格限制了系统的容量提高。因此多用户检测的作用就是去除多用户之间的相互干扰。多用户检测技术原理其原理：每个用户发送数据比特b1、b2…bn通过扩频码字进行频率扩展，经过无线信道传输，加入了噪声n(t)，接收端接收的用户信号与同步的扩频码字相关，接收机相乘器由乘法器、积分和信息转存功能部分组成。解扩后的结果通过多用户检测算法去除用户之间的干扰，得到用户的信号估计值bˆ1、bˆ2…bnˆ。多用户检测将不期望的多接入干扰从接入信号中分离，输出的是估测的数据比特。智能天线原理原理：降低来自其他干扰方向的干扰，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。智能天线小区配置全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。智能天线的原理:将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。全向天线示意图2全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。RAKE接受机RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收多径信号中各路信号，并把它们合并在一起.由于在多径信号中含有可以利用的信息,所以CDMA接收机可以通过合并多径信号,来改善接收信号的信噪比.RAKE接受机原理RAKE接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能。无线资源管理技术越区切换是指在蜂窝结构的移动通信系统中当移动台从一个小区移动到另一个小区时为保持移动用电话。根据切换方式不同可以分为硬切换和软切换两种硬切换是指：移动台在载波频率不同的基站覆盖小区之间信道的切换，切换过程中，移动用户仅与新旧基站其中一个连通，从一个基站切换到另一个基站过程中，通信链路有短暂的中断时间，当切换时间较长时，将影响用户通话。软切换是指：移动台在载波频率相同的基站覆盖小区之间的信道切换，