WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) 是第三代移动通信技术（3G）的核心标准之一，由3GPP（第三代合作伙伴计划）制定，它的空中接口是其最关键的部分，定义了用户设备（如手机）和基站之间的无线通信规则和物理实现方式。
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WCDMA空中接口的技术特点可以概括为：宽带、码分、多址、快速功率控制、软切换。
下面我们从几个核心维度来深入剖析这项技术。
核心技术原理
WCDMA空中接口建立在几个基础但强大的技术之上。
宽带直扩序列
这是WCDMA的“宽带”来源。
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- 原理：将用户要传输的数据信号（一个较低速率的码片）与一个高速的、预先定义好的伪随机序列（称为码片序列 Chip Sequence）相乘，这个码片序列的速率远高于数据信号速率（3.84 Mcps）。
- 效果：
- 频谱扩展：原始信号的能量被扩展到很宽的频带上（5MHz），大大降低了信号的功率谱密度,使其看起来更像噪声。
- 抗干扰性：宽带信号对窄带干扰（如其他用户的信号）有很强的免疫力，接收端只要知道正确的码片序列，就可以通过相关运算将宽带信号解扩，恢复出原始数据，而窄带干扰在解扩后会被扩展到很宽的频带上，其功率密度大大降低,从而被有效滤除。
- 保密性：信号被“伪装”成噪声，没有正确的码片序列很难解调,增加了通信的保密性。
码分多址
这是WCDMA的“多址”方式，实现了多个用户在同一时间、同一频段上通信。
- 原理：为每个用户分配一个正交可变扩频因子码，这个码不仅用于扩频,也是用户的身份标识。
- 正交性：理想情况下，不同用户的码序列是正交的，这意味着当一个用户接收自己的信号时，使用其他用户的码序列进行解调，理论上结果为零（即互相关值为零），这样,其他用户的信号就像背景噪声一样被抑制掉。
- 挑战与解决：在实际的无线环境中，由于多径效应，正交性会被破坏，导致用户间产生干扰，这被称为多址接入干扰，WCDMA通过快速功率控制和RAKE接收机等技术来对抗这种干扰。
快速闭环功率控制
这是WCDMA保证系统容量的核心技术，用于对抗“远近效应”和快速变化的衰落。
- 问题：如果离基站近的手机以全功率发射，会“淹没”远处手机微弱的信号，这就是远近效应,无线信号因多径和移动会产生快速衰落。
- 解决方案：
- 上行链路（手机到基站）：基站每 5ms（1500比特时间，即一个TTI）测量一次接收到的信号强度，然后通过下行链路向手机发送一个功率控制命令（TPC, Transmit Power Control）,命令手机增加或减少发射功率。
- 下行链路（基站到手机）：手机每 5ms 测量一次信号质量（如BLER）,然后通过上行链路向基站发送TPC命令。
- 效果：通过这种高达 1500次/秒 的快速调整，确保了每个用户到达基站的信号功率基本相等，既克服了远近效应，又补偿了信道衰落,极大地提高了系统容量和通话质量。
关键技术与特性
除了上述核心原理,WCDMA空中接口还包含一系列关键特性。
切换技术：软切换/ softer切换
这是WCDMA区别于2G（如GSM的硬切换）的标志性特性,显著提升了通话质量和系统性能。
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- 软切换：当手机从一个基站的覆盖区移动到两个或多个基站的重叠覆盖区时，手机会同时与多个基站保持通信连接，基站会将各自收到的信号合并起来进行解码，选择质量最好的版本，切换过程是“先连接，后断开”,用户几乎感觉不到中断。
- Softer切换：这是软切换的一种特殊情况，指手机同时连接到同一个基站的两个扇区，基站的基带处理单元可以在扇区内部直接合并信号,效率更高。
- 优点：
- 通话质量高：有效克服了多径效应,信号合并增益提升了接收信噪比。
- 掉话率低：切换过程平滑,减少了因信号丢失导致的掉话。
- 容量提升：软切换产生的“宏分集”效应可以分担基站的负载。
信道结构
WCDMA的信道分为逻辑信道、传输信道和物理信道，层次分明,功能各异。
- 逻辑信道：直接承载用户业务信息（如语音、数据）或控制信令（如广播寻呼），定义了“传什么”。
- 业务信道：
DCCH( Dedicated Control Channel),DTCH( Dedicated Traffic Channel) - 控制信道：
BCCH( Broadcast Control Channel),PCCH( Paging Control Channel),CCCH( Common Control Channel)
- 业务信道：
- 传输信道：在物理层和MAC层之间，定义了数据如何传输和如何被物理层处理，定义了“怎么传”。
- 专用传输信道：
DCH( Dedicated Channel)，为单个用户分配,承载语音和数据。 - 公共传输信道：
BCH( Broadcast Channel),PCH( Paging Channel),RACH( Random Access Channel),FACH( Forward Access Channel) 等。
- 专用传输信道：
- 物理信道：在物理层，承载传输信道上的信息，定义了“在空中如何具体发送”，包括使用的频率、扰码、信道化码等。
- DPCH ( Dedicated Physical Channel)：承载DCH,是上下行链路最主要的物理信道。
- PRACH ( Physical Random Access Channel)：手机发起呼叫或切换时使用的随机接入信道。
- SCPCH ( Secondary Common Physical Control Channel)：承载FACH和PCH。
RAKE接收机
专门用于处理多径信号的接收机,是WCDMA能够有效利用多径效应的关键。
- 原理：由于多径效应，信号会通过不同的路径以不同的时间到达接收端，形成多个“多径分量”，RAKE接收机内部有多个并行的相关器（称为“指 Finger”），每个指可以锁定一个最强的多径分量，并将其解调出来，将所有“指”输出的信号进行合并（通常是最大比合并）,从而获得比单径接收更高的信噪比。
- 效果：将原本有害的“多径干扰”转化为了有益的“多径增益”,显著提高了接收灵敏度。
自适应调制与编码
为了在不同信道条件下实现更高的数据速率,WCDMA支持根据信道质量动态调整调制方式和编码率。
- 信道状况好（如靠近基站、信号强）：采用高阶调制（如QPSK, 16QAM）和低编码率,以换取更高的数据速率。
- 信道状况差（如边缘覆盖、信号弱）：采用低阶调制（如QPSK）和高编码率，以保证通信的可靠性,但速率会降低。
WCDMA空中接口的优缺点
优点
- 容量大：宽带传输和高效的功率控制,使得系统容量远高于2G系统。
- 通信质量高：快速功率控制、软切换和RAKE接收机等技术，有效对抗了衰落和干扰，提供了清晰、稳定的语音和高速数据服务。
- 支持高速数据：空中接口最高可支持2Mbps的数据速率（理论峰值）,为移动多媒体应用提供了可能。
- 切换平滑：软切换技术极大地改善了用户体验,降低了掉话率。
- 组网灵活：带宽宽，易于部署不同大小的蜂窝网络,满足不同区域的需求。
缺点
- 技术复杂：系统实现复杂,对终端和基站的要求都很高。
- “远近效应”敏感：尽管有快速功率控制，但系统对功率控制的要求极为苛刻,实现难度大。
- 自干扰：所有用户共享相同的频率和带宽，随着用户数量增加，多址接入干扰会累积,成为限制系统容量的主要瓶颈。
- 功率控制开销大：大量的功率控制信令占用了部分信道资源。
发展与演进
WCDMA技术本身也在不断演进，通过引入HSPA (High-Speed Packet Access) 技术（包括HSDPA和HSUPA），其下行和上行峰值速率分别提升到了21Mbps和5.76Mbps,极大地改善了用户体验，
