码分多址(cdma)移动通信系统(一)

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1、要想变得强大就需要学习得更多。 学习时的痛苦是暂时的，未学到的痛苦是终生的。 学习是为提高批判性思维能力和想象力，学会发现和鉴别事实真相，坚持对事物进行严谨的分析，能够理性、历史地认识现实问题和道德问题。,本章要解决的问题,1、码分多址的特征：(1) (8) 2、CDMA蜂窝通信系统的多址干扰 3、CDMA蜂窝通信系统的功率控制：“远近效应”，也称近端对远端的干扰。 4、IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 5、IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 6、IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 7、IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输 信道组成 8、IS-95 CDMA蜂窝系统的控制功

2、能 登记注册、切换 软切换的呼叫过程：,第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统（一） 8.1 概 述,美国高通Qualcomm公司开发的CDMA蜂窝体制定名为IS 95，被人们称为窄带码分多址（N - CDMA），载波频带宽度为1.25MHz，采用频分双工（FDD/FDMA）方式，上行为869894MHz，下行为824849MHz ，占用25MHz，一个基站最多可以有64个同时传输的信道。几种TDMA蜂窝系统与CDMA蜂窝系统， 其运行环境、 业务要求和控制功能基本上都是相同的。差异在于无线信道的构成，以及与之有关的无线接口和无线设备。 本章介绍的内容是IS 95A CDMA系统。 下张内容

3、-8.1.1 码分多址的特征,8.1.1 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。 下张内容-码分多址蜂窝通信系统的特征如下：,码分多址蜂窝通信系统的特征如下： (1) 根据理论分析， 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。

4、 (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。 下张内容-(4) (5) (6)(7),(4) CDMA蜂窝系统可以利用话音激活技术，扇区分割技术，可变速率声码器，宽带CDMA技术提高系统的通信容量。 (5) CDMA蜂窝系

5、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。 (6) 频率规划简单 用户按不同的序列码区分，所以不同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活， 扩展简单。 (7)无需防护间隔，只需扩频码满足正交性；而FDMA、TDMA为防护频率重叠、时间重叠，需设置防护间隔。 下张内容- (8) (9),(8) “绿色手机” 普通的手机（GSM和模拟手机）功率一般能控制在600毫瓦以下， CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦， 普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计， 对人体健康没有不良影响。低功耗，对减小移动台及电池体积均有利。

6、 (9)多种形式的分集 分集是对付多径衰落很好的办法，有三种主要分集方式： 时间分集(RAKE)、 频率分集(移动台)和空间分集(基站)。CDMA系统综合采用了上述几种分集方式，使性能大为改善。 (10)不需均衡器，而需相关器。 下张内容-（11）,(11)高质量话音和数据传输。利用先进的无线接口和话音编码技术，可以更好的抑制背景噪声。可用高冗余度纠错技术，保证话音和数据的高质量、无误性。 缺点：（1）占用信号频带宽（2）系统实现复杂（3）在衰落时变信道中，实现同步、实现信道估值困难（4）寻求性能好数量多的码分多址方面仍存在问题（5） 存在自干扰（6）存在“远近效应”-近端对远端的干扰。 下张

7、内容-8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制,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 不能被接收机解调的其它地址码的存在，类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。 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。 下张内容-CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况：,CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况： 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；

8、 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。 下张内容-图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰,图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰 下张内容-2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制,2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制 CDMA蜂窝通信系统的许多电台共用一个频率发送信号或接收信号，近地强信号压制远地弱信号的现象称之为“远近效应”，也称近端对远端的干扰。 CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突

9、出的问题， 它主要发生在反向（上行）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。解决这个问题的办法是功率控制。 下张内容- (1) 反向功率控制,(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（Eb/Io）要求的门限。 控制方法：移动台检测基站发来的信号强度 控制原则：条件突然改善快速反应；

10、条件突然变坏调整速度慢 控制方式：开环（移动台检测基站信号）和闭环控制（基站检测移动台信号和控制移动台） (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。 下张内容-8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率,8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 双模CDMA（AMPS）蜂窝系统使用美国联邦通信委员会(FCC)分配给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 MH

11、z。 中国电信（老联通）CDMA的移动台向基站的传输频段是825 835MHz，基站向移动台的传输频段是 870880MHz。工作的多址方式是FDMA/CDMA/FDD 下张内容- 8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准,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的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的， 二者之差是秒的整倍数。 CDMA蜂窝系统各基站都配有GPS（Global Positi

12、on System）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。 下张内容-8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码,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

13、码器把收到的话音分组解码， 再恢复成话音样点。 实际中语音编码采用DSP实现。 下张内容-几种低数据比特率语音编码性能比较,几种低数据比特率语音编码性能比较,下张内容-8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量,8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量,蜂窝通信系统能提高其频谱利用效率的根本原因是利用电波的传播损耗实现了频率再用技术。 只要两个小区之间的距离大到一定程度， 它们就可以使用相同的频道而不产生明显的相互干扰。 1、话音激活期的影响 2、扇区的作用 3、邻近小区的干扰,W：总频段宽度 Eb：信息的1比特能量 Rb：信息的比特率 Io：干扰的功率谱密度 G：扇区数 F：信道再用效率 d：话音

14、的占空比,下张内容-几种蜂窝通信系统的通信容量的比较,几种蜂窝通信系统的通信容量的比较如下： 1、 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： 7 通信容量： 41.7/7=6 2、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 下张内容- 3、CDMA系统,3、CDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz 扇形分区数： 3？

15、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（计算可参考移动通信原理、系统及技术曹仲达主编P170） n(CDMA)=20 n(FDMA)=4 n(TDMA) 下张内容-8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输,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。 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 - 2 所示。 正

16、向逻辑信道包括：1 个导频信道、 1个同步信道、 7个寻呼信道和55个业务信道，共64个信道，其数量是由信道地址码决定2r=26=64，信道地址码采用完全正交的64位Walsh码。 反向逻辑信道包括：9个接入信道和55个业务信道。 下张内容-图 8 - 2 CDMA蜂窝系统的信道示意图,图 8 - 2 CDMA蜂窝系统的信道示意图 下张内容- 1. 导频信道,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。 下张内容- 2. 同步信道,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)。