《宽带CDMA通信技术》课件

宽带通信技术CDMA宽带码分多址（）技术是第三代移动通信系统的核心技术，代表了WCDMA移动通信领域的重大技术突破作为一种先进的多址接入技术，通WCDMA过扩频调制实现多用户共享频谱资源，为高速数据传输和多媒体业务提供了强有力的技术支撑课程概述宽带技术基础知识CDMA从基本概念出发，深入理解技术的核心原理和扩频通信的基础理论，CDMA为后续学习奠定坚实基础关键技术原理与应用详细分析功率控制、接收、软切换等关键技术，理解其在实际系统中RAKE的应用和优化方法系统架构与网络结构学习网络的整体架构设计、接口协议和信道结构，掌握系统工程实WCDMA现方法发展历程与未来趋势目录基础理论篇技术详解篇•移动通信发展历程•关键技术详解•基础理论•网络架构与系统结构CDMA•宽带技术特点•系统容量与覆盖分析CDMA应用发展篇•宽带标准发展CDMA•商用部署与业务应用•技术演进与发展趋势第一部分移动通信发展历程技术演进概览发展驱动力移动通信技术的发展经历了从模拟到数字、从语音到数据、从低用户对更高质量通信服务的需求、频谱资源的有效利用、新业务速到高速的演进过程每一代技术都代表着通信能力的重大提类型的不断涌现以及技术创新的持续推进，共同构成了移动通信升，推动着社会信息化进程的快速发展技术不断演进的根本动力移动通信技术演进第一代（）模拟蜂窝系统1G采用模拟调制技术，主要提供语音通信服务代表系统包括、AMPS等，频谱效率低，保密性差TACS第二代（）数字蜂窝系统2G引入数字调制技术，显著提高频谱效率和通信质量、等系统GSM IS-95奠定了现代移动通信基础第二点五代（）分组数据业务

2.5G在基础上增加分组数据传输能力，支持、等技术，开启移2G GPRSEDGE动数据业务时代第三代（）宽带多媒体业务3G采用技术，支持高速数据传输和多媒体业务，成为主流标CDMA WCDMA准之一第四代（）全网络4G IP基于技术的系统，实现全架构，数据传输速率大幅提升OFDMA LTEIP第五代（）万物互联时代5G支持超高速率、超低时延和大规模连接，开启万物互联的智能时代移动通信系统分类按制式分类按覆盖范围分类按应用领域分类（频分多址）、宏蜂窝提供广域覆盖，公众移动通信服务普通FDMA（时分多址）、微蜂窝和皮蜂窝用于热用户，专用移动通信满TDMA（码分多址）、点区域，室内覆盖系统足特殊行业需求，如公CDMA（正交频分多解决建筑物内通信需安、电力、交通等专业OFDMA址）代表不同的多址接求，形成立体化覆盖网通信系统入技术，各具特色和应络用优势第二代移动通信系统系统GSM全球移动通信系统，采用技术，成为全球应用最广泛的TDMA标准2G系统IS-95北美标准，首次将技术应用于移动通信，为CDMA CDMA3G发展奠定基础系统PDC日本个人数字蜂窝系统，采用技术的日本本土标准TDMA系统TDMA北美时分多址系统，与类似的技术实现IS-136GSM TDMA第三代移动通信系统CDMA2000演进的宽带系统，主要在北IS-95CDMA美和韩国等地区部署应用WCDMA欧洲主导的宽带系统，CDMA ITU-R建议的三大标准之一，广泛应用于3G全球TD-SCDMA中国主导的时分同步系统，采用CDMA双工方式，体现中国在标准制定中TDD3G的贡献第二部分基础理论CDMA理论基础技术优势技术建立在扩频通信理论基础之上，通过伪随机码序列相比传统的和技术，具有更高的频谱利用CDMA FDMATDMA CDMA对信号进行调制，实现频谱扩展和多用户区分这种技术具有优率、更好的保密性和更强的抗干扰能力，为移动通信系统容量的良的抗干扰性能和多址能力大幅提升提供了可能基本概念CDMA1码分多址技术2扩频调制原理是使用高速伪随机码对原始数据CDMA Code Division的缩写，是信号进行调制，使信号带宽被Multiple Access一种基于扩频通信技术的多址大幅扩展，提高了系统的抗干接入方式，允许多个用户同时扰能力和保密性能使用相同频率进行通信3频率共享机制不同用户使用不同的扩频码序列，在接收端通过相关解调技术区分各用户信号，实现多用户共享同一频率资源工作原理CDMA扩频码分配系统为每个用户分配唯一的伪随机扩频码序列，这些码序列具有良好的自相关和互相关特性，确保用户间的有效分离信号扩频传输发射端将用户数据与扩频码相乘，使原始信号带宽大幅扩展，在频域上分布更广，提高了频谱利用效率相关接收解调接收端使用相同的扩频码进行相关运算，恢复出原始用户数据，同时抑制其他用户的干扰信号技术特点CDMA系统容量大抗干扰性强功率控制精密软容量特性使扩频增益提供系统容量随干优良的抗干扰严格的功率控扰水平动态调和抗衰落性制机制确保系整，理论上可能，适应复杂统性能优化，支持更多用户的无线传播环解决远近效应同时通信境问题软切换技术支持软切换和更软切换，提供无缝的移动性管理和更好的服务质量扩频技术基础直接序列扩频（）DS-SS将数据信号直接与高速伪随机序列相乘，使信号频谱直接扩展这是系统中最常用的扩频方式，具有实现简单、性能稳定的特点CDMA频率跳频扩频（）FH-SS载波频率按伪随机序列规律跳变，信号在频域内跳跃传输具有很强的抗干扰能力，特别适用于军用通信系统时间跳频扩频（）TH-SS信号传输时间按伪随机规律间断进行，通过时域的随机化实现扩频效果，常用于超宽带通信系统混合扩频（）Hybrid-SS结合多种扩频技术的优点，如混合扩频，在复杂环境下提供更DS/FH强的抗干扰能力和更高的安全性扩频系统优势低截获概率信号功率谱密度低，难被敌方截获大系统容量多用户共享频谱，提高频谱利用率抗多径能力强有效对抗多径传播引起的信号衰落抗窄带干扰扩频增益有效抑制窄带干扰信号用户隐蔽性好伪随机码提供天然的信号加密保护第三部分宽带技术特点CDMA技术革新应用价值宽带技术相比窄带实现了质的飞跃，通过增加系技术不仅提供了更高的频谱效率，还支持多种业务类CDMA CDMAWCDMA统带宽和码片速率，显著提升了数据传输能力和系统容量这种型的灵活配置，为运营商提供了丰富的业务承载能力，推动了移技术革新为移动通信的高速数据业务奠定了坚实基础动互联网时代的到来3G宽带概念CDMA技术定义传输能力（支持从到不WCDMA Wideband384Kbps2Mbps等的数据传输速率，在高速移CodeDivisionMultiple）即宽带分码多工存动状态下仍可提供Access384Kbps取技术，是移动通信系统的稳定传输速率3G的核心技术之一应用范围作为批准的三大标准之一，在全球范围内得到广泛部ITU3G WCDMA署和应用，成为最主流的技术标准3G技术主要参数WCDMA5MHz

3.84Mcps最小带宽码片速率系统运行所需的最小频谱带宽扩频码序列的调制速率10ms1500Hz帧长功控速度无线帧的时间长度快速功率控制的更新频率技术参数（续）WCDMA参数类型上行链路下行链路调制方式BPSK QPSK信道结构复用复用I/Q I/Q检测方式非相干检测相干检测导频信号专用导频公共与专用导频信道编码卷积码与码卷积码与码Turbo Turbo系统特点WCDMA调制QPSK多种扩频因子采用四相移键控调制技术，提高频谱效率支持到的可变扩频因子，灵活适应不4512同速率业务需求码资源丰富正交可变扩频因子码提供充足的码资源高速数据支持抗干扰性强原生支持高速数据业务传输能力宽带扩频提供优良的抗干扰和抗衰落性能与窄带比较WCDMA CDMA第四部分关键技术详解技术核心技术创新系统的成功实现依赖于多项关键技术的协同工作这相比传统移动通信系统，在关键技术方面实现了多项WCDMA WCDMA些技术包括精密的功率控制、先进的分集接收、智能的切换管理创新突破，为高质量的移动通信服务提供了强有力的技术保障，等，每项技术都对系统性能产生重要影响推动了移动通信产业的快速发展关键技术概述CDMA功率控制技术分集接收话音激活技术软切换技术RAKE精密控制发射功率，解决远近利用多径信号提供分集增益，可变速率声码器减少系统干实现无缝切换，提高通话质量效应，最大化系统容量改善接收性能扰，提高容量和系统可靠性地址码选择优化码字分配，确保用户间有效分离功率控制技术控制目标解决远近效应问题功率平衡确保所有用户信号功率相等容量最大化在保证质量前提下最大化系统容量功率控制是系统最重要的技术特征之一由于系统中所有用户共享相同频率，如果不进行功率控制，距离基站较近的用CDMA CDMA户会对距离较远的用户造成严重干扰，这就是著名的远近效应问题通过精确的功率控制，可以使基站接收到的所有用户信号功率基本相等正向功率控制控制对象主要目的控制特点控制基站对各移动台的发射功率，使小区内所有移动台接收信号质量相比反向功率控制，正向功率控制确保小区内所有移动台都能接收到良好，增加小区容量，减少对相邻具有动态范围较小、控制速率相对适当强度的信号，提高整体服务质小区的干扰，优化网络整体性能较慢的特点，主要应对慢衰落变量化反向功率控制控制移动台功率精确控制移动台的发射功率，这是系统中最关键的功率控制环CDMA节，直接影响系统容量和通信质量克服远近效应通过动态调整各移动台发射功率，使基站接收到的所有用户信号功率基本相等，有效解决远近效应问题最小化干扰精确的功率控制确保每个移动台只发射满足通信质量要求的最小功率，减少对其他用户的干扰提高系统容量通过降低系统内干扰水平，反向功率控制能够显著提高系统的CDMA用户容量和频谱利用效率反向功率控制特点80dB1500Hz动态范围控制速度功率控制的调节范围可达快速功率控制频率高达80dB1500Hz

0.5dB2控制精度控制环路功率调整步长可小至包含开环控制和闭环控制两个环路

0.5dB接收技术RAKE多径信号捕获相关解调处理接收机能够同时捕获和处理多个对每个多径分量分别进行相关解调，提RAKE不同时延的多径信号分量取有用信息性能增强最大比合并通过多径分集增益显著改善系统的误码根据各径信噪比进行加权合并，获得最率性能优接收性能发射分集技术技术技术TSTD STTD时空发射分集（空时发射分集（Time SpaceTime）采用空Switched TransmitTransmit Diversity）通过在不同时隙使时编码技术，同时利用空间和时Diversity用不同天线发射，在时域实现分间维度提供分集增益集增益，提高系统可靠性技术SSDT站点选择发射分集（）根据信道质Site SelectionDiversity Transmit量动态选择最佳发射天线，优化覆盖效果编码技术卷积编码编码Turbo主要用于语音业务和低速率信令传输卷积码具有实现复杂度专门用于高速数据传输业务码是编码理论的重大突破，Turbo低、译码延迟小的优点，适合实时性要求高的业务在其性能非常接近理论极限，为高质量的数据传输提供Shannon系统中，卷积码通常用于控制信道和低速率的业务信了强有力的保障WCDMA道码采用并行级联编码结构，通过迭代译码算法实现优异的Turbo卷积码的约束长度通常为，编码效率为或，能够提供纠错性能在系统中，码主要用于分组数据信91/21/3WCDMA Turbo良好的错误纠正能力，确保重要控制信息的可靠传输道，支持高速多媒体业务传输软切换技术连接建立移动台与目标基站建立新的无线连接，同时保持与原基站的连接双连接状态移动台同时与两个或多个基站保持活跃连接，实现宏分集增益门限优化通过优化切换门限参数，改善切换性能，减少不必要的切换连接释放当信号质量稳定后，释放较弱的连接，完成切换过程更软切换技术扇区间切换更软切换发生在同一基站的不同扇区之间，是软切换技术在系WCDMA统中的重要改进和优化性能提升相比传统软切换，更软切换能够进一步提高系统性能，减少切换时延，增强用户在小区边缘的通信质量用户体验优化通过更精细的切换控制，更软切换技术显著增强了用户的移动通信体验，提供更加稳定可靠的服务第五部分网络架构与系统结构架构设计接口标准化网络架构采用分层设计理念，将整个系统划分为核心系统各组成部分之间通过标准化接口连接，确保了不同厂商设备WCDMA网、无线接入网和用户终端三个主要部分这种模块化设计不仅的互联互通开放的接口设计促进了产业链的健康发展，为运营便于系统的建设和维护，还为网络的升级演进提供了良好的灵活商提供了更多的设备选择空间性网络架构WCDMA用户终端（）UE包括移动设备和卡USIM无线接入网（）UTRAN由和组成的无线网络部分RNC Node B核心网（）CN提供交换、路由和用户管理功能开放接口标准化接口确保设备互联互通协议栈完整的协议体系支撑系统运行无线接入网架构控制器RNC无线网络控制器负责无线资源管理、移动性管理和呼叫控制等核心功能基站Node B负责无线信号的发射接收、信道编码解码和功率控制等物理层功能接口Iub连接与的标准接口，传输用户数据和控制信令NodeBRNC接口Iur之间的接口，支持软切换和负载均衡等功能RNC系统容量分析WCDMA系统覆盖与规划链路预算覆盖半径站点规划频率规划通过精确的链路预算计根据不同环境和业务需基于话务量分布和地理系统的频率WCDMA算，确定系统的覆盖范求，计算最优的小区覆环境，进行科学的基站规划相对简单，同频复围和服务质量考虑发盖半径平衡覆盖范围站点密度规划，确保网用系数为，但需要考1射功率、接收灵敏度、与系统容量的关系络覆盖的连续性和可靠虑邻频干扰和互调干扰传播损耗等关键参数性的影响信道结构逻辑信道定义信息传输的逻辑功能传输信道定义信息在空中接口的传输方式物理信道定义信息在物理层的具体实现系统采用三层信道结构设计，每层都有其特定的功能和作用逻辑信道从应用角度定义信息类型，传输信道规定传输特性和WCDMA服务质量，物理信道实现具体的调制编码和扩频处理这种分层设计使得系统具有良好的灵活性和可扩展性，便于支持多种不同类型的业务第六部分宽带标准发展CDMA标准化进程技术演进标准的制定是一个复杂的国际协作过程，涉及全球主从最初的版本到后续的、等版本，标准不WCDMA R99R4R5WCDMA要电信设备制造商、运营商和标准化组织通过等国际标断演进和完善，逐步引入了、等增强技术，为3GPP HSDPAHSUPA准化组织的协调，最终形成了统一的技术规范向的演进奠定了坚实基础LTE全球主要标准比较3G标准名称主导地区双工方式带宽码片速率欧洲、亚洲WCDMA FDD5MHz

3.84Mcps北美、韩国×CDMA2000FDD

1.25MHz

33.6864Mcps中国TD-SCDMA TDD

1.6MHz

1.28Mcps三大标准各有特色，凭借其技术先进性和产业链成熟度，成为全球应用最广泛的标准3G WCDMA3G版本演进WCDMA版本R99基础版本，定义了的核心技术规范，支持基本的语音和数据业务，WCDMA最大数据速率384kbps版本R4引入核心网分离架构，将媒体网关和控制网关分离，提高网络灵活性，同时引入技术TrFO版本R5引入高速下行分组接入技术，下行峰值速率提升至，HSDPA

14.4Mbps显著改善数据业务体验版本R6增加高速上行分组接入技术，上行峰值速率达到，实HSUPA

5.76Mbps现上下行高速传输版本R7推出演进技术，通过、高阶调制等技术进一步提升数据传输HSPA+MIMO能力版本R8正式引入长期演进技术，开启向技术演进的新篇章LTE4G技术HSPA技术HSDPA技术HSUPA高速下行分组接入技术，通过自适应调高速上行分组接入技术，采用增强专用制编码、快速重传等技术显著提升下行信道和快速调度算法提高上行传输效率数据传输速率时延优化技术HSPA+通过快速调度和重传机制，显著减少数演进型技术，引入多天线技术和HSPA据传输时延，改善用户体验高阶调制，峰值速率可达42Mbps与关系LTE WCDMA技术基础建立在技术基础之上，继承了许多核心网和接入网的成熟技LTE WCDMA术，为平滑演进提供了条件网络架构和协议栈设计体现了良好的继承性关键变化从技术转向技术，从电路交换转向全架构，从分层网络CDMA OFDMAIP转向扁平化架构这些变化大幅提升了系统性能和频谱效率网络演进运营商可以通过软件升级和设备更新的方式实现从到的平滑WCDMA LTE演进，保护已有投资，降低建网成本效率提升在频谱效率、用户速率、系统容量等方面相比实现了数倍的LTE WCDMA性能提升，为移动宽带业务发展奠定基础第七部分应用与发展趋势商业成功产业影响技术在全球范围内取得了巨大的商业成功，成为时技术的成功应用不仅改变了移动通信产业格局，还催WCDMA3G WCDMA代最主流的技术标准全球数百个国家和地区部署了生了大量新兴业务和应用模式从移动互联网到物联网，WCDMA网络，服务数十亿用户，推动了移动互联网的快速发展技术为数字经济发展提供了重要支撑WCDMA商用部署WCDMA400+部署国家全球超过个国家和地区部署网络400WCDMA1000+运营商数量超过家运营商选择技术1000WCDMA亿30用户规模全球用户总数超过亿WCDMA3080%市场份额在市场中占据约的份额3G80%业务应用WCDMA语音业务提供高质量的语音通信服务，音质清晰，通话稳定支持半速率和全速率语音编码，在保证通话质量的同时提高系统容量软切换技术确保移动过程中的通话连续性视频通话支持实时视频通话业务，实现面对面的远程沟通采用、等视频编码标准，在有限带宽下提供良好的视频质量为商务沟通和个人交流提供了新的方式H.263H.264高速数据业务支持高速移动互联网接入，包括网页浏览、文件下载、流媒体播放等通过技术实现数级别的数据传输速率，满足各种数据业务需求HSDPA/HSUPA Mbps技术优势分析高扩频码率优势的高码片速率带来更强的处理增益和更好的抗干扰性能，显著提

3.84Mcps高接收机的灵敏度，增强弱信号环境下的通信能力覆盖优势基站覆盖距离更远，减少了网络建设所需的基站数量，降低建网成本同时，良好的覆盖特性提高了网络的连续性和可靠性成本优势减少基站射频部件数量，降低设备复杂度和维护成本标准化程度高，设备互联互通性好，为运营商提供更多选择，促进成本降低综合效益信道综合成本低，频谱利用效率高，支持业务类型丰富，为运营商提供良好的投资回报和业务发展空间未来移动通信发展趋势技术革命5G技术以其超高速率、超低时延和大规模连接能力，正在重新定义移动5G通信的应用边界，开启万物互联的新时代关键技术突破毫米波通信、大规模、超密集组网等关键技术的突破，为未来MIMO移动通信系统提供了更强大的技术基础和更广阔的应用前景全频谱接入从低频到高频，从授权频谱到非授权频谱，全频谱接入技术将最大化频谱资源的利用效率，满足日益增长的业务需求。