CDMA移动通信及直放站工程应用技术ufw.pptx
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1、京信通信,未来无线延伸 1CDMA移动通信及直放站工程应用技术京信通信系统(广州)有限公司京信通信系统(广州)有限公司京信通信,未来无线延伸 2第一编 第一章第一章CDMACDMA系统概论系统概论 第二章第二章CDMACDMA的关键技术的关键技术 第三章第三章CDMACDMA网络参数及概网络参数及概念念 第四章第四章CDMACDMA基本计算公式基本计算公式 第五章第五章CDMACDMA的信道调制的信道调制 第六章第六章系统结构及信令接系统结构及信令接口口京信通信,未来无线延伸 3第一章 CDMA系统概论 移动通信系统中的多址方式移动通信系统中的多址方式 我国我国CDMACDMA系统的频段系统的
2、频段 CDMA CDMA系统的特点系统的特点京信通信,未来无线延伸 4 单个用户/频道 8个用户/较宽频带 多个用户/宽带频道一、移动通信系统中的多址方式一、移动通信系统中的多址方式京信通信,未来无线延伸 51.11.1频分多址(频分多址(FDMAFDMA)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。信道,分配给一个用户。京信通信,未来无线延伸 61.2 1.2 时分多址(时分多址(TDMATD
3、MA)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,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。分配给一个用户。京信通信,未来无线延伸 71.3 1.3 码分多址(码分多址(CDMACDMA)CDMA通信系统不同用户传输信息是用各自不同的编码序列来区分。从通信系统不同用户传输信息是用各自不同的编码序列来区分。从频域或时域来观察多个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信号是互相重叠的。接收机用相
4、关器可以在多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。信号中选出使用预定码型的信号。京信通信,未来无线延伸 8Buon GiornoO-Hi-Yo你好吗你好吗Good MorningBuon GiornoO-Hi-Yo你好吗你好吗Good Morning1.4 1.4 码分多址的比喻码分多址的比喻京信通信,未来无线延伸 9二、我国二、我国CDMACDMA系统的频段系统的频段京信通信,未来无线延伸 10IS-95IS-95载波划分载波划分3778119160201242283825MHz835MHz3778119160201242283870MHz880MHz基站收基站收基站发基站发注:37283
5、为AMPS的话音频道编号。283频道为CDMA的基本频道的中心频率所在的位置对应f=870+N*0.03MHz(下行),上行计算方法相同。京信通信,未来无线延伸 11 低功率低功率 大容量大容量 所有基站使用相同频率所有基站使用相同频率 通话质量好通话质量好 保密性能高保密性能高三、三、CDMACDMA系统的特点系统的特点京信通信,未来无线延伸 12由于采用了更精确的功率控制技术,使得手机发射功率更低。由于采用了更精确的功率控制技术,使得手机发射功率更低。最大发射功率是最大发射功率是GSM900GSM900的的1/101/10,是,是GSM1800GSM1800的的1/51/5。3.13.1低
6、功率低功率软容量软容量:用户数和服务级别之间有着灵活的关系。: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。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。度不足,切换到邻小区。使负荷分担,即相当于增加了容量。3.2
7、 3.2 大容量大容量京信通信,未来无线延伸 13 Npole=Gp/VAF*(1+Beta)*(Eb/No)+1 其中:其中:Npole为反向链路单载频单扇区极限用户数量为反向链路单载频单扇区极限用户数量;Gp为处理增益,即为处理增益,即W/R;在本计算中;在本计算中W=1.2288MHz,R=9600bit,VAF为语音激活系数,常取为语音激活系数,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,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,全向全向=0.6;扇区型扇区型=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为能
8、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良好话音质量和误帧率(FER),而采用的平均,而采用的平均Eb/No,常取,常取5.01。根据上述取值的极限容量为:全向根据上述取值的极限容量为:全向41channels 扇区型扇区型35channels/sector 建议负荷建议负荷57%;可得反向链路容量:全向;可得反向链路容量:全向23channels,20channels/sector。CDMA数字蜂窝系统容量的计算:数字蜂窝系统容量的计算:京信通信,未来无线延伸 143.3 3.3 所有基站使用相同频率是一个自干扰系统所有基站使用相同频率是一个自干扰系统注:
9、注:CDMA是自干扰系统,提高单个用户的发射功率能改是自干扰系统,提高单个用户的发射功率能改善其服务质量,但对其他用户的干扰也相应增加善其服务质量,但对其他用户的干扰也相应增加!京信通信,未来无线延伸 15Ec of Base Station 1Ec/Io of Base Station 1 Total Power from BS 1 PilotTotal Power in 1.23 MHz Band=BS 1 Walsh 0(Pilot)BS 2 Walsh 0 PilotBS 1 Walsh 1-63BS 2 Walsh 1-63.IoNoise+Broadband Ext Interfe
10、rence自干扰系统自干扰系统Total Power Received from BS 1 PilotChannel.Shaded Yellow in Diagram.1.23 MHz wide frequency channel for CDMA京信通信,未来无线延伸 16第二章 CDMA的关键技术 扩频技术扩频技术 功率控制技术功率控制技术 软切换技术软切换技术 分集技术分集技术 语音编码技术语音编码技术京信通信,未来无线延伸 17一、扩频技术一、扩频技术 CDMA CDMA是一种扩频技术,它将包含有用信息的信号扩展成较大的带宽,是一种扩频技术,它将包含有用信息的信号扩展成较大的带宽,通过
11、接收端的解调压缩来获取极大的信号增益和较高的信噪比。通过接收端的解调压缩来获取极大的信号增益和较高的信噪比。京信通信,未来无线延伸 18射频接收端IS S解扩后SI其中其中S S代表有用信号,代表干扰信号,通过上图可以清晰的看代表有用信号,代表干扰信号,通过上图可以清晰的看出接收信号经过解扩后,极大提高了信噪比。出接收信号经过解扩后,极大提高了信噪比。抗干扰示意抗干扰示意解扩解扩京信通信,未来无线延伸 19瑞利衰落瑞利衰落平均路径损平均路径损耗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
12、离 在在CDMA系统中,功率控制是系统中,功率控制是所有关键技术的核心。功率控制的所有关键技术的核心。功率控制的目的就是克服远近效应,是系统既目的就是克服远近效应,是系统既能维持高质量通信,又不对其他移能维持高质量通信,又不对其他移动台产生干扰。功率控制分为前向动台产生干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分为开环功率反向功率控制又分为开环功率控制和闭环功率控制控制和闭环功率控制。二、功率控制技术二、功率控制技术京信通信,未来无线延伸 202.12.1前向功率控制(低速功率控制)前向功率控制(低速功率控制)前向功率控制的目的:提高小区边缘的移动台的
13、性能。前向功率控制的目的: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,控制给移动台的发射功率,称为下行链基站依据路径损耗和干扰环境,控制给移动台的发射功率,称为下行链路低速功率控制。路低速功率控制。前向功率控制机制:前向功率控制机制: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),当当FER超过定义值时,移动台要求基站对它的发射功率增加超过定义值时,移动台要求基站对它的发射功率增加1%,每,每1520ms进行一次调整。进行一次调整。前向功率控制调整的动态范围:前向功率控制调整的动态范围:6dB京信通信,未来
14、无线延伸 212.2 2.2 反向开环功率控制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+发射调整发射调整偏置功率:-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32dB京信通信,未来无线延伸 222.32.3反向闭环功率控制反向闭环功率控制(高速功率控制高速功率控制)基站每基站每1.25ms(等于等于6个调制符号个调制符号)测量接收到的测量接收到的SIR,与目标,与目标SIR相比较,决定是相比较,决定是增加移动台功率还是降低移动台功率。增
15、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24dB京信通信,未来无线延伸 23三、软切换技术三、软切换技术BTSBSCBSCBTS 所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时,不先中断与原基站所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时,不先中断与原基站的联系。起到业务信道的分集作用。减少由于切换造成的掉话。的联系。起到业务信道的分集作用。减少由于切换造成的掉话。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
16、低于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。现有基站的信号强度时,移动台进入软切换状态。京信通信,未来无线延伸 24 硬切换发生在不同频率的信道之间。硬切换发生在不同频率的信道之间。软切换发生在相同频率的信道之间。软切换发生在相同频率的信道之间。更软切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。更软切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。3.1 CDMA3.1 CDMA系统中切换的种类系统中切换的种类京信通信,未来无线延伸 25切换消息图 软切换需要两个条件:一个是导频强度、一个是导频保持某一强度的时间。软切换需要
17、两个条件:一个是导频强度、一个是导频保持某一强度的时间。T-TDROP T-TDROP 参数值参数值1 1、2 2、3 3、4 4、5 5分别对应的时间:分别对应的时间:1 1秒、秒、2 2秒、秒、4 4秒、秒、6 6秒、秒、9 9秒。秒。3.2 3.2 软切换的实现软切换的实现京信通信,未来无线延伸 26 导频强度超过导频强度超过T-ADD,移动台发送一个,移动台发送一个PSMM,并且将导频转向候选导频集合。,并且将导频转向候选导频集合。基站给移动台发送基站给移动台发送HDM,其中该移动台将导频增加到激活集合中。,其中该移动台将导频增加到激活集合中。移动台接收移动台接收HDM并且得到一个新的
18、业务信道。导频进入激活集合,同时移动台并且得到一个新的业务信道。导频进入激活集合,同时移动台给基站发送给基站发送HCM。导频强度降低到导频强度降低到T-DROP值以下,移动台启动软切换结束记时器。值以下,移动台启动软切换结束记时器。切换结束记时器终止,移动台给基站发送切换结束记时器终止,移动台给基站发送PSMM。基站给移动台发送一个不具有相关导频的基站给移动台发送一个不具有相关导频的HDM。移动台接收到移动台接收到HDM,导频进入邻域集合并且移动台给基站发送,导频进入邻域集合并且移动台给基站发送HCM。移动台接收一个不包括导频的移动台接收一个不包括导频的NLUM。导频进入剩余集合。导频进入剩余
19、集合。IS-95中的切换消息是:中的切换消息是:PSMM:导频强度消息导频强度消息 HDM:切换指示消息切换指示消息 HCM:切换完成消息切换完成消息 NLUM:邻域列表消息:邻域列表消息上图注解:上图注解:京信通信,未来无线延伸 27软切换示意图软切换示意图京信通信,未来无线延伸 28四、分集技术四、分集技术 分集技术是指系统能同时接收两个或更多个输入信号,这些输入信号的衰落分集技术是指系统能同时接收两个或更多个输入信号,这些输入信号的衰落互不相关。系统分别解调这些信号然后将它们相加,这样可以接收到更多的又用互不相关。系统分别解调这些信号然后将它们相加,这样可以接收到更多的又用信号,克服衰落
20、。信号,克服衰落。由于衰落具有频率、时间、空间的选择性,因此分集技术包括:由于衰落具有频率、时间、空间的选择性,因此分集技术包括:时间分集:采用了符号交织,检错和纠错编码等方法,基站和移动台时间分集:采用了符号交织,检错和纠错编码等方法,基站和移动台都采用了都采用了RakeRake接收机技术。接收机技术。频率分集:本身是频率分集:本身是1.23MHz1.23MHz宽带的信号,起到了频率分集的作用。宽带的信号,起到了频率分集的作用。空间分集:基站使用两副接收天线,软切换也起到了空间分集的作用。空间分集:基站使用两副接收天线,软切换也起到了空间分集的作用。京信通信,未来无线延伸 29衰落很可能导致
21、信息丢失=低话音质量 利用多路接收机叠加来自不同基站的和反射的信号,从而减轻衰落的影响衰落衰落移动接收机 D/AD/AAudio移动Rake接收机接收机接收机接收机4.1 4.1 路径分集路径分集京信通信,未来无线延伸 30 频率选择性衰落对频率选择性衰落对CDMA影响不大影响不大 上述衰落若对上述衰落若对30KHz带宽的带宽的FDMA信号影响,则用户信号的衰落值为信号影响,则用户信号的衰落值为12dB。一个400KHz带宽12dB的衰落,只影响CDMA频带的1/3。对每个CDMA用户信号的衰落只为0.85MHz/1.25MHz=2dB。0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-
22、20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 发射信号频谱 接收信号频谱 发射信号频谱 接收信号频谱4.2 4.2 频率分集频率分集京信通信,未来无线延伸 31五、语音编码技术五、语音编码技术 目前目前CDMACDMA系统的话音编码主要有两种,即码激励线性预测编码系统的话音编码主要有两种,即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s(CELP)8kbit/s和和13kbit/s13kbit/s。8kbit/s8kbit/s的话音编码达到的话音编码达到GSMGSM系统的系统的13kbit/s13kbit/s
23、的话音水平甚至更好。的话音水平甚至更好。13kbit/s13kbit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。的话音编码已达到有线长途话音水平。CELPCELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理,只是将脉冲位置和幅度用采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理,只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。一个矢量码表代替。京信通信,未来无线延伸 32第三章CDMA网络参数及概念搜索窗搜索窗WinWinSeachSeach 导频污染导频污染拐角效应拐角效应链路平衡链路平衡京信通信,未来无线延伸 33搜索窗是搜索窗是CDMA基站和手机为了能够识别出所能接收到的有效信基站和手机为了能够识别出所能接收到的有效信号
24、而设定的搜索时间段。号而设定的搜索时间段。搜索窗既不能太大也不能太小,太小时延较大的强信号不能够被搜索窗既不能太大也不能太小,太小时延较大的强信号不能够被识别会造成干扰,太大增加基站和手机的搜索时间导致手机接入时间识别会造成干扰,太大增加基站和手机的搜索时间导致手机接入时间很慢。很慢。一、搜索窗一、搜索窗WinWinSeachSeach京信通信,未来无线延伸 34搜索窗参数搜索窗参数 搜索窗大小搜索窗大小04 chips 16 chips 28 310 740 860 980 1010011130搜索窗的单位用搜索窗的单位用chip表示,参数和表示,参数和chip的对应值如下:的对应值如下:由
25、于由于1秒时间内电磁波在空间传播秒时间内电磁波在空间传播3*108米,米,1秒时间内有秒时间内有1.2288*106个个chips被解调。被解调。即:即:1s=300000000m=1228800chips 1s=300m=1.2288chips 1chip=244m=0.814s 1km=4.1chips=3.3s 1km光纤距离光纤距离=1.4km空间距离空间距离京信通信,未来无线延伸 35 反向链路业务信道多径搜索窗反向链路业务信道多径搜索窗 接入信道搜索窗接入信道搜索窗 激活导频集搜索窗激活导频集搜索窗 邻域导频集搜索窗邻域导频集搜索窗 反反向向链链路路业业务务信信道道多多径径搜搜索索
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