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第1章WCDMA系统基础知识概述1.1WCDMA与GSM区别1.1.1移动通信系统的发展第一代：模拟蜂窝移动通信网模拟蜂窝移动通信系统是上世纪七十年代中期至八十年代中期产生的一种通信技术，主要采用频分多址技术。这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即小区制，不同的小区使用不同的频段，每隔足够的距离或小区就可以再次使用相同的频段，解决了频谱资源紧张的问题。由于实现了频率的复用，移动通信网络的系统容量得到了大大提高。其典型代表是美国AMPS（先进的移动电话系统）系统和后来改进型系统TACS。AMPS使用模拟蜂窝传输的800MHz频带，在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用。第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔30KHz/25KHz一个模拟用户信道。其主要弊端有频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务和保密性差等。第二代：数字蜂窝移动通信系统第二代移动通信系统（2ndGeneration2G）是以传送语音和数据为主的数字通信系统，其典型代表是欧洲的GSM（全球移动通信系统）系统。GSM发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA（时分多址）标准而设计的，支持64Kbps的数据速率，可与ISDN互连。2G除提供语音通信服务之外，也可提供低速数据服务和短消息服务。GSM有GSM900、DCS1800和PCS1900三个不同的版本，三者之间的主区别是工作频段的差异，GSM的主要优点为：频谱效率高、系统容量大、通话质量高和安全性强等。由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS等。第三代：未来公众陆地移动通信系统，又称为3G（第三代移动通信系统）第三代通信技术最早由国际电信联盟（ITU）于1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS，FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem），1996年更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000，国际移动通信-2000），欧洲的电信业则称其为UMTS（通用移动通信系统）。第三代通信系统能够将语音通信和多媒体通信相结合，其可能的增值服务将包括图像、音乐、网页浏览和视频会议以及其他一些信息服务，它意味着全球适用的标准、新型业务、更大的覆盖面和更多的频谱资源，以支持更多用户。3G系统与现有的2G系统有根本的不同，3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，而不是2G系统通常采用的TDMA技术和电路交换技术，与现在的2G系统相比3G将支持更多的用户和实现更高的传输速率。第三代移动通信系统最主要体制有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，分别由欧洲、美国和中国提出。三种主要技术体制的对比情况如下表所示：制式WCDMACDMA2000TD-SCDMA采用国家欧洲、日本美国、韩国中国继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步异步码片速率3.84McpsN×1.2288Mcps1.28Mcps信号带宽5MHzN×1.25MHz1.6MHz空中接口WCDMAcdma2000兼容S-95TD-SCDMA核心网GSMMAPANSI-41GSMMAPWCDMA（宽带码分多址）由欧洲标准化组织3GPP所制定，受全球标准化组织、设备制造商、器件供应商、运营商的广泛支持，将成为未来3G的主流体制。主要有以下下特点：核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性。核心网络可以基于TDM、ATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进。核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。空中接口采用WCDMA技术：信号带宽5MHz，码片速率3.84Mcps，AMR语音编码，支持同步/异步基站运营模式，上下行闭环加外环功率控制方式，开环（STTD、TSTD）和闭环（FBTD）发射分集方式，导频辅助的相干解调方式，卷积码和Turbo码的编码方式，上行和下行采用QPSK调制方式。1.1.2GSM向WCDMA的演进GSM向WCDMA的演进：GSM主要为语音业务设计,理论速率/实际速率：64Kbps/9.6KbpsGPRS通过引入分组信道支持更高的数据速率,理论速率/实际速率：171.2Kbps/20～40KbpsEDGE引入新的调制方式，理论上速率比GPRS高3倍,理论速率/实际速率：473.6Kbps/100Kbps左右WCDMA具备高速数据接入能力，提供丰富多彩的业务,理论速率/实际速率：R99、R4：2Mbps/384KbpsR5（HSDPA）：14.4Mbps/1Mbps以上GSM与WCDMA多址技术的比较：GSM用FDMA＋TDMAWCDMA用FDMA＋CDMA单载波带宽：200KHz抗干扰能力弱，载干比要求：9dB单载波8个时隙，系统容量相对固定，可以根据时隙数量估算不同用户不同时隙，相互干扰很小单载波带宽：5MHz抗干扰能力强，载干比要求：-8dB容量不固定（软容量）：容量和用户分布、业务类型、干扰等密切相关用户之间互相干扰，需要很好地控制GSM与WCDMA无线接入技术的比较：GSMWCDMA信源编码FR：13KbpsEFR：增强语音质量，13KbpsHR：提高系统容量，6.5KbpsAMR：8种语音速率具有话务自适应能力：可以自动调整语音速率，使系统在覆盖、容量、语音质量之间取得平衡信道编码卷积码（1/2）语音业务：卷积码（1/2，1/3）高速数据业务：Turbo码信道化数据打包成脉冲方式，在各个时隙发出数据经过扩频、加扰，然后合并输出调制技术GMSK，8PSK（EDGE）QPSK，16QAM（HSDPA）功控技术慢速功率控制（2Hz）快速功率控制（1500Hz）发射分集未使用分集发射接收技术空间分集、极化分集通过跳频可以实现类似频率分集的效果空间分集、极化分集接收频率分集：RAKE接收机WCDMA与GSM空中接口的主要区别：WCDMAGSM载波间隔5MHz200KHz频率重用系数11～18功率控制频率1500Hz2Hz或更低服务质量控制QoS无线资源管理算法网络规划（频率规划）频率分集3.84MHz的带宽使其可以采用Rake接收机进行多径分集跳频分组数据基于负载的分组调度GPRS中基于时隙的调下行发射分集支持，以提高下行链路的容量标准不支持，但可以应用1.1.33G的频谱划分：在我国，3G可以使用的频段如下：主要工作频段：频分双工（FDD）方式：1920－1980MHz／2110－2170MHz；时分双工（TDD）方式：1880－1920MHz、2010－2025MHz。补充工作频率：频分双工（FDD）方式：1755－1785MHz／1850－1880MHz；时分双工（TDD）方式：2300－2400MHz，与无线电定位业务共用。卫星移动通信系统工作频段：1980－2010MHz／2170－2200MHz。WCDMA够使用的段如下：主要工作频段：1920－1980MHz／2110－2170MHzWCDMA频点计算公式：频点号＝频率×5−上行中心频点号：9612～9888−下行中心频点号：10562～10838补充工作频率：1755－1785MHz／1850－1880MHz中国移动和中国联通目前已有的GSM频段以后可以用于WCDMA1.2CDMA原理概述1.2.1双工技术双工技术主要分为3种：单工技术：只能由固定的一方向另一方发送信息。如收音机。半双工技术：通信双方都可以发送和接收信息，但是不能同时进行，一方发送，另一方只能接收。如对讲机。全双工技术：通信双方可以同时发送和接收信息。如手机。通信提到的双工技术多是指全双工技术。1.2.2多址技术多址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess／Address）把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术。TDMA（timedivisionmultipleaccess）把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接。时分多址简称TDMA。CDMA（Code－DivisionMultipleAccess）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。三种多址技术的对比：1.2.3码分多址技术码分多址是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、系统容量大、覆盖范围广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息（这个过程称为扩频）。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。待续1.3WCDMA关键技术及特点根据第三代移动通信系统的要求，WCDMA技术不仅要能够提供比GSM系统更大的系统容量和更好的通信质量，而且要能在覆盖范围内实现无缝链接和为用户提供包括语音、视频、数据和移动多媒体等多种业务。为此WCDMA系统应用了许多关键技术，如RAKE接收、多用户检测、智能天线、无线资源管理技术和功率控制技术等，其中无线资源管理会在1.6节专门介绍。1.3.1RAKE接收在空中传输的无线信号经过多种路径到达接收端时，因传输路径的不同而产生了不同程度的时延，在以往的解调技术中，这种时延不同信号除选用的信号外，其余都被当做噪声而过滤掉，而在CDMA技术的系统中，在无线信道传输中因多径效应而出现的时延扩展，可以被认为是信号的再一次传输，如果这些多径信号相互间的时延超过了一个码片的宽度那么它们将被CDMA接收机看作有用信号而不是噪声，在对着种多个多径信号进行逐个解调后，就会得到多个有用的信号，再对这种多个信号进行合并，就能得到最终的较好的信号，这种技术就被称为RAKE接收技术。通过这种技术可以很好抵抗多径衰落（见第2章）和提高解调后的信号质量。RAKE也就是爪子的意思，对应多径效应，手机和基站侧都有RAKE接受机。下图就是RAKE接收机的原理：RAKE接收机所作的就是：通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，只要各径信号到达接收机的时间差大于一个码片时间，就可以单独解析，并把解析后的信号合并在一起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户数据符号的解扩和积分。信道估计器使用导频符号估计信道状态；相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符号中去除；延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。最后，RAKE