畢業(yè)論文：第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA在SystemView上的設(shè)計(jì)與仿真

目錄/提綱：……
一、利用systemview設(shè)計(jì)的上行鏈路的編碼/復(fù)用模塊如圖4-2下：
二、下圖4-3是在圖4-2的基礎(chǔ)上增加了解碼模塊
四、圖4-5在圖4-4的基礎(chǔ)上主要增加了擴(kuò)頻、解擴(kuò)模塊
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畢業(yè)論文：第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA在SystemView上的設(shè)計(jì)與仿真

摘要

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（也稱3G）是移動(dòng)通信市場(chǎng)經(jīng)歷了第一代模擬技術(shù)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的引入，在第二代數(shù)字移動(dòng)通信市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展中被引入日程的，而WCDMA（寬帶碼分多址）則已成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主流技術(shù)之一。WCDMA主要起源于歐洲和日本的早期第三代無(wú)線研究活動(dòng)，其中GSM的巨大成功對(duì)第三代系統(tǒng)在歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)生了重大的影響。
本文通過System View對(duì)WCDMA通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，WCDMA系統(tǒng)的System View的系統(tǒng)仿真主要包括電路交換承載業(yè)務(wù)DTCH上行鏈路仿真、基帶頻分雙工寬帶CDMA上行鏈路的仿真與分析、導(dǎo)頻符號(hào)相干檢測(cè)過程的仿真。
本文先簡(jiǎn)單介紹了WCDMA 的起源、面臨的市場(chǎng)機(jī)遇和業(yè)務(wù)情況，以及其技術(shù)特征和實(shí)際通信系統(tǒng)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)。本文通過借助System View仿真軟件，重點(diǎn)進(jìn)行WCDMA系統(tǒng)上行鏈路的仿真分析。通過對(duì)上行鏈路的信道編碼、復(fù)用、擴(kuò)頻輸出，以及接受端的解碼、解擴(kuò)，加深了對(duì)WCDMA系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與理解。






關(guān)鍵詞: WCDMA 編碼 擴(kuò)頻 仿真 System View








ABSTRACT

WCDMA (wideband code-division multiple access) develops after the first generation of analog technique communication system and the second generation of digital technique communication system. The WCDMA mainly originates Europe and Japan in early days the third generation wireless research activity. The huge success of the GSM produced important influence in standardize of Europe to the third generation system .WCDMA (Wideband Code-Division Multiple Access) has become one of the leading techniques of the Third Generation of Wireless Communication Systems (3G).
This te*t introduced WCDMA origins first and in brief, the market opportunity ,the face of business circumstance, technique characteristic ,the important techniques in the actual communication system .This te*t recurs to the simulation software----System View , especially simulates and analy
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ETSI將WCDMA和TD-CDMA融合為一種方案,UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) ,這種方案以WCDMA作為主流提供滿足第三代系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)品,同時(shí)吸收TD-CDMA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)作為其補(bǔ)充[在非對(duì)稱頻段TDD模式的情況下應(yīng)用于無(wú)繩及室內(nèi)小范圍通信] 。在UTRA的兩種模式中，TD-CDMA方案在載頻帶寬、chip率、幀長(zhǎng)等關(guān)鍵參數(shù)上向WCDMA靠攏。
美國(guó)負(fù)責(zé)IMT-2000研究的組織是ANSI下的T1P1組，TIA和EIA 美國(guó)提出的IMT-2000方案是cdma2000，主要由Lucent ，Motorola ，Nortel和Qualcomm一起提出。
日本對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研制與標(biāo)準(zhǔn)化工作非常積極，形成了目前的以NTT DoCoMo公司為主提出的WCDMA方案。日本的WCDMA方案和歐洲提出的WCDMA極為相似，后來(lái)與之融合。
我國(guó)原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）也于1998 年6 月29 日向ITU 提交了具有我國(guó)自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的候選RTT 方案：TD-SCDMA ，該方案將當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，智能天線，同步CDMA 和軟件無(wú)線電等融于其中，具有較高的頻譜利用率、較低的成本和較大的靈活性很具競(jìng)爭(zhēng)性。目前我國(guó)3G有三種標(biāo)準(zhǔn)WCDMA， CDMA2000和TD-SCDMA 。
1.2 WCDMA系統(tǒng)概述
歐洲的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)又稱為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)WCDMA標(biāo)準(zhǔn)主要由歐洲ETSI提出。WCDMA系統(tǒng)支持寬帶業(yè)務(wù)，可有效支持電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)。靈活的無(wú)線協(xié)議可以在同一個(gè)載波上，對(duì)同一用戶同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，通過傳輸塊來(lái)支持實(shí)時(shí)、非寅時(shí)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)質(zhì)量可以通過如延遲、誤比特率、誤幀率等來(lái)調(diào)整。
WCDMA采用DS - CDMA多址方式，碼片速率為384Mc/s，載波帶寬為5MHz。系統(tǒng)不采用GPS精確定時(shí)，不同基站可選擇同步和不同步兩種方式。在上行鏈路上，采用導(dǎo)頻符號(hào)相干RAKE接收的方式，解決了CDMA上行鏈路信道容量受限的問題。
WCDMA采用精確的功率控制方式，包括快速閉環(huán)、開環(huán)和外環(huán)3種方式。功率控制速率為l500次/s，控制步長(zhǎng)可變，能有效滿足抗衰落的要求。
WCDMA還可采用一些先進(jìn)的技術(shù)（如自適應(yīng)天線、多用戶檢測(cè)、分集接收等）來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。
WCDMA系統(tǒng)主要參數(shù)如下表所示：
雙工方式 FDD
多址方式 DS-CDMA
帶寬 5MHz
碼片速率 3.84Mc/s
幀長(zhǎng)度 10ms
信道化編碼 正交可變擴(kuò)頻因子碼，上行鏈路256~4，下行鏈路512~4
擾碼 下行鏈路：18位GOLD碼
上行鏈路：短擾碼，長(zhǎng)擾碼
導(dǎo)頻結(jié)構(gòu) 下行鏈路：公用或?qū)Ｓ脤?dǎo)頻
上行鏈路：專用導(dǎo)頻
調(diào)制 QPSK
基帶濾波 平方根余弦，滾降系數(shù)0.22
前向糾錯(cuò)編碼 卷積碼，Turbo碼
功率控制 快速閉環(huán)，開環(huán)、外環(huán)

1.3 WCDMA面臨的機(jī)遇和未來(lái)的展望
1.3.1移動(dòng)通信市場(chǎng)和WCDMA
首先，全球移動(dòng)通信發(fā)展的速度非常迅速，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)目前主要面臨的就是Internet業(yè)務(wù)和其他增值業(yè)務(wù)，如銀行業(yè)務(wù)、定位業(yè)務(wù)等的引入。這方面日本的NTT DoCoMo率先引入了I-Mode移動(dòng)Internet業(yè)務(wù)，取得了巨大的商用成功，目前有一萬(wàn)多個(gè)商業(yè)網(wǎng)站在經(jīng)營(yíng)I-Mode業(yè)務(wù)。新業(yè)務(wù)的引入對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。GPRS一類在建立在原有制式上的數(shù)據(jù)傳輸方案已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，需要一類適合于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)的新的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)。
其次，原有業(yè)務(wù)由于使用的頻譜比較少（不到100MHz），加上第二代技術(shù)的頻譜效率本身比較低，甚至無(wú)法滿足現(xiàn)有的以語(yǔ)音為主的業(yè)務(wù)需求。
再者，全球一體化的進(jìn)程迫切需要一個(gè)全球統(tǒng)一的移動(dòng)通信系統(tǒng)，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)現(xiàn)有的多制式的空中接口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，因此新的有望實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA-FDD被寄予厚望。
　　最后，移動(dòng)通信技術(shù)日新月異，第二代通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化工作已經(jīng)完成了很久，其主要目的當(dāng)時(shí)也僅僅是為了解決語(yǔ)音通信的需求。近年來(lái)，隨著CDMA等無(wú)線通信技術(shù)的日益成熟，以及無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)原來(lái)無(wú)線通信技術(shù)_進(jìn)行相應(yīng)的更新，提高頻譜資源的利用效率，提高運(yùn)營(yíng)商的成本收益。
1.3.2 WCDMA未來(lái)展望
3G的市場(chǎng)開發(fā)需要業(yè)務(wù)的牽引，不同于二代系統(tǒng)主要是為了解決人們隨時(shí)隨地話音通信的需求，3G能夠具有支持不同媒體業(yè)務(wù)的能力，如何開發(fā)這些能力是3G業(yè)務(wù)開發(fā)的一個(gè)重要課題。
為了提供市場(chǎng)前期牽引的能力，WCDMA規(guī)范注重了業(yè)務(wù)能力的開發(fā)。WCDMA預(yù)期提供的業(yè)務(wù)是非常豐富的�？梢酝ㄟ^WCDMA終端，享受普通、寬帶話音，多媒體業(yè)務(wù)，可視電話和視頻會(huì)議電話；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的Internet應(yīng)用也更為普遍，E-MAIL、WWW瀏覽、電子商務(wù)、電子賀卡等業(yè)務(wù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。移動(dòng)辦公類業(yè)務(wù)也是一個(gè)發(fā)展方向：Intranet接入、企業(yè)VPN等將大力普及。信息、教育類業(yè)務(wù)將有很好的應(yīng)用前景，股票信息、交通信息、氣象信息、位置服務(wù)（LCS）、網(wǎng)上教室、網(wǎng)上游戲等移動(dòng)應(yīng)用更將極大的豐富人們的生活。
IMT-2000提出了SoLSA、VHE等新的特色業(yè)務(wù)，使得業(yè)務(wù)提供更加靈活和個(gè)性化。R99中可通過ME*E，SAT，CAMEL等現(xiàn)有技術(shù)來(lái)體現(xiàn)VHE的業(yè)務(wù)平臺(tái)概念。WCDMA支持多呼叫，即能夠向終端提供同時(shí)進(jìn)行多個(gè)CS呼叫或PS會(huì)話的能力。WCDMA提供豐富的切換能力（同頻、異頻和不同系統(tǒng)間切換）以保證移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)連續(xù)性問題�！　�
業(yè)務(wù)IP化、分組化、多媒體化、個(gè)性化、生成簡(jiǎn)單化是總的發(fā)展趨勢(shì)。在未來(lái)的業(yè)務(wù)生成體系中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者、業(yè)務(wù)提供者（ISP）和內(nèi)容提供者（ICP）將進(jìn)行緊密的分工合作。特別重要的是，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將提供開放的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)（OSA），移動(dòng)運(yùn)營(yíng)者可以自己或者和其他機(jī)構(gòu)合作在網(wǎng)絡(luò)提供的開放業(yè)務(wù)平臺(tái)上開發(fā)出各種各樣的靈活業(yè)務(wù)，從而滿足移動(dòng)用戶的更高要求。












第二部分 WCDMA 系統(tǒng)的原理及主要技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1WCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1.1 WCDMA 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
UMTS Universal Mobile Telecommunications System ，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)是采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，通常也把UMTS系統(tǒng)稱為WCDMA通信系統(tǒng)。UMTS系統(tǒng)采用了與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)，包括無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（Radio Access Network RAN）和核心網(wǎng)絡(luò)（CoreNetwork CN）。其中無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)處理所有與無(wú)線有關(guān)的功能，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的話音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。CN從邏輯上分為電路交換域（Circuit Switched Domain ，CS）和分組交換域（Packet Switched Domain，PS）。
UTRAN 、CN與用戶設(shè)備（User Equipment UE ）一起構(gòu)成了整個(gè)UMTS系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示

圖2-1 UMTS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
UE是用戶終端設(shè)備，它主要包括射頻處理單元基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應(yīng)用層軟件模塊等。UE通過Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務(wù)功能，包括普通話音、數(shù)據(jù)通信、移動(dòng)多媒體、Internet應(yīng)用（如email 、WWW瀏覽、FTP等）。
UTRAN （UMTS Terrestrial Radio Access Network），即UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)，是WCDMA系統(tǒng)的主要部分。包括基站Node B 和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC 兩部分。
●Node B
Node B是WCDMA系統(tǒng)的基站（即無(wú)線收發(fā)信機(jī)），包括無(wú)線收發(fā)信機(jī)和基帶處理部件。通過標(biāo)準(zhǔn)的Iub接口和RNC互連，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。它的主要功能是信道編碼、擴(kuò)頻、調(diào)制發(fā)射及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換等功能。
●RNC Radio Network Controller
RNC是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器，主要完成連接建立和斷開、切換、宏分集合并、無(wú)線資源管理控制等功能。
CN ，即核心網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和對(duì)UE的通信和管理。
在Release99里，UTRAN是采用ATM的組網(wǎng)方式，在Release5里，UTRAN的組網(wǎng)方式同時(shí)支持ATM組網(wǎng)和IP組網(wǎng)兩種方式。
2.1.2 WCDMA 系統(tǒng)接口
WCDMA 系統(tǒng)的接口主要包括Uu接口，Iu接口，Iur接口和Iub接口。如圖2-1所示；
●Uu接口
Uu接口是WCDMA 的空中接口。UE通過Uu接口接入到UTRAN。它是UMTS
系統(tǒng)中最主要的開放接口。
●Iu接口
Iu接口是RNC 與CN 的接口，Iu 接口是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，在Iu 接口上承載的是RANAP 協(xié)議。
●Iur接口
Iur接口是RNC 之間的接口，主要用于UE 在不同的RNC 之間進(jìn)行軟切換時(shí)，UE 所有的數(shù)據(jù)通過Iur 接口從SRNC 傳到DRNC ，在Iur 接口上承載的是RNSAP 協(xié)議。Iur 是開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，Iur 接口可以通過RNC 之間的直接物理連接或通過傳輸網(wǎng)連接。
●Iub 接口
Iub 接口是Node B 與RNC之間的接口，在Iub接口承載的是NBAP協(xié)議。Iub接口也是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)接口。
在下行鏈路RNC通過Iub接口把傳輸信道的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)絅ode B, Node B通過信道編碼 、擴(kuò)頻、加擾、調(diào)制等過程，然后通過Uu接口發(fā)送到UE 。在上行鏈路UE通過Uu接口把數(shù)據(jù)發(fā)送到Node B ，Node B經(jīng)過多用戶檢測(cè)，RAKE接收，解擴(kuò)信道解碼等處理，通過Iub接口把傳輸信道的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)絉NC ，RNC再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺N。
2.1.3 WCDMA的主要技術(shù)特征和發(fā)展
WCDMA 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，碼片速率高，有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發(fā)射分集，可以解決多徑問題和衰落問題，采用Turbo信道編解碼，提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，F(xiàn)DD 制式能夠提供廣域的全覆蓋，下行基站區(qū)分采用獨(dú)有的小區(qū)搜索方法，無(wú)需基站間嚴(yán)格同步。采用連續(xù)導(dǎo)頻技術(shù)，能夠支持高速移動(dòng)終端。下面是WCDMA 系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)：
●基站同步方式：支持異步和同步的基站運(yùn)行方式，靈活組網(wǎng)
　　●信號(hào)帶寬：5MHz；碼片速率：3.84Mcps
　　●發(fā)射分集方式：TSTD（時(shí)間切換發(fā)射分集）、STTD（時(shí)空編碼發(fā)射分集）
●信道編碼：卷積碼和Turbo碼，支持2M速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
●調(diào)制方式：上行：BPSK；下行：QPSK
　　●功率控制：上下行閉環(huán)功率控制，外環(huán)功率控制
　　●解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)
　　●語(yǔ)音編碼：AMR，與GSM兼容
　　●核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性
　　●MAP技術(shù)和GPRS隧道技術(shù)是WCDMA_的移動(dòng)性管理機(jī)制的核心，保持與GPRS網(wǎng)絡(luò)的兼容性
　　●支持軟切換和更軟切換
　　●基站無(wú)需嚴(yán)格同步，組網(wǎng)方便
　　WCDMA-FDD的優(yōu)勢(shì)在于，碼片速率高，有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發(fā)射分集，可以解決多徑問題和衰落問題，采用T ……（未完，全文共35421字，當(dāng)前僅顯示6371字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA在SystemView上的設(shè)計(jì)與仿真》）