CDMA移动通信基础.ppt

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1、CDMA移动通信基础 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date一、三种多址通信方式介绍一、三种多址通信方式介绍二、二、 CDMA系统关键技术及主要特点系统关键技术及主要特点

2、三、三、 CDMA技术演进技术演进四、导频污染问题与解决方法四、导频污染问题与解决方法 五、直放站的引入对搜索窗的影响五、直放站的引入对搜索窗的影响三种多址通信方式三种多址通信方式介绍介绍三种多址通信方式三种多址通信方式1、 FDMA 频分多址2、 TDMA 时分多址3、 CDMA 码分多址ftFia) FDMAtb) TDMAftc) CDMAfCi频分多址（频分多址（FDMA） 在频分多址系统中，把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。BSBSMS1MS2MSkf1f2fkF1F2Fk.时分多址（时分多址（TDMA

3、） 在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。BSBSMS1MS2MSk. . . . . . .帧时隙码分多址（码分多址（CDMA） 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，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。 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信号中选出使用预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常

4、称之为多址干扰。BSBSMS1MS2MSkc1c2ckC1C2Ck.DS 扩频系统扩频系统（a a）系统的发射端机）系统的发射端机基带数据谱基带数据谱RF谱谱数据波形数据波形扩谱信号波形扩谱信号波形载波调制载波调制TS=1/BTC=N TS =1/WPS= A1 W = A0 BDS 扩频系统扩频系统（b b）系统的接收端机）系统的接收端机(SNR) baseband= = = = (SNR) RFEbBN0BEbN0EcN0WBWB解扩和解调解扩和解调恢复的基带恢复的基带数据波形数据波形干扰干扰滤波滤波解调后的谱解调后的谱接收谱接收谱三种多址技术频域、时域比较三种多址技术频域、时域比较频率频

5、率时间时间频率时间25KHz200 KHz 单个用户/频道 8个用户/较宽频带 多个用户/宽带频道1.23 MHz我国我国CDMA工作频段工作频段CDMA 上行CDMA 上行CDMA 下行CDMA 下行825 835825 835联通CDMA联通CDMA870 880870 880联通CDMA联通CDMAGSM 上行GSM 上行890 909 915890 909 915移动GSM移动GSM联通GSM联通GSMGSM 下行GSM 下行移动GSM移动GSM联通GSM联通GSM935 954 960935 954 960我国CDMA工作频段我国CDMA工作频段MHzMHzTX-RX=45MHz下行

6、频段870-880MHz上行频段825-835MHzn CDMA800 CDMA800 联通频率联通频率870MHZ-880MHZ/825MHZ-835MHZ870MHZ-880MHZ/825MHZ-835MHZ共共7 7个个TRXTRX载波载波 中国联通中国联通CDMA系统的工作频率为：系统的工作频率为： 825MHz835MHz（基站收）（基站收） f=825+0.03N(N=1333） 870MHz880MHz（基站发）（基站发） f=870+0.03N(N=1333）频道间隔及中心频率位置频道间隔及中心频率位置 第一载频为283。 CDMA频道间隔为1.23MHz；收发频道间隔45MH

7、z。 中心频率在AMPS的283号频道（833.49MHz)处的CDMA频道为CDMA基本频道。以后视发展情况逐步由高端向低端扩展，例如使用第二个CDMA频道，中心频点位置为242号，最多可以有7个CDMA频道。 CDMA不需进行频率规划，各小区可以使用相同频道。但各小区要进行导频相位偏置规划。CDMA系统关键技术系统关键技术及特点及特点(主要主要) 一、功率控制一、功率控制 二、分集技术二、分集技术 三、软切换三、软切换 四、四、 Rake接收接收 五、大容量五、大容量 六、软六、软 容容 量量 功率控制功率控制 1 功率控制示意图 2 反向开环功率控制 3 闭环功率控制 4 下行链路低速功

8、率控制 1 功率控制示意图：瑞利衰落瑞利衰落平均路径损耗平均路径损耗所需的平均发射功率所需的平均发射功率发射功率发射功率距离距离在基站接收到的移动台功率在基站接收到的移动台功率所需的平均接收功率所需的平均接收功率距离距离 2 反向开环功率控制平均输出功率 Tx(dBm)=-平均输入功率平均输入功率Rx(dBm)+偏置功率偏置功率+参数参数偏置功率： -73dB(800MHz)控制参数：小区大小，基站有效发射功率(ERP)和基站接收机灵敏度，这些参数均在同 步信道上传输。开环功率控制动态范围8dBAGC放大器调整Tx功率PA测量Rx功率双工器Tx = +17dBm移动台2移动台2BTS移动台1移

9、动台1d1d1d2d2Rx = -90dBmTx = -3dBmRx = -70dBm上行链路开环功率控制原理图上行链路开环功率控制原理图 3 闭环功率控制(高速功率控制) 基站每1.25ms(等于6个调制符号)测量接收到的SIR4，与目标SIR相比较，决定是增加移动台功率还是降低移动台功率。 闭环功率控制动态范围闭环功率控制动态范围24dBMUX解 码Eb/NoSNR测量去扩展解 码功率控制命令测 量质 量调整Eb/No目标用户数据基站闭环功率控制功能功率控制命令用户数据移动台闭环功率控制功能解复用AGC放大器闭环功率控制原理图闭环功率控制原理图 4 下行链路低速功率控制 下行链路低速功率控

10、制的目的：提高小区边缘的移动台的性能。 基站依据路径损耗和干扰环境，控制一个给移动台的发射功率，称为下行链路低速功率控制。 下行链路功率控制机制： 基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率（FER），当FER超过定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1%，每1520ms进行一次调整。 下行链路低速功率控制调整的动态范围： 6dB分集技术分集技术 前向链路多径前向链路多径/ /基站分集基站分集 反向链路多径反向链路多径/ /天线分集天线分集软切换软切换 软切换：软切换：CDMA系统各小区可使用相同的频率，从现有小区到领近小区的系统各小区可使用相同的频率，从现有小区到领近小区的

11、切换是无间切换。切换是无间切换。 在软切换中移动台是同时连接到多个基站上通信，它的功率控制由它接收到的最强信号的小区决定。当邻近小区的信号强度超过一个确定的数值，但仍低于现有基站的信号强度时，移动台进入软切换状态。BTS两基站收发信机参与的软切换的原理两基站收发信机参与的软切换的原理BSCBSCBTS同时与两个或多个基站通信同时与两个或多个基站通信信号强度手机位置小区间小区间“合作合作”小区间小区间“竟争竟争”CDMA其其 他他软切换硬切换测量阶段：测量阶段：由移动台完成下行链路的测量，包括信号质量、本小区和相邻小区的信号强度。 由基站完成上行链路信号质量测量。决策阶段：决策阶段：将测量结果与

12、预先定义的门限值进行比较，并决定是否应当启动切换。执行阶段：执行阶段：移动台进入软切换状态，增加或释放一个新的基站，或者完成频率间的切换。测量阶段切换准则完成 执行阶段 -更新有效集 -激活新的基站否是决策阶段信号强度RAKE接收机接收机 RAKE接收机包含多个相关器，每个相关器接收一个多路信号。在相关器进行去扩展后，信号进行合成。因为接收的多路信号是衰落独立的，因此进行分集可以提高接收性能。RAKE接收机的原理RAKE接收机的原理1231 1+2 23 3调制器编 码发生器二进制数据1 1+2 23 3解调器多路信道RAKE接收机c(t-1)c(t-2)c(t-3)第三径第三径第二径第二径第

13、一径第一径带DLL的相关器相位旋转延迟均衡本地扩频码信道估计基 带输入信号合并相加合并相加I IQ Q延迟估计时间量(径位置)时间量(径位置)I IQ QI IQ Q延时估计：通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大延时估计：通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。接收机的不同接收径上。 大容量大容量 决定决定CDMA数字蜂窝系统容量的基本参数有：数字蜂窝系统容量的基本参数有： 处理增益、Eb/No、通话占空比、频率复用效率、小区扇区数。 1

14、、 处理增益：处理增益越大，系统抗干扰越好、容量越大，为21dB； 2、 Eb/No：目前CDMA系统中要求的Eb/No为6dB； 3、通话占空比：通话占空比是一个统计数字，小于35%，CDMA系统采用话音 激活技术，而其它系统没有，仅此就比其它系统增加容量约1倍； 4、频率复用效率：在CDMA中，由于它的宽带信道在每个小区中都能复用，所以频率复用效率几乎为1，而其它窄带系统一般为1/7； 5、 小区扇区数：在CDMA中，由于不同的扇区也可以使用相同频率，所以小区容量将随着扇区数的增大而增大。一般对于一个三扇区小区来说，容量比全向小区增大2.5倍左右。 CDMA数字蜂窝系统容量的计算：数字蜂窝

15、系统容量的计算： Npole = 1+ =41（全向）=35（单扇区/三扇区型） 其中：Npole为反向链路，单载频单扇区极限用户数量 处理增益：10log (W/ Rb)=10log(1.2288MHz/9.6KHz)=21dB VAF为语音激活系数，常取0.4 Beta为其它扇区对本扇区的干扰因子，此值通过计算机仿真得出，在系统负载为57%的情况下：全向=0.6; 扇区型=0.85 Eb/No为能噪比，是决定基站反向容量的主要因素；是指一个基站为了实现良好话音质量和误帧率(FER),而采用的平均Eb/No,常取5.01(7dB)。 建议系统负载=57%，可得反向链路容量:全向23chann

16、els，20channels/sector。 W/RbVAF （E b /NO）*(1+Beta) 软容量软容量 用户数和服务级别之间有着灵活的关系。 例如运营商可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，便可增加可用信道数。 小区呼吸功能： 各小区的覆盖功能是动态的，当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到邻小区。使负荷分担，即相当于增加了容量。 这种功能用在切换时，在防止由于缺少信道导致通话中断方面特别重要。在模拟系统和数字TDMA系统中，如一时缺少信道，通话必须等待信道出现空闲，否则会造成切换的中断。然而在CDMA系统中，通过稍微降低

17、用户通话质量，可以保证通话的继续进行，等到目标小区负荷减轻时，通话质量再恢复正常。 小区呼吸功能： 各小区的覆盖功能是动态的，当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到邻小区。使负荷分担，即相当于增加了容量。 CDMA系统技术演进系统技术演进CDMA one CDMA onecdma 2000-1X （Is-95A） （Is-95B）Is-95A 最高速率：14.4KbpsIs-95B 最高速率：64Kbpscdma 2000 1X 最高速率：614kbps（向用户提供速率：9.6,19.2,38.4,76.8,153.6Kb/s)

18、cdma 2000 1X EV-DO 最高速率：2.4Mbpscdma 2000 1XEV-DV 最高速率：5.2Mbps1Cdma 2000-1XEV-DOCdma 2000-1XEV-DVCDMACDMA技术演变技术演变 CDMA800 CDMA800 Is-95 1x基站及天馈系统基站及天馈系统BTS/GPSTX/RX2RX120WTX-RX=45MHzn 上下行均为码分多址：CDMAn 上下行为频分双工：FDD下行频段870-880MHz上行频段825-835MHz CDMA2000 1x EV-DO CDMA2000 1x EV-DO基站及天馈系统基站及天馈系统n EV-DO EV-

19、DO中的中的DODO为为Data onlyData only，意为仅仅，意为仅仅下行下行数据传送数据传送TX-RX=45MHzn 下行时分多址：TDMA（为传送数据特殊的时分多址）n 上行码分多址：CDMA（同CDMA2000 1x结构）n 上下行收发双工：FDD（频分双工同CDMA800）下行频段上行频段CDMA2000 1x同同CDMA800IS-95EV-DOEV-DO技术是cdma2000 1x技术向提高分组数据传输能力方向的演进，它是在独立于cdma2000 1x的载波上向移动终端提供高速无线数据业务，不支持话音业务。 EV-DO的主要特点是提供高速数据服务，每个CDMA载波可以提供

20、2.4576Mbit/s/扇区的前向峰值吞吐量。前向链路的速率范围是38.4kbit/s-2.4576Mbit/s，反向链路的速率范围是9.6-153.7kbit/s。反向链路数据速率与cdma2000 1x基本一致，而前向链路的数据速率远远高于cdma2000 1x。 EV-DO前向始终以最大功率发射，确保前向始终有最好的信道环境 。导频信道寻呼信道同步信道业务信道总功率未用的余量时间IS-95/1x上限基站发射功率上限基站发射功率用户数据导频突发时间1 slot空闲时隙激活时隙1x EV-DO 1x EV-DO与IS-95/1x前向链路的对比 前向链路物理层特点前向链路物理层特点CDMA

21、2000-1XCDMA 2000-1X组网组网PDSNMSBTSBSCPCFHAIPAAAVLRMSC/SSPHLR/ACPSTN/ISDNIPSCPSMCWAP 网关CDMA2000-1XCDMA2000-1X与与CDMACDMA比较，增加了分组交换核心网比较，增加了分组交换核心网 上图包括几个组成部分：上图包括几个组成部分： 用户终端：用户终端：包括移动台和相应的UIM卡 无线接入网：无线接入网：包括BSC、BTS等 传统的电路交换核心网：传统的电路交换核心网：包括MSC、VLR、HLR和AC等。以上部分的硬件要求与第二代移动通信系统以上部分的硬件要求与第二代移动通信系统Is-95 1x基

22、本相同。基本相同。 对软件来说主要增加了以下内容： 1、HLR增加与分组数据业务有关的用户信息 2、A接口中增加了对cdma20001X信道的控制能力 3、增加补充业务和其他业务智能网部分：智能网部分：包括MSC/SSP、SCP等。1、从网络结构上，SSP和SCP等基本配置与第二代系统基本相同；2、智能网业务基本上还是针对电路交换业务的，对分组数据业务的智能业务还没有到实用阶段；3、具体的业务要求有可以考虑发展到无线智能网第二阶段的要求。分组交换的核心网分组交换的核心网：包括PCF（分组控制功能）、PDSN（分组数据服务节点）、HA（归属代理）、AAA（认证、授权和计费）。其中：1、PCF负责

23、与BSC配合，完成与分组数据有关的无线信道控制功能。由于与无线接入部分关系密切，大部分厂商将PCF与BSC合设。2、PDSN负责管理用户状态，转发用户数据。当采用移动IP技术的时候，它同时担任FA的功能。3、当采用移动IP技术时，需要使用HA。HA将发送给用户的数据从归属局转发的漫游地。4、AAA负责管理用户信息，其中包括认证、计费和业务管理。其他其他: :包括短消息中心、包括短消息中心、WAPWAP网关等。网关等。 CDMA数字蜂窝系统容量的计算： Npole= Gp/VAF(1+Beta)*(Eb/No)+1=41（全向)=35（单扇区/三扇区）其中：Npole为反向链路，单载频单扇区极限

24、用户数量;Gp为处理增益，即W/R; 在本计算中W=1.2288MHz, R=9600bit,VAF为语音激活系数，常取0.4 Beta为其它扇区对本扇区的干扰因子，此值通过计算机仿真得出，在系统负载为57%的情况下：全向=0.6; 扇区型=0.85Eb/No为能噪比，是决定基站反向容量的主要因素；是指一个基站为了实现良好话音质量和误帧率(FER),而采用的平均Eb/No,常取5.01。建议负载=57%,可得反向链路容量:全向全向23channels，15.7Erlang;20channels/sector,13Erlang。CDMAIS95 CDMAIS95 ：容量：容量CDMA 1XCDM

25、A 1X：容量：容量 负载=57%,两载波的容量: 全向23channels1.5269channels，58Erlang 扇区20channels1.5260channels, 49.5Erlang导频污染问题与导频污染问题与解决方法解决方法CDMA网络规划网络规划详细的网络规划详细的网络规划 1、控制信道功率规划 2、软切换参数规划 3、频间切换规划 4、重叠的网络覆盖分析 5、无线网络测试 导频污染：导频污染：导频强度接近的导频数目超过了UE最大激活集数目，不能加入激活集的信号成为干扰。同时导频强度接近，频繁发生激活集更新。还会产生干扰而引发掉话。 通常表现为移动台接收功率好、EC/I0

26、差，前向BER差（下行误码率高）。 为了防止导频污染，网络规划必须创建一个存在主导频的小区规划。这可通过可调整的导频功率、下倾天线或增加特定扇区或小区的覆盖等来实现。EC时间时间64i 64j 64kCDMA直放站的引入直放站的引入对搜索窗的影响对搜索窗的影响前向： 激活导频集搜索窗 邻域导频集搜索窗 剩余导频集搜索窗反向： 反向接入信道搜索窗 反向业务信道搜索窗 搜索窗宽度搜索窗宽度:2(DB-R+DR+ DR-m )- DB-m 移动台移动台BTSBTS施主路径时延施主路径时延直放站覆盖区时延直放站覆盖区时延基站覆盖区时延基站覆盖区时延D DB-mB-mD DR-mR-mD DR RD D

27、B-RB-R直放站直放站 直放站的引入通常会增加有效时延扩散； 会产生从移动台到BTS的额外多径； 有效的额外多径可降低E BTS/I0要求，这是一个优点； 搜索窗必须足够大，以至于能“看见”所有强的路径信号成份。 如果搜索窗不够宽，强的多径信号成份可能会引起干扰掉话。 最大搜索窗长度：452chips (452chips (226chips)226chips)时延扩展时延扩展(S)窗口大小窗口大小(PN码片码片)SRCH-win-A/N/RTd1.64401.64Td2.45612.45Td3.27823.27Td4.091034.09Td5.271445.27Td8.172058.17Td

28、11.4428611.44Td16.3440716.34Td24.5160824.51Td32.4880932.48Td40.851001040.85Td53.111301153.11Td65.361601265.36Td92.322261392.32Td130.7232014130.72Td184.4245215搜索窗口大小与时延扩展相关搜索窗口大小与时延扩展相关 范围范围 推荐范围推荐范围SRCH-win-A(活动组/候选组) 015 57 SRCH-win-N (邻近组) 015 713 SRCH-win-N (剩余组) 015 优化时713 优化后为0搜索窗口参数搜索窗口参数Thanks!