第9章CDMA移动通信系统.ppt

《第9章CDMA移动通信系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章CDMA移动通信系统.ppt（77页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、12023-11-16第第9章章 CDMA移动通信系统移动通信系统引引 言言9.1系统概述系统概述9.1.1 CDMA技术的标准化技术的标准化9.1.2 CDMA系统的基本特性系统的基本特性9.1.3 CDMA技术的优点技术的优点9.2 CDMA蜂窝系统的无线链路蜂窝系统的无线链路9.2.1 前向信道前向信道9.2.2 反向信道反向信道9.3 CDMA自动功率控制自动功率控制9.3.1 反向开环功率控制反向开环功率控制9.3.2 反向闭环功率控制反向闭环功率控制9.4 CDMA蜂窝系统的控制功能蜂窝系统的控制功能9.4.1 登记注册登记注册9.4.2 切换切换9.4.3 呼叫处理呼叫处理本章小

2、结本章小结22023-11-16引 言 随着移动通信的飞速发展，因频率资源有限而引起的矛盾也日益突出。如何使有限的频率资源分配给更多的用户使用，已成为当前发展移动通信的首要课题，而CDMA便成为解决这一问题的首选技术。CDMA是码分多址（Code Division Multiple Access）的英文缩写，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技术的出现源于人们对更高质量无线通信的需求。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信的干扰，在战争期间广泛应用于军事干扰通信，后来由美国高通公司（Qualcom）更新成为商用蜂

3、窝电信技术。32023-11-16【案例案例9.1】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。全球许多国家和地区，包括中国、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。1998年全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和商业运营进入高潮。美国CDMA用户在2002年5月达到4200万，超过AMPS的3600万、D-AMPS的2200万和GSM的1100万，成为全美的最大蜂窝系统。截至2009年12月，中国电信CDMA用户数达到5609万。42023-11-16【案例案例9.2】CDM

4、A手机以前不支持UIM卡，号码和手机捆绑在一起，更换号码必须更换手机，或对手机重新写码。图9.1所示是2002年1月推出的中国第一代机卡分离式CDMA手机，自这款手机开始，CDMA手机开始了飞速的发展。UIM卡和GSM手机的SIM卡一样，它包含所有与用户有关的某些无线接口信息，其中也包括鉴权和加密信息。CDMA系统的机卡分离技术促进了CDMA系统的大力发展。图9.1 第一代机卡分离式CDMA手机V806052023-11-169.1系统概述系统概述9.1.1 CDMA技术的标准化技术的标准化CDMA技术的标准化经历了以下几个阶段。IS-95A是cdmaOne系列标准中最先发布的标准，是1995

5、年美国电信工业协会（TIA）颁布的窄带CDMA（N-CDMA）标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展，主要目的是满足更高的比特速率业务的需求。IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/s，实际上只能实现64kbit/s。IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。其后，CDMA2000成为窄带CDMA系统向第三代移动通信系统过渡的标准。CDMA2000在标准研究的前期，提出了CDMA2000 1x和CDMA2000 3x的发展策略，但随后的研究表明，1x和1x增强型技术代表了未来发展方向。CDMA2000 1x原意是指CDMA2000的第一阶段，网络部分引入

6、分组交换，可支持移动IP业务。其中1x来源于单载波无线传输技术，即只需要占用一个1.25MHz的无线传输带宽；而3x表示占有连续的3个1.25MHz无线传输带宽，即采用多载波的方式支持多种射频带宽。它与1x相比优势在于能提供更高的数据速率。CDMA2000 1xEV是在CDMA2000 1x基础上进一步提高速率的增强体制，采用高速率数据（HDR）技术，能在1.25MHz内提供2Mbit/s以上的数据业务，是CDMA2000 1x的边缘技术。62023-11-169.1.2 CDMA系统的基本特性系统的基本特性1.工作频段目前，中国电信CDMA使用的频段是上行频率为825835MHz，下行频率为

7、870880MHz，占用10MHz带宽。2.采用直接序列扩频（DSSS）在CDMA蜂窝系统之间是采用频分的，而在一个CDMA蜂窝系统之内是采用码分多址的。不同的码型是由一个伪随机（PN）序列生成的，PN系列周期为215=32768个码片（Chip）。将此周期序列的每64Chip移位序列作为一个码型，共可得到32768/64=512个码型。这就是说，在1.25MHz带宽的CDMA蜂窝系统中，可建多达512个基站（小区）。3.语音编解码CDMA蜂窝系统语音编码的基本速率是8kbit/s，但是可随输入语音消息的特征而动态地分为四种，即8kbit/s、4kbit/s、2kbit/s和1kbit/s，可

8、以以9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s和1.2kbit/s的信道速率分别传输。发送端的编码器对输入的语音取样，产生编码的语音分组传输到接收端，接收端的解码器把收到的语音分组解码，再恢复成语音样点，每帧时间为20ms。72023-11-164.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。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

9、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。5.RAKE接收机由于移动通信环境的复杂和移动台的不断运动，接收到的信号往往是多个反射波的叠加，形成多径衰落。分集是解决多径衰落很好的方法，CDMA系统在基站和移动台都采用RAKE接收机。RAKE接收机的作用就是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起以改善接收信号的信噪比，提高系统链路质量，给系统带来更好的性能。82023-11-169.1.3 CDMA技术的优点技术的优点CDMA是一项革命性的新技术，其优点已

10、经获得全世界广泛的研究和认同。与FDMA、TDMA系统相比，CDMA系统具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术组合而成，因此它具有抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性好、同频率可在多个小区重复使用、容量和质量之间可作权衡取舍等属性，这些属性使CDMA比其他系统更有优势。1.系统容量大系统容量大理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动通信网的容量是模拟网容量的20倍，实际比模拟网大10倍，比GSM网大4-5倍。在CDMA系统中，由于不同的扇区也可以使用相同频率，当

11、小区使用定向天线（如120扇形天线）时，干扰减小1/3，因为每幅天线只收到1/3移动台的发射信号。这样，整个系统所提供的容量又可以提高约3倍(实际上，由于相邻扇区之间有重叠，一般只能提高到2.55倍)，并且小区容量将随着扇区数的增大而增大。但对其他系统来说，由于不同扇区不能使用同一频率，所以即使分成三扇区也只是频率复用的要求，并没有增加小区容量。92023-11-162.软容量软容量在模拟移动通信系统和数字时分系统中，通信信道是以频带或时隙的不同来划分的，每个蜂窝小区提供的信道数一旦固定就很难改变。当没有空闲信道时，系统会出现忙音，移动用户不可能再呼叫其他用户或接收其他用户的呼叫。当移动用户在

12、越区切换时，也很容易出现通话中断现象。在CDMA系统中，信道划分是靠不同的码型来划分的，其标准的信道数是以一定的输入、输出信噪比为条件的，当系统中增加一个通话用户时，所有用户输入、输出信噪比都有所下降，这使该扇区内的移动用户信息数据的误码率有所升高，但增加的用户不会发生因无信道而出现忙音的现象。这对于解决通信高峰期时的通信阻塞问题和提高用户越区切换的成功率无疑是非常有益的。3.通话质量更佳通话质量更佳CDMA系统的声码器使用的是码激励线性预测（CELP）和CDMA特有的算法，称为QCELP（Qualcomm Code Excited Linear Prediction）。QCELP算法被认为是

13、到目前为止效率最高的算法。可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需速率，门限值随背景噪声电平的变化而变化。这样就抑制了背景噪声，使得即使在喧闹的环境下，也能得到良好的语音质量。102023-11-164.移动台辅助软切换移动台辅助软切换CDMA系统采用软切换技术和先进的数字语音编码技术，并使用多个接收机同时接收不同方向的信号。“先连接再断开”，并不先中断与原基站的联系。移动台在切换过程中与原小区和新小区同时保持通话，以保证通信的畅通。软切换只能在具有相同频率的CDMA信道间进行。软切换在两个基站覆盖区的交界处起到了话务信道的分集作用，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。软切换的

14、主要优点是：（1）无缝切换，可保持通话的连续性；（2）减小掉话可能性。由于在软切换过程中，在任何时候移动台至少可以跟一个基站保持联系，从而减少了掉话的可能性；（3）处于切换区域的移动台发射功率降低。减少发射功率是通过分集接收来实现的，降低发射功率有利于增加反向容量。但同时，软切换也相应带来了一些缺点，主要有：（1）导致硬件设备的增加；（2）降低了前向容量。但由于CDMA系统前向容量大于反向容量，因此适量减少前向容量不会导致整个系统容量的降低。112023-11-165.频率规划简单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。6.建网成

15、本低建网成本低CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。7.“绿色手机绿色手机”CDMA系统发射功率最高只有200mW，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。手机发射功率的降低，将延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为“绿色手机”。8.保密性强，通话不会被窃听保密性强，通话不会被窃听CDMA系统的体制本身就决定了它具有良好的保密能力。首先在CDMA移动通信系统中必须采用扩频技术，使它所发射的信号频谱被扩展的很宽，从而使发射的信号完全隐蔽在噪声、干扰之中，不易被发现和接收，因此也就实现了保密通

16、信。其次在通信过程中，各移动用户所使用的地址码各不相同，在接收端只有完全相同(包括码型和相位)的用户才能接收到相应的发送数据，对非相关的用户来说是一种背景噪声，所以CDMA系统可以防止有意或无意的窃取，具有很好的保密性能。122023-11-16 9.CDMA的功率控制的功率控制 CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的互相干扰，所以，如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。CDMA系统的功率控制除可直接提高容量之外，同时也降低了为克服噪声和干扰所需的发射功率。这就意味着同样功率的CDMA移动台与模拟或者GSM移动台相比可在更大范围内工作。CDMA系统引入了功率控制，一个很大的好处就是降低了平均发射功率而不是峰值功率。这就是说，CDMA在一般情况下由于传输状况良好，发射功率较低，但在遇到衰落时会通过功率控制自动提高发射功率，以抵抗衰落。132023-11-1610.语音激活技术语音激活技术统计结果表明，人们在通话过程中，只有35%的时间在讲话，另外65%的时