UMTS 移动通信系统
徐国鑫
北京邮电大学无线通信新技术研究室
Xuguoxin@
分类：
频分多址 (FDMA)---按频道划分用户，频带独享，时间共享
时分多址 (TDMA)---按时隙划分用户，时隙独享，频率共享
码分多址 (CDMA)---按码型划分用户，时隙/频率共享
多址技术
频分多址（FDMA）技术
含义：每个用户占用一个频率
用户识别：频道号
特点：
简单，容易实现，适用于模拟和数字信号
以频率复用为基础，以频带划分各种小区
需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统
以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路
对功控的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置
基站由多部不同载波频率的发射机同时工作
不适宜大容量系统使用
应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统
Power
Frequency
Time
FDMA
时分多址（TDMA）技术
含义：每个用户占用一个时隙
用户识别：时隙
特点：
以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户
每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置
系统要求严格的系统定时同步
对功控的要求不严
是时隙受限和干扰受限系统
TDD模式下，上下型信道信息可以共享
应用：GSM系统
Frequency
Power
Time
FDMA/TDMA
码分多址（CDMA）技术
Frequency
CDMA
Power
Time
含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享
用户识别：码型
特点：
每个基站只需一个射频系统
每个码传输一路数字信号
每个用户共享时间和频率
是一个多址干扰受限系统
需要严格的功率控制
需要定时同步
软容量、软切换，系统容量大
抗衰落、抗多径能力强
应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统
CDMA扩频技术原理
扩频原理：以频带换取信噪比
香农理论：C=Bw log2 (1+S/N)
扩频系统的优点：
抗干扰能力强，可抗白噪声、人为干扰、多径干扰等
保密性好。扩频信号频谱近似白噪声，若不知PN序列生成方法就难以获取原始信息
隐蔽性好。扩频信号近似白噪声，难以检测，宽带扩频信号功率谱密度很低，难以监听
易于实现大容量多址通信
易于精确定时和测距
易于采用各种先进的分集技术，如RAKE接收、智能天线等
CDMA扩频和处理增益
CDMA直接序列扩频技术
Frequency Domain
User #3
User #2
User #1
Synch
Paging
Pilot
MHz
freq
Code Domain
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
32
40
63
User
1
User
3
User
2
Walsh Code
Pilot
Paging
Synch
IS-95系统：信号在频域和码域上的分布情况
Transmitter
Receiver
D
R2
R3
R3
矢量图
D
R1
R2
=
衰落!
多径影响
Transmitting antenna
Receiving antenna 1
Receiving antenna 2
Receiving antenna3
Receiver
RA1
Suppression
RA2
Suppression
RA3
Amplification
抗多径影响 — 空间分集
Transmitting antenna
λ1, λ2, λ3
Receiving antenna
D
R2
R3
Receiver
λ1, λ2, λ3
λ1
Suppression
λ2
Suppression
λ3
Amplification
抗多径影响 — 频率分集
1
2
t
t
|A2|
|A1|
|A3|
重叠的多径信号
经过匹配滤波器压缩后的信号
+
A1*
A2*
A3*
A1*S1(t)+A2*S2(t)+A3*S3(t)
“Rake” receiver
抗多径影响 — 时间分集
抗多径影响 — RAKE接收机
S -P
30 ksps
30 ksps
Pilot, Power
Control and TFCI
18 kbps
Time Multiplexer
60 kbps
OVSF
Code
Gen
3840 kcps
3840 kcps
I
3840 kcps
Q
218 Complex
Scramble Code
Generator
Q
I
+
+
+
-
10 ms segment
Spreading
42 kbps
Qscramble
Iscramble
SF=128
Iscramble
Add CRC & Tail Bits
268 bits
244 bits
1/3 Rate
Conv. Coder
804 bits
688 bits
344 bits
688 bits
Frame
Segment
TrCH
Mux
DTCH
Data Bits
42 kbps
120 bits
96 bits
360 bits
304 bits
76 bits
304 bits
20 ms Frames
40 ms Frames
10 ms Frames
kbps
Add CRC & Tail Bits
1/3 Rate
Conv. Coder
kbps
Segment
& Match
DCCH
Data Bits
DPCCH
Rate
Matching
Rate
Matching
1st
Interleaver
1st
Interleaver
DPDCH
Frame
Segment
CCTrCH
2nd
Interleaver
Complex
Scrambling
下行DPCH编码
下行DPCH调制
下行DPCH调制星座图
Add CRC & Tail Bits
268 bits
Pilot, Power Control, &TFCI
DPCCH
Data Bits
15 kbps
3840 kcps
SF=256
Data OVSF
Generator
3840 kcps
SF=64
244 bits
1/3 Rate
Conv. Coder
804 bits
1st
Interleaver
804 bits
Rate
Matching
490 bits
Gain = - 6 dB
Gain
Complex
Scrambling
I
+
+
+
-
OVSF 2
Generator
1,-1
I
3840 kcps
225
Scramble Code
Generator
Q
3840 kcps
Q
402 bits
Frame
Segment
60 kbps
Control OVSF
Generator
Cch,256,0
Cch,64,16
I Scramble Code
I Scramble Code
Q
Q
DTCH
Data Bits
60 kbps
120 bits
96 bits
360 bits
360 bits
110 bits
90 bits
DPDCH
Data Bits
20 ms Frames
40 ms Frames
10 ms Frames
49 kbps
Add CRC & Tail Bits
1/3 Rate
Conv. Coder
1st
Interleaver
Rate
Matching
11 kbps
Segment
& Match
DCCH
Data Bits
TrCH
Mux
60 kbps
CCTrCH
2nd
Interleaver
上行DPCH编码/调制
上行DPCH调制
上行DPCH调制星座图
OVSF 正交可变扩频因子
系统卷积编码技术
（卷积编码：编码率＝1/2，约束长度＝9）
Turbo编码技术
Interleaver
+
D
D
D
+
+
+
64 kbps
Output
64 kbps
Output
64 kbps
Input
D
D
D
+
+
+
+
64 kbps
Output
Systematic Path
Parity Path
Parity Path
Uses the Same Coder for Both Parity Generators
Second Parity Generator Input is Interleaved
Yields dB Improvement Relative to Convolution Encoder for High Speed Data
蜂窝移动通信的基本概念
蜂窝系统---“小区制”系统
- 将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密 度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。
- “频率复用”的概念
- 特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等
- 问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等
蜂窝分类
- 宏蜂窝 (Macro-cell) 2-20km
- 微蜂窝 (Micro-cell) －2 km
- 微微蜂窝 (Pico-cell) <400m
- 分层蜂窝 (由多种蜂窝组成)
移动通信系统的全球覆盖
蜂窝—频率复用方式
FDMA 频率复用
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
6
2
6
2
2
1
4
5
7
CDMA 频率复用
FDMA—蜂窝覆盖
Sector-1
Sector-2
Sector-3
Sector-4
Sector-5
Sector-6
Sector-1
Sector-3
Sector-2
G = 3 x =
G = 6 x =
* 扇区的重叠按 15 %记
扇区的裂变
Code Domain Power
W-cdma
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徐国鑫
xuguoxin@
无线新技术研究室
