WCDMA基礎知識系統(tǒng)

1、京信通信京信通信二一年八月二一年八月CDMA就是碼分多址系統(tǒng)的簡稱。是第三代移動通信的主流就是碼分多址系統(tǒng)的簡稱。是第三代移動通信的主流技術。技術。不同用戶通過不同的碼來相互區(qū)分，但使用同樣頻率和時間不同用戶通過不同的碼來相互區(qū)分，但使用同樣頻率和時間資源進行傳輸。資源進行傳輸。WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）系系統(tǒng)和統(tǒng)和CDMA2000一樣，也是一種碼分多址系統(tǒng)。一樣，也是一種碼分多址系統(tǒng)。WCDMA的概念的概念CDMA系統(tǒng)最重要技術之一：系統(tǒng)最重要技術之一：擴頻通信擴頻通信 C WLog2(1十十S/N)在給定的傳輸速率在給定的傳輸

2、速率C不變的條件下，頻帶寬度不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比和信噪比SN是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比較低的信噪比SN情況下，傳輸信息。情況下，傳輸信息。擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。擴頻通信的頻譜變換擴頻通信的頻譜變換擴頻前擴頻前擴頻后擴頻后擴頻擴頻信號信號干擾干擾1.易于重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率易于重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率 2.抗干擾性強，誤碼率低抗干擾性強

3、，誤碼率低 3.隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 4.可以實現(xiàn)碼分多址可以實現(xiàn)碼分多址 F1F1F2F2FnFnF（Hz）T（ms）每一個頻率就是一每一個頻率就是一個信道，每個用戶個信道，每個用戶單獨享用該頻率資單獨享用該頻率資源。源。小區(qū)的容量頻率小區(qū)的容量頻率數(shù)。數(shù)。通過增加頻率，可通過增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。以增加小區(qū)的容量。用戶間通過不同的頻率進行區(qū)分，用戶間通過不同的頻率進行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔。相互干擾取決于載頻間隔。第一代移動通信第一代移動通信FDMAF1F1F2F2FnFnF（Hz）T（ms）每一個由時間和頻每一個由時間

4、和頻率構(gòu)成的二維點代率構(gòu)成的二維點代表一個信道，可以表一個信道，可以分配給一個用戶。分配給一個用戶。小區(qū)的容量頻率小區(qū)的容量頻率時隙。時隙。通過增加頻率，可通過增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。以增加小區(qū)的容量。用戶間通過不同的頻率和時間進行區(qū)分，相互干擾用戶間通過不同的頻率和時間進行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔和時隙保護。取決于載頻間隔和時隙保護。第二代移動通信第二代移動通信TDMA時隙時隙0時隙時隙1時隙時隙2時隙時隙3時隙時隙4時隙時隙5時隙時隙6時隙時隙7F1F1F2F2FnFnF（Hz）T（ms）用戶用戶1用戶用戶2用戶用戶3用戶用戶4用戶用戶5用戶用戶6用戶用戶7用戶用戶n用戶用戶1用

5、戶用戶2用戶用戶3用戶用戶4用戶用戶5用戶用戶6用戶用戶7用戶用戶n用戶用戶1用戶用戶2用戶用戶3用戶用戶4用戶用戶5用戶用戶6用戶用戶7用戶用戶n每一個由碼和頻率每一個由碼和頻率構(gòu)成的點表示一個構(gòu)成的點表示一個信道，可以分配給信道，可以分配給一個用戶。一個用戶。小區(qū)小區(qū)理論理論容量頻容量頻率率可分配的碼?？煞峙涞拇a。增加頻率，可以增增加頻率，可以增加容量，不同頻率加容量，不同頻率理解為不同網(wǎng)絡。理解為不同網(wǎng)絡。用戶間通過不同的擴頻碼和擾碼進行區(qū)分，相互干用戶間通過不同的擴頻碼和擾碼進行區(qū)分，相互干擾取決于不同碼的相關性。擾取決于不同碼的相關性。第三代移動通信第三代移動通信CDMAT(m)F(

6、Hz)P(dBm)導導 頻頻同同 步步廣廣 播播f1碼分多址系統(tǒng)的空間概念碼分多址系統(tǒng)的空間概念f2f3WCDMAGSM頻帶寬度5MHz200kHz頻率再利用率1118功率控制頻率1500Hz小于等于2Hz質(zhì)量控制方式無線資源管理算法網(wǎng)絡規(guī)劃（頻率規(guī)劃）分組數(shù)據(jù)基于符合的分組調(diào)度基于時隙的GPRS頻率分集方式RAKE接收跳頻下行發(fā)射分集可采用標準沒有定義物理層空中接口物理層空中接口WCDMA特有參數(shù)特有參數(shù)WCDMATD-SCDMACDMA2000碼片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps載波帶寬5MHz1.6 MHz1.25MHz同步方式異步GPS同步GPS同步信道編碼卷積

7、碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼調(diào)制方式上、下行QPSKQPSK、8PSKBPSK，QPSK物理幀長10ms10ms20ms雙工模式FDD或TDDTDDFDD（only）信道化方式OVSF碼OVSFWalsh碼扇區(qū)區(qū)分512個擾碼32下行同步碼1個PN的512個偏置功控頻率1500Hz200Hz800HzITUITU選定三種選定三種3G3G標準制式標準制式WCDMAWCDMA、TD-SCDMATD-SCDMA、CDMA2000CDMA2000物理層空中接口物理層空中接口頻點號頻點號n n5 5F F（絕對頻率）（絕對頻率）F(Hz)P(dBm)下行：下行：2130213

8、02145MHz2145MHz上行：上行：194019401955MHz1955MHz1515* *2 230M30MNode BSC1小區(qū)：小區(qū)：與與GSM網(wǎng)絡一樣，網(wǎng)絡一樣，CDMA系統(tǒng)也是一種陸地蜂窩網(wǎng)絡，整個網(wǎng)絡也系統(tǒng)也是一種陸地蜂窩網(wǎng)絡，整個網(wǎng)絡也是由許多小區(qū)構(gòu)成，每個小區(qū)分配一個擾碼號。是由許多小區(qū)構(gòu)成，每個小區(qū)分配一個擾碼號。擾碼：擾碼：WCDMA系統(tǒng)引入用來加密的碼，下行鏈路用擾碼分不同的小區(qū)，上系統(tǒng)引入用來加密的碼，下行鏈路用擾碼分不同的小區(qū)，上行用擾碼來區(qū)分不同的用戶。行用擾碼來區(qū)分不同的用戶。SC1SC1SC2SC2SC3SC3SC4SC4SC1SC2SC3強度：強度：

9、對于對于GSM信道來講，強度就是接收載波的場強。信道來講，強度就是接收載波的場強。CDMA系統(tǒng)對系統(tǒng)對于場強有于場強有2個定義。個定義。RSSI：接收信號強度指示；：接收信號強度指示；RSCP：接收信號碼片功率。：接收信號碼片功率。RSSI：用來表示載波場強，一個載波有一個場強和：用來表示載波場強，一個載波有一個場強和Rx_level相似。相似。RSCP：對應每個信道，一個載波內(nèi)有多個信道同時傳輸。：對應每個信道，一個載波內(nèi)有多個信道同時傳輸。RSSI=RSCP（1）+RSCP（2）+RSCP（n）業(yè)務信道業(yè)務信道業(yè)務信道業(yè)務信道控制信道控制信道控制信道控制信道f1載干比：載干比：GSM定義定

10、義C/I，相同頻率有用信號與干擾的比。，相同頻率有用信號與干擾的比。WCDMA定義定義Ec/Io=RSCP/RSSI，碼片功率與總功率的比值。，碼片功率與總功率的比值。最常用的是導頻信道的最常用的是導頻信道的Ec/Io。誤碼率：誤碼率：GSM定義定義BER，根據(jù)不同的，根據(jù)不同的BER得到得到Rx_Qual，07。WCDMA定義定義BLER，是一個百分數(shù)，是一個百分數(shù)，A手機發(fā)射功率：手機發(fā)射功率：GSM手機最大發(fā)射功率手機最大發(fā)射功率2w5mw，對應功率系數(shù)，對應功率系數(shù)519。3GPP規(guī)范定義：規(guī)范定義：WCDMA手機最大發(fā)射功率手機最大發(fā)射功率125mw（語音）（語音）250mw（數(shù)據(jù)）

11、，動態(tài)范圍大于（數(shù)據(jù)），動態(tài)范圍大于70dB。WCDMAWCDMA手機不僅發(fā)射功率低，手機不僅發(fā)射功率低，而且變化范圍大。而且變化范圍大。WCDMA網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)L1物理層物理層L2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層L3網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層WCDMA物理層定義物理層定義物理層的功能主要在物理層的功能主要在NodeBNodeB上實現(xiàn)上實現(xiàn)MACMAC層主要在層主要在RNCRNC上實現(xiàn)，無線資源主要由上實現(xiàn)，無線資源主要由RNCRNC集中管理。集中管理。將編碼后的信息速率匹配到物理信道，加權(quán)合并，擴頻將編碼后的信息速率匹配到物理信道，加權(quán)合并，擴頻/解擴，加擾解擴，加擾/解擾，調(diào)制解擾，調(diào)制/解調(diào)，頻率匹配，

12、時間同步，無解調(diào)，頻率匹配，時間同步，無線測量，功率控制，射頻處理等。線測量，功率控制，射頻處理等。38400chip38400chip10ms10ms物理層處理單元：物理層處理單元：幀幀和和時隙時隙幀幀：由：由15個時隙組成的處理單元，長度是個時隙組成的處理單元，長度是38400chip,時時間長度為間長度為10ms；2560chip2560chip時隙時隙0 0時隙時隙1 1時隙時隙n n時隙時隙1414時隙時隙：由一定長度的比特組成的處理單元，每幀：由一定長度的比特組成的處理單元，每幀15個時個時隙，每時隙長度為隙，每時隙長度為2560chip。每個時隙內(nèi)的傳輸格式中都包含有功率控制信每

13、個時隙內(nèi)的傳輸格式中都包含有功率控制信息，息，WCDMA的功率控制速率為的功率控制速率為1500HzWCDMA物理層最重要的兩個步驟：物理層最重要的兩個步驟：擴頻和擴頻和加擾加擾擴頻擴頻：擴頻操作又稱信道化操作，將一個高速數(shù)字序列與數(shù)字：擴頻操作又稱信道化操作，將一個高速數(shù)字序列與數(shù)字信號相乘，把一個一個的數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼片。信號相乘，把一個一個的數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼片。WCDMA采用采用OVSF碼作為信道化碼；每個符號被轉(zhuǎn)換成碼片碼作為信道化碼；每個符號被轉(zhuǎn)換成碼片的數(shù)目叫擴頻因子的數(shù)目叫擴頻因子SF（Spreading Factor）加擾加擾：用一個偽隨機序列與擴頻后的序列相乘，起

14、到加密作用，：用一個偽隨機序列與擴頻后的序列相乘，起到加密作用，擾碼碼片速率與已擴頻的符號相同，不影響符號速率。加擾操擾碼碼片速率與已擴頻的符號相同，不影響符號速率。加擾操作上行用來區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)。作上行用來區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)。WCDMA物理層操作物理層操作t+1-1XOR信號擴頻原理信號擴頻原理擴頻目的：為了將不同速率的信號通過擴頻目的：為了將不同速率的信號通過擴頻達到相同速率，既得到了擴頻增益，擴頻達到相同速率，既得到了擴頻增益，又方便同時傳輸。又方便同時傳輸。+1-101tData signal 1+1-1tSpreading Code 1 符號速率符號速率擴頻因子碼片速率擴

15、頻因子碼片速率如如WCDMA，碼片速率，碼片速率3.84MHz，擴頻因子，擴頻因子4，則符號，則符號速率速率960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率，碼片速率1.2288MHz，擴頻因子，擴頻因子64，則符號速率則符號速率19.2Kbps；常見的業(yè)務速率與擴頻因子數(shù)（上行）常見的業(yè)務速率與擴頻因子數(shù)（上行）12.2K語音語音SF12864K可視電話可視電話SF32符號速率（業(yè)務速率校驗碼）符號速率（業(yè)務速率校驗碼）信道編碼信道編碼重復或打孔率重復或打孔率如如WCDMA，業(yè)務速率，業(yè)務速率384Kbps，信道編碼，信道編碼1/3Turbo碼，符號速率碼，符號速率960Kbps；每個碼字長

16、度是每個碼字長度是2的整數(shù)此冪的整數(shù)此冪 上行上行K=2-8;下行下行K=2-9對于一定的對于一定的OVSF碼組，共有碼組，共有SF個長度為個長度為SF的的OVSF碼字。碼字。長度相同的不同碼字相互之間正交，互相關值為長度相同的不同碼字相互之間正交，互相關值為0kSF2（1,1,-1,-1）（1,1）樹根樹根節(jié)點節(jié)點低階低階（1,1,1,1）高階高階（1）假設該節(jié)點已假設該節(jié)點已經(jīng)使用經(jīng)使用衍生出的節(jié)點均衍生出的節(jié)點均不能使用不能使用從根到該節(jié)點的碼也不從根到該節(jié)點的碼也不能使用能使用擴頻碼樹特點擴頻碼樹特點AMR12.2KCS64KPS64KPS144KPS384KSF=128SF=32SF

17、=64SF=32SF=8不同業(yè)務類型不同業(yè)務類型下行使用的擴頻碼下行使用的擴頻碼結(jié)論：結(jié)論：進行一個進行一個PS384KPS384K業(yè)務的同時犧牲了業(yè)務的同時犧牲了4 4個個PS64KPS64K業(yè)務或業(yè)務或1616個語音業(yè)務；個語音業(yè)務；進行一個進行一個PS64KPS64K業(yè)務同時犧牲了業(yè)務同時犧牲了4 4個語音業(yè)務，同時也相當與犧牲了個語音業(yè)務，同時也相當與犧牲了一個一個PS384KPS384K業(yè)務。但同階的其他業(yè)務。但同階的其他3 3個個PS64KPS64K業(yè)務仍然可以開展。業(yè)務仍然可以開展。擾碼分為擾碼分為512512個集合，每個集合有一個主擾碼和個集合，每個集合有一個主擾碼和1515個

18、次擾碼。個次擾碼。下下 行行 擾擾 碼碼下行下行8192個擾碼個擾碼集合集合0集合集合1集合集合511下行下行8192個擾碼個擾碼分成分成512個集合個集合主擾碼主擾碼0次擾碼次擾碼1次擾碼次擾碼15每個集合由每個集合由1個個主擾碼和主擾碼和15個次個次擾碼擾碼擾碼：擾碼：GOLDGOLD序列序列擾碼每擾碼每10ms10ms重復一次，長度時重復一次，長度時38400chips38400chips對于上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有對于上行物理信道，可用的擾碼分為長擾碼和短擾碼，共有 個長擾碼和個長擾碼和 個上行短擾碼，上行擾碼由高層分配。個上行短擾碼，上行擾碼由高層分配。對于下

19、行物理信道，可以產(chǎn)生對于下行物理信道，可以產(chǎn)生 個擾碼，但只個擾碼，但只是用了是用了0 081928192號的擾碼號的擾碼2422422621431218512個主擾碼又進一步分為個主擾碼又進一步分為64個擾碼組，每組個擾碼組，每組8個。個。下行主擾碼下行主擾碼下行下行512個主擾碼個主擾碼組組 0組組 1組組 63分成分成64個組個組主擾碼主擾碼0主擾碼主擾碼1主擾碼主擾碼7每組每組8個個小區(qū)搜索過程小區(qū)搜索過程主同步信道（主同步信道（P-SCHP-SCH）：由）：由1 1個長度為個長度為256chip256chip的格雷碼構(gòu)成，的格雷碼構(gòu)成，具有良好的自相關性，每個時隙均發(fā)射，所有小區(qū)使用

20、同一具有良好的自相關性，每個時隙均發(fā)射，所有小區(qū)使用同一個碼。個碼。WCDMAWCDMA全網(wǎng)只有一個同步碼，手機端需要一個匹配濾波器即全網(wǎng)只有一個同步碼，手機端需要一個匹配濾波器即可完成對同步碼的捕獲?？赏瓿蓪ν酱a的捕獲。小區(qū)搜索過程小區(qū)搜索過程從同步信道（從同步信道（S-SCHS-SCH）：由長度為）：由長度為256chip256chip的輔同步碼構(gòu)成，輔同的輔同步碼構(gòu)成，輔同步碼共步碼共1616個，經(jīng)過排列組合生成個，經(jīng)過排列組合生成6464組每組組每組1515個，分別對應且唯一個，分別對應且唯一對應對應6464個主擾碼組。個主擾碼組。輔同步碼特點：一個碼序列循環(huán)位移結(jié)果位移，輔同步碼特

21、點：一個碼序列循環(huán)位移結(jié)果位移，6464個序列中任何個序列中任何一個進行小于一個進行小于1515次的循環(huán)位移，都不會與其他序列的循環(huán)位移相次的循環(huán)位移，都不會與其他序列的循環(huán)位移相同，也不會與自己的任何其他循環(huán)序列相同；實際上，不同的小同，也不會與自己的任何其他循環(huán)序列相同；實際上，不同的小區(qū)選用不同的序列，不同的時隙選用不同的輔同步碼。區(qū)選用不同的序列，不同的時隙選用不同的輔同步碼。時隙同步：移動臺搜索主同步信道的主同步碼。主時隙同步：移動臺搜索主同步信道的主同步碼。主同步碼以時隙為周期。同步碼以時隙為周期。幀同步：由于輔同步碼以幀為周期，所以可以實現(xiàn)幀同步：由于輔同步碼以幀為周期，所以可以

22、實現(xiàn)楨同步。然后通過識別同步碼可以找出對應的擾碼楨同步。然后通過識別同步碼可以找出對應的擾碼組。組。擾碼識別：當基站所屬的擾碼組確定后，將擾碼組擾碼識別：當基站所屬的擾碼組確定后，將擾碼組內(nèi)的內(nèi)的8 個主擾碼與捕獲的導頻信道進行相關計算，個主擾碼與捕獲的導頻信道進行相關計算，得到小區(qū)所使用的下行擾碼。得到小區(qū)所使用的下行擾碼。獲取信息：擾碼識別后，通過解擾、解擴即可得到獲取信息：擾碼識別后，通過解擾、解擴即可得到網(wǎng)絡信息。小區(qū)發(fā)射的網(wǎng)絡信息。小區(qū)發(fā)射的CCPCH信道的信道的SFN，作為其，作為其他信道的他信道的SFN。接入和軟切換接入和軟切換軟切換和更軟切換軟切換和更軟切換先建立后斷開先建立后

23、斷開同一個同一個Node.B的軟切換叫更軟切換，相同的軟切換叫更軟切換，相同RNC不同不同Node.B的軟切換叫軟切換。的軟切換叫軟切換。硬切換硬切換先斷開后建立先斷開后建立不同載波之間的切換，以及與不同載波之間的切換，以及與GSM系統(tǒng)的切換。系統(tǒng)的切換。同頻硬切換同頻硬切換處于處于2個個RNC控制的控制的Node.B間所間所進行的切換，如果兩個基站間沒進行的切換，如果兩個基站間沒有有Iur接口，這種本屬于軟切換的接口，這種本屬于軟切換的切換稱之為同頻硬切換；如果有切換稱之為同頻硬切換；如果有則仍為軟切換。則仍為軟切換。軟切換過程中的不同事件軟切換過程中的不同事件1A1A：有一個導頻滿足進入激

24、活導頻：有一個導頻滿足進入激活導頻集門限并進入激活導頻集。集門限并進入激活導頻集。1B1B：有一個導頻滿足退出激活導頻：有一個導頻滿足退出激活導頻集門限并推出激活導頻集。集門限并推出激活導頻集。1C1C：當激活導頻集內(nèi)激活導頻已經(jīng)：當激活導頻集內(nèi)激活導頻已經(jīng)達到最大數(shù)目，但又有一個導頻達到最大數(shù)目，但又有一個導頻G G的的強度比當前激活導頻集內(nèi)最差導頻強度比當前激活導頻集內(nèi)最差導頻W W強度強，并且時間大于定時器時間，強度強，并且時間大于定時器時間，導頻導頻G G將進入，導頻將進入，導頻W W將被剔出。將被剔出。1D1D：激活導頻集內(nèi)有一個導頻強度：激活導頻集內(nèi)有一個導頻強度比當前最佳導頻強度

25、強過一個定時比當前最佳導頻強度強過一個定時器時間，則發(fā)生參考導頻更替。器時間，則發(fā)生參考導頻更替。接收機單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計算信號強度與時延合 并合并后的信號ts(t)ts(t)RAKE接收接收RAKERAKE接收技術，是分集技術的一種，屬于時間分集范疇。接收技術，是分集技術的一種，屬于時間分集范疇?；ゲ幌嚓P（延遲大于一個碼片延遲）的信號先后進入互不相關（延遲大于一個碼片延遲）的信號先后進入不同的路徑，進行延遲估計、延遲均衡后，進行最大不同的路徑，進行延遲估計、延遲均衡后，進行最大比合并。比合并。RAKE接收接收只要遲來的信號能夠進入只要遲來的信號能夠進入RAKE接收機

26、內(nèi)的分支，并接收機內(nèi)的分支，并可以相加合并就可以視為有用信號，否則將視為干擾?？梢韵嗉雍喜⒕涂梢砸暈橛杏眯盘?，否則將視為干擾。RAKE接收集分支數(shù)目越多越好，但系統(tǒng)越復雜，造價越接收集分支數(shù)目越多越好，但系統(tǒng)越復雜，造價越高高軟切換合并軟切換合并上行在上行在RNCRNC中進行選擇中進行選擇性合并；性合并；下行在手機處通過下行在手機處通過RAKERAKE接收機進行最大接收機進行最大比合并。比合并。導頻污染導頻污染導頻污染定義為：導頻污染定義為：能夠進入激活導頻集的導頻數(shù)目大于激活導頻集限定的數(shù)能夠進入激活導頻集的導頻數(shù)目大于激活導頻集限定的數(shù)量，頻繁發(fā)生進入和退出激活導頻集事件。量，頻繁發(fā)生進入和退出激活導頻集事件。WCDMA系統(tǒng)將導頻分為三類：系統(tǒng)將導頻分為三類：激活導頻集激活導頻集、偵測導頻集偵測導頻集、相鄰導頻集相鄰導頻集導頻污染后果：導頻污染后果：激活導頻集數(shù)目一般設為與激活導頻集數(shù)目一般設為與RAKE接收集路徑數(shù)相同，因接收集路徑數(shù)相同，因此不能進入激活導頻集地導頻，不能進行合并形成有用信此不能進入激活導頻集地導頻，不能進行合并形成有用信號，這樣其變成一路同頻干擾。號，這樣其變成一路同頻干擾。加大信令開銷，占用過多空中接口資源。加大信令開銷，占用過多空中接口資源。呼吸效應和軟容量呼吸