移动通信的关键技术二-WCDMA

1.WCDMA 网络结构

2.WCDMA的空中接口参数

3.帧结构

4.码分多址原理

5.CDMA 技术的3大核心问题

6.高通与CDMA（题外话）

7.Rake 接收机

1.WCDMA的网络结构

3G 的源动力：任何人在任何时间 任何地点和任何人进行任何方式的信息交换

前4个任何在GSM/IS-95 的2G 时代已经实现，第5个任何，则是ITU 的努力方向，但是2G 时代虽然实现了前4个任何，但是制式独立，漫游困难，于是ITU 有一个梦想在实现第五个任何的同时在2000年统一标准，即IMT-2000.

IMT-2000首先要解决的问题是向下兼容，所以网络架构上只能继承而后创新。（Rel.99）

GSM系统在向第三代系统演进的过程中，其无线接入网将采用WCDMA标准，只有核心网部分可以比较平滑的过渡，RAN 需要重新更新。GSM先升级到GPRS或EDGE系统，再最终过渡到UMTS。

2.WCDMA 空口主要参数

3.帧结构

1帧时间长度为10ms，一帧包含15个Slot

每个TS 里面包含 3.84/10ms /15=2560 chips

与GSM 的区别是 WCDMA 的slot 并不是分配给不同的用户 而是1个用户使用

4.码分多址原理简介

CDMA 理论基础仙农定理： C=B*log2(1+S/N)

-》 一个信道无误差地传输信息的能力与信道中的信噪比以及用于传输信息的

信道带宽之间的关系。  

用频带换取信噪比，就是现代扩频通信的基本原理

扩频的种类：

直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）简称直接扩频或直扩（DS）

跳变频率扩频（Frequency Hopping），简称跳频（FH）

DS -CDMA系统：

信道编码

WCDMA 扩频是采用可变扩频因子的技术（OVSF），扩频码速率3.84Mchip/s

如CS 12.2kbit/s 语音业务为SF=128.

不同的用户，不同的信号占用不同的码字，当一个用户选用码字的时候只要这个扩频码的上一级以及下一及码树上没有 码字被占用就可以使用，OVSF 范围可以一直到512

扰码

现实的网络中，我们需要把一个区域分成很多小区蜂窝通信，这就意味着相邻的小区必然会使用到相同的OVSF，同时一个小区中有很多的用户，每个用户独立使用一颗OVSF 数实现不同速率的业务，可能存在很多用户使用了相同的OVSF 码字，问题就来了，我们无法区分小区的用户，以及区分小区。

为了区分不同的信源，WCDMA 里面定义了新的码字-扰码 （类似IS-95B的PN 码）它和OVSF 码的速率一样也是3.84Mchip/s,上行用于区分用户，下行用于区分小区。

WCDMA 的扰码规划类似 GSM 网络里面的频率规划，相邻小区不能使用相同的扰码。

在下行上，一共有512个扰码供基站使用，分为64组，每组8个，

在WCDMA 中一颗OVSF码数和一个扰码分配给一个信源。（1个用户是一个信源，一个小区也是一个信源），这有任何信源都能区分开来。对于终端，这样有一个非常大的好处，当一个新用户接入网络中，它不需要去搜索它的OVSF 码字的上面或者下面是不被占用（因为OVSF码的使用原则是上面用过 下面不用，下面用过上面不用），直接使用扰码区分不同的信源，OVSF 码数对于任何信源都是独立的，节省了RNC 的开销。

5.CDMA 技术的3大核心问题

核心问题1. CDMA 自干扰问题 （小区呼吸效应）

负载越大，Noise 抬升越大，处于小区边缘的用户无法通信，小区的覆盖等效缩小。当负载率达到100% 时，系统的噪声抬升到无穷大，因此对于CDMA 系统无法达到理论的容量，从这个角度讲，CDMA 系统是 干扰受限系统（GSM 是资源受限系统）。CDMA 系统的这个特性又被称为“小区呼吸效应”

解决小区： 网络规划中需要考量到小区支持的负载量来合理的进行规划

负载量规划小了，会照成资源浪费。规划大了，会照成严重的小区呼吸效应。

核心问题2. UE远近效应

一个小区中的用户的位置不一样，有的远有的近，如果移动台发射功率一致的情况下，到达基站的时候远的用户的会被近的用户淹没。

虽然采用码分多址，但是实际使用的正交码并不是完全正交的，因此会产生MAI干扰。当干扰用户的功率大，多址干扰就大。

因此在CDMA 系统中会采用功率控制来使得每个用户的C/I 都在可接受的范围： 高C/I的用户降低发射功率低C/I 的用户提高发射功率。从而达到每个UE到达基站的C/I 都足以达到解调门限。

GSM 虽然也使用功率控制,但是GSM 系统的功率控制最主要的原因是 ：减少阴影衰落等慢衰落的影响,另外减少UE 的功耗（CDMA 也有这方面的考虑但是主要是为了克服远近效应）

核心问题3： 切换（handover）

当UE 位于BTS1的小区边缘的时候，UE 接收到3个基站的信号： BTS1,BTS2,BTS3

其中BTS2，BTS3 相邻小区的干扰源。

因为CDMA的码并不是完全正交，此时用户位于小区边缘，信号很弱，信号有可能会被相近小区的干扰淹没而无法通信。

-》 1. 采用GSM 的硬切换行不行？

CDMA 一般采用的是同频组网，所有小区的

频率是一样的，即使切到BTS3 (信号最强的)

BTS1,2依然是干扰源，可能依然无法满足C/I

此时有可能会造成乒乓效应。

-》 2. CDMA 采用的是 “软切换”

即先连接 后释放多个基站监测UE的C/I，RNC /BSC  会比较各个基站对于这个UE的监测报告，选择最强的几个基站保持连接： 连接集, 监测集

6.高通与CDMA

在这里不得不提到高通公司

可以这么说：CDMA 成也高通，败也高通

前面提过CDMA 有3大核心问题，其中后面两项核心专利都为高通所有，在CDMA时代形成了一个以高通为核心的格局：专利费上收了设备商，收运营商，还不过瘾，最后在用户的花费里面也算了一笔。所以在3G 时代，用户并没有卖帐，这也是3GPP组织为什么在3G 还没有全球开始盈利的情况下，立刻投入4G LTE-A的研究中。

7.Rake 接收机

CDMA –base 的空中接口技术的关键是扩频，扩频之后信号变成一个宽带信号，即使如CDMA（IS-95）的带宽也达到了1.228M，这个带宽远大于信道的相干带宽

可以认为，CDMA 信号的多径效应非常严重。

前面提到了象 GSM 这种窄带技术都采用了抗衰落采用了很多技术：分集接收，交织，信道编码，均衡，以及跳频等。

那么CDMA 系统中，是如何来做的呢？

CDMA 采用具有独特的抗多径的技术- Rake 接收机（多径分离接收机）

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多径衰落的RAEK 接收机概念

1989年，QUALCOMM公司首次商用化验证了Rake 接收机

- 任何多径的信号都带有有用信号的信息，可以加以利用，提高信噪比！

- CDMA 可以利用码的相关性，分离出多径加以利用

- 起到时间分集的效果，不同路径的信号是不同时间到达基站或者UE的，而且互不相关。

CDMA 也采用了其它的抗衰落技术，如信道编码，天线分集，交织等，与GSM 原理类似