WCDMA移動通信技術：02-1 無線環(huán)境特點及數(shù)據(jù)處理過程

無線環(huán)境特點及數(shù)據(jù)處理過程課程內(nèi)容無線環(huán)境特點數(shù)據(jù)處理過程空中關鍵技術無線通信的困難由于移動通信是通過無線空間這一介質(zhì)作為傳播路徑，這就決定了傳播路徑的開放性，但是也使得移動通信的無線電傳播環(huán)境比有線通信更加惡劣。原因：1.無線通信的傳輸介質(zhì)是電磁波，它的傳輸是擴散的2.地理環(huán)境復雜多變3.用戶移動隨機不可預測直射反射繞射無線傳播方式時間接收信號強度WCDMA移動通信環(huán)境——信道環(huán)境移動無線信道的特點傳播的開放性接收環(huán)境的復雜性通信用戶的隨機移動性電磁波的傳播方式直射波多徑反射波繞射波散射波三種損耗路徑傳播損耗，又稱衰耗，主要由空間傳播損耗引起大尺度衰落損耗，也稱慢衰落，主要由陰影效應引起；小尺度衰落損耗，也稱快衰落，主要由多徑效應引起；空間選擇性衰落（平坦瑞利衰落）頻率選擇性衰落（多徑效應）時間選擇性衰落（多普勒頻移）電磁傳播的分析電磁波傳播的3種基本機制：發(fā)射、繞射、散射克服3類選擇性衰落的方法空間選擇性衰落：采用空間分集接收技術，分集接收機

間的間隔要滿足大于基本條件要求。頻率選擇性衰落：采用RAKE接收方式，設計RAKE接收

時，必須滿足其頻率相關區(qū)間間隔要求時間選擇性衰落：采用交織技術，交織區(qū)間一定要滿足要

求。三種效應陰影效應：由大型建筑物和其它物體的阻擋而形成在傳播接收區(qū)域上的半盲區(qū)；遠近效應；多普勒效應；課程內(nèi)容無線環(huán)境分析數(shù)據(jù)處理過程空口關鍵技術編碼交織基帶調(diào)制擴頻加擾射頻調(diào)制無線信道解碼解交織基帶解調(diào)解擴解擾射頻解調(diào)收發(fā)信機數(shù)據(jù)處理過程手機數(shù)據(jù)手機數(shù)據(jù)無糾錯編碼：BER<10-1~

10-2不能滿足通信需要卷積編碼：BER<10-3滿足語音通信需要Turbo碼：BER<10-6滿足數(shù)據(jù)通信需要信道編碼編碼目的：在原數(shù)據(jù)流中加入冗余信息，使接收機能夠檢測和糾正由于傳輸媒介帶來的信號誤差，同時提高數(shù)據(jù)傳輸速率。WCDMA中的編碼方法：WCDMA采用高性能的信道編碼，提高系統(tǒng)性能編解碼極大地降低了工作點的信噪比，是無線傳輸中的常用手段Turbo碼能夠使傳輸信號的信噪比接近香農(nóng)極限信道編碼的原理信道編碼信道編碼技術是通過給原數(shù)據(jù)添加冗余信息，從而獲得糾錯能力目前使用較多的是卷積編碼和Turbo編碼（1/2，1/3）使用編碼增加了無效負荷和傳輸時間適合糾正非連續(xù)的少量錯誤床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床？前前明明月月光光春春眠眠？不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國國x1x6x11x16x21x2x7…x22x3x8…x23x4x9…x24x5x10…x25輸入數(shù)據(jù)

A=(x1x2x3x4x5…x25)輸出數(shù)據(jù)

A’=(x1x6x11x16…x25)舉例：交織技術交織：打亂原來的數(shù)據(jù)排列規(guī)則，按照一定順序重新排列。作用：減小信道快衰落帶來的影響。優(yōu)點：交織技術是改變數(shù)據(jù)流的傳輸順序，將突發(fā)的錯誤隨機化。提高糾錯編碼的有效性。缺點：帶來了附加的額外延時在特殊情況下，若干個隨機獨立差錯有可能交織為突發(fā)差錯。床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床春白紅床春白紅前眠發(fā)豆前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床春白紅？？？？？？？？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床？？前明明月月光光春？？眠不不覺覺曉曉白？？發(fā)三三千千丈丈紅？？豆生生南南國國編碼交織去交織解碼突發(fā)錯誤信道編碼和交織技術的使用編碼交織基帶調(diào)制擴頻加擾射頻調(diào)制無線信道解碼解交織基帶解調(diào)解擴解擾射頻解調(diào)收發(fā)信機數(shù)據(jù)處理過程手機數(shù)據(jù)手機數(shù)據(jù)擴頻技術信息時代三大通信傳輸方式：光纖通信衛(wèi)星通信擴展頻譜通信直序擴頻（DSSS）：使用高速偽隨機碼對要傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)進行擴頻調(diào)制。跳頻（FH）：利用偽隨機碼控制載波頻率在一個更寬的頻帶內(nèi)變化。跳時（TH）：數(shù)據(jù)的傳輸時隙是偽隨機的。

擴展頻譜（SS:SpreadSpectrum)通信簡稱擴頻通信。

擴頻通信技術:在發(fā)端采用擴頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在收端采用相同的擴頻碼進行相關解調(diào)來解擴以恢復所傳信息數(shù)據(jù)。

直接序列擴展頻譜DSSSCDMA采用的是直接序列擴頻，即將需要傳送的信號與速率遠大于信息速率的偽隨機序列編碼（擴頻碼）直接混合，這樣調(diào)制信號的頻譜寬度遠大于原來信息的頻譜寬度。擴頻通信的定義擴頻通信就是將信號的頻譜展寬后進行傳輸?shù)募夹g。其理論基礎為香農(nóng)定理：C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，單位b/sB：信號頻帶寬度，單位HzS：信號平均功率，單位WN：噪聲平均功率，單位W結(jié)論：在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質(zhì)量.擴頻通信的理論基礎高速擴頻序列低速信號TX解調(diào)信號RX高速擴頻序列擴頻信號擴頻碼速率：3.84Mc/s；擴頻碼：OVSF碼。直接擴頻通信用戶數(shù)據(jù)＝-1+1-1-1+1-1擴頻碼＝+1-1-1+1-1+1+1-1擴頻信號＝用戶數(shù)據(jù)×擴頻碼解擴數(shù)據(jù)＝擴頻信號×擴頻碼＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1解擴擴頻WCDMA擴頻示意擴頻碼與擾碼擴頻碼需要有區(qū)分度，也就是所謂的正交。擴頻碼的特性互相關特性：用自身的擴頻碼可以解擴出信號，而其他

的擴頻碼不可以解擴出信號。自相關特性：自身的時延不影響解擴出的信號。易于產(chǎn)生具有隨機性具有盡可能長的周期以對抗干擾碼序列的正交－累加為0表示正交碼序列的正交性Walsh函數(shù)是一種非正弦波的完備正交函數(shù)系統(tǒng)，可用哈達瑪矩陣H通過遞推關系構(gòu)成。由于它僅有可能的取值是＋1和－1（或0和1），比較適合于用來表達和處理數(shù)字信號。

Walsh函數(shù)具有理想的互相關特性。在Walsh函數(shù)中，兩兩之間的互相關函數(shù)為“0”，亦即它們之間是正交的。WCDMA系統(tǒng)擴頻碼（信道化碼）WCDMA系統(tǒng)中，每個用戶配不同的擴頻碼，可以區(qū)分不同的用戶/信道。WCDMA擴頻碼是由Walsh函數(shù)生成，叫做OVSF碼（正交可變擴頻因子碼）簡稱SF，可以區(qū)分不同的信道（也叫信道化碼），OVSF碼互相關為零，相互完全正交。SF分為上下行。上行用于區(qū)分不同用戶；下行用于區(qū)分同一用戶的不同業(yè)務。

SF=1

SF=2

SF=4

Cch,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)

OVSF：OrthogonalvariablespreadingfactorOVSF-正交可變擴頻因子符號速率×擴頻因子＝碼片速率上行信道碼的SF為：4~256下行信道碼的SF為：4~512OVSF碼擾碼數(shù)據(jù)符號擴頻后碼片WCDMA系統(tǒng)的擴頻如WCDMA，碼片速率＝3.84Mcps，擴頻因子＝4，則符號速率＝960波特/sfS（f）f0擴頻前的信號頻譜信號S（f）ff0擴頻后的信號頻譜信號S（f）ff0解擴頻后的信號頻譜信號干擾噪聲fS（f）f0解擴頻前的信號頻譜信號干擾噪聲信號窄帶干擾寬帶干擾擴頻通信示意圖編碼交織基帶調(diào)制擴頻加擾射頻調(diào)制無線信道解碼解交織基帶解調(diào)解擴解擾射頻解調(diào)收發(fā)信機數(shù)據(jù)處理過程手機數(shù)據(jù)手機數(shù)據(jù)OVSF碼擾碼數(shù)據(jù)比特擴頻后碼片擾碼介紹擾碼使用戶信息偽隨機化，加強保密性WCDMA擾碼是兩個m序列（最大長度線性移位寄存器序列）的疊加，成為Gold碼序列。擾碼分為上行擾碼和下行擾碼，作用不一樣WCDMA系統(tǒng)中的擾碼WCDMA的擾碼是由GOLD序列生成的Gold序列具有良好的自相關性質(zhì)，其分段序列之間互相關很小，用于碼分多址中區(qū)分小區(qū)和用戶，進行多址。WCDMA系統(tǒng)中的擾碼是一種偽隨機序列(PN碼)它具有類似噪聲序列的性質(zhì)，是一種貌似隨機但實際上有規(guī)律的周期性二進制序列。通過擾碼可以使用戶數(shù)據(jù)進一步隨機化，增強了保密性能，同時便于進行多址通信。上/下行擾碼作用上行擾碼共224個，用于區(qū)分同一小區(qū)的不同用戶上行擾碼分為長擾碼和短擾碼，其中短擾碼用于多用戶檢測下行擾碼共218-1個，用于區(qū)分不同的小區(qū)常用擾碼是0，1，……，8191，分為512個集合，每個集合包括一個主擾碼和15個次級擾碼。512個主擾碼又可以分為64個擾碼組，每組由8個主擾碼組成

碼資源管理碼資源規(guī)劃的目的:在WCDMA系統(tǒng)中，用到兩種碼，OVSF碼和擾碼由于正交可變擴頻因子碼OVSF是寶貴的稀有資源，在下行一個小區(qū)對應一張碼表，為了使得系統(tǒng)既能接入盡量多的用戶，提高系統(tǒng)的容量，就必須考慮碼資源的合理使用問題，所以對于下行信道化碼資源的規(guī)化和