3G基础培训材料

Fast Spreading Sequence
Fast Spreading Sequence
扩频通信示意图
S（f） 信号
S（f）
信号
f0
f
f0
f
扩频前的信号频谱
扩频后的信号频谱
S（f）
S（f）
干扰噪声 信号
f0
信号 干扰噪声
f0
f
f
解扩频前的信号频谱
解扩频后的信号频谱
信号
脉冲干扰
白噪声
扩频通讯
• 扩频的理论基础：由Shanon 定理C=Wlog2(1+S/N)可知， 在信道容量一定情况下，通信带宽W与信噪比S/N可以互
CDMA软切换
• 软切换：在CDMA系统中，切换的情况有所不同。 • 当一部手机处于切换状态下同时将会有两个甚至 更多的基站对它进行监测，系统中的基站控制器 将逐帧比较来自各个基站的有关这部手机的信号 质量报告，并选用最好的一帧。(宏分集) • 软切换可以是同一基站控制器(RNC)下的不同基 站或不同RNC下不同基站之间发生的切换。
CDMA的软容量
• CDMA系统是一个自干扰系统； • CDMA系统单载频的容量不像FDMA、 TDMA那样是固定的，这也就是我们常提到 的"软容量"；因此功率控制在CDMA系统中 起着重要作用，它直接影响着系统容量。
Rake接收机 (分集技术)
• 通过多个相关检测器接收多径信号中的各 路信号，并把他们合并在一起。 • 当传播时延超过一个码片周期时，多径信 号实际上是被看作相互无关的。
RAKE接收原理
单径接收电路 单径接收电路 接收机 合并后 的信号
合 并
单径接收电路
搜索器
计算信号强 度与时延
Байду номын сангаас
s(t)
s(t)
t
t
RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能
切换
• 切换是指当移动台处于移动状态中，从一个基站或信道转 移到另一个基站或信道的过程。 • 在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区 移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要 进行的信道切换称为越区切换。
Power
CDMA 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。 CDMA
CDMA
Power
多址接入技术—— FDMA

信道一次只能传递一个电话。如果某一信道空闲，也不能 够被其他 用户使用以增加容量。
符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展造成的 符号间干扰低。 FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小。 FDMA需要精确的RF滤波器。


Power
多址接入技术—— TDMA


多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙。
可以实现不连续发送，利用空闲时隙监听其他基站，实现 切换处理。

需要自适应均衡；需要保护时隙。
按照不同的用户提供不同的带宽。 质量控制通过频率规划来实现
Power
多址接入技术—— CDMA


多用户同时共享同一频段无线资源。
Wireless Communication
Reflection
多径干扰
direct
Signal
Time
Multi-access
FDMA
FDMA 业务信道在不同频段分配给不同 的用户。如TACS、AMPS。
Power
TDMA 业务信道在不同的时间分配给不 同的用户。如GSM、DAMPS。
TDMA
C-NETZ NAMTS NMT
Radiocom AMPS 1st Generation
TACS
PDC
GSM
PHS
IS-95 cdma One
IS54/136 US TDMA
2nd Generation
UMTS WCDMA
cdma2000
UWC-136/
TD-SCDMA
3rd Generation
CDMA的更软切换
• 在CDMA系统中还有一种切换称为"更软切 换"。它指发生在同一基站具有相同频率的 不同扇区间的切换
接入控制
• 在5MHz WCDMA带宽内，实际是3.84MHz 内的传输速率不会超过10Mbps。可以同时 容纳接近100个8kbps的话音用户，或者可以 容纳20个64kbps的数据用户；或者容纳9个 144kbps的数据用户。在无限要求和有限资 源的情况下，必须要对各种业务的接入进 行接纳控制。
• •
同一级的任意两个分支两两正交 (乘法器) 某一分支被使用后，则其直系祖先级和直系子孙级分支均不能使用
Cch,4,0 = ( 1, 1, 1, 1) Cch,2,0 = (1,1) Cch,4,1 = ( 1, 1, -1,-1)
Cch,1,0 = (1) Cch,4,2 = ( 1,-1, 1,-1) Cch,2,1 = (1,-1) Cch,4,3 = ( 1,-1,-1, 1)
小区呼吸和负载控制
小区呼吸是负载控制 的主要手段
小区负载发生变化，小区的服务范围也会相应地发生变化。 当相邻小区的负荷不相同时，负荷重的小区降低发射功率，使 本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现负载控制。 “小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增加系统 容量
3GPP
• 3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个 阶段 • R99协议于2000年3月冻结功能 • R4协议于2001年3月冻结功能。 • R99、R4目前已经成熟商用. • R5、R6协议还在进一步完善过程中。
WCDMA系统的关键技术
• 功率控制
• Raker接收
• 切换控制技术
• 分集技术 • 高增益的编码技术
功率控制
• 功率控制被认为是所有CDMA关键技术核心。 • 远近效应
– 如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则 靠近基站的手机到达基站的信号就强，而远离基站的 手机到达基站的信号就弱，这样将导致强信号掩盖弱 信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。 – 因为所有用户共同使用同一频率（载波），所以“远近 效应”问题更加突出。 – 功率控制的目的就是克服“远近效应” – 自干扰系统, “国际鸡尾酒会”
Wideband Channels
Radio Interference
Bandwidth
25kHz 1G Channel
200kHz GSM Channel
5MHz 3G Channel 100s of users/channel 64-384kbit/s
Channel width
1 user/channel 8 users/channel 2.4kbit/s 14.4kbit/s
换。即通过扩展频带使信噪比降低。
• 扩频通信的特点：抗干扰能力强、隐蔽性好、抗衰落、
抗多径干扰、可以实现码分多址通信；
交织技术
在通信系统中，为了减少突发干扰对连续数据造成的大面积差错， 常采用交织来将突发干扰造成的连续差错化解为随机独立差错，使其 适合于译码器的错误纠正。
交织，就是打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。
3GPP release
3GPP R6
WLAN等
3GPP R5 3GPP R4 3GPP R99
核心网 GSM/GPRS 的网络体系，采用 TDM组网。 电路域承载与控制相分 离;支持TDM/ATM/IP 组网。 增加IMS域，支持 VoIP。
功能冻结时间点 2000/03 2001/03 2002/03
3GPP
• R99是目前最成熟的一个版本，目前国外已经商 用。它的核心网继承了传统的电路语音交换。 • R4的电路域实现了承载和控制的分离，引入了移 动软交换概念及相应的协议。此外，R4还正式在 无线接入网系统中引入了TD-SCDMA。 • 3.5G: HSDPA使传输速率大大提高到约10Mbps. • R5版本在空中接口上引入了HSDPA技术，使传 输速率大大提高到约10Mbps。同时实现VoIP, 全 IP核心网。
举例：
x1 x6 x11 x16 x21
x2 x7
…
… …
x22
x23 x24 x25
输入数据 A = (x1 x2 x3 x4 x5 … x25)
x3 x8 x4 x9
输出数据 A’= (x1 x6 x11 x16… x25)
x5 x10 …
缺点： 带来了附加的额外延时 在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。
• 误差较大，因此开环功控只能在决定接入 初期发射功率和切换时决定切换后初期发 射功率的时候使用。
闭环功控
• 闭环功控是发方根据收方链路质量测量结果的反馈信息， 进行增加或减少（降低）发射功率。可见闭环功控需要一 个反馈通道。闭环功控又分快速闭环功控（内环功控）、 慢速功控（外环功控）两种。 • 快速闭环（内环）功控：快速闭环功控在每个时隙 （0.67ms）进行一次，功控频率是1500Hz。接收机在每个 时隙测量信道的信噪比（SIR），并与目标SIR进行比较， 当测量的SIR低于目标值时给出增加功率的指令，发射方 增加一个单位功率，这个单位功率就是功控步长，一般是 1dB，也可以变步长改变发射功率。当SIR测量值高于目标 值时，就发出降低一个单位（步长）的功率。直到满足接 收方通信质量为止。
SF=1
SF=2
SF=4
扰码
• 下行用扰码区分小区，即一个小区一个主 扰码。 • 上行用扰码区分用户。上行扰码分长扰码 和短扰码。
正交编码
• 采用正交可变长度的扩频序列，支持多速 率传输 • 采用自相关特性好的扰码与互相关特性好 的扩频码配合使用，每个用户有唯一的扰 码与扩频码的组合，保密性高。 • 所有用户、基站都使用相同的频率，可以 简化频率规划工作