W(初级)-00 WCDMA系统原理概述-20080715-V1.0-A
WCDMA移动通信系统基本原理
会议室
用方言交谈 说话声音 听清对话 谈话声音提高 大家都提高声音 喊破喉咙，仍然听不清 房间外的干扰
CDMA系统是一个同频自干扰系统，任何多余不必要的功率 不允许发射，这是一个一定要遵守的总准则
影响容量的几个现象 功率攀升
影响容量的几个现象 多址干扰 WCDMA是一个自干扰系统
来源: 共享频谱；没有理想自相关和互相关特性的扩频码 现象: 功率攀升 频率 相关输出
无线原理基本概念
无线基本原理
基本传播机制
无线传播特性 概念
反射：当电磁波遇到比其波长大的多的物体时发生反射 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射 散射：当电磁波遇到的物体表面粗糙、不规则时发生散射 慢衰落和快衰落 接收信号的场强中值在一段时间内的缓慢变化称为慢衰落。（阴影衰落） 接收信号在某时间内场强在振幅和相位发生非常急速变化的部分成为快衰落（多 径效应）
移动通信用户的快速增长，频率紧张成为制约 通讯发展的最大问题 在频谱利用率方面要比二代系统成倍提高 能利用最佳的频谱利用率来提供目前所预期的 所有业务。
业务质量
对于多种业务如：语音、视频、数据业务、 无线业务，不同的业务有不同的要求
ITU对IMT-2000的总体要求 第三代移动通信的标准化
能否支持从第二代系统的发展和演进对于IMT2000的成功意义巨大 第二代系统的巨大投资仍在进行，两个时代的系 统的共存、互通必不可少。 从第二代过渡到第三代需要一个有步骤、逐步的 解决方案 PHS GSM
WCDMA
CDMA 向3G过渡
TDSCDMA
CDMA200
ITU对IMT-2000的总体要求
GGSN
信令＋数据 信令
(1)WCDMA系统概述
什么是TD-SCDMA?－－－时分－同步码分多址 －－－时分－ 什么是 －－－时分
TD: TDD/Time Division Duplex－时分双工 － S
Synchronization－同步 － Smart Antenna－智能天线 － Space Division Multiple Access－空分多址 － Software Radio－软件无线电 －
2010-8-3
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
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课程目标
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熟悉移动通信系统的发展 熟悉我国移动通信产业的发展情况 掌握3G主流技术体制 掌握 主流技术体制 掌握WCDMA主要技术指标和特点 主要技术指标和特点 掌握 掌握WCDMA与GSM空中接口的主要区别 与 掌握 空中接口的主要区别 掌握UMTS体系结构 体系结构 掌握
2010-8-3
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
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第一代模拟移动通信系统
第一代模拟移动通信系统，典型代表有： 第一代模拟移动通信系统，典型代表有： 美国的AMPS 美国的 英国的TACS 英国的 北欧的NMT-450/900 北欧的 德国的C-450/900 德国的C-450/900 日本的NAMTS 日本的 第一代移动通信系统存在的主要问题是 第一代移动通信系统存在的主要问题是： 主要问题
WCDMA系统 WCDMA系统概述 系统概述
长沙通信职业技术学院 通信工程系 宋燕辉 2008年9月 年 月
问题引入
1. 2. 3.
大家熟悉移动通信的发展情况吗？ 大家熟悉移动通信的发展情况吗？ 掌握了3G的主流技术体制特点吗？ 掌握了 的主流技术体制特点吗？ 的主流技术体制特点吗 另外， 作为新一代移动通信的第一大标准， 另外 ， WCDMA作为新一代移动通信的第一大标准 ， 作为新一代移动通信的第一大标准 其主要技术指标和特点有哪些？与GSM空中接口的 其主要技术指标和特点有哪些？ 空中接口的 主要区别有哪些？其体系结构如何？ 主要区别有哪些？其体系结构如何？
WCDMA系统原理(new)
WCDMA网络组件 网络组件
无线网络控制器（RNC） 无线网络控制器（ ）
RNC用来支持和管理它下面所带的 用来支持和管理它下面所带的 NodeB RNC的功能为： 的功能为： 的功能为 提供无线资源，为 NodeB提供 提供无线资源， 提供 相应的服务 过载和拥塞控制 管理功能 决定并控制切换 功率控制 在Iub/Iur之间路由数据 之间路由数据
RNS
RNC RNC
MSC UTRAN
SGSN
RNS
NodeB
NodeB
NodeB
NodeB
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WCDMA网络组件 网络组件
核心网（ ） 核心网（CN）
核心网－电路交换（ 核心网－电路交换（CN-CS:Core Network－Circuit Switched） － ） GMSC/MSC/VLR/IWF/EC 核心网－分组交换（CN-PS:Core Network－Packet Switched） 核心网－分组交换（ － ） GGSN/SGSN CN-CS与CN-PS共享部分 与 共享部分
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WCDMA网络结构 网络结构
PSTN
MSC Internet
NodeB
Feature Servers
UE
RNC SGSN
GGSN
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WCDMA系统原理简介
WCDMA高级培训课件主要内容：1、UMTS的基本理论。
简述无线通信的发展历史以及他们之间的变化。
2、UMTS基本结构的介绍。
从逻辑视图介绍UMTS的功能结构，GSM及GPRS向UMTS 过渡的结构变化。
3、无线接口。
UMTS作为UTRAN网络并且是FDD方式下的空中接口特性，包括：a、WCMDA空中接口的基本原理b、UTRAN网络的总体介绍，协议模型、物理层、RLC层、MAC层的基本功能以及所对应的信道、空中接口的通信过程、调制解调方案及AMR等。
4、基本通信过程。
移动台至核心网之间的通信过程。
一、UMTS Introduction目标：1、UMTS是什么？2、UMTS的标准由谁制定、这些标准的特点及不同标准的差异。
3、UMTS现状，各国license发布情况。
1、移动通信的基本发展过程第一代以模拟制式为代表的空中无线接口的应用主要有：NMT（北欧）、TACS（英国）、AMPS（北美）及R2000（铁路应用）等。
多种标准的存在使得彼此不兼容，不能互联互通。
第二代移动通信引入数字和调频技术，最典型的技术有：GSM（欧洲）、CDMA IS-95（北美）、D-AMPS（北美）、IS-136（北美）等。
在整个发展过程中，主要有三个分支，分别是欧洲、北美和日本的移动通信发展历程。
日本的分支由于比较独立，一般不在讨论之中。
作为欧洲第二代移动通信技术的典型代表是GSM，GSM在空中接口的主要特点：多址方式－—TDMA，采用8路时分复用的多址方式，每用户的接入是通过占用物理信道的时隙来区分。
从网络侧考虑，区分上下行链路的双工方式是FDD。
在每一个频率上使用8路时分复用，微观的占用时间片来区分多路用户的个人通信。
在通信过程中，每个用户得到的物理资源是时隙，在GSM中物理信道的定义为：物理信道（Phy channel）＝频率（Frequence）+时隙号（TS number）。
由于采用电路交换方式，每用户在通信过程中，将一直占用网络分配的物理信道直至通信结束。
中国通信网初级通信教程-WCDMA基本原理
WCDMA＿基本原理教材
学习完此课程，您将会： – 掌握WCDMA系统的发展历程 – 掌握CDMA技术的基本原理 – 掌握WCDMA系统结构及无线网络接口 – 掌握WCDMA系统无线信道类型及其功能 – 掌握WCDMA系统主要的信令流程
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中通网培训初级系列教材 内部保密
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WCDMA通信模型
信源编 码
Interleaving
信道 编码 交织
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
去交织 信道解 码
信源解 码
deinterleaving
解扩
解扰
解调
射频 接收
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WCDMA的信道编码
缺点
–占用带宽较大 –自干扰系统－系统内用户互相干扰 –技术实现难度大，需要采用快速功率控制、负载控 制等技术
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第1章 3G概述 第2章 CDMA基本原理 第3章 WCDMA系统结构 第4章 WCDMA无线接口 第5章 WCDMA信令流程
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交织
交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的 影响
1 2 3 4 5 6 7 8 ... 一次交织： ... 452 453 454 … …
B0 1 9 .
B1 2 10 . . .
B2 3 11 . . .
B3 4 12 . . .
Iur
NodeB Iu-BC PS
(华为WCDMA系统基本原理)第1章_WCDMA系统概述
第1章WCDMA系统概述1.1 移动通信的发展现代的移动通信发展至今，主要走过了两代，而第三代现在正处于预商用阶段，不少厂家已经在欧洲、亚洲进行实验网的商用试运行。
第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。
时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期。
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，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。
第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS，以及NMT和NTT等。
AMPS（先进的移动电话系统）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；TACS（总接入通信系统）使用900MHz频带，分ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。
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：(1) 频谱利用率低(2) 业务种类有限(3) 无高速数据业务(4) 保密性差，易被窃听和盗号(5) 设备成本高(6) 体积大，重量大为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统，时间是从八十年代中期开始。
第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。
GSM（全球移动通信系统）发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的，支持64Kbps的数据速率，可与ISDN互连。
GSM使用900MHz频带，使用1800MHz频带的称为DCS1800。
GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每载频支持8个信道，信号带宽200KHz。
DAMPS （先进的数字移动电话系统）也称IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频带，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，指定使用TDMA多址方式。
WCDMA系_原理概述
WCDMA的扩频速率：3.84Mcps
（sps）
（cps）
处理增益
最终扩频速率和比特速率的比（cps/bps）
在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的
华为机密，未经许可不得扩散
文档密级：内部公开
WCDMA通信模型
信源 编码
Interleaving
1995
1998
2000
文档密级：内部公开
2002
华为机密，未经许可不得扩散
TD-SCDMA发展历程
华为机密，未经许可不得扩散
文档密级：内部公开
3G发展与演进介绍
3G发展概述 3G频谱分配 WCDMA协议版本演进
华为机密，未经许可不得扩散
文档密级：内部公开
3G频谱分配
800 850 900 950 1000 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2500 2550 2600 2650 2700
第三代移动通信的提出
IMT-2000是第三代移动通信系统（3G）的统称
第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年 提 出，1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）
原计划该系统于 2000年左右商用 工作的频段在 2000MHz
无线信道
去交织 deinterleaving 解扩 信道 解码
信源 解码
解扰
解调
射频 接收
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WCDMA(空中接口)基本原理概述
三、WCDMA（空中接口）基本原理概述目标：了解扩频的基本原理（码字）、功率、功率控制、上下行链路的覆盖限制、Rake接收机、宏分集、发射分集、压缩模式及无线帧等概念。
1、扩频基本原理（码字）对于多址接入方式，WCDMA在同一载频上，多个用户通过不同的码字加以区分，为什么WCDMA还会有时间轴的定义？对于CDMA来说，物理信道的定义是频率加码字，时间概念的引入是在传输信道上基带信号处理过程的基本单位，对应用层信息，以多长时间来分块进行基带信号处理，如GSM中20ms的时间块，在UMTS中则随不同传输信道的格式，选择10ms、20ms、40ms或80ms等不同的时间块。
所以时间概念是空中接口基带信号处理中传输信道的适配，也就是传输信道上的速率适配。
时间和时隙的作用是提供时钟参考和传输信道块的处理单位。
在WCDMA中码字（Code）和功率（Power）是二个重要概念，码字是用来区分每一路通信的，而功率是对系统的干扰。
与GSM类似，在WCDMA系统中，FDD方式下空中接口的主要参数包括：带宽――5MHz（实际使用的带宽射频调制之后是4.75MHz，在频率划分上可以不留保护频带）；双工间隔――190MHz（中间值），规范规定双工间隔可以在134.8MHz～245.2MHz间取值（取决于不同国家的频谱规划）；信道栅格（channel raster）――200KHz，在中心频率选择时，每200KHz频率作为一个单位，故中心频率一定是200KHz的整数倍；绝对射频信道号（UARFCN）――用一对整数来描述空中接口的一对上下行频率，对应关系：Nul（Number UL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分别是上行和下行链路的绝对频率值。
该参数将作为底层的系统配置参数写入软件中，一旦获得相应的Lisence参数就不会发生变化。
在TDD方式下，会增加一个时隙参数的定义，一个TS定义为666.67us；频段从1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz构成一个中心频率。
WCDMA系统基本原理
UMTS Universal Mobile Telecommunications System 通用移动通信系统 是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统 通常也把UMTS系统 称为WCDMA通信系统 UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结 构 包括无线接入网络 Radio Access Network RAN 和核心网络 Core Network CN 其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能 而CN处理 UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接 并实现与外部网络的交换和路由 功能 CN从逻辑上分为电路交换域 Circuit Switched Domain, CS 和分组 交换域 Packet Switched Domain, PS
i
图2-13 无线接口协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32 图2-14 Iub接口协议图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-33 图2-15 无线网络协议的区分和在Iub上的传送 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-34 图2-16 Iur接口协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-37 图2-17 无线网络协议和Iur上传送的区分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38 图2-18 漂移RNS逻辑模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-38 图2-19 核心网和UTRAN之间的接口图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-41 图2-20 Iu-CS的协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-42 图2-21 Iu-PS的协议结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-43
中英对照 WCDMA系统原理简介
WCDMA系统原理简介背景：WCDMA是IMT-2000家族最主要的三种技术标准之一，它主要由欧洲电信标准协会(ETSI)和日本无线电产业协会(ARIB)提出，WCDMA系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务(如PSTN和ISDN网)、分组交换业务（如IP网）。
灵活的无线协议可在一个载波内对用户同时支持话音、数据和多媒体业务，并通过透明或非透明传输块来支持实时业务。
和非实时业务作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS不仅定义了空中接口，而且还包括接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。
WCDMA版本的演进过程是一个技术和业务需求不断提高的过程。
WCDMA标准经过多年发展已渐趋成熟。
其标准化工作由3GPP组织完成。
到目前为止，主要有五个版本，即3GPPR99，3GPPR4，3GPPR5，3GPPR6和3GPPR7，前四个版本已经完成并终结，目前正在进行R7版本的制定工作。
不同版本间的功能划分并不是绝对和清晰的，而是按时间进度和工作完成情况进行灵活划分，不一定某个功能必须在某个版本中完成，在修改版本时应遵守向后兼容的原则。
基本原理：在WCDMA系统中，在原有的话音业务的基础上，义引人大量多媒体业务，每种业务具有的不同的Qo5和覆盖范围。
多业务环境和WCDMA系统是自干扰系统，这一特点使得在规划WCDMA系统时有许多不同于GSM系统规划的地方。
在规划WCDMA系统时，由于小区的负荷会对小区允许的最大传播损耗产生影响，也就是对覆盖产生影响，同时小区负荷又是小区容量的决定因素。
当负荷比较小时WCDMA系统是上行链路覆盖受限，当负荷比较大时下行链路容量受限。
因此在网络规划时覆盖和容量的规划对于上，下行链路是不同的。
另外在WCDMA系统中，功率控制(TPC)、由于软切换和更软切换产生的增益、上下行链路的功率预算不同等因素在做规划时都要加以考虑。
WCDMA网络规划设计通常包括确定设计口标及信息收集、初步设计、站址勘察和最终设计等几个阶段。
WCDMA系统原理
这里假设扩频序列之间、扰码之间是正交的，正交的概念是两两序列 互相关处理（相乘、积分）后结果为0，自相关系数=1。
扰码是伪随机码序列，自相关特性很好，但是互相关特性就不是理想的 零值了（理论上就不正交），在采用较长的序列时还是相当小的。扩频 码采用OVSF（长度可变的正交扩频因子）码，在理论上是完全正交的， 但是在无线多径环境下，无法保持其正交性。也就是说，实际上在接收
收的分辨率（多径传播路径差）为244米，因而WCDMA系统的潜在性能更好 （可利用的多径传播路径差是78米）。
WCDMA采用频分多址（FDD）工作方式，工作频率是：上行1920MHz到 1980MHz，下行是2110MHz到2170MHz。收发频率间隔190MHz。
采用先进的无线资源管理算法以保证不同比特速率的混合（综合）业务的服 务质量（QoS），并使系统吞吐容量最大。
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
三、 WCDMA系统的容量
对于电路交换（CS）通信系统的容量常常用系统的话务量（业务量）来表示。 总话务量的定义是： 话务量=[通话次数*平均每次通话时间（分钟）]/60（分钟） 体现了通信系统的处理能力 信道数C与阻塞率B、话务量A的关系用爱尔兰B公式表达：
WCDMA系统原理
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
什么是3G？
系统性能特征：室内环境支持2Mbps速率的数据
第1章 WCDMA系统概述分析
第1章 WCDMA系统概述1.1 移动通信的发展现代的移动通信发展至今，主要走过了两代，而第三代现在正处于预商用阶段，不少厂家已经在欧洲、亚洲进行实验网的商用试运行。
第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。
时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期。
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，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。
第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS，以及NMT和NTT等。
AMPS（先进的移动电话系统）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；TACS（总接入通信系统）使用900MHz频带，分ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。
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：(1) 频谱利用率低(2) 业务种类有限(3) 无高速数据业务(4) 保密性差，易被窃听和盗号(5) 设备成本高(6) 体积大，重量大为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统，时间是从八十年代中期开始。
第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。
GSM（全球移动通信系统）发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的，支持64Kbps的数据速率，可与ISDN互连。
GSM使用900MHz频带，使用1800MHz频带的称为DCS1800。
GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每载频支持8个信道，信号带宽200KHz。
DAMPS （先进的数字移动电话系统）也称IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频带，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，指定使用TDMA多址方式。
移动网络培训系列之WCDMA技术原理介绍
S1
S1xC1
扩频
W
S2
S2XC2
扩频通信原理
空中接口
S
[S1xC1+S2xC2]xC1=S1
解扩
N (S1xC1)+(S2xC2)
[S1xC1+S2xC2]xC2=S2
C1与C2正交：C1xC2=0
29
扩频中的品质因子Eb/No
处理增益PG=Wc/R
－Wc是码片速率 －R是信息速率
PG
Eb/No
交织技术
交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。 作用：减小信道快衰落带来的影响。 优点
交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。 提高纠错编码的有效性。
缺点：
由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加 大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择
NODE- B
WCDMA无线
MGW/MSC SERVER/VLR
SMS WAP
HLR
NMS
核心网分组交换
IP Backbone
GGSN Firewall
3G SGSN
Internet
5
3G 网络基本设备功能
Node-B ：收发信基站,为一个小区服务的无线收发信设备,覆盖范围城区300-800m, 郊区800-2000m
AUC ：鉴权中心为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。 中国移动3G网络中HLR设备与AUC设备合设。
SGSN ：数据服务支持节点,该功能实体提供移动性管理、安全管理功能和 网络接入控制功能。
GGSN ：数据服务网关支持节点,该功能实体提供和外部分组交换网络的互 通、网络屏蔽和分组路由功能。
WCDMA系统原理
无线传播环境特点 WCDMA无线基本原理 WCDMA的容量 WCDMA的关键技术 ATM基本技术
网络规划与优化 网络规划与优化
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移动信道的多径特征
电磁传播－反射、散射和绕射 无线环境中的信号衰减分成三部分：
4
WCDMA系统原理 系统原理
为什么需要3G？
频谱效率、新业务和业务质量需要3G！
TDMA频谱效率（系统容量）是FDMA的5倍左右。 CDMA频谱效率（系统容量）是TDMA的4倍左右。 CDMA频谱效率（系统容量）是FDMA的20倍左右。
5
WCDMA系统原理 系统原理
以下两个序列不正交： +1-1+1-1-1+1-1-1 +1+1-1+1-1-1+1-1 +1-1-1-1+1-1-1+1 5个-1、3个+1，累加=-2 不符合正交定义
18
WCDMA系统原理 WCDMA系统原理
WCDMA 系 统 概 述 WCDMA系统原理 WCDMA系统原理
9
WCDMA网络结构 网络结构
三、WCDMA系统组成
核心网络 （CN ） Iu RNS Iur RNC Iub
Node B
Iu RNS RNC Iub
Node B
Iub Node B
Iub Node B
Uu UE
Uu UE
10
WCDMA系统原理 WCDMA系统原理
WCDMA系统原理 系统原理
WCDMA的容量特点 的容量特点
21
WCDMA系统原理 系统原理
WCDMA的基本原理及关键技术(第一部分)
Satellite
Empty
Satellite
30 MHz
60 MHz
40 MHz
15 MHz
100 MHz
FDD
WCDMA+CDMA2000
TDD
TD-SCDMA
WCDMA标准演进
继承R99的所有业务和功 能；
电路域结构发生改变， 控制与承载分离MSC采用 MSC SERVER和MGW实现； 继承2G（GSM、GPRS ）的所有业务和功能； 继承R4的所有业务和 功能； 核心网引入IMS（IP 多媒体域）； 无线引入HSDPA。 RAN向IP发展，增强 的IP QOS。 无线引入HSUPA MBMS框架结构的研究
CDMA原理图
编码技术
信源编码
信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达 到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输；
最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。分为取样、量化 和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s;
移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带 宽，传8路话音需要512K带宽。对于1个频点只有200KHZ带宽的 GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用 GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s； 第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数 据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。在WCDMA中，采用 了自适应多速率语音编码（AMR）技术。它支持8种编码速率：12.2 、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.
白发三千丈
红豆生南国
红红豆豆生生南南国国
红红豆豆生生南？国国
编码技术
卷积码
W(初级)-00WCDMA系统原理概述-20080428-V1.0-A(1)报告
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HUAWEI Confidential
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课程目标
学习完本课程，您将能够：
了解CDMA体制的一些基本知识 掌握CDMA技术相比其它多址技术的优点 了解WCDMA FDD模式的技术特点
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解扩结果：
积分判决： 归一化：
0 ＋2 0 ＋2
＋4 ＋4/4=＋1
0 －2 0 －2
－4 －4/4=－1
UE2使用c2解扩：c2
解扩结果： 积分判决：
＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1
0 －2 0 －2 －4 0 ＋2 0 ＋2 ＋4
归一化：
－4/4=－1
＋4/4=＋1
问题：如何生成C1、C2这样互相正交的码字呢？
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WCDMA的信源编码
WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码
编码共有8种，速率从12.2Kbps～4.75Kbps
多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容， 有利于设计多模终端
根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话
UE1×c1＋ UE2×c2:
0 －2 0 －2
0 ＋2 0 ＋2
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解扩原理
UE1×c1＋ UE2×c2： UE1使用c1解扩：c1 0 －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1
通信基本原理概览-WCDMA
4
WCDMA 发展历史和网络结构
•第三代移动通信系统的新需求
–最高2Mbps –根据不同的带宽支持可变比特速率 –支持不同服务质量要求的业务 –上下行链路不对称业务 –高频谱利用率 –支持TDD，FDD –满足不同业务的时延要求
5
WCDMA 发展历史和网络结构
• WCDMA网络结构
6
WCDMA 发展历史和网络结构
16
WCDMA空中接口原理
•WCDMA上行专用物理信道帧结构 •10ms帧长，38400chips •15slots，每个slot 2560chips
DPDCH Data Ndata bits Tslot = 2560 chips, Ndata = 10*2k bits (k=0..6) DPCCH Pilot Npilot bits TFCI NTFCI bits Tslot = 2560 chips, 10 bits FBI NFBI bits TPC NTPC bits
p 单个RRU/WRFU支持4载波配置，当系统从1 x 1 扩容到1 x 4，或从3
x 1扩容到3 x 4时，无需额外增加RRU/WRFU l 高性能 p 高接收灵敏度，双天线接收灵敏度优于-129.3dBm p WRFU支持80W功率输出，RRU3804支持60W功率输出，功放效率达 到40%
23
WCDMA 基站单元
•3900系列基站主要功能和特点(2/2)
l 多种时钟与同步方式 p 支持Iub/GPS/BITS等时钟 p 支持IP时钟 p 内部时钟失去时钟源后正常运行至少90天
l 支持HSDPA业务（单小区下行峰值速率最大14.4Mbit/s）
l 支持HSUPA业务（单用户峰值上行最大速率5.76Mbit/s ） l 支持商用级MBMS（Multimedia Broadcast and Multimedia Service） l 高速UE接入
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无线传播环境
多址技术和双工技术
CDMA原理和 CDMA原理和Rake接收机 原理和Rake接收机
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双工技术－区分用户的上、下行信息
频分双工（ ）：以不同频率区分上行和下行 频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行 ）： WCDMA、CDMA2000使用FDD 优点：实现简单 缺点：在上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低 时分双工（ ）：以不同时隙区分上行和下行 时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行 ）： TD-SCDMA使用TDD 优点：在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙， 频谱利用效率高 缺点：
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距离(m) 距离
频率选择性衰落
强度 强度 大衰落
窄带系统 （GSM）
发射信号 频率 接收到的衰落信号
频率
强度
强度
宽带系统 （CDMA）
发射信号
大衰落 频率 接收到的衰落信号 频率
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码字的自相关和互相关
不同用户采用不同的扩频码字x ， 不同用户采用不同的扩频码字 1(t)，x2(t)… …
其自相关特性决定了多径干扰特性 其互相关特性决定了多址干扰特性
自相关函数 R(τ)=<x1(t) x1(t+τ)> (t)，x 互相关函数 V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)>
处理增益
最终扩频速率和比特速率的比（cps/bps） 在WCDMA系统中，根据提供业务的不同，处理增益是可变的
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扩频因子与业务速率
符号速率＝（业务速率＋校验码） 信道编码× 符号速率＝（业务速率＋校验码）×信道编码×重复或打孔率 ＝（业务速率
− 实现较复杂，需要比较精确的同步，CDMA体制下，需要GPS同步 − 和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制困难
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多址技术：区分不同用户
FDMA
功率
CDMA
TDMA
功率
功率
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CDMA系统的缺点：
占用带宽较大 CDMA系统是自干扰系统－系统内用户互相干扰 技术实现难度大：功率控制技术、负载控制技术等
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CDMA原理概述
无线传播环境 多址技术和双工技术 CDMA原理和Rake接收机
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WCDMA的信源编码
WCDMA系统采用 系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate）语音编码 系统采用 （ ）
编码共有8种，速率从12.2Kbps～4.75Kbps 多种语音速率与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容， 有利于设计多模终端 根据用户离基站远近，自动调整语音速率，减少切换，减少掉话 根据小区负荷，自动降低部分用户语音速率，可以节省部分功率， 从而容纳更多用户
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课程目标
学习完本课程，您将能够： 了解CDMA体制的一些基本知识 掌握CDMA技术相比其它多址技术的优点 了解WCDMA FDD模式的技术特点
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码分多址（CDMA）
多用户同时 同时共享同一频率，频谱利用率大大提高； 同时 用户间通过伪随机码识别 CDMA系统的用户容量是软容量：
当用户数目增加时，对所有用户而言，系统性能下降；相应当用户数目 减少时，系统性能提高 或者可以说：CDMA系统可以通过牺牲部分系统性能来换取更大的容量
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多径环境
发射信号
接收信号 强度 时间
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内容介绍
第一章 CDMA原理概述 原理概述 第二章 无线资源管理概述 第三章 WCDMA FDD的技术特点 的技术特点
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CDMA原理概述
无线传播环境
注：<x1(x)，x2(y)> = 1，当 x1=x2 ，且 x = y 0，其他情况
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扩频原理（理论原理）
需要发送信息的用户： 需要发送信息的用户：UE1、UE2、UE3 、 、 UE1使用c1扩频：UE1×c1 UE2使用c2扩频：UE2×c2 UE3使用c3扩频：UE3×c3 c1、c2、c3互相正交 发送信息： 发送信息： UE1×c1＋ UE2×c2＋ UE3×c3 × ＋ × ＋ ×
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常用术语
比特（ ），符号(Symbol) ，码片 (Chip) ），符号 比特（Bit），符号
经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”（bps） 经过信道编码和交织后的数据称为“符号”（sps） 经过最终扩频得到的数据称为“码片” （cps） − WCDMA的扩频速率：3.84Mcps
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几个为什么
为什么CDMA系统抗干扰性能更强？ 为什么CDMA系统更加保密？ 为什么CDMA手机更加环保？
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HUAWEI ConfidentialPage 18源自DMA系统基本框图信源 编码
Interleaving
信道 编码 交织
扩频
加扰
调制
射频 发射
无线信道
信源 解码
去交织 deinterleaving 解扩 信道 解码
解扰
解调
射频 接收
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... 452 453 454 ……
....
....
449 450 451 452 453 454 455 456
二次交织： 二次交织：
{A4,B0}
{A5,B1} {A6,B2} {A7,B3} {B4,C0}
{B5,C1}
{B6,C2}
{B7,C3}
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交织
交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来的影响
1 2 3 4 5 6 7 8 ... 一次交织： 一次交织：
A4 A5 A6 A7 B0 1 9 17 25 . . B1 2 10 18 26 . . B2 3 11 19 27 . . B3 4 12 20 28 . . B4 5 13 21 29 . . B5 6 14 22 30 . . B6 7 15 23 31 . . B7 8 16 24 32 . . C0 C1 C2 C3
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解扩原理
UE1×c1＋ UE2×c2： × ＋ × ： UE1使用 解扩：c1 使用c1解扩 使用 解扩： 解扩结果： 解扩结果： 积分判决： 积分判决： 归一化： 归一化： UE2使用 解扩：c2 使用c2解扩 使用 解扩： 解扩结果： 解扩结果： 积分判决： 积分判决： 归一化： 归一化： 0 －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 ＋4 ＋4/4=＋1 ＋ 0 ＋2 0 ＋2 0 －2 0 －2 －4 －4/4=－1 － ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
编码类型 语音业务：卷积码（1/2、1/3 数据业务：Turbo码（1/3）
信源 编码 信道编码 Interleaving 交织 射频 发射
扩频
加扰
调制
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扩频原理
____________ UE1: UE2: c1: c2: UE1×c1: × UE2×c2: × UE1×c1＋ UE2×c2: × ＋ × ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 －1 ＋1 －1 －1 －1 －1 －1 0 －2 0 －2 －1 1 _____________ ＋1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 0 ＋2 0 ＋2