WCDMA的扩频通信技术.pptx

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,10/25/2012,#,WCDMA,的扩频通信技术,信源,解码,信源,编码,Interleaving,deinterleaving,信道编码,交织,去交织,信道解码,加扰,解扰,扩频,解扩,调制,解调,射频发射,射频接收,无线信道,WCDMA,通信模型,什么是扩频通信？,扩展频谱通信,(Spread Spectrum Communication),。扩频通信技术是一种信息传递方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传递信息所需要的最小带宽。,频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现，与所传数据的信息无关。在接受端用同样的码序列进行相关同步接收，解扩及恢复所传递信息数据。,扩频通信的定义,扩频通信的理论基础,香农定理,香农公式表明的是当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。,若噪声,n(t),的单边功率谱密度为,n0,，则在信道带宽,B,内的噪声功率,N=n0B,。因此，香农公式的另一形式为,由香农公式可得以下结论：,(1),增大信号功率,S,可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大,.,(2),减小噪声功率,N(,或减小噪声功率谱密度,n,0,),可以增加信道容量，若噪声功率趋于零,(,或噪声功率谱密度趋于零,),，则信道容量趋于无穷大，即,(3),增大信道带宽,B,可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。信道带宽,B,趋于无穷大时，信道容量的极限值为,扩频通信的理论基础,香农定理,扩频通信的理论基础,香农定理,扩频通信就是利用宽带技术来换取信噪比的好处。,例如,：,设互换前信道带宽,B=3kHz,，希望传输的信息速率为,104b/s,。此时要求信噪比,S/N9,倍。假设改变后信道带宽为,10KHz,，要求信息传递速率仍为,104b/s,，,此时信噪比,S/N=1.,直接扩频通信,高速扩频序列,低速信号,TX,解调信号,RX,高速,扩频序列,扩频信号,积分判决,扩频,解扩,码片,原始数据,扩频码,扩频信号,=,数据,码字,扩频码,原始数据,=,扩频信号,码字,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,数据比特,简单扩频解扩示意图,扩频过程中的频谱变化,f,S,（,f,）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S,（,f,）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S,（,f,）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S,（,f,）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,脉冲干扰,白噪声,扩频与解扩过程,UE1xC1,UE2XC2,W,UE1,UE2,UE1xC1+UE2xC2xC2=UE,2,UE1xC1+UE2xC2xC1=,UE1,N,S,扩频与解扩过程,C1 C2,相互正交,N,S,扩频频域解释,系统所允许的最大干扰电平,品质因子,功率谱,可以给所有用户共享的功率,解扩用户,增益,其他用户干扰信号,PG,（处理增益）,=Wc/R,Wc,是码片速率,R,是信息速率,扩,频中的品质因子,Eb/No,Eb,No,扩频因子,Eb/No,品质因子与增益的关系,信噪比,增益,扩展倍数越多，处理增益越高，抗干扰能力越强,码序列的自相关，互相关,相关性：两个信号的相似程度，用相关值来定量描述。,当两个码元完全相同时相关系数为,1,，两个码元正交是相关系数为,0,假设,A,是两个码序列相同码元的数目，,D,是不同码元的数目，,P,是码元的周期。,则：定量公式为,(a),(b),+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,相关性,100,不相关（,0,相关）,码序列的自相关，互相关,自相关函数,R(t)=,互相关函数,V()=,自相关和互相关分别表示码序列与它自身相移的相似性以及两个码序列之间的相似性。,自相关特性决定了多径干扰特性,互相关特性决定了多址干扰特性,WCDMA,系统的扩频,OVSF,码,扰码,数据,比特,扩频后,码片,符号速率（业务速率校验码）,信道编码,重复或打孔率,码片速率符号速率,扩频因子,符号速率,960Ksps,扩频因子,4,，码片速率,3.84Mcps,WCDMA,使用的扩频码：,OVSF,（,Walsh,）,OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor,),：正交可变扩频因子，由,Walsh,矩阵生成，相互完全正交,SF=1,SF=2,SF=4,C,ch,1,0,=,(1),C,ch,2,0,=(1,1),C,ch,2,1,=(1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1),C,ch,4,1,=(1,1,-1,-1),C,ch,4,2,=(1,-1,1,-1),C,ch,4,3,=(1,-1,-1,1),问题：,实际系统中，信道复用将被广泛应用。在不同载频和扇区之间必需复用,OVSF,。当空中出现多个相同的,OVSF,时，如何将所需的信号提取出来？,先区分扇区，再区分不同的用户（信道）,引入扰码,扰码介绍,OVSF,码,扰码,数据,比特,扩频后,码片,扰码使用户信息伪随机化，加强保密性,WCDMA,扰码是两个,m,序列（最大长度线性移位寄存器序列）的叠加，成为,Gold,码序列。,扰码分为上行扰码和下行扰码，作用不一样,扰码介绍,m,序列的生成,0,0,1,0 0 1,1 0 0,1 1 0,1 1 1,0 1 1,1 0 1,0 1 0,0 0 1,第一个输出,0111001,+,m,序列输出长度为,2,N,-1,，,(N,为伪随机序列的移位寄存器的个数,),M,序列有,2,N,-1,个输出序列组合，每个序列组合的码长度都为,2,N,-1,个,m,序列的自相关性,+,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,按位求和,7,2,3,1,负逻辑：,0 +1,1,1,+,1,0,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,按位求和为,1,m,序列的自相关性,相同的,m-sequence,当同步（时间对齐时），其自相关的归一化值为,1,相同的,m-sequence,当不同步（时间不对齐时），其自相关的归一化值为,-1/L,。,L=2,N,-1,（称为该伪随机序列的长度），当,L,趋于较大值时，该值趋于,0,m-sequence,的互相关性没有太强的规律，只有一些特殊的码组之间有一定的规律性。,我们把这些码叫“优选对”（,Preferred Pair,）,优选对是指一对相同长度的,m-sequence,相互之间的互相关值只有三个取值,-1,-2,(n+1)/2,+1,和,2,(n+1)/2,-1,2,(n+2)/2,-1,-2,(n+2)/2,+1,和,n=odd,奇数,n=even,偶数,利用一对优选对（两个,m-sequence,的长度分别为,2,N,-1,），将各自产生的序列相对移位异或而成，即可得到,2,N,1,个,GOLD CODE,序列（包含原始的两个,m-sequence,）,.,Gold,序列产生,Gold,序列的自相关函数,自相关函数近似,函数，减轻多径干扰,分段后各段的互相关近似为零，减轻多址干扰,良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小，可以用于区分用户，进行多址,GOLD CODE,自相关特性：,归一化值：,Ci(t)Cj(t)=1 (i=j),GOLD CODE,互相关特性：,归一化值：,Ci(t)Cj(t)1 (ij),WCDMA,的扰码：,GOLD,序列,在上行信道，扰码用于区分用户,上行有,2,24,个上行长扰码和,2,24,个,上行短扰码,在下行信道，扰码用于区分小区（扇区载频）,下行有,2,18,1,262143,个扰码，但目前只使用,08191,号扰码中的主扰码。,0,，,1,，,，,8191,，分为,512,个集合，每个集合包括一个主扰码和,15,个次级扰码。,512,个主扰码又可以分为,64,个扰码组，每组由,8,个主扰码组成,扰码每,10ms,重复一次，长度是,38400chips,下行扰码,集,0,集,1,集,511,主扰码,0,从扰码,1,从扰码,15,主扰码,51116,从扰码,51116,1,从扰码,51116,15,8192,个扰码,512,集,每集分为,1,个主扰码，,15,个从扰码,目前系统主要采用主扰码,主扰码和从扰码,假设：,两个扇区，扰码分别为：,Cs.i(t),；,Cs.j(t),每个扇区各有两个信道通话,:s,1a,(t),，,s,1b,(t),；,s,2a,(t),，,s,2b,(t),每个信道各分配一个,OVSF CODE,；,Cch.m(t),，,Cch.n(t),；,Cch.m(t),，,Cch.n(t),则空中的合成信号,S,为,S=s1a(t)Cch.m(t)Cs.i(t)+s1b(t)Cch.n(t)Cs.i(t)+,s2a(t)Cch.m(t)Cs.j(t)+s2b(t)Cch.n(t)Cs.j(t),问题：如何将,s1a(t),从,S,中提取出来呢？,OVSF CODE,和,GOLD CODE,的应用举例,首先区分扇区，用,Cs.i(t),来提取该扇区信号；,Cs.i(t)S=Cs.i(t)Cs.i(t)s1a(t)Cch.m(t)+s1b(t)Cch.n(t)+,Cs.i(t)Cs.j(t)s2a(t)Cch.m(t)+s2b(t)Cch.n(t),s1a(t)Cch.m(t)+s1b(t)Cch.n(t),（因为,:Cs.i(t)Cs.i(t)=1;Cs.i(t)Cs.j(t)1,）,然后利用,OVSF CODE,的正交特性提出,s1a(t),：,Cch.m(t)Cs.i(t)S=Cch.m(t)s1a(t)Cch.m(t)+s1b(t)Cch.n(t),=s1a(t),（因为：,Cch.m(t)Cch.m(t),1,；,Cch.m(t)Cch.n(t),0,）,OVSF CODE,和,GOLD CODE,的应用举例,下行：不同小区具有不同的下行扰码,不同小区配置不同的下行扰码，手机通过扰码识别小区,以,OVSF,码区别同一小区的不同用户,上行：不同用户用不同的扰码区分,同一小区的不同用户配置不同的上行扰码,以,OVSF,来区分该用户的不同业务,WCDMA,扩频通信,扩频通信的特点,抗多径干扰能力强,抗突发脉冲干扰,保密性高,低发射功率,易于实现大容量多址通信,占用频带宽,Q&R,1,加扰后的码片的速率？,答：扩频后,WCDMA,码片速率为,3.84Mchips/S,加扰后码片速率不变,2,，上行扰码作用确认？,答：在上行链路中,(,移动台到基站,),，每个移动台向基站发射自己的信息，信息由每个移动台自己处理，首先经过扩频，然后加扰。对于不同用户，如果是相同的服务类型，则可以选择相同的扩频码。扰码角度看，在上行方向是移动台的,ID,，对每个移动台会有一个扰码来对应。,3,，上行和下行对于扰码和扩频码的分配？,答：,DL,方向，扩频码是由,RNC,根据业务类型动态分配的，扰码是由,OMC,来确定的，,UMTS,系统需进行码字管理，确定后由,OMC,来静态管理。,UL,方向，扩频码由,RNC,半静态方式分配，对相同业务速率,扩频吗是唯一的。扰码是,RNC,根据用户每一次的,RRC,连接建立请求动态分配的。,The End Thanks,