WCDMA的基本原理及关键技术

WCDMA系统的主要特点
导频污染
WCDMA系统的主要特点
WCDMA系统的频率复用系数为1
•WCDMA系统采用CDMA 技术。通过扰码和正交码 区分小区和用户；在网络 规划中，不需要进行频率 规划，但需要扰码规划； • GSM采用TDMA技术， 不同用户用不同频率和不 同时隙区分；在网络规划 时，需要进行频率规划。
WCDMA系统的基本 原理及关键技术
中国联通山西省分公司
移动网络建设部 李翠萍 2009年1月
提纲
一、第三代移动通信系统概述
二、WCDMA系统的主要特点
三、WCDMA的基本原理和关键技术 四、WCDMA系统的无线资源管理
五、WCDMA系统主要物理信道
3G的三个主流标准
WCDMA
核心网络：基于MAP
R5网络结构
无线侧：引入HSDPA技术，下行数据业务速率最大可达14.4Mb/s； 核心网侧：引入IMS。
R5网络的特点
R5核心思想：
1. 继承R4阶段的CS、PS；
2. 在PS域叠加以SIP协议为核心的IMS域（IP多媒体）；
3. 基于IMS控制和PS承载完成对语音、数据、多媒体业务的融合 4. IMS被人为下一代NGN标准，实现了移动固定业务的全面融合
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.
R5核心网侧的主要特点和变化：
1. R5引入IP多媒体域IMS，在IMS域实现全业务的融合思路； 2. IMS域为叠加域，在R99、R4的网络架构下均可以提前引入； 3. 基于IETF制订的SIP实现多媒体呼叫建立，更改和终结的信令协议； 4. IMS业务提供可以充分发挥强大的IP领域的资源； 5. 引入可选的IPv6机制，解决用户IP地址的问题以及Qos问题； 6. 引入HSS ，在传统HLR 的用户数据存储基础上，扩展用户的Profile信 息提供IMS业务，甚至包括用户的业务逻辑，支持Diameter， XML 协议等
电路域引入分组话音， 支持多种承载方式TDM、 核心分为电路域和分组域 ATM、IP。 接入网引入WCDMA；
核心和接入之间引入基于 ATM的Iu接口。
R6
R5 R4
R99
2000.3
2001.3
2002.6
2005.12
R99网络结构
R99网络特点
R99核心思想： 1. RAN引入WCDMA，基于ATM承载替代TDM承载，采用RANAP替代BSSAP； 2. CN CS部分继承GSM，继续采用TDM承载； 3. CN PS继承GPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps；
R4网络结构
核心网电路域引入软交换架构
R4网络特点
R4核心思想：
1. 核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构； 2. 核心网电路域支持TDM/IP/ATM承载。
R4核心网侧的主要特点和变化：
1. R4标准是R99标准的超集，反向兼容R99网络； 2. 电路域引入基于软交换的控制和承载分离构 架； 3. R4电路域支持TDM /ATM /IP承载； 4. 基于IP承载，R4支持SIGTRAN信令； 5. 基于ATM、IP承载R4支持BICC实现局间互通； 6. 引入TrFO功能，节省传输带宽； 7. R4标准引入新的业务与网络结构基本无关； 8. R4对MMS、LCS、OSA、STREAM等业务做了增强， 但其业务架构同样适用于R99的网络结构。
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
WCDMA系统的主要特点
WCDMA系统是软容量、软覆盖的系统
GSM系统 覆盖和容量都是确定的
GSM网络覆盖主要决定于发射功 率，基站发射或终端发射功率一 旦确定，那么基站的覆盖半径也 相应确定； 网络容量主要取决于载频数，一 个载频所能承载的信道数是固定 的 WCDMA系统
编码技术
信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由于传输媒
介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息， 提高数据传输速率。
无纠错编码： 卷积编码： Turbo 码： BER<10-1 ~ 10-2 BER<10-3 BER<10-6 不能满足通信需要 满足语音通信需要 满足数据通信需要
信道编码的特点
1.6MHZ
1.28Mcps 10ms 同步（主从） QPSK/8PSK 1-16 导频/TPC/业务信道/ 信令/分组业务码时 分复用
三大国际标准的技术比较(2)
WCDMA 同步检测:前向 反向 下行信道导频 与导频信号相干 与导频信号相干 公共导频和专用导频(采 用导频符号,与其他数据 和控制信息时分复用) 导频符号和TPC以及控制 数据信息时分复用和I/Q 复用 CDMA2000 与导频信号相干 与导频信号相干 公共导频信道(与其他业 务和控制信道码复用) 各信道码分复用(有反向 导频信道) TD-SCDMA 与下行导频时隙相干 与上行导频时隙相干 导频和其他信道时分 复用 导频和其他信道时分 复用
控制信道编码
卷积码,码率为1/2
前向:卷积码,码率1/4
反向:卷积码,码率为1/2
卷积码,码率为1/2或 1/3;1/3TURBO
IMT-2000的频谱分配(MHz)
中国3G移动通信的频谱分配
1755 1785 1850 1880 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 2300 2400
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
编码技术
交织编码技术
•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选择。
发射机
交织矩阵
原始数据
1 2 3 4 5 6 7 8 9
容量—覆盖
负载增加，容量增大，干 扰增加，覆盖减小（小区 呼吸）
•
质量—容量
通过降低部分连接的质量 ，可以提高系统容量
覆盖和容量没有直接关系
质量—覆盖
通过降低部分连接的质量 ，可以增加覆盖能力
WCDMA所采用的技术手段和网络规划的目就是要在三者之间达到最佳匹配
WCDMA系统的主要特点
上行信道导频
切换 功率控制速度
语音编码 业务信道编码
硬切换,软切换,更软切换 1500HZ
自适应多速率语音编码 AMR 卷积码,码率1/2或1/3,高 速用TURBO
硬切换,软切换, 更软切换 800HZ
可变速率 卷积码,码率1/2或1/3,高 速用TURBO
硬切换,接力切换 1400HZ
自适应多速率语音编 码AMR 卷积码,码率1/2或1/3, 高速用TURBO
R99核心网侧的主要特点和变化： 1. 逻辑上划分为CS电路域和PS分组域 2. 网络架构和GSM/GPRS保持一致，核心网和接入网之间的Iu接口引入 ATM承载; 3. 电路域基于TDM承载技术，信令是基于7号信令体系的RANAP, MAP,ISUP/TUP； 4. 分组域基于GPRS技术，GTP隧道延伸到接入网； 5. 充分考虑UMTS/GSM系统间互操作,包括系统间切换和漫游的考虑； 6. 系统安全性的增强，鉴权三元组增强到鉴权五元组，增加终端对网络 的鉴权以及内容的完整性保护等安全功能； 7. TC单元要求放置在核心网侧。
CDMA2000标准演进
TD-SCDMA标准发展历程
移动宽带化是后续演进趋势
提纲
一、第三代移动通信系统概述
二、WCDMA系统的主要特点
三、WCDMA的基本原理和关键技术
百度文库四、WCDMA系统的无线资源管理
五、WCDMA系统主要物理信道
WCDMA系统的主要特点
WCDMA具有支持多媒体业务的能力
由于WCDMA系统的高带宽，因此WCDMA 能够支持从语音到数据到多媒体的业务，同 时支持并发业务的通信。 快速移动环境，最高速率达144kb/s;
室外步行环境，最高速率达384kb/s； 提供下行速率14.4Mb/s
HSDPA
提供上行速率5.76Mb/s
HSUPA
WCDMA系统的主要特点
WCDMA是一个自干扰系统
码信道之间的非正交产生多址干扰，存在功率 攀升现象。
WCDMA网络
码信道传输 信道功率
会议室
用方言交谈 说话声音
保证信道质量
信道功率增加 功率攀升 超过线性范围崩溃
CDMA2000 核心网络：基于ANSI-41
3G
标准
TD-SCDMA
核心网络：基于MAP
CDMA技术是3G的主流技术
三大国际标准的技术比较(1)
WCDMA 最小带宽需求 扩频技术类型 双工方式 5MHZ 直接序列扩频CDMA FDD CDMA2000 1.25MHZ 直接序列扩频CDMA FDD TD-SCDMA 1.6MHZ 时分同步CDMA TDD
信道间隔
码片速率 帧长 基站间同步 调制方式 扩频因子 反向信道结构
5MHZ
3.84Mcps 10ms 异步（不需GPS) QPSK/BPSK 4-512 导频/TPC/业务信道/ 信令/分组业务码时分 复用
1.25MHZ
1.2288Mcps 20ms 同步（需GPS) QPSK/BPSK 4-256 导频/控制信道/基本信道/ 补充信道码复用
区
别
提纲
一、第三代移动通信系统概述
二、WCDMA系统的主要特点
三、WCDMA的基本原理和关键技术
四、WCDMA系统无线资源管理
五、WCDMA系统主要物理信道
三、WCDMA的关键技术及基本原理
1、编码技术
2、码分多址技术
3、扩频技术
4、RAKE接收技术
5、多用户检测技术
6、智能天线技术
1、编码技术
WCDMA R6和后期网络的特点
R6网络的主要特性：
采用HSUPA技术，上行速率提高到5.76Mb/s
R7网络的主要特性:
采用HSPA＋，在上下行引入高阶调制，MIMO 下行速率提到到28Mbps，上行速率提高到11Mbps
R8网络的主要特性:
WCDMA R8，也就是WCDMA LTE（Long term evolution） 空口的接入技术由原来的CDMA改为OFDM 上/下行速率达到50Mbps/100Mbps，而带宽是20MHz 减少回路时延，提高Qos
信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得 纠错能力 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误
编码技术
信道编码
床前明月光 春眠不觉晓 床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 床？前前明明月月光光 春春眠眠？不觉觉晓晓 白白发发三三？千丈？
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
译码简单（Viterbi算法），时延较短，适用于实时业务 和低速数据业务 ； 误码率较高（一般在10-3）。编码速率为1/2和1/3。
TURBO 码
译码复杂（LOG－MAP算法），时延较长； 误码率低（可以达到10－6 ）。编码速率为1/3 适合对误码率敏感，而对时延不敏感的非实时分组业务