WCDMA移动通信系统基本原理提 纲3G发展概述 无线通信原理及相关技术 WCDMA资源管理 WCDMA关键技术21343G3G发展概述发展概述AMPSTACSNMT其它第一代 80年代 模拟模 拟 技 术GSMCDMA IS95TDMA IS-136PDC第二代 90年代 数字需求驱动数 字 技 术语 音 业 务第三代 IMT-2000UMTS WCDMAcdma 2000需求驱动宽 带 业 务TD- SCDMA蜂窝移动通信系统发展历程3G的发展满足更多种类、更高速率 的业务和更高频谱效率的 要求，这是发展的根本动 力；减少目前存在的各大网络 之间的不兼容性；世界性的标准IMT- 2000应运而生。IMT-2000支持 的网络被称为 第三代移动通 信系统第三代移动通信的标准化欧洲为主的3GPPGSM核心网以美国为主的3GPP2IS-41为核心网3G演进中的几大组织负责融合多载波的CDMA模式负责融合直接序列扩频和TDD的 CDMA模式CDMA2000WCDMA、TD-SCDMA第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求服务质量要求新业务能力要求发展和演进能力要求灵活性要求：多环境、多模式、多频带能力第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求服务质量要求语音质量、覆盖、费用 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。增加效率和能力 语音质量、覆盖和费用是移动通信最关心的问题 改进话音质量、支持无缝切换、允许运行商在竞 争环境中可以降低费用，同时开展多项业务业务质量 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第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求新业务和能力要求灵活接入能力 宽带业务非常广泛，有低速的话音、短信，有 高速的多媒体，有要求低时延（话音），有要 求绝对的完整性 （文件传输），有连续传输 （视频），有突发性传输（Internet)。 信道要求动态，根据需要分配带宽。根据要求分配带宽 通过不同的方法接入很宽范围的业务 能够实现一代和二代系统中不能实现的新话音和 数据业务增加对宽带业务的要求 无线上网 无线图象传输业务 实时地图 点播节目等多种宽带业务 能提供非常好的速率。 能以较少的费用与其他无线和有线接入网 络竞争第三代移动通信的标准化ITU对IMT-2000的总体要求发展和演进要求兼容、继承、发展能力 能否支持从第二代系统的发展和演进对于IMT- 2000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GSMCDMA200WCDMATDSCDMACDMAPHS向3G过渡ITU对IMT-2000的总体要求灵活性要求：多环境、多模式、多频带多模/多频要求 不同网络间实现真正的无缝漫游 支持不同网络的切换 业务传递不终止 最佳路由和最小时延 支持固定无线网络接入能力，能与固定有线网 竞争，或作为有线网的补充移动性管理和固网接入 几种技术形成主要标准，单一制式在短期内只是 一个愿望。 要求多模/多频的多媒体终端支持不同标准的互通灵活和自适应控制 实时控制无线信道参数 实时动态调整无线信道参数 根据环境参数调整参数（如功率控制 ）优化性能、提 高频谱效率多环境 能在各种可能存在的环境中都支持高的频 谱效率、覆盖效率、服务质量 具有不同的场所适应能力：室内、室外、 郊区、车内 具有不同的移动性环境：静止、步行、高 速车辆 不同的用户密度：城市、农村、商业区无线原理基本概念无线原理基本概念无线基本原理无线基本原理无线传播特性无线传播特性概念概念基本传播机制反射：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）无线基本原理无线基本原理多址方式多址方式几种多址方式几种多址方式FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePower 频分多址技术（FDMA） 业务信道在不同频段分配给不同的用户。 如TACS、AMPS。时分多址技术（TDMA）业务信道在不同的时间分配给不同的用 户。如GSM、DAMPS。码分多址技术（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。WCDMAWCDMA相关技术相关技术WCDMA系统结构HLRHLRGnSGSNSGSNGGSNGGSNMSC/VLRMSC/VLRGrGsNode BNode BIubIubGMSCGMSC IuCSIuPSInternetInternetPSTN/ISDNPSTN/ISDNCDGi信令数据 信令UEUERNCRNCIurIuCSIuPSCNCNRNSRNSIubRNCRNCNode BNode BNode BNode BBTSBTSBSCBSCAGbAbisGcWCDMA数据简要发送过程手机数据手机数据编码交织编码交织扩频扩频调制调制射频发送射频发送射频接收射频接收解调解调解扩解扩解码解交织解码解交织手机数据手机数据相关技术相关技术手机数据手机数据编码交织编码交织扩频扩频调制调制射频发送射频发送射频接收射频接收解调解调解扩解扩解码解交织解码解交织手机数据手机数据WCDMA数据简要发送过程相关技术相关技术例子例子信道编码技术信道编码技术床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国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红红豆豆生生南南国国床？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？红红豆豆生生南？国国4 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4 适合纠正非连续的少量错误4 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）相关技术相关技术原理及目的原理及目的信道编码技术信道编码技术无纠错编码： BER目标SIR， 降低移动台发射功率,若测定SIRIthreshold 上行接纳控制Ptotal_old+P=Pthreshold下行接纳控制total_old 小区基站所接收到的总宽带功率 I 新业务接入后基站所接收到的干扰功率增量的预测值 Threshold 接入门限值total_old 小区基站目前的总发射功率 P 新业务接入后基站总发射功率增量的预测值 Phreshold 接入门限值负荷控制原理负荷控制原理负荷控制负荷控制无线资源管理系统不断在实时测量系统小区的负荷，当负荷平均值在一个设定的时间内超越某一个门限值时，说明系统负荷较重，使负荷进入系统的不稳定运行区，此时就有必要进行负荷控制原理下行快速负荷控制：拒绝从移动台 来的增加功率的命令上行快速负荷控制：减少上行用于 上行快速功率控制的SIR目标值减少分组业务的吞吐量（降低传输 速率） 切换到其它的WCDMA载频 切换到GSM系统减少实时业务的速率 执行掉话操作负荷控制流程负荷控制流程负荷控制负荷控制无线资源管理开始判断负荷情况（1）允许切入、接入 （2）允许增加功率 （3）提高速率 （4）其它负荷偏低负荷 偏高负荷正常（1）允许切入、接入 （2）允许增加功率（1）停止切入 、接入 （2）停止增加 功率 （3）速率降低 （4）切换（切 出） （5）执行掉话小区呼吸小区呼吸负荷控制负荷控制无线资源管理小区呼吸是负载控 制的一个手段小区呼吸的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到周围 负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率码资源规划码资源规划码资源分配码资源分配无线资源管理 WCDMA是一个自干扰、动态统计复用的无线接入系统到另一个基站或信道的过程。 CDMA码分多址技术的目的是实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率。 信道码分配的目标是为每个用户分配 自己的信道码（OVSF码），在同一个载频上标识并区分不同用户的连接（ 信源-信宿），从而实现了多用户在相同载频并行传输在WCDMA系统中，上行的用户靠扰码区 分，下行的物理信道靠OVSF码区分。上行容量是干扰受限，下行容量是功率和 码资源受限。 由于正交可变扩频因子码是稀有资源，一个小区对应一张码表，为了使得系统 既能接入尽量多的用户，提高系统的容 量，就必须考虑码资源的合理使用问题 ，所以对于下行信道化码资源的规化和 管理就非常重要。上行扰码数量非常多 ，但为了避免在不同的RNC之间的小区不 同用户使用相同的扰码，则也需对RNC的扰码进行规划码资源分配概述码资源分配概述码资源分配码资源分配无线资源管理 上行链路扰码 上行链路信道化码 下行链路扰码 下行链路信道化码一个小区有一个主扰码，一个主扰码下 对应一个码树，下行链路信道化码的码 树是一个典型的二叉树，对应于 SF=4512WCDMA系统中所用到的码的类型：在RNC中主要需要规划的是下行信道化码 信道化码的产生：信道化码分配策略信道化码分配策略码资源分配码资源分配无线资源管理 码表利用率高：分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高 码表复杂度低：尽量用短码分配 先分配公共和共享物理信道的的下行链路信道化码，尽量保证下行公共物理信道码资源的使用 按照一定的策略分配下行专用物理信道的信道化码示例：三个结果 任取一个红色：已分配的码字； 绿色：由于低速扩频因子码字被分配而阻塞 掉的高速扩频因子码字； 蓝色：由于高速扩频因子码字被分配而阻塞 掉的低速扩频因子码字； 黑色：根据申请的扩频因子而优化分配的码 字。关键技术关键技术分集概念分集概念分集技术分集技术q 两重含义：分散传输；集中处理q 是通过利用和查找自然界无线传播环境中的独立（或至少高度不相关）多径信号来实现的q 可简单解释为：如果一条路径中的信号经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号。q 优点：易获得相对稳定的信号可获得分集处理增益提高信噪比关键技术分集类型分集类型分集技术分集技术q 空间分集又称天线分集，如果天线间的距离大于半个波长，则从不同的天线 上收到的信号包络基本上是不相关的q 时间分集以超过信道相干时间的时间间隔重复发送信号，以便让再次接收到 的信号具有独立的衰落环境，从而产生分集效果q 频率分集在多个频率上传送信号，其理论基础是在信道相干带宽之外的频率 上不会出现同样的衰落q 极化分集信号在空中传播进行了多次反射，由于不同极化方向的反射系数不 同，使得信号在不同的极化方向上是不相关的关键技术WCDMAWCDMA使用的分集技术使用的分集技术分集技术分集技术关键技术q 开环发射分集(TSTD和STTD)使用空时编码对信号进行处理，并从两根天线上发射，综合利用了时间 分集和空间分集技术q 闭环发射分集由接收端反馈参数控制两根发射天线的加权，是带反馈技术的空间分集q 交织技术是一种隐含的时间分集技术，与WCDMA系统选用的编码方案配合使用 。q RAKE接收技术也是一种隐含的时间分集技术。认为：一个码片时间 信道的相关时间 ，RAKE接收利用的多径信号被认为是发射机多次发送过来的信号STTDSTTD发射分集示意发射分集示意分集技术分集技术关键技术发射分集技术提高系统下行容量开环模式中的STTD分集RAKERAKE接收机接收机RAKERAKE接收接收关键技术d1d2d3由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以，CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。RAKE接收机就是通过多个相关检测器接收多径信号中各路信号，