3 g 交流： wcdma 原理部分

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3G 交流：WCDMA 原理部分

3G 交流：WCDMA 原理部分

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无线传输技术和 CDMA 原理 CDMA 无线资源管理原理不同体制的 3G 技术 3G 无线接入网络形态


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无线传输技术和无线传输技术和 CDMACDMA 原理原理

无线传输环境无线传输技术和多址技术 CDMA 原理和 RAKE 接收技术分集技术智能天线技术多用户检测技术


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多径环境

时间

接收信号

强度

发射信号

5

衰落发射数据

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

dB

接收数据

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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主要分成两部分：

– 幅度衰减较大的路径损耗– 伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化

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多址技术图示频率

时间TDMA

时间

频率

FDMA

频率

时间

码字CDMA

传统多址技术

码分多址技术

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WCDMA在无线信道中传输的优势－总结

• 采用 RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应；

• 宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果• 码字的多址传输，利用了多用户分集的效果• 信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性

• 扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传输

• 频谱效率高，优于以往的 AMPS 和 GSM• 支持软切换和更软切换• 支持新技术的应用，如多用户检测

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直接扩频 CDMA的多址方法

• 利用 OVSF 码和扰码来进行减少多址干扰– 下行是不同的用户采用不同的正交扩频码字（ OVSF或

Walsh 码字），互相关为零，但多径时延拓展会影响互相关性，破坏正交性

– 下行同时用不同的复扰码来区分基站– 上行是不同的用户采用自相关和互相关性都较好的复扰

码序列作为扰码来降低多址干扰，同时也加大数据的随机性

– 复扰码的作用是加大随机性，降低峰值因子• WCDMA 中采用了先进的复扰码序列集合，有效降

低了小区内多址干扰，同时减轻了小区间的干扰，而无需精确的网络同步

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RAKE 接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能

RAKE接收原理

接收机

单径接收电路

单径接收电路

单径接收电路

搜索器计算信号强度与时延

合并合并后的信号

tt

s(t) s(t)

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定位方法

d 1

NeighbourBase Station

NeighbourBase Station

Serving Base Station

Measurementerror margin

d 2

d 0

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定位原理• 基于网络• 基于手机

– TDOA － Time Difference of Arrive;

– GPS

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分集技术• 是通过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

• 相对投资低廉• 克服小尺度衰落（由移动台附近物体的复杂反射引起），可以采用双天线接收分集

• 克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的阴影区引起），可以选择一个所发信号不在阴影区的基站－位置选择发射分集

• 最大比值合并• 发射分集技术还用来提高无线通信中单用户的峰值吞吐率

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智能天线

智能天线技术提高系统覆盖范围，降低发射功率

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智能天线的小区配置

全向小区三扇区小区智能天线小区

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智能天线的优点

• 高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线

• 增加系统容量• 增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量• 提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量• 减少发射功率，延长移动台电池寿命• 提高系统设计时的灵活性

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空分多址

• 使用定向波束天线服务不同用户• 自适应天线系统

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多用户检测• 当前的 CDMA接收机基于 RAKE 原理，将其他用户的干扰视为噪声• 基于 RAKE 的 CDMA系统的容量受干扰的限制• 最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干扰从期望的信号中减去（信号的相干特性是已知的，干扰是确定的）

• 多用户检测（MUD）称为联合检测和干扰对消，降低了多址干扰，从而提高系统的容量

• 多用户检测可以消除远近效应问题• 最优的多用户检测相当复杂，实际中用次优的多用户和干扰对消接收机• 次优的接收分为二类：

– 线性检测器：采用线性变换去除多址干扰，分为：解相关器、线性最小均方误差检测器（ LMMSE ）

– 干扰对消器：估计多址干扰，然后从接收的信号中减去。分为：并行干扰抵消和串行干扰抵消

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CDMACDMA 原理原理

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无线资源管理目的

CDMA 是自干扰系统，提高单个用户的发射功率能改善其服务质量，但对其他用户的干扰也相应增加 !

如何才能优化网络，为最多的用户提供所需的服务质量 ?

只有采用先进的无线资源管理才能发挥 CDMA 系统的卓越性能 !

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无线资源管理策略的主要内容

功率控制负载控制 AMR 控制

小区切换信道分配

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每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量

Power

f

采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量

远近效应

Power

f

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前向功率控制小区发射功率

上报功率控制比特

手机发射信号

功率控制命令

反向功率控制

• 克服远近效应和多径衰落• 减小多址干扰，保证网络容量• 延长电池使用时间

功率控制

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功率控制效果• 决定了 WCDMA 系统的容量；• 多址干扰－远近效应• 功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同

（上行）；减少对其他基站的干扰（下行）• 功率控制可以补偿衰落• 有三种功率控制原理：开环、闭环和外环

– 开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率（误块率）

– 闭环：测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率

– 外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比

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负载控制

小区呼吸是负载控制的主要手段

负载控制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

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AMR控制

AMR 语音的变化范围：4.75Kbps ～ 12.2Kbps

(12.2Kbps 兼容 GSM 语音编码)

通过动态调整 AMR 语音的速率，保证了在相同系统容量情况下，尽可能的保证 UE 的通话

质量

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切换类型

不同基站 NodeB 间切换不同 RNC 间切换

软切换：

同基站不同扇区间切换

更软切换：

异频切换不同系统间切换

硬切换：

WCDMA 系统支持

多种切换技术

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切换过程和效果

• 当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时，移动台执行切换，－硬切换（ FDMA、 TDMA）

• CDMA 系统小区的频率一致，软切换时，移动台同时与多个基站相连接

• 软切换是为了降低对其他小区的干扰，并通过宏分集来改善性能• 当邻近小区的信号强度超过一个门限，但仍然低于当前小区基站的强度

时，则进入软切换状态• 在上行链路，二个或多个基站可以接收同样的信号，在下行链路移动台

可以相干地合并来自不同基站的信号，即宏分集• 由于新基站发射额外的信号给移动台，而由于 RAKE的 Finger 数目有

限，移动台不能合并所有的能量。在下行链路，软切换增加了对系统的干扰

• 软切换的增益决定于宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失

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软切换

•上行软切换在 RNC 中进行多径合并；•上行更软切换在 NodeB 中进行多径合并；•下行的软切换都在 UE 中合并

移动台合并功率

各自小区的接收能量

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软切换 /更软切换

• 改善话音质量；控制手机干扰

• 降低掉话率；提高容量与覆盖范围

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

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不同时期，不同需求

早期需求当前需求新的需求

保证语音质量大容量更大容量

提供基本通话能力提供低速率数据更高的频谱利用率

一定的保密性高速数据接入

提高语音服务质量更高服务质量

更安全的服务

更低的运营成本

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早期业务当前业务新的业务更高质量语音

用户业务单一高质量语音高速移动接入

服务质量不高简单低速数据业务定位业务

保密性差短消息多媒体,电子商务

个性化服务

运营成本更低

运营商运营成本高运营成本降低频谱利用率更高

频谱利用率低频谱利用率提高多种业务

业务单一少量增值业务提高服务质量

提高市场竞争力

不同需求，不同业务

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不同业务，不同技术

AMPS

TACS

NMT

其它

GSMGSM

CDMA CDMA IS95IS95

TDMATDMAIS-136IS-136

PDCPDC

第一代 80 年代模拟

第二代 90 年代数字

第三代 IMT-2000

UMTSUMTSWCDMAWCDMA

cdmacdma20002000

需求驱动需求驱动模拟技术

数字技术

语音业务

宽带业务

TD-SCDMA

TD-SCDMA

3G 为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案

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3G体制

WCDMAWCDMA核心网络：基于 MAP和 GPRS

无线传输技术： WCDMA－ FDD/TDD

TD-SCDMA核心网络：基于 MAP

无线传输技术： TD-SCDMA

cdma2000核心网络：基于 ANSI 41和

MIP无线传输技术： cdma2000

CDMA 技术是 3G 的核心

3G的核心 -CDMA技术

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WCDMA发展历程

GSMGSM

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

GSM + GPRSGSM + GPRS

WCDMAWCDMA

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WCDMA技术体制 -网络特点

1 GSM/ GPRS、核心网络基于网络的演进，并保1 GSM/ GPRS、核心网络基于网络的演进，并保GSM/ GPRS持与网络的兼容性GSM/ GPRS持与网络的兼容性

4 UTRAN ATM、基于技术，统一处理语音和分4 UTRAN ATM、基于技术，统一处理语音和分I P组业务，并向方向发展I P组业务，并向方向发展

3 、核心网络逻辑上分为电路域和分组域两3 、核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务部分，分别完成电路型业务和分组型业务

2 TDM ATM I P、核心网络可基于、和技术，并2 TDM ATM I P、核心网络可基于、和技术，并I P向全的网络结构演进I P向全的网络结构演进

5 MAP GPRS WCDMA、技术和隧道技术是体制的5 MAP GPRS WCDMA、技术和隧道技术是体制的移动性管理机制的核心移动性管理机制的核心

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WCDMA基本内容

调制方式：上行： BPSK ；下行： QPSK

语音编码： AMR

信道编码：卷积码和 Turbo 码

解调方式：导频辅助的相干解调

发射分集方式： TSTD、 STTD、 FBTD

功率控制：上下行闭环功率控制，外环功率控制

基站同步方式：支持异步和同步的基站运行

信号带宽： 5MHz ；码片速率： 3.84Mcps

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WCDMA技术优势

更大的系统容量更优的话音质量更高的频谱效率更快的数据速率更强的抗衰落能力更好的抗多径性适应高达 500km/h 的移动速度

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WCDMA R99网络结构

MSC/VLR GMSC

NodeB

RNC

HLR/AuC

GGSNSGSN

NodeBRNC

PSTN

GPRS IP骨干网

CGF BG

SS7

SCP

Inter-PLMN网络

Iur

Iub

Iub

Iu -CS

Iu -PS

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WCDMA R99接入网络结构

NodeB

RNC

Iub NodeB NodeB

RNC

NodeB

Iur

CN

Payload

AAL2/5

PHY

Payload

AAL2/5

PHY

Payload

AAL2/5

PHYIu

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系列化基站

系列化的基站产品适应用户不同需求

微蜂窝基站室内型基站室外型基站大容量基站

3 g 交流： wcdma 原理部分

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