毕业论文：第三代移动通信系统WCDMA在SystemView上的设计与仿真

目录/提纲：……
一、利用systemview设计的上行链路的编码/复用模块如图4-2下：
二、下图4-3是在图4-2的基础上增加了解码模块
四、图4-5在图4-4的基础上主要增加了扩频、解扩模块
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毕业论文：第三代移动通信系统WCDMA在SystemView上的设计与仿真

摘要

第三代移动通信系统（也称3G）是移动通信市场经历了第一代模拟技术的移动通信业务的引入，在第二代数字移动通信市场的蓬勃发展中被引入日程的，而WCDMA（宽带码分多址）则已成为第三代移动通信系统的主流技术之一。WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动，其中GSM的巨大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生了重大的影响。
本文通过System View对WCDMA通信系统进行仿真，WCDMA系统的System View的系统仿真主要包括电路交换承载业务DTCH上行链路仿真、基带频分双工宽带CDMA上行链路的仿真与分析、导频符号相干检测过程的仿真。
本文先简单介绍了WCDMA 的起源、面临的市场机遇和业务情况，以及其技术特征和实际通信系统所涉及到的关键技术。本文通过借助System View仿真软件，重点进行WCDMA系统上行链路的仿真分析。通过对上行链路的信道编码、复用、扩频输出，以及接受端的解码、解扩，加深了对WCDMA系统的认识与理解。






关键词: WCDMA 编码 扩频 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将WCDMA和TD-CDMA融合为一种方案,UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) ,这种方案以WCDMA作为主流提供满足第三代系统的技术和产品,同时吸收TD-CDMA技术的优点作为其补充[在非对称频段TDD模式的情况下应用于无绳及室内小范围通信] 。在UTRA的两种模式中，TD-CDMA方案在载频带宽、chip率、帧长等关键参数上向WCDMA靠拢。
美国负责IMT-2000研究的组织是ANSI下的T1P1组，TIA和EIA 美国提出的IMT-2000方案是cdma2000，主要由Lucent ，Motorola ，Nortel和Qualcomm一起提出。
日本对第三代移动通信系统的研制与标准化工作非常积极，形成了目前的以NTT DoCoMo公司为主提出的WCDMA方案。日本的WCDMA方案和欧洲提出的WCDMA极为相似，后来与之融合。
我国原邮电部电信科学技术研究院（CATT）也于1998 年6 月29 日向ITU 提交了具有我国自己知识产权的候选RTT 方案：TD-SCDMA ，该方案将当今国际领先技术，智能天线，同步CDMA 和软件无线电等融于其中，具有较高的频谱利用率、较低的成本和较大的灵活性很具竞争性。目前我国3G有三种标准WCDMA， CDMA2000和TD-SCDMA 。
1.2 WCDMA系统概述
欧洲的第三代移动通信系统又称为通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)WCDMA标准主要由欧洲ETSI提出。WCDMA系统支持宽带业务，可有效支持电路交换业务、分组交换业务。灵活的无线协议可以在同一个载波上，对同一用户同时支持话音、数据和多媒体业务，通过传输块来支持实时、非寅时业务，业务质量可以通过如延迟、误比特率、误帧率等来调整。
WCDMA采用DS - CDMA多址方式，码片速率为384Mc/s，载波带宽为5MHz。系统不采用GPS精确定时，不同基站可选择同步和不同步两种方式。在上行链路上，采用导频符号相干RAKE接收的方式，解决了CDMA上行链路信道容量受限的问题。
WCDMA采用精确的功率控制方式，包括快速闭环、开环和外环3种方式。功率控制速率为l500次/s，控制步长可变，能有效满足抗衰落的要求。
WCDMA还可采用一些先进的技术（如自适应天线、多用户检测、分集接收等）来提高整个系统的性能。
WCDMA系统主要参数如下表所示：
双工方式 FDD
多址方式 DS-CDMA
带宽 5MHz
码片速率 3.84Mc/s
帧长度 10ms
信道化编码 正交可变扩频因子码，上行链路256~4，下行链路512~4
扰码 下行链路：18位GOLD码
上行链路：短扰码，长扰码
导频结构 下行链路：公用或专用导频
上行链路：专用导频
调制 QPSK
基带滤波 平方根余弦，滚降系数0.22
前向纠错编码 卷积码，Turbo码
功率控制 快速闭环，开环、外环

1.3 WCDMA面临的机遇和未来的展望
1.3.1移动通信市场和WCDMA
首先，全球移动通信发展的速度非常迅速，移动运营目前主要面临的就是Internet业务和其他增值业务，如银行业务、定位业务等的引入。这方面日本的NTT DoCoMo率先引入了I-Mode移动Internet业务，取得了巨大的商用成功，目前有一万多个商业网站在经营I-Mode业务。新业务的引入对无线通信网络提出了新的要求。GPRS一类在建立在原有制式上的数据传输方案已经远远不能满足需求，需要一类适合于宽带数据业务和IP业务的新的宽带移动通信系统。
其次，原有业务由于使用的频谱比较少（不到100MHz），加上第二代技术的频谱效率本身比较低，甚至无法满足现有的以语音为主的业务需求。
再者，全球一体化的进程迫切需要一个全球统一的移动通信系统，第二代移动通信系统现有的多制式的空中接口和网络设备，不可能实现这个要求，因此新的有望实现全球统一的移动通信系统WCDMA-FDD被寄予厚望。
　　最后，移动通信技术日新月异，第二代通信系统的标准化和产业化工作已经完成了很久，其主要目的当时也仅仅是为了解决语音通信的需求。近年来，随着CDMA等无线通信技术的日益成熟，以及无线数据通信技术的发展，需要对原来无线通信技术_进行相应的更新，提高频谱资源的利用效率，提高运营商的成本收益。
1.3.2 WCDMA未来展望
3G的市场开发需要业务的牵引，不同于二代系统主要是为了解决人们随时随地话音通信的需求，3G能够具有支持不同媒体业务的能力，如何开发这些能力是3G业务开发的一个重要课题。
为了提供市场前期牵引的能力，WCDMA规范注重了业务能力的开发。WCDMA预期提供的业务是非常丰富的。可以通过WCDMA终端，享受普通、宽带话音，多媒体业务，可视电话和视频会议电话；移动网络上的Internet应用也更为普遍，E-MAIL、WWW浏览、电子商务、电子贺卡等业务与移动网络相结合。移动办公类业务也是一个发展方向：Intranet接入、企业VPN等将大力普及。信息、教育类业务将有很好的应用前景，股票信息、交通信息、气象信息、位置服务（LCS）、网上教室、网上游戏等移动应用更将极大的丰富人们的生活。
IMT-2000提出了SoLSA、VHE等新的特色业务，使得业务提供更加灵活和个性化。R99中可通过ME*E，SAT，CAMEL等现有技术来体现VHE的业务平台概念。WCDMA支持多呼叫，即能够向终端提供同时进行多个CS呼叫或PS会话的能力。WCDMA提供丰富的切换能力（同频、异频和不同系统间切换）以保证移动网络中的业务连续性问题。　　
业务IP化、分组化、多媒体化、个性化、生成简单化是总的发展趋势。在未来的业务生成体系中，移动网络运营者、业务提供者（ISP）和内容提供者（ICP）将进行紧密的分工合作。特别重要的是，未来的网络将提供开放的业务结构（OSA），移动运营者可以自己或者和其他机构合作在网络提供的开放业务平台上开发出各种各样的灵活业务，从而满足移动用户的更高要求。












第二部分 WCDMA 系统的原理及主要技术简介

2.1WCDMA系统结构
2.1.1 WCDMA 的系统结构
UMTS Universal Mobile Telecommunications System ，通用移动通信系统是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络（Radio Access Network RAN）和_网络（CoreNetwork CN）。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域（Circuit Switched Domain ，CS）和分组交换域（Packet Switched Domain，PS）。
UTRAN 、CN与用户设备（User Equipment UE ）一起构成了整个UMTS系统，其系统结构如图2-1所示

图2-1 UMTS 系统结构图
UE是用户终端设备，它主要包括射频处理单元基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如email 、WWW浏览、FTP等）。
UTRAN （UMTS Terrestrial Radio Access Network），即UMTS陆地无线接入网，是WCDMA系统的主要部分。包括基站Node B 和无线网络控制器RNC 两部分。
●Node B
Node B是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是信道编码、扩频、调制发射及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
●RNC Radio Network Controller
RNC是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。
CN ，即_网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。
在Release99里，UTRAN是采用ATM的组网方式，在Release5里，UTRAN的组网方式同时支持ATM组网和IP组网两种方式。
2.1.2 WCDMA 系统接口
WCDMA 系统的接口主要包括Uu接口，Iu接口，Iur接口和Iub接口。如图2-1所示；
●Uu接口
Uu接口是WCDMA 的空中接口。UE通过Uu接口接入到UTRAN。它是UMTS
系统中最主要的开放接口。
●Iu接口
Iu接口是RNC 与CN 的接口，Iu 接口是一个开放的标准接口，在Iu 接口上承载的是RANAP 协议。
●Iur接口
Iur接口是RNC 之间的接口，主要用于UE 在不同的RNC 之间进行软切换时，UE 所有的数据通过Iur 接口从SRNC 传到DRNC ，在Iur 接口上承载的是RNSAP 协议。Iur 是开放的标准接口，Iur 接口可以通过RNC 之间的直接物理连接或通过传输网连接。
●Iub 接口
Iub 接口是Node B 与RNC之间的接口，在Iub接口承载的是NBAP协议。Iub接口也是一个开放的标准接口。
在下行链路RNC通过Iub接口把传输信道的数据流传输到Node B, Node B通过信道编码 、扩频、加扰、调制等过程，然后通过Uu接口发送到UE 。在上行链路UE通过Uu接口把数据发送到Node B ，Node B经过多用户检测，RAKE接收，解扩信道解码等处理，通过Iub接口把传输信道的数据流传输到RNC ，RNC再把数据传输到CN。
2.1.3 WCDMA的主要技术特征和发展
WCDMA 系统的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题，采用Turbo信道编解码，提供较高的数据传输速率，FDD 制式能够提供广域的全覆盖，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站间严格同步。采用连续导频技术，能够支持高速移动终端。下面是WCDMA 系统的主要技术特点：
●基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网
　　●信号带宽：5MHz；码片速率：3.84Mcps
　　●发射分集方式：TSTD（时间切换发射分集）、STTD（时空编码发射分集）
●信道编码：卷积码和Turbo码，支持2M速率的数据业务
●调制方式：上行：BPSK；下行：QPSK
　　●功率控制：上下行闭环功率控制，外环功率控制
　　●解调方式：导频辅助的相干解调
　　●语音编码：AMR，与GSM兼容
　　●_网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性
　　●MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA_的移动性管理机制的_，保持与GPRS网络的兼容性
　　●支持软切换和更软切换
　　●基站无需严格同步，组网方便
　　WCDMA-FDD的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题，采用T ……（未完，全文共35421字，当前仅显示6371字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：第三代移动通信系统WCDMA在SystemView上的设计与仿真》）