WCDMA基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)

京信通信二〇一〇年八月WCDMA基礎(chǔ)知識(shí)CDMA就是碼分多址系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。是第三代移動(dòng)通信的主流技術(shù)。不同用戶通過(guò)不同的碼來(lái)相互區(qū)分，但使用同樣頻率和時(shí)間資源進(jìn)行傳輸。WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess）系統(tǒng)和CDMA2000一樣，也是一種碼分多址系統(tǒng)?！猈CDMA的概念CDMA系統(tǒng)最重要技術(shù)之一：擴(kuò)頻通信

C＝WLog2(1十S/N)在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比S／N是可以互換的。即可通過(guò)增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比S／N情況下，傳輸信息。擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。擴(kuò)頻通信的頻譜變換擴(kuò)頻前擴(kuò)頻后擴(kuò)頻信號(hào)干擾易于重復(fù)使用頻率，提高了無(wú)線頻譜利用率抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小可以實(shí)現(xiàn)碼分多址F1F2FnF（Hz）T（ms）……每一個(gè)頻率就是一個(gè)信道，每個(gè)用戶單獨(dú)享用該頻率資源。小區(qū)的容量＝頻率數(shù)。通過(guò)增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。用戶間通過(guò)不同的頻率進(jìn)行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔。第一代移動(dòng)通信FDMAF1F2FnF（Hz）T（ms）……每一個(gè)由時(shí)間和頻率構(gòu)成的二維點(diǎn)代表一個(gè)信道，可以分配給一個(gè)用戶。小區(qū)的容量＝頻率×?xí)r隙。通過(guò)增加頻率，可以增加小區(qū)的容量。用戶間通過(guò)不同的頻率和時(shí)間進(jìn)行區(qū)分，相互干擾取決于載頻間隔和時(shí)隙保護(hù)。第二代移動(dòng)通信TDMA時(shí)隙0時(shí)隙1時(shí)隙2時(shí)隙3時(shí)隙4時(shí)隙5時(shí)隙6時(shí)隙7F1F2FnF（Hz）T（ms）……用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n用戶1用戶2用戶3用戶4用戶5用戶6用戶7………………用戶n每一個(gè)由碼和頻率構(gòu)成的點(diǎn)表示一個(gè)信道，可以分配給一個(gè)用戶。小區(qū)理論容量＝頻率×可分配的碼。增加頻率，可以增加容量，不同頻率理解為不同網(wǎng)絡(luò)。用戶間通過(guò)不同的擴(kuò)頻碼和擾碼進(jìn)行區(qū)分，相互干擾取決于不同碼的相關(guān)性。第三代移動(dòng)通信CDMAT(m)F(Hz)P(dBm)導(dǎo)頻同步廣播f1碼分多址系統(tǒng)的空間概念f2f3WCDMAGSM頻帶寬度5MHz200kHz頻率再利用率11～18功率控制頻率1500Hz小于等于2Hz質(zhì)量控制方式無(wú)線資源管理算法網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（頻率規(guī)劃）分組數(shù)據(jù)基于符合的分組調(diào)度基于時(shí)隙的GPRS頻率分集方式RAKE接收跳頻下行發(fā)射分集可采用標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定義物理層空中接口——WCDMA特有參數(shù)WCDMATD-SCDMACDMA2000碼片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps載波帶寬5MHz1.6MHz1.25MHz同步方式異步GPS同步GPS同步信道編碼卷積碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼卷積碼，Turbo碼調(diào)制方式上、下行QPSKQPSK、8PSKBPSK，QPSK物理幀長(zhǎng)10ms10ms20ms雙工模式FDD或TDDTDDFDD（only）信道化方式OVSF碼OVSFWalsh碼扇區(qū)區(qū)分512個(gè)擾碼32下行同步碼1個(gè)PN的512個(gè)偏置功控頻率1500Hz200Hz800HzITU選定三種3G標(biāo)準(zhǔn)制式WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000物理層空中接口頻點(diǎn)號(hào)n＝5×F（絕對(duì)頻率）F(Hz)P(dBm)106881071310663下行：2130～2145MHz上行：1940～1955MHz15*2＝30MNodeBSC1小區(qū)：與GSM網(wǎng)絡(luò)一樣，CDMA系統(tǒng)也是一種陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也是由許多小區(qū)構(gòu)成，每個(gè)小區(qū)分配一個(gè)擾碼號(hào)。擾碼：WCDMA系統(tǒng)引入用來(lái)加密的碼，下行鏈路用擾碼分不同的小區(qū)，上行用擾碼來(lái)區(qū)分不同的用戶。SC1SC2SC3SC4SC1SC2SC3強(qiáng)度：對(duì)于GSM信道來(lái)講，強(qiáng)度就是接收載波的場(chǎng)強(qiáng)。CDMA系統(tǒng)對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)有2個(gè)定義。RSSI：接收信號(hào)強(qiáng)度指示；RSCP：接收信號(hào)碼片功率。RSSI：用來(lái)表示載波場(chǎng)強(qiáng)，一個(gè)載波有一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)和Rx_level相似。RSCP：對(duì)應(yīng)每個(gè)信道，一個(gè)載波內(nèi)有多個(gè)信道同時(shí)傳輸。RSSI=RSCP（1）+RSCP（2）+……＋RSCP（n）業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道控制信道控制信道f1載干比：GSM定義C/I，相同頻率有用信號(hào)與干擾的比。WCDMA定義Ec/Io=RSCP/RSSI，碼片功率與總功率的比值。最常用的是導(dǎo)頻信道的Ec/Io。誤碼率：GSM定義BER，根據(jù)不同的BER得到Rx_Qual，0～7。WCDMA定義BLER，是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，A％手機(jī)發(fā)射功率：GSM手機(jī)最大發(fā)射功率2w～5mw，對(duì)應(yīng)功率系數(shù)5～19。3GPP規(guī)范定義：WCDMA手機(jī)最大發(fā)射功率125mw（語(yǔ)音）250mw（數(shù)據(jù)），動(dòng)態(tài)范圍大于70dB。WCDMA手機(jī)不僅發(fā)射功率低，而且變化范圍大。WCDMA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)L1物理層L2數(shù)據(jù)鏈路層L3網(wǎng)絡(luò)層——WCDMA物理層定義物理層的功能主要在NodeB上實(shí)現(xiàn)MAC層主要在RNC上實(shí)現(xiàn)，無(wú)線資源主要由RNC集中管理。將編碼后的信息速率匹配到物理信道，加權(quán)合并，擴(kuò)頻/解擴(kuò)，加擾/解擾，調(diào)制/解調(diào)，頻率匹配，時(shí)間同步，無(wú)線測(cè)量，功率控制，射頻處理等。38400chip10ms物理層處理單元：幀和時(shí)隙幀：由15個(gè)時(shí)隙組成的處理單元，長(zhǎng)度是38400chip,時(shí)間長(zhǎng)度為10ms；2560chip…………時(shí)隙0時(shí)隙1時(shí)隙n時(shí)隙14時(shí)隙：由一定長(zhǎng)度的比特組成的處理單元，每幀15個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)度為2560chip。每個(gè)時(shí)隙內(nèi)的傳輸格式中都包含有功率控制信息，WCDMA的功率控制速率為1500HzWCDMA物理層最重要的兩個(gè)步驟：擴(kuò)頻和加擾擴(kuò)頻：擴(kuò)頻操作又稱信道化操作，將一個(gè)高速數(shù)字序列與數(shù)字信號(hào)相乘，把一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列碼片。WCDMA采用OVSF碼作為信道化碼；每個(gè)符號(hào)被轉(zhuǎn)換成碼片的數(shù)目叫擴(kuò)頻因子SF（SpreadingFactor）加擾：用一個(gè)偽隨機(jī)序列與擴(kuò)頻后的序列相乘，起到加密作用，擾碼碼片速率與已擴(kuò)頻的符號(hào)相同，不影響符號(hào)速率。加擾操作上行用來(lái)區(qū)分用戶，下行區(qū)分小區(qū)?！猈CDMA物理層操作t+1-1XOR信號(hào)擴(kuò)頻原理擴(kuò)頻目的：為了將不同速率的信號(hào)通過(guò)擴(kuò)頻達(dá)到相同速率，既得到了擴(kuò)頻增益，又方便同時(shí)傳輸。+1-101tDatasignal1+1-1tSpreadingCode1符號(hào)速率×擴(kuò)頻因子＝碼片速率如WCDMA，碼片速率＝3.84MHz，擴(kuò)頻因子＝4，則符號(hào)速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴(kuò)頻因子＝64，則符號(hào)速率＝19.2Kbps；常見(jiàn)的業(yè)務(wù)速率與擴(kuò)頻因子數(shù)（上行）12.2K語(yǔ)音SF＝12864K可視電話SF＝32符號(hào)速率＝（業(yè)務(wù)速率＋校驗(yàn)碼）×信道編碼×重復(fù)或打孔率如WCDMA，業(yè)務(wù)速率＝384Kbps，信道編碼＝1/3Turbo碼，符號(hào)速率＝960Kbps；每個(gè)碼字長(zhǎng)度是2的整數(shù)此冪上行K=2-8;下行K=2-9對(duì)于一定的OVSF碼組，共有SF個(gè)長(zhǎng)度為SF的OVSF碼字。長(zhǎng)度相同的不同碼字相互之間正交，互相關(guān)值為0（1,1,-1,-1）（1,1）樹(shù)根節(jié)點(diǎn)低階（1,1,1,1）…………高階（1）假設(shè)該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)使用衍生出的節(jié)點(diǎn)均不能使用從根到該節(jié)點(diǎn)的碼也不能使用擴(kuò)頻碼樹(shù)特點(diǎn)AMR12.2KCS64KPS64KPS144KPS384KSF=128SF=32SF=64SF=32SF=8不同業(yè)務(wù)類型下行使用的擴(kuò)頻碼結(jié)論：進(jìn)行一個(gè)PS384K業(yè)務(wù)的同時(shí)犧牲了4個(gè)PS64K業(yè)務(wù)或16個(gè)語(yǔ)音業(yè)務(wù)；進(jìn)行一個(gè)PS64K業(yè)務(wù)同時(shí)犧牲了4個(gè)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，同時(shí)也相當(dāng)與犧牲了一個(gè)PS384K業(yè)務(wù)。但同階的其他3個(gè)PS64K業(yè)務(wù)仍然可以開(kāi)展。擾碼分為512個(gè)集合，每個(gè)集合有一個(gè)主擾碼和15個(gè)次擾碼。下行擾碼下行8192個(gè)擾碼集合0集合1……集合511下行8192個(gè)擾碼分成512個(gè)集合主擾碼0次擾碼1……次擾碼15每個(gè)集合由1個(gè)主擾碼和15個(gè)次擾碼擾碼：GOLD序列擾碼每10ms重復(fù)一次，長(zhǎng)度時(shí)38400chips對(duì)于上行物理信道，可用的擾碼分為長(zhǎng)擾碼和短擾碼，共有個(gè)長(zhǎng)擾碼和個(gè)上行短擾碼，上行擾碼由高層分配。對(duì)于下行物理信道，可以產(chǎn)生個(gè)擾碼，但只是用了0……8192號(hào)的擾碼512個(gè)主擾碼又進(jìn)一步分為64個(gè)擾碼組，每組8個(gè)。下行主擾碼下行512個(gè)主擾碼組0組1……組63分成64個(gè)組主擾碼0主擾碼1……主擾碼7每組8個(gè)小區(qū)搜索過(guò)程主同步信道（P-SCH）：由1個(gè)長(zhǎng)度為256chip的格雷碼構(gòu)成，具有良好的自相關(guān)性，每個(gè)時(shí)隙均發(fā)射，所有小區(qū)使用同一個(gè)碼。WCDMA全網(wǎng)只有一個(gè)同步碼，手機(jī)端需要一個(gè)匹配濾波器即可完成對(duì)同步碼的捕獲。小區(qū)搜索過(guò)程從同步信道（S-SCH）：由長(zhǎng)度為256chip的輔同步碼構(gòu)成，輔同步碼共16個(gè)，經(jīng)過(guò)排列組合生成64組每組15個(gè)，分別對(duì)應(yīng)且唯一對(duì)應(yīng)64個(gè)主擾碼組。輔同步碼特點(diǎn)：一個(gè)碼序列循環(huán)位移結(jié)果位移，64個(gè)序列中任何一個(gè)進(jìn)行小于15次的循環(huán)位移，都不會(huì)與其他序列的循環(huán)位移相同，也不會(huì)與自己的任何其他循環(huán)序列相同；實(shí)際上，不同的小區(qū)選用不同的序列，不同的時(shí)隙選用不同的輔同步碼。時(shí)隙同步：移動(dòng)臺(tái)搜索主同步信道的主同步碼。主同步碼以時(shí)隙為周期。幀同步：由于輔同步碼以幀為周期，所以可以實(shí)現(xiàn)楨同步。然后通過(guò)識(shí)別同步碼可以找出對(duì)應(yīng)的擾碼組。擾碼識(shí)別：當(dāng)基站所屬的擾碼組確定后，將擾碼組內(nèi)的8個(gè)主擾碼與捕獲的導(dǎo)頻信道進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到小區(qū)所使用的下行擾碼。獲取信息：擾碼識(shí)別后，通過(guò)解擾、解擴(kuò)即可得到網(wǎng)絡(luò)信息。小區(qū)發(fā)射的CCPCH信道的SFN，作為其他信道的SFN。接入和軟切換軟切換和更軟切換先建立后斷開(kāi)同一個(gè)Node.B的軟切換叫更軟切換，相同RNC不同Node.B的軟切換叫軟切換。硬切換先斷開(kāi)后建立不同載波之間的切換，以及與GSM系統(tǒng)的切換。同頻硬切換處于2個(gè)RNC控制的Node.B間所進(jìn)行的切換，如果兩個(gè)基站間沒(méi)有Iur接口，這種本屬于軟切換的切換稱之為同頻硬切換；如果有則仍為軟切換。軟切換過(guò)程中的不同事件1A：有一個(gè)導(dǎo)頻滿足進(jìn)入激活導(dǎo)頻集門(mén)限并進(jìn)入激活導(dǎo)頻集。1B：有一個(gè)導(dǎo)頻滿足退出激活導(dǎo)頻集門(mén)限并推出激活導(dǎo)頻集。1C：當(dāng)激活導(dǎo)頻集內(nèi)激活導(dǎo)頻已經(jīng)達(dá)到最大數(shù)目，但又有一個(gè)導(dǎo)頻G的強(qiáng)度比當(dāng)前激活導(dǎo)頻集內(nèi)最差導(dǎo)頻W強(qiáng)度強(qiáng)，并且時(shí)間大于定時(shí)器時(shí)間，導(dǎo)頻G將進(jìn)入，導(dǎo)頻W將被剔出。1D：激活導(dǎo)頻集內(nèi)有一個(gè)導(dǎo)頻強(qiáng)度比當(dāng)前最佳導(dǎo)頻強(qiáng)度強(qiáng)過(guò)一個(gè)定時(shí)器時(shí)間，則發(fā)生參考導(dǎo)頻更替。接收機(jī)單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度與時(shí)延合并合并后的信號(hào)ts(t)ts(t)RAKE接收RAKE接收技術(shù)，是分集技術(shù)的一種，屬于時(shí)間分集范疇。互不相關(guān)（延遲大于一個(gè)碼片延遲）的信號(hào)先后進(jìn)入不同的路徑，進(jìn)行延遲估計(jì)、延遲均衡后，進(jìn)行最大比合并。RAKE接收只要遲來(lái)的信號(hào)能夠進(jìn)入RAKE接收機(jī)內(nèi)的分支，并可以相加合并就可以視為有用信號(hào)，否則將視為干擾。RAKE接收集分支數(shù)目越多越好，但系統(tǒng)越復(fù)雜，造價(jià)越高軟切換合并上行在RNC中進(jìn)行選擇性合并；下行在手機(jī)處通過(guò)RAKE接收機(jī)進(jìn)行最大比合并。導(dǎo)頻污染導(dǎo)頻污染定義為：能夠進(jìn)入激活導(dǎo)頻集的導(dǎo)頻數(shù)目大于激活導(dǎo)頻集限定的數(shù)量，頻繁發(fā)生進(jìn)入和退出激活導(dǎo)頻集事件。WCDMA系統(tǒng)將導(dǎo)頻分為三類：激活導(dǎo)頻集、偵測(cè)導(dǎo)頻集、相鄰導(dǎo)頻集導(dǎo)頻污染后果：激活導(dǎo)頻集數(shù)目一般設(shè)為與RAKE接收集路徑