《{通信公司管理}移动通信第八章码分多址CDMA)数字蜂窝网一)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《{通信公司管理}移动通信第八章码分多址CDMA)数字蜂窝网一)(98页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统(一),8.1 概 述,一. 简介,2G,3G,3G,2G,CDMA one,2.75G,CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access),它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号,即解扩,以实现信息通信。,CDMA移动通信系统的发展
2、 第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。 美国高通公司(Qualcom)更新成为商用蜂窝电信技术。 1995年,第一个CDMA商用系统运行之后,CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验,从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。 在中国,1999年4月,国务院批准中国联通统一负责中国CDMA网络的建设、经营和管理。2000年9月,国家发展计划委员会、信息产业部下发了关于启动CDMA移动通信网络建设有关事项的通知,中国联通CDMA网络建设计划正式启动。,中国联通CDMA网络建设的基本思路是:以增强型IS-95A系统为基础,用一年
3、时间迅速建成覆盖全国300个以上重要城市和地区,网络规模达1500万户左右的CDMA网络。该网络能够支持国际漫游、UIM卡方式(机卡分离),具备基本的智能网业务(如预付费业务),支持移动互连网和数据服务的接入方法,并可在升级软件和仅更换信道板方式下向cdma2000-1X系统演进。在以增强型IS-95A系统实现网络规模覆盖的同时,选择部分重要城市建设cdma2000-1X系统商用试验网,及时开展适应144 kbit/s速率的各种新业务,配合各种CDMA新型手机,使CDMA网络一推出就是覆盖广阔、网络质量良好、手机精美、业务新颖的精品网络。,可以提供提供的业务:,除基本的业务外,还提供基于移动数
4、据和短消息的无线上网、移动秘书、电子商务/移动购物、财经黄页交通信息、移动办公自动化系统、可视电话、定位服务、娱乐信息广播点播、网上下载音乐、图片传递和基于移动智能网的缩位拨号、内部广播、移动会议系统等新业务。,CDMA和GSM的比较,CDMA是移动通信技术的发展方向。 在2G阶段,CDMA增强型IS-95A与GSM技术体制基本处于同一体制; 在2.5G阶段,cdma2000-1.x RTT(无线传输技术)与通用无线分组技术GPRS相比,在传输速率及承载业务上更先进; 在从2.5G到3G的过渡阶段,cdma2000-1.x向cdma2000-3.x过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。,8.
5、1.1 码分多址的特征 在CDMA通信系统中, 不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的, 而是用各不相同的编码序列来区分的。 换句话说, 是靠信号的不同波形来区分的。 如果从频域或时域来观察, 多个CDMA信号是互相重叠的, 接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。 在CDMA蜂窝通信系统中, 用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。 为了实现双工通信, 正向传输和反向传输可以使用不同的频率, 即通常所谓的频分双工(FDD); 也可以使用不同的时帧, 即通常所谓的时分双工(TDD)。,码分多址蜂窝通信系统的特征如下: (1) 根据理论分析,
6、CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的通信容量。 这个问题将在下面介绍。 (2) CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道, 用户信号的区分只靠所用码型的不同, 因此当蜂窝系统的负荷满载时, 另外增加少数用户只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍微降低), 而不会出现阻塞现象。,(3) CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。 即在过区切换的起始阶段, 由原小区的基站与新小区的基站同时为过区的移动台服务, 直到该移动台与新基站之间建立起可靠的通信链路后, 原基站才中断它和该移动台的联系。 CDMA蜂窝系统的软切换功能既可以保证过区切换的可靠性(防止切换错误时反复要
7、求切换), 又可以使通信中的用户不易察觉。,(4) CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术, 以提高系统的通信容量。 这个问题在下面还要介绍。 (5) CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础, 因而它具有扩频通信系统所固有的优点, 如抗干扰、 抗多径衰落和具有保密性等。,8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 1. CDMA蜂窝通信系统的多址干扰 蜂窝通信系统无论采用何种多址方式, 都会存在各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。 FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。,CDMA蜂窝系统的多址干扰分两
8、种情况: 一是基站在接收某一移动台的信号时, 会受到本小区和邻近小区其他移动台所发信号的干扰; 二是移动台在接收所属基站发来的信号时, 会受到所属基站和邻近基站向其他移动台所发信号的干扰。 图 8 - 1 是两种多址干扰的示意图。 其中, 图(a) 是基站对移动台产生的正向多址干扰; 图(b) 是移动台对基站产生的反向多址干扰。,图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰,2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制 CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突出的问题, 它主要发生在反向传输链路上。 移动台在小区内的位置是随机分布的, 而且是经常变化的, 同一部移动台可能有时处于小区边缘, 有时靠近基
9、站。 如果移动台的发射机功率按照最大通信距离设计, 则当移动台驶近基站时, 必然会有过量而又有害的功率辐射。,(1) 反向功率控制。 反向功率控制也称上行链路功率控制。 其主要要求是使任一移动台无论处于什么位置上, 其信号在到达基站的接收机时, 都具有相同的电平, 而且刚刚达到信干比要求的门限。 (2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功率控制。 其要求是调整基站向移动台发射的功率, 使任一移动台无论处于小区中的任何位置上, 收到基站的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。,8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会(FCC)分配给
10、蜂窝通信系统使用的频段。 移动台向基站的传输频段是 824849 MHz, 基站向移动台的传输频段是 869894 MHz。 允许CDMA蜂窝系统占用的频段如表 8 1( 略)所示。,在CDMA蜂窝通信系统中, 为了实现双工通信, 正向传输和反向传输可以使用不同的频率, 即通常所谓的频分双工(FDD); 也可以使用不同的时帧, 即通常所谓的时分双工(TDD)。,8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 在数字蜂窝通信系统中, 全网必须具有统一的时间标准, 这种统一而精确的时间基准对CDMA蜂窝系统来说尤为重要。 CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标, GPS的时间
11、和“世界协调时间”(UTC)是同步的, 二者之差是秒的整倍数。,各基站都配有GPS接收机, 保持系统中各基站有统一的时间基准, 称为CDMA系统的公共时间基准。 移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立时间基准。 如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径分量, 则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。,8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 IS-95 CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线性预测(CELP)编码算法, 也称为QCELP算法。 其基本速率是 8 kb/s, 但是可随输入话音消息的特征而动态地分为四种, 即 8, 4, 2, 1 kb/s, 可
12、以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。 发送端的编码器对输入的话音取样, 产生编码的话音分组(Packet)传输到接收端。 接收端的解码器把收到的话音分组解码, 再恢复成话音样点。,经过推算, 反向传输和正向传输的信道再用效率大致一样。 也就是说, 作为通信容量的估算公式(8 - 14), 既可用于正向传输, 也可用于反向传输。,8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量,几种蜂窝通信系统的通信容量的比较如下: 模拟FDMA系统 总频段宽度: 1.25 MHz (AMPS) 频道间隔: 30 kHz 信道数目: 1.25106/(30103)=41.7 每区群小区数
13、: 7 通信容量: 41.7/7=6 TDMA系统 总频段宽度: 1.25 MHz,频道间隔: 30 kHz 每载频时隙数: 3 信道数目: 31.25106/(30103)=125 每区群小区数: 4 通信容量: 125/4=31.25 CDMA系统 总频段宽度: 1.25 MHz 扇形分区数: 3 通信容量: 120,以n表示通信容量, 三种系统的比较结果可以写成23 n(CDMA)=20 n(FDMA)=4 n(TDMA) (8 - 19),8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输,8.3.1 信道组成 在CDMA蜂窝系统中, 除去要传输业务信息外, 还必须传输各种必需的控制信息。
14、 为此, CDMA蜂窝系统在基站到移动台的传输方向上设置了导频信道、 同步信道、 寻呼信道和正向业务信道, 在移动台到基站的传输方向上设置了接入信道和反向业务信道。 这些信道的示意图如图 8 - 5 所示。,图 8 - 5 CDMA蜂窝系统的信道示意图,1. 导频信道 导频信道传输由基站连续发送的导频信号。 导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号, 令移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息, 并提取相干载波进行信号的解调。 移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较, 可以决定什么时候需要进行过区切换。,2. 同步信道 同步信道主要传输同步信息(还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率)。
15、在同步期间, 移动台利用此同步信息进行同步调整。 一旦同步完成, 它通常不再使用同步信道, 但当设备关机后重新开机时, 还需要重新进行同步。 当通信业务量很多, 所有业务信道均被占用而不敷应用时, 此同步信道也可临时改作业务信道使用。,3. 寻呼信道 寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。 移动台通常在建立同步后, 接着就选择一个寻呼信道(也可以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其他指令。 在需要时, 寻呼信道可以改作业务信道使用, 直至全部用完。,4. 正向业务信道 正向业务信道共有四种传输速率(9600, 4800, 2400, 1200 b/s)。 业务速率可以逐帧(20 ms
16、)改变, 以动态地适应通信者的话音特征。,5. 接入信道 当移动台没有使用业务信道时, 接入信道提供移动台到基站的传输通路, 在其中发起呼叫, 对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。 接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应, 以相互传送指令、 应答和其他有关的信息。 不过, 接入信道是一种分时隙的随机接入信道, 允许多个用户同时抢占同一接入信道。 每个寻呼信道所支持的接入信道数最多可达 32 个。 6. 反向业务信道 与正向业务信道相对应。,8.3.2 正向传输 CDMA信道综合使用频分和码分多址技术。 所谓频分, 是指把可供使用的频段分成若干个宽为 1.25 MHz的频道, 它是传输扩频调制信号所需的最小带宽。 在建网初始阶段, 一个CDMA蜂窝服务区可以只占用一个这样的频道,