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1、 WR_BT01_C1_1 WCDMA无线原理无线原理中兴通讯学院中兴通讯学院无线团队无线团队课程目标课程目标学完本课程，您将能够：掌握无线基础知识了解IMT-2000的频谱规划情况掌握扩频通信原理课程内容课程内容无线基础知识3G频谱规划扩频通信原理AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术GSMCDMA IS95TDMAIS-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-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA移动通信的发展历程移动通信的发展历程无线基础知识双工技术双工技术lTDD方式方式上下行频率相同可用于任何频段可用
2、于任何频段适合于上下行非对称及对称业务适合于上下行非对称及对称业务lFDD方式方式上下行频率配对需要成对频段需要成对频段适合于上下行对称业务；适合于上下行对称业务；TDD(时分双工；如TD-SCDMA)D U D D D DDDFDD（频分双工；如WCDMA和CDMA2000）DD D D DDDU无线基础知识多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰.常用的方法基本上有三种：频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA多址技术多址技术 无线基础知识时间时间频率频率FDMA频分多址频分多址FDMAn频分多址技术频分多址技术业务信道在不同频段分配给不同的用户。如业务信道在不同频段
3、分配给不同的用户。如TACS、AMPS。无线基础知识时间时间频率频率TDMA时分多址时分多址TDMAn时分多址技术时分多址技术业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。无线基础知识时间时间频率频率CDMA码码码分多址码分多址CDMAn码分多址技术码分多址技术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。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。无线基础知识Freq. 1Freq. 1Code ACode BCode CBS1BS2Code DCode ECDMA码分多址应用码分多址应用n用户通过编码来区分
4、用户通过编码来区分n自干扰系统自干扰系统nCDMA系统是一个受限于干扰的系统系统是一个受限于干扰的系统 (GSM是一个受限于频率的系统是一个受限于频率的系统) 无线基础知识GSM900/1800:3G (WCDMA):频率复用频率复用无线基础知识无线传输技术无线传输技术RTT需求需求nData：144 kbps 高速运动高速运动384 kbps 步行运动步行运动2 Mbps 室内运动室内运动nVoice4.75Kb/s - 12.2Kb/sn根据带宽需求可变速率信息传递；根据带宽需求可变速率信息传递；n满足不同业务的延时要求。满足不同业务的延时要求。无线基础知识3G业务业务无线基础知识课程内容
5、课程内容无线基础知识无线基础知识3G频谱规划频谱规划扩频通信原理扩频通信原理IMT-2000的频谱分配的频谱分配18501900195020002050210021502200ITUEuropeUSAMSSPCSAD BBCDCEFAFEMSSReserveBroadcast auxiliary2165 MHz1990 MHz18501900195020002050210021502200UMTSGSM 1800DECTMSS1885 MHz2025 MHz2010 MHzIMT 2000MSSUMTSJapanMSSIMT 2000MSSIMT 2000PHSIMT 20002110 MHz
6、2170 MHzMSSMSSTDDWLL1980GSM1800CDMA196019201945China18651865187018851890191019301945196519701975FDD WLLCDMAFDD WLL3G频谱规划185019001950200020502100215022002250ITU1850190019502000205021002150220022501880 MHz1980 MHz1885 MHz2025 MHz2010 MHzIMT 20002170 MHzIMT 20002110 MHz2170 MHzMSSMSSChinaMSSMSSMSSFDDFD
7、D1920 MHzTDDTDD中国中国3G频谱分配（频谱分配（2002年年11月）月）3G频谱规划中国的中国的3G频率规划频率规划-招标后具体分配招标后具体分配3G频谱规划运营商运营商频段频段制式制式双工方式双工方式总频谱资源总频谱资源中国联通中国联通1940-1955MHz2130-2145MHzWCDMAFDD30MHz中国移动中国移动1880-1900MHz2010-2025MHzTD-SCDMATDD35MHz中国电信中国电信1920-1935MHz2110-2125MHzCDMA2000FDD30MHz小灵通小灵通1880-1920MHzPDCTDD频段日后将用于服务频段日后将用于服
8、务TD-SCDMA中国的中国的3G频率规划频率规划n主要工作频段：主要工作频段：频分双工频分双工(FDD)方式：方式：1920-1980 MHz / 2110-2170 MHz时分双工时分双工(TDD)方式：方式：1880-1920MHz、2010-2025 MHzn补充工作频段：补充工作频段：频分双工频分双工(FDD)方式：方式：1755-1785 MHz / 1850-1880 MHz时分双工时分双工(TDD)方式：方式：2300-2400MHzn卫星移动通信系统工作频段：卫星移动通信系统工作频段：1980-2010 MHz / 2170-2200 MHzn目前已规划给公众移动通信系统的目
9、前已规划给公众移动通信系统的825 - 835 MHz / 870 - 880 MHz、885 - 915 MHz / 930 - 960 MHz和和1710 - 1755 MHz / 1805 - 1850 MHz频段频段同时规划为第三代公众移动通信系统同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩展频段方式的扩展频段,上、下上、下行频率使用方式不变。行频率使用方式不变。 3G频谱规划IMT-2000 CDMA DSIMT-2000 CDMA MC IMT-2000 TDMA SCIMT-2000 TDMA FTIMT-2000 CDMA TDDWCDMACDMA 2000UWC136DEC
10、TTD-SCDMA无 线 接 口3G标准化历程标准化历程3G频谱规划3G 标准化历程标准化历程3G标准 WCDMA核心网络：基于MAP TD-SCDMA核心网络：基于MAP CDMA2000核心网络：基于ANSI-41CDMA技术是3G的主流技术3G频谱规划WCDMATD-SCDMACDMA2000信道带宽信道带宽5MHz1.6MHzN*1.25MHz N=1,3,6,9,12码片速率码片速率3.84Mcps1.28McpsN*1.2288Mcps N=1,3,6,9,12扩频方式扩频方式DS-CDMADS-CDMA, SF=1,2,4,8,16DS-CDMA和和MC-CDMA双工方式双工方式
11、FDDTDDFDD调制方式调制方式QPSK/BPSKQPSK/8PSKQPSK/BPSK功率控制功率控制开环结合快速闭环开环结合快速闭环（1.5KHz）开环结合快速闭环开环结合快速闭环（200Hz）开环结合快速闭环开环结合快速闭环（800Hz）基站同步基站同步同步同步/异步异步同步同步同步同步3G三种主要技术的比较三种主要技术的比较3G频谱规划课程内容课程内容无线基础知识无线基础知识3G频谱规划频谱规划扩频通信原理扩频通信原理编码交织基带调制扩频加扰射频调制无线信道解码解交织基带解调解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程手机数据手机数据扩频通信原理无纠错编码： BER10-1
12、 10-2不能满足通信需要卷积编码： BER10-3满足语音通信需要Turbo 码： BER10-6满足数据通信需要信道编码信道编码nWCDMA采用高性能的信道编码，提高系统性能采用高性能的信道编码，提高系统性能n编解码极大地降低了工作点的信噪比，是无线传输中的常用手段编解码极大地降低了工作点的信噪比，是无线传输中的常用手段nTurbo码能够使传输信号的信噪比接近码能够使传输信号的信噪比接近Shannon极限极限n 编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正编码目的：在原数据流中加入冗余信息，使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差，同时提高数据传输速率。由于传输媒介带
13、来的信号误差，同时提高数据传输速率。扩频通信原理信道编码的原理信道编码的原理n信道编码信道编码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，从而获得纠错能力能力目前使用较多的是卷积编码和目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（编码（1/2，1/3）使用编码增加了无效负荷和传输时间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适合纠正非连续的少量错误 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
14、生南？国国扩频通信原理x1 x6 x11 x16 x21x2 x7 x22x3 x8 x23x4 x9 x24x5 x10 x25输入数据 A = (x1 x2 x3 x4 x5 x25)输出数据 A= (x1 x6 x11 x16 x25)举例：交织技术交织技术n交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。n作用：减小信道快衰落带来的影响。作用：减小信道快衰落带来的影响。n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。扩频通信原理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
15、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春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国编码交织去交织解码突发错误信道编码和交织技术的使用信道编码和交织技术的使用扩频通信原理交织技术交织技术n交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。n作用：减小信道快衰落带来的影响。作用：减小信道快衰落带来的影响。n优点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
16、化。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。提高纠错编码的有效性。n 缺点：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的选择在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。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。扩频通信原理编码交织基带调制扩频加扰射频调制无线信道解码解交织基带解调解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程手机数
17、据手机数据扩频通信原理 扩展频谱（扩展频谱（SS:Spread Spectrum)SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。通信简称扩频通信。 扩频通信技术扩频通信技术: :在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。调来解扩以恢复所传信息数据。 直接序列扩展频谱直接序列扩展频谱DSSSDSSSCDMACDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信采用的是直接序列扩频，即将需要传送的
18、信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。 调频调频FHFH 跳时跳时THTH扩频通信的定义扩频通信的定义扩频通信原理CDMA的几种形式的几种形式n直接扩频码分多址（直接扩频码分多址（DS-CDMA）多用户完全同一时间、同一地点占用同一频率资源；多用户完全同一时间、同一地点占用同一频率资源；n跳频码分多址（跳频码分多址（FH-CDMA）：单一用户单一时刻占用的频谱带宽）：单一用户单一时刻占用的频谱带宽较窄，占用频率随时间变化按照一定规律跳变
19、，跳变规律由地址较窄，占用频率随时间变化按照一定规律跳变，跳变规律由地址码决定。码决定。n跳时码分多址（跳时码分多址（TH-CDMA）：单一用户不定时占用较宽的频谱，）：单一用户不定时占用较宽的频谱，占用的时间按照一定规律变化，时间改变的规律由地址码决定。占用的时间按照一定规律变化，时间改变的规律由地址码决定。扩频通信原理n扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。n其理论基础为其理论基础为Shannon定理：定理：C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W
20、结论：在信道容量结论：在信道容量C C不变的情况下，信号频带宽度不变的情况下，信号频带宽度B B与信噪比与信噪比S/NS/N完完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量的条件下获得比较满意的传输质量. .扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础扩频通信原理高速扩频序列高速扩频序列低速信号低速信号TX解调信号解调信号RX高速扩频序列高速扩频序列扩频信号扩频信号扩频码速率：3.84Mc/s； 扩频码：OVSF码。直接扩频通信直接扩频通信扩频通信原理码序列的正交码序列的正交累加为累加为0表示正交表示
21、正交码序列的正交性码序列的正交性扩频通信原理 Walsh Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵矩阵H H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1 1和和1 1（或（或0 0和和1 1），比较适合于用来表达和处理数字信号。），比较适合于用来表达和处理数字信号。 WalshWalsh函数具有理想的互相关特性。在函数具有理想的互相关特性。在WalshWalsh函数中，两两之间函数中，两两之间的互相关函数为的互相关函数为“0”0”，亦即它们之间是正交的。，亦即它们之间是正交的。WCDMA
22、系统扩频码（信道化码）系统扩频码（信道化码）nWCDMA扩频码是由扩频码是由Walsh函数生成，叫做函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频码（正交可变扩频因子码），因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。码互相关为零，相互完全正交。 扩频通信原理 SF = 1 SF = 2 SF = 4 Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1) Cch,2,1 = (1,-1) Cch,4,0 =(1,1,1,1) Cch,4,1 = (1,1,-1,-1) Cch,4,2 = (1,-1,1,-1) Cch,4,3 = (1,-1,-1,1) OVSF：Orthogonal varia
23、ble spreading factorOVSF-正交可变扩频因子正交可变扩频因子扩频通信原理符号速率符号速率扩频因子码片速率扩频因子码片速率上行信道码的SF为：4256下行信道码的SF为：4512OVSF码码扰码扰码数据数据符号符号扩频后扩频后码片码片WCDMA系统的扩频系统的扩频扩频通信原理用户数据-1+1-1-1+1-1扩频码+1-1-1+1-1+1+1-1扩频信号用户数据扩频码解扩数据用户数据扩频码1111111111解扩扩频WCDMA扩频示意扩频示意扩频通信原理n解扩的方法解扩的方法输入信号本地PN码在T=Ts时刻判决解扩输出积分0Ts(*)dtWCDMA的解扩的解扩扩频通信原理-1
24、 1-11-1-11 1-1-111-11-1 1解解 扩扩-1 1-11-1-11 11 -1 1 -11 1 1 1-4400判判 断断-111 -1 1 -1-1 1扩频扩频积积 分分扩频解扩过程举例扩频解扩过程举例扩频通信原理不同用户使用不同的扩频码不同用户使用不同的扩频码扩频通信原理扩频扩频解扩解扩C1与与C2正交：正交：C1xC2=0C1xC2=0扩频解扩过程举例扩频解扩过程举例扩频通信原理其他用户的信号其他用户的信号Eb/NoPG处理增益PG=Wc/RWc是码片速率R是信息速率扩频中的品质因子扩频中的品质因子Eb/No扩频通信原理Eb =Signal PowerBit Rate=
25、SRE / tB / t=N0 =Noise PowerBandwidth=NWEbN0=SRNW=SRXWN=SNXWRSignal to NoiseProcessing Gain扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强Eb/N0与与PG关系关系扩频通信原理fS（f）f0扩频前的信号频谱信号S（f）ff0扩频后的信号频谱信号S（f）ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS（f）f0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号窄带干扰宽带干扰扩频通信示意图扩频通信示意图扩频通信原理n抗干扰能力强抗干扰能力强n保密性高保密性高n低发射功率低发射功率n易于实现大容
26、量多址通信易于实现大容量多址通信n占用频带宽占用频带宽扩频通信的特点扩频通信的特点扩频通信原理编码交织基带调制扩频加扰射频调制无线信道解码解交织基带解调解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程手机数据手机数据扩频通信原理OVSFOVSF码码扰码数据比特扩频后码片n扰码使用户信息伪随机化，加强保密性扰码使用户信息伪随机化，加强保密性nWCDMA扰码是两个扰码是两个m序列（最大长度线性移位寄存序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为器序列）的叠加，成为Gold码序列。码序列。n扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样扰码介绍扰码介绍扩频通信
27、原理WCDMA系统中的扰码系统中的扰码nWCDMA的扰码是由GOLD序列生成的Gold序列具有良好的自相关性质，其分段序列之间互相关很小，用于码分多址中区分小区和用户，进行多址。nWCDMA系统中的扰码是一种 伪随机序列(PN码)它具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列。通过扰码可以使用户数据进一步随机化，增强了保密性能，同时便于进行多址通信。扩频通信原理上上/下行扰码作用下行扰码作用n上行扰码共上行扰码共224个，用于区分同一小区的不同用户个，用于区分同一小区的不同用户上行扰码分为长扰码和短扰码，其中短扰码用于多用户检测上行扰码分为长扰码和短扰码，其中短扰码用
28、于多用户检测n下行扰码共下行扰码共218-1个，用于区分不同的小区个，用于区分不同的小区常用扰码是常用扰码是0，1，8191，分为，分为512个集合，每个集合包个集合，每个集合包括一个主扰码和括一个主扰码和15个次级扰码。个次级扰码。512个主扰码又可以分为个主扰码又可以分为64个扰码组，每组由个扰码组，每组由8个主扰码组成个主扰码组成扩频通信原理编码交织基带调制扩频加扰射频调制无线信道解码解交织基带解调解扩解扰射频解调收发信机数据处理过程收发信机数据处理过程手机发射基站接收扩频通信原理WCDMA调制方式调制方式n上行调制方式上行调制方式BPSKn下行调制方式下行调制方式QPSK（HSDPA阶
29、段引入阶段引入16QAM调制）调制）扩频通信原理实部与虚部分离脉冲成型脉冲成型串并转换串并转换下行物理 信道1Cch,SF,mjI+jQSdl,nG1Cch,SF,mjI+jQSdl,nG2下行物理 信道2GpGpP-SCHS-SCHcos(wt)-sin(wt)Re(T)Im(T)物理信道扩频调制过程物理信道扩频调制过程-下行下行扩频通信原理实部与虚部分离脉冲成型脉冲成型cos(wt)-sin(wt)Sdpch,nRe(S)Im(S)Cd,1dIccQjI+jQDPDCH1Cd,3dDPDCH3Cd,5dDPDCH5Cd,2dDPDCH2Cd,4dDPDCH4Cd,6dDPDCH6ccCccDPCCHQ物理信道扩频调制过程物理信道扩频调制过程-上行上行扩频通信原理思考题思考题1、信道、多址与复用、信道、多址与复用2、 编码交织的作用编码交织的作用3、 扩频的原理扩频的原理4、 扩频在扩频在WCDMA中的实现中的实现扩频通信原理
