（通信与信息系统专业论文）cdma系统容量分析与空时分组码性能估计.pdf

c d m a 系统容量分析与空寸分组码性能估i 1 ab s t r a c t c d m a d i g i t a lc e l l u l a rm o b i l es y s t e mh a sr e m a r k a b l ec o m m u n i c a t i o np e r f o r m e n c ei t h a sb e e no n eo ft h eh o t t e s tr e s e a r c h t o p i c si nr e c e n ty e a r st h i st h e s i sm o s t l yr e s e a r c h e st h e u p l i n kc a p a c i t yo fc d m as y s t e m ，a n ds p a c e t i m eb l o c kc o d i n gt e c h n o l o g yw h i c hc a n i n c r e a s et h ed o w n l i n kc a p a c i t y f i r s t l y , t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fc d m a s y s t e mi nan u t s h e l li tp o i n t s o u tt h a tc d m ai sas y s t e ml i m i t t e db yt h ei n t e r f e r e n c e ，a n dt h ec a p a c i t yo fc d m a h a st h e s o f t c h a r a c t e r i s t i ct h e nt h e p o l ep o i n to fc a p a c i t y a n dt h ef a c t o r sw h i c ha f f e c ti t a r e p r e s e n t e dw h e r e a f t e r ，t h i st h e s i sd e s c r i b e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eb l o c kp r o b a b i l i t y a n de r l a n gc a p a c i t y ，a n da n a l y s e st h ee r l a n gc a p a c i t yu s i n gt w od i f f e r e n tm e t h o d st h i s t h e s i sd i s c u s s e st h ef a c t o r sw h i c he f f e c tt h e e r l a n gc a p a c i t y o fs y s t e mt h e e r l a n g c a p a c i t i sa r eg i v e n u n d e re v e r yc o n d i t i o n st od i r e c tc d m a n e t w o r k p l a n n i n g t h i st h e s i sp o i n t so u tt h a ts o f ts w i t c hi sa ni m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i co fc d m a s y s t e m s o f ts w i t c hc a n h e l p t oi n c r e a s et h e u p l i n kc a p a c i t y b u ti ta l s oc a r l b u r d e nt h e d o w n l i n k ，b e c a u s et h ed o w n l i n kc a p a c i t yw i l ld e c r e a s ew i t ht h ea m o u n to fs o f ts w i t c h i n c r e a s i n gi n o r d e rt o i m p r o v e t h ed o w n - l i n k p e r f o r m a n c e ，r e s e a r c h e r s h a v ea d v a n c e d s p a c e - t i m ec o d i n gt e c h n o l o g y a tt h ee n do ft h i s t h e s i s ，am e t h o do fe s t i m a t i n gt h e p e r f o r m a n c eo fs p a c e - t i m eb l o c kc o d e si sp r o p o s e da n dt h ed e c o d i n gp e r f o r m e n c eo f s y s t e mi sa r i a l y s e d k e y w o r d s ：c d m a ，c a p a c i t y ，c o v e r a g e ，s p a c e t i m e b l o c k c o d i n g 第一章绪论 l 。l 移动通信发展的背景 现代社会已步入信息时代，在信息传输技术中，移动通信是当今通信领域中最为 活跃和发展最为迅速的领域之一，也将成为本世纪对人类生活和社会发展有重大影响 的科学技术领域之一。 时代发展的脚步越来越快，人们期望能够随时随地、及时可靠、不受时空约束地 进行信息交流，移动通信系统由于综合利用了有线和无线传输方式，能够满足人们在 活动中与固定终端或其它移动载体上的对象进行通信联系的要求，从而可提高工作效 率，节省人力、物力和时间，具有很大的社会效益和经济效益。 自从1 9 8 1 年第代模拟移动通信系统建立以来，蜂窝移动通信市场的发展和需 求大大超过了人们的预测。在短短的几年时间内，模拟蜂窝移动通信系统就面临着阻 塞率增高、呼n q 中断率增高、蜂窝系统的干扰增大、蜂窝系统迫切需要增容的压力。 但由于模拟系统本身的缺陷( 例如，频谱效率低、保密性能差等) ，系统的设计容量 远远不能满足需求。紧接着，1 9 9 2 年以t d m a 技术为基础的第二代数字蜂窝移动通 信系统( g s m , d a m p s 等) 相继投入使用。t d m a 蜂窝系统较f d m a 蜂窝系统有许多 优势：频谱效率提高，系统容量增大，保密性能好，标准化程度高等等。但是在美国， 已批准的t d m a 标准并没有完全满足美国c t i a ( 蜂窝通信工业协会) 对下一代数字 蜂窝技术所设想的要求，这些要求包括：( i ) 能充分引入新的服务特点；( 2 ) 比模拟 系统容量大大增加；( 3 ) 保密性能提高；( 4 ) 更加适于未来长期发展；( 5 ) 通信质量 提高，使得用户更加信赖和乐于使用移动通信系统；( 6 ) 易于向未来发展和过渡，并 能与现有系统兼容；( 7 ) 开放式蜂窝系统结构，为厂家之间的竞争提供基础。而尤其 在容量上，t d m a 系统离上述要求还相差很远。 在这种情况下，以美国q u a l c o m m 公司为首的倡导者提出了在蜂窝移动通信系统 中采用c d m a 技术的系统实现方案。他们通过理论分析和现场试验，证明c d m a 具 有许多t d m a 技术所没有的独特的属性，并认为c d m a 是移动通信环境下获得大容 量和高质量的一种灵活有利的技术，它既能解决近期模拟系统容量不足的问题，也是 一种通往个人通信的长远的解决办法。目前世界上许多大公司都投巨资进行c d m a 系统的研究、开发和生产。 从历史的角度来看，第一、第二代蜂窝移动通信系统是针对传统的话音和低速率 第一章绪论 l 。l 移动通信发展的背景 现代社会已步入信息时代，在信息传输技术中，移动通信是当今通信领域中最为 活跃和发展最为迅速的领域之一，也将成为本世纪对人类生活和社会发展有重大影响 的科学技术领域之一。 时代发展的脚步越来越快，人们期望能够随时随地、及时可靠、不受时空约束地 进行信息交流，移动通信系统由于综合利用了有线和无线传输方式，能够满足人们在 活动中与固定终端或其它移动载体上的对象进行通信联系的要求，从而可提高工作效 率，节省人力、物力和时间，具有很大的社会效益和经济效益。 自从1 9 8 1 年第代模拟移动通信系统建立以来，蜂窝移动通信市场的发展和需 求大大超过了人们的预测。在短短的几年时间内，模拟蜂窝移动通信系统就面临着阻 塞率增高、呼n q 中断率增高、蜂窝系统的干扰增大、蜂窝系统迫切需要增容的压力。 但由于模拟系统本身的缺陷( 例如，频谱效率低、保密性能差等) ，系统的设计容量 远远不能满足需求。紧接着，1 9 9 2 年以t d m a 技术为基础的第二代数字蜂窝移动通 信系统( g s m , d a m p s 等) 相继投入使用。t d m a 蜂窝系统较f d m a 蜂窝系统有许多 优势：频谱效率提高，系统容量增大，保密性能好，标准化程度高等等。但是在美国， 已批准的t d m a 标准并没有完全满足美国c t i a ( 蜂窝通信工业协会) 对下一代数字 蜂窝技术所设想的要求，这些要求包括：( i ) 能充分引入新的服务特点；( 2 ) 比模拟 系统容量大大增加；( 3 ) 保密性能提高；( 4 ) 更加适于未来长期发展；( 5 ) 通信质量 提高，使得用户更加信赖和乐于使用移动通信系统；( 6 ) 易于向未来发展和过渡，并 能与现有系统兼容；( 7 ) 开放式蜂窝系统结构，为厂家之间的竞争提供基础。而尤其 在容量上，t d m a 系统离上述要求还相差很远。 在这种情况下，以美国q u a l c o m m 公司为首的倡导者提出了在蜂窝移动通信系统 中采用c d m a 技术的系统实现方案。他们通过理论分析和现场试验，证明c d m a 具 有许多t d m a 技术所没有的独特的属性，并认为c d m a 是移动通信环境下获得大容 量和高质量的一种灵活有利的技术，它既能解决近期模拟系统容量不足的问题，也是 一种通往个人通信的长远的解决办法。目前世界上许多大公司都投巨资进行c d m a 系统的研究、开发和生产。 从历史的角度来看，第一、第二代蜂窝移动通信系统是针对传统的话音和低速率 c d m a 系统容：t 分析与窄叫分纠码性能估i 数据业务的系统。而未来的信息社会，图象、语音、数据相结合的多媒体业务和高速 率数据也将成为必不可少的服务内容，它们的业务量将有可能远远超过传统的话音业 务的业务量。而且随着用户数量迅猛增加，现有的系统也将不能满足未来用户容量的 发展需要。所以新一代的移动和个人通信系统的研究和发展已经成为电信领域的一个 新的热点。 第三代移动通信和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速 率数据传输能力，除了语音和数据传输外，还能传送高达2 m b i t s 的高质量的活动图 像，真正实现“任何人，在任何地点，任何时间，与任何人”都能便利地通信这样一 个目标。 1 2 移动通信中的多址技术 移动通信系统发展的总趋势是容量越来越大，系统越来越先进，组网和入网方式 越来越灵活。而移动通信系统的容量和性能在很大程度上取决于多址方式的选择，在 现有的通信领域中多址方式主要有三种：频分多址( f d m a ) 方式、时分多址 f t d m a ) 方式和码分多址( c d m a ) 方式。 在f d m a 系统中，时间一频率平面被分割成若干个离散的频率信道，在频率轴 上相邻分布，如图11 所示。在任意时间，用户用频率通道之一以1 0 0 的占空比传 送信号能量，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带信道 里只能通过有用信号的能量。而任何其它频率的信号被排斥在外。当前应用这种多址 方式的主要蜂窝系统有北美的a m p s 和英国的t a c s ，模拟的f m 蜂窝系统都采用了 f d m a 方式。 时间 图11 频分多址 频率 时间 图1 2 时分多址 频率 在t d m a 系统中，时间一频率面被分割成若干个离散的时隙，在时间轴上相邻 分布，如图i2 所示。在任意时间，用户用时隙之一以较小的占空比传送信号能量。 当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有欧洲的o s m 和北美的d a m p s 。 而在c d m a 系统中，信号能量连续分布于整个时间一频率平面，如图13 所示。 码分多址是使用一组正交( 或准正交) 的伪随机噪声( p n ) 序列( 简称伪随机码) c d m a 系统容：t 分析与窄叫分纠码性能估i 数据业务的系统。而未来的信息社会，图象、语音、数据相结合的多媒体业务和高速 率数据也将成为必不可少的服务内容，它们的业务量将有可能远远超过传统的话音业 务的业务量。而且随着用户数量迅猛增加，现有的系统也将不能满足未来用户容量的 发展需要。所以新一代的移动和个人通信系统的研究和发展已经成为电信领域的一个 新的热点。 第三代移动通信和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速 率数据传输能力，除了语音和数据传输外，还能传送高达2 m b i t s 的高质量的活动图 像，真正实现“任何人，在任何地点，任何时间，与任何人”都能便利地通信这样一 个目标。 1 2 移动通信中的多址技术 移动通信系统发展的总趋势是容量越来越大，系统越来越先进，组网和入网方式 越来越灵活。而移动通信系统的容量和性能在很大程度上取决于多址方式的选择，在 现有的通信领域中多址方式主要有三种：频分多址( f d m a ) 方式、时分多址 f t d m a ) 方式和码分多址( c d m a ) 方式。 在f d m a 系统中，时间一频率平面被分割成若干个离散的频率信道，在频率轴 上相邻分布，如图11 所示。在任意时间，用户用频率通道之一以1 0 0 的占空比传 送信号能量，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带信道 里只能通过有用信号的能量。而任何其它频率的信号被排斥在外。当前应用这种多址 方式的主要蜂窝系统有北美的a m p s 和英国的t a c s ，模拟的f m 蜂窝系统都采用了 f d m a 方式。 时间 图11 频分多址 频率 时间 图1 2 时分多址 频率 在t d m a 系统中，时间一频率面被分割成若干个离散的时隙，在时间轴上相邻 分布，如图i2 所示。在任意时间，用户用时隙之一以较小的占空比传送信号能量。 当前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有欧洲的o s m 和北美的d a m p s 。 而在c d m a 系统中，信号能量连续分布于整个时间一频率平面，如图13 所示。 码分多址是使用一组正交( 或准正交) 的伪随机噪声( p n ) 序列( 简称伪随机码) 隋京航。航天大学顺士学位论文 通过相关处理来实现多个用户共享空间传输的频率资源和同时入网接续的功能。当前 应用这种多址方式的主要蜂窝系统有：i b 美的c d m a 2 0 0 0 和欧洲的w c d m a 。 码 频率 图13 码分多址 c d m a 是一种以宽带扩频技术为基础的多址接入方式，它把原始信息变换成带 宽宽得多的类噪声信号。在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽；在收端，利 用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号的频谱被恢复成窄带频谱。宽带无用信号与 本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则为本地伪码所扩展成 为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱而有用信号为窄带谱，我们可以用一个窄带 滤波器排除带外的干扰电平，于是窄带内的信噪比就大大提高了。 因而，在频率资源日趋紧张，无线频谱的利用效率问题变得越来越重要的客观情 况下，c d m a 技术已被广泛接受为第三代移动通信系统的重要技术，以满足人们对 多媒体通信的要求，并适应通信个人化的发展方向。 1 3c d m a 蜂窝通信系统的特点 c d m a 系统容量大的原因，不仅在于每路信道信号接近正交，还在于系统对人 的语言特征具有间歇因数的利用，以及采用三方向或多方向扇区天线，通过对频率时 间平面的再利用来增加蜂窝容量，这是c d m a 系统区别于f d m a 和t d m a 系统所 特有的。除此以外，系统关键部分的设计，如功率控制和软切换，在实现并增强它的 大容量性能的同时，保证了通话质量；调制方式更使c d m a 系统具有突出的优点， 例如动态容量及通话的保密性等。下面就对c d m a 蜂窝通信系统的特点作一简单的 介绍。 1 3 1 话音编码 话音编码的目的是既能维持一定的语音质量，又能较大程度的降低数据量。在 c d m a 系统中采取语音激活可变速率声码器技术，可以根据每帧数据的能量来选取 隋京航。航天大学顺士学位论文 通过相关处理来实现多个用户共享空间传输的频率资源和同时入网接续的功能。当前 应用这种多址方式的主要蜂窝系统有：i b 美的c d m a 2 0 0 0 和欧洲的w c d m a 。 码 频率 图13 码分多址 c d m a 是一种以宽带扩频技术为基础的多址接入方式，它把原始信息变换成带 宽宽得多的类噪声信号。在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽；在收端，利 用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号的频谱被恢复成窄带频谱。宽带无用信号与 本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则为本地伪码所扩展成 为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱而有用信号为窄带谱，我们可以用一个窄带 滤波器排除带外的干扰电平，于是窄带内的信噪比就大大提高了。 因而，在频率资源日趋紧张，无线频谱的利用效率问题变得越来越重要的客观情 况下，c d m a 技术已被广泛接受为第三代移动通信系统的重要技术，以满足人们对 多媒体通信的要求，并适应通信个人化的发展方向。 1 3c d m a 蜂窝通信系统的特点 c d m a 系统容量大的原因，不仅在于每路信道信号接近正交，还在于系统对人 的语言特征具有间歇因数的利用，以及采用三方向或多方向扇区天线，通过对频率时 间平面的再利用来增加蜂窝容量，这是c d m a 系统区别于f d m a 和t d m a 系统所 特有的。除此以外，系统关键部分的设计，如功率控制和软切换，在实现并增强它的 大容量性能的同时，保证了通话质量；调制方式更使c d m a 系统具有突出的优点， 例如动态容量及通话的保密性等。下面就对c d m a 蜂窝通信系统的特点作一简单的 介绍。 1 3 1 话音编码 话音编码的目的是既能维持一定的语音质量，又能较大程度的降低数据量。在 c d m a 系统中采取语音激活可变速率声码器技术，可以根据每帧数据的能量来选取 隋京航。航天大学顺士学位论文 通过相关处理来实现多个用户共享空间传输的频率资源和同时入网接续的功能。当前 应用这种多址方式的主要蜂窝系统有：i b 美的c d m a 2 0 0 0 和欧洲的w c d m a 。 码 频率 图13 码分多址 c d m a 是一种以宽带扩频技术为基础的多址接入方式，它把原始信息变换成带 宽宽得多的类噪声信号。在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽；在收端，利 用伪码的相关性作解扩处理后，有用信号的频谱被恢复成窄带频谱。宽带无用信号与 本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号则为本地伪码所扩展成 为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱而有用信号为窄带谱，我们可以用一个窄带 滤波器排除带外的干扰电平，于是窄带内的信噪比就大大提高了。 因而，在频率资源日趋紧张，无线频谱的利用效率问题变得越来越重要的客观情 况下，c d m a 技术已被广泛接受为第三代移动通信系统的重要技术，以满足人们对 多媒体通信的要求，并适应通信个人化的发展方向。 1 3c d m a 蜂窝通信系统的特点 c d m a 系统容量大的原因，不仅在于每路信道信号接近正交，还在于系统对人 的语言特征具有间歇因数的利用，以及采用三方向或多方向扇区天线，通过对频率时 间平面的再利用来增加蜂窝容量，这是c d m a 系统区别于f d m a 和t d m a 系统所 特有的。除此以外，系统关键部分的设计，如功率控制和软切换，在实现并增强它的 大容量性能的同时，保证了通话质量；调制方式更使c d m a 系统具有突出的优点， 例如动态容量及通话的保密性等。下面就对c d m a 蜂窝通信系统的特点作一简单的 介绍。 1 3 1 话音编码 话音编码的目的是既能维持一定的语音质量，又能较大程度的降低数据量。在 c d m a 系统中采取语音激活可变速率声码器技术，可以根据每帧数据的能量来选取 c d m a 系统弈j t 分忻与空时分组码性能估i 相应的速率，进行帧编码。这样一来在低速率工作时，就可以减小发射功率，从而减 小对同一信道中其他用户的不必要的干扰，最大限度地提高系统容量。 使用语音激活技术可以提高系统的容量。在次双向通话中，链潞的平均利用率 大约为4 0 ，如果发射机随着语音活动情况而改变发射功率，由大量移动台所产生的 干扰将会降低6 0 ，干扰的降低自然就会直接转化为对系统容量的增加。因为所有的 用户都使用同信道，所以对语音激活的利用是可以实现的。与之相对比，类似的调 频系统则要在通话停顿时通过重新分配信道资源才能利用语音激活，实现较困难。 1 3 2 扇区化 在c d m a 系统中，由于不同的扇区也可以使用相同的频率，所以小区的容量将 随着扇区数的增大而增大。一般对于一个三扇区小区来说，由于每副天线只收到1 3 移动台的发射信号，干扰减小为1 3 ，整个系统所提供的容量可提高约三倍。因此， 理论上讲，如果c d m a 小区实行n 路扇区化，则可扩充容量n 倍。但对其它系统来 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， 并没有增加小区的容量。 1 3 3 功率控制 如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则靠近基站的移动台到达基站 的信号强，远离基站的用户到达基站的信号弱，导致强信号掩盖了弱信号，这就是移 动通信中的“远近效应”问题。c d m a 系统是一个白干扰系统，所有这些用户使用 同一频率，所以“远近效应”更加突出。c d m a 功率控制的目的就是使所有的c d m a 信号以最低的功率电平满足信号干扰比要求来克服远近效应，使系统既能维持高质量 通信，同时又避免对占用同信道的其他用户产生不必要的干扰。 1 3 4 软切换 c d m a 提供了多种机肯u 来保证切换功能的健壮性，即当一个移动台从一个小区 穿过边界来到另一个小区时，还能保持原有的通信。其中最主要的机制是软切换，移 动台能得到多达三个小区的同时支持，这个过程使移动台在离开其服务基站( 主基站) 之前，就己经与它可能到达的小区建立了联系。软切换只能在相同频率c d m a 信道 间进行。 c d m a 的软切换与我们更熟悉的硬切换有几方面的差异。当硬切换发生时，因 为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原 c d m a 系统弈j t 分忻与空时分组码性能估i 相应的速率，进行帧编码。这样一来在低速率工作时，就可以减小发射功率，从而减 小对同一信道中其他用户的不必要的干扰，最大限度地提高系统容量。 使用语音激活技术可以提高系统的容量。在次双向通话中，链潞的平均利用率 大约为4 0 ，如果发射机随着语音活动情况而改变发射功率，由大量移动台所产生的 干扰将会降低6 0 ，干扰的降低自然就会直接转化为对系统容量的增加。因为所有的 用户都使用同信道，所以对语音激活的利用是可以实现的。与之相对比，类似的调 频系统则要在通话停顿时通过重新分配信道资源才能利用语音激活，实现较困难。 1 3 2 扇区化 在c d m a 系统中，由于不同的扇区也可以使用相同的频率，所以小区的容量将 随着扇区数的增大而增大。一般对于一个三扇区小区来说，由于每副天线只收到1 3 移动台的发射信号，干扰减小为1 3 ，整个系统所提供的容量可提高约三倍。因此， 理论上讲，如果c d m a 小区实行n 路扇区化，则可扩充容量n 倍。但对其它系统来 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， 并没有增加小区的容量。 1 3 3 功率控制 如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则靠近基站的移动台到达基站 的信号强，远离基站的用户到达基站的信号弱，导致强信号掩盖了弱信号，这就是移 动通信中的“远近效应”问题。c d m a 系统是一个白干扰系统，所有这些用户使用 同一频率，所以“远近效应”更加突出。c d m a 功率控制的目的就是使所有的c d m a 信号以最低的功率电平满足信号干扰比要求来克服远近效应，使系统既能维持高质量 通信，同时又避免对占用同信道的其他用户产生不必要的干扰。 1 3 4 软切换 c d m a 提供了多种机肯u 来保证切换功能的健壮性，即当一个移动台从一个小区 穿过边界来到另一个小区时，还能保持原有的通信。其中最主要的机制是软切换，移 动台能得到多达三个小区的同时支持，这个过程使移动台在离开其服务基站( 主基站) 之前，就己经与它可能到达的小区建立了联系。软切换只能在相同频率c d m a 信道 间进行。 c d m a 的软切换与我们更熟悉的硬切换有几方面的差异。当硬切换发生时，因 为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原 c d m a 系统弈j t 分忻与空时分组码性能估i 相应的速率，进行帧编码。这样一来在低速率工作时，就可以减小发射功率，从而减 小对同一信道中其他用户的不必要的干扰，最大限度地提高系统容量。 使用语音激活技术可以提高系统的容量。在次双向通话中，链潞的平均利用率 大约为4 0 ，如果发射机随着语音活动情况而改变发射功率，由大量移动台所产生的 干扰将会降低6 0 ，干扰的降低自然就会直接转化为对系统容量的增加。因为所有的 用户都使用同信道，所以对语音激活的利用是可以实现的。与之相对比，类似的调 频系统则要在通话停顿时通过重新分配信道资源才能利用语音激活，实现较困难。 1 3 2 扇区化 在c d m a 系统中，由于不同的扇区也可以使用相同的频率，所以小区的容量将 随着扇区数的增大而增大。一般对于一个三扇区小区来说，由于每副天线只收到1 3 移动台的发射信号，干扰减小为1 3 ，整个系统所提供的容量可提高约三倍。因此， 理论上讲，如果c d m a 小区实行n 路扇区化，则可扩充容量n 倍。但对其它系统来 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， 并没有增加小区的容量。 1 3 3 功率控制 如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则靠近基站的移动台到达基站 的信号强，远离基站的用户到达基站的信号弱，导致强信号掩盖了弱信号，这就是移 动通信中的“远近效应”问题。c d m a 系统是一个白干扰系统，所有这些用户使用 同一频率，所以“远近效应”更加突出。c d m a 功率控制的目的就是使所有的c d m a 信号以最低的功率电平满足信号干扰比要求来克服远近效应，使系统既能维持高质量 通信，同时又避免对占用同信道的其他用户产生不必要的干扰。 1 3 4 软切换 c d m a 提供了多种机肯u 来保证切换功能的健壮性，即当一个移动台从一个小区 穿过边界来到另一个小区时，还能保持原有的通信。其中最主要的机制是软切换，移 动台能得到多达三个小区的同时支持，这个过程使移动台在离开其服务基站( 主基站) 之前，就己经与它可能到达的小区建立了联系。软切换只能在相同频率c d m a 信道 间进行。 c d m a 的软切换与我们更熟悉的硬切换有几方面的差异。当硬切换发生时，因 为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原 南京航空航尺火学硕士学俺沦艾 培站的通信。j e 往由f 芷与原基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站的链路， 会中断通信。另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之问来回切换 的“乒乓效应”，影u 向业务信道的传输。而在c d m a 软切换中，因为每一个小区复用 同一个频率，所以不需要每到一个小区就切换信道。而且，与原有的服务基站间的联 系还未中断之前，跟新的基站的联系就已经建立起来了，所以不会发生业务信道被中 断的现象。切换过程之所以具有健壮性，因为移动台在断掉与旧的级基站的联系之前 就已经和新的基站建立了通信，这一过程通常被称为“先建立，后断开”，与此相对 应的是“先断开，后建立”。 在c d m a 系统中提出的软切换技术，很好地利用了直接扩频系统的特点，与硬 切换技术相比，具有以下更好的性能。1 ) 软切换发生时，移动态只有在取得了与新 基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，通信中断的概率大大降低；2 ) 软切换 进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的思想，有抵抗衰落的能力，不用过多 增加移动台的发射功率；同时宏分集接收保证在参与软切换的基站中，只需要有个 基站能正确接收移动台的信号就可以进行正常通信，由于通过反向功率控制，可以使 移动台的发射功率降至最小，这进一步降低移动台对系统的干扰；3 ) 进入软切换区 域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待队列，从而减少 了系统的阻塞率。 1 3 5 多种形式的分集 分集技术是指系统能同时接收两个或多个输入信号，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有用信号，克服 衰落。由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因而相应的分集技术包括频率分集、 时间分集和空间分集。 减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线在不同场地分别发射和接收信号， 以保证各信号间的衰落独立。根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道相关 带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号互不相关，市区的相关带宽一般为5 0 k h z 左右，郊区的相关带宽一般为2 5 0 k h z 左右。而i s 一9 5c d m a 的一个信道带宽为 l2 3 k h z ，无论在市区还是在郊区都远远大于相关带宽的要求，所以码分多址的宽带 传输本身就是频率分集。时间分集是利用基站和移动台的r a k e 接收机来完成的。 c d m a 系统就是这样综合利用频率分集、空间分集、时间分集来抵抗衰落对信 号的影响，从而获得高质量的通信性能。 f d m a 和t d m a 系统很容易提供空间分集，各种数字系统也都可以通过纠错提 供时间分集，然而其它分集方法只有在c d m a 系统中才具有。c d m a 的直接序列扩 5 一 南京航空航尺火学硕士学俺沦艾 培站的通信。j e 往由f 芷与原基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站的链路， 会中断通信。另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之问来回切换 的“乒乓效应”，影u 向业务信道的传输。而在c d m a 软切换中，因为每一个小区复用 同一个频率，所以不需要每到一个小区就切换信道。而且，与原有的服务基站间的联 系还未中断之前，跟新的基站的联系就已经建立起来了，所以不会发生业务信道被中 断的现象。切换过程之所以具有健壮性，因为移动台在断掉与旧的级基站的联系之前 就已经和新的基站建立了通信，这一过程通常被称为“先建立，后断开”，与此相对 应的是“先断开，后建立”。 在c d m a 系统中提出的软切换技术，很好地利用了直接扩频系统的特点，与硬 切换技术相比，具有以下更好的性能。1 ) 软切换发生时，移动态只有在取得了与新 基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，通信中断的概率大大降低；2 ) 软切换 进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的思想，有抵抗衰落的能力，不用过多 增加移动台的发射功率；同时宏分集接收保证在参与软切换的基站中，只需要有个 基站能正确接收移动台的信号就可以进行正常通信，由于通过反向功率控制，可以使 移动台的发射功率降至最小，这进一步降低移动台对系统的干扰；3 ) 进入软切换区 域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待队列，从而减少 了系统的阻塞率。 1 3 5 多种形式的分集 分集技术是指系统能同时接收两个或多个输入信号，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有用信号，克服 衰落。由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因而相应的分集技术包括频率分集、 时间分集和空间分集。 减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线在不同场地分别发射和接收信号， 以保证各信号间的衰落独立。根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道相关 带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号互不相关，市区的相关带宽一般为5 0 k h z 左右，郊区的相关带宽一般为2 5 0 k h z 左右。而i s 一9 5c d m a 的一个信道带宽为 l2 3 k h z ，无论在市区还是在郊区都远远大于相关带宽的要求，所以码分多址的宽带 传输本身就是频率分集。时间分集是利用基站和移动台的r a k e 接收机来完成的。 c d m a 系统就是这样综合利用频率分集、空间分集、时间分集来抵抗衰落对信 号的影响，从而获得高质量的通信性能。 f d m a 和t d m a 系统很容易提供空间分集，各种数字系统也都可以通过纠错提 供时间分集，然而其它分集方法只有在c d m a 系统中才具有。c d m a 的直接序列扩 5 一 c d m a 系统缚壁分坼与空时分组码陛能估i 频能提供许多种分集方法。系统中的分集方法越多，在恶劣传输环境下系统的表现就 会越好。 1 3 6 容量的软特性 t d m a 系统中最多可同时可接入的用户数是固定的，这样当在小区中再出现一 个呼叫者时，他将会听到忙音。然而在c d m a 系统中，用户数和服务级别之间有着 更为灵活的关系。例如系统经营者可以在话务量高峰期将误帧率稍微提高，从而增加 可用信道数。这样，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。 这对于解决通信高峰期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。而且由于c d m a 是一个自干扰系统，当其邻近小区负荷较轻时，本小区所受 干扰相应减少，容量就可以适当增加。 体现软容量的再种形式是小区的呼吸功能。所谓小区的呼吸功能是指各个小区 的覆盖大小是动态的。当相邻两小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减小 导频发射功率，使本小区边缘用户由于导频强度不足，切换到相邻小区。这样使负荷 在各小区之间分担，即相当于增加了系统容量。这种功能用于切换时，在防止由于缺 少信道而导致通话中断方面特别重要。在t d m a 系统中，如一时缺少信道，通话必 须等待信道出现空闲，否则就会造成切换时的中断。然而在c d m a 系统中，通过稍 微降低用户通话质量，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， 上述特点使c d m a 成为新一代移动通信以及未来个人通信中最具竞争力、最有 前景的一种无线多址接入技术，随着各种接口标准的逐步完善和统一，它正显示出越 来越强大的生命力。 1 4 论文研究的背景和内容 目前，在我国应用的2 g 移动通信系统存在以下不足： 随着用户的增长，系统容量因频谱利用率不高而渐趋饱和，这将影响新增用户的 加入：相对于有线互联网络业务的红火，2 g 的移动网络除了提供比较单一的语音业 务外，在数据传输和多媒体领域则表现得先天不足，而这又阻碍了一部分成熟的移动 用户追求更新的服务。 面对现行移动网络的不足，c d m a 表现出了无与伦比的优势：对运营商来说， 基于c d m a 的系统，其频谱利用率高，覆盖特性好，频率规划方便，系统容量不再 是问题：对传统用户来说，c d m a 系统具有话音质量好、掉话率低、发射功率小、 保密性强等优点：而对追求新业务的用户来说通过移动终端也可以享受和固定网络一 6 c d m a 系统缚壁分坼与空时分组码陛能估i 频能提供许多种分集方法。系统中的分集方法越多，在恶劣传输环境下系统的表现就 会越好。 1 3 6 容量的软特性 t d m a 系统中最多可同时可接入的用户数是固定的，这样当在小区中再出现一 个呼叫者时，他将会听到忙音。然而在c d m a 系统中，用户数和服务级别之间有着 更为灵活的关系。例如系统经营者可以在话务量高峰期将误帧率稍微提高，从而增加 可用信道数。这样，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。 这对于解决通信高峰期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。而且由于c d m a 是一个自干扰系统，当其邻近小区负荷较轻时，本小区所受 干扰相应减少，容量就可以适当增加。 体现软容量的再种形式是小区的呼吸功能。所谓小区的呼吸功能是指各个小区 的覆盖大小是动态的。当相邻两小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减小 导频发射功率，使本小区边缘用户由于导频强度不足，切换到相邻小区。这样使负荷 在各小区之间分担，即相当于增加了系统容量。这种功能用于切换时，在防止由于缺 少信道而导致通话中断方面特别重要。在t d m a 系统中，如一时缺少信道，通话必 须等待信道出现空闲，否则就会造成切换时的中断。然而在c d m a 系统中，通过稍 微降低用户通话质量，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， 上述特点使c d m a 成为新一代移动通信以及未来个人通信中最具竞争力、最有 前景的一种无线多址接入技术，随着各种接口标准的逐步完善和统一，它正显示出越 来越强大的生命力。 1 4 论文研究的背景和内容 目前，在我国应用的2 g 移动通信系统存在以下不足： 随着用户的增长，系统容量因频谱利用率不高而渐趋饱和，这将影响新增用户的 加入：相对于有线互联网络业务的红火，2 g 的移动网络除了提供比较单一的语音业 务外，在数据传输和多媒体领域则表现得先天不足，而这又阻碍了一部分成熟的移动 用户追求更新的服务。 面对现行移动网络的不足，c d m a 表现出了无与伦比的优势：对运营商来说， 基于c d m a 的系统，其频谱利用率高，覆盖特性好，频率规划方便，系统容量不再 是问题：对传统用户来说，c d m a 系统具有话音质量好、掉话率低、发射功率小、 保密性强等优点：而对追求新业务的用户来说通过移动终端也可以享受和固定网络一 6 c d m a 系统缚壁分坼与空时分组码陛能估i 频能提供许多种分集方法。系统中的分集方法越多，在恶劣传输环境下系统的表现就 会越好。 1 3 6 容量的软特性 t d m a 系统中最多可同时可接入的用户数是固定的，这样当在小区中再出现一 个呼叫者时，他将会听到忙音。然而在c d m a 系统中，用户数和服务级别之间有着 更为灵活的关系。例如系统经营者可以在话务量高峰期将误帧率稍微提高，从而增加 可用信道数。这样，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。 这对于解决通信高峰期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。而且由于c d m a 是一个自干扰系统，当其邻近小区负荷较轻时，本小区所受 干扰相应减少，容量就可以适当增加。 体现软容量的再种形式是小区的呼吸功能。所谓小区的呼吸功能是指各个小区 的覆盖大小是动态的。当相邻两小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减小 导频发射功率，使本小区边缘用户由于导频强度不足，切换到相邻小区。这样使负荷 在各小区之间分担，即相当于增加了系统容量。这种功能用于切换时，在防止由于缺 少信道而导致通话中断方面特别重要。在t d m a 系统中，如一时缺少信道，通话必 须等待信道出现空闲，否则就会造成切换时的中断。然而在c d m a 系统中，通过稍 微降低用户通话质量，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， 上述特点使c d m a 成为新一代移动通信以及未来个人通信中最具竞争力、最有 前景的一种无线多址接入技术，随着各种接口标准的逐步完善和统一，它正显示出越 来越强大的生命力。 1 4 论文研究的背景和内容 目前，在我国应用的2 g 移动通信系统存在以下不足： 随着用户的增长，系统容量因频谱利用率不高而渐趋饱和，这将影响新增用户的 加入：相对于有线互联网络业务的红火，2 g 的移动网络除了提供比较单一的语音业 务外，在数据传输和多媒体领域则表现得先天不足，而这又阻碍了一部分成熟的移动 用户追求更新的服务。 面对现行移动网络的不足，c d m a 表现出了无与伦比的优势：对运营商来说， 基于c d m a 的系统，其频谱利用率高，覆盖特性好，频率规划方便，系统容量不再 是问题：对传统用户来说，c d m a 系统具有话音质量好、掉话率低、发射功率小、 保密性强等优点：而对追求新业务的用户来说通过移动终端也可以享受和固定网络一 6 样稍彩的业务，如高速数据传输、多媒体应用。 为此，作为3 g 的主流方案，c d m a 系统将成为我国第三代移动通信网络建设的 酋选。 从总体上看，i s 一9 5 、c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 没有本质不同，所有的不同点无非 是怎样才能更好发挥c d m a 的优势，提高系统的性能，如系统容量、通信质量和网 络覆盖等等。 由于目前国内c d m a 网络规模相对还很小，对这些方面的研究还不够深入，急 需对基站规划进行完整的分析，以帮助厂家在实际开局时进行c d m ab s s 系统的规 划。而c d m a 系统的容量是c d m a 网络规划中要考虑的重要因素之一，本人在华为 技术有限公司实习期间，对c d m a 反向链路的容量极限和基于呼损概率的爱尔兰容 量进行了理论分析和研究，并通过计算机仿真的方法将理论分析得出的结论加以验 证。影响c d m a 系统容量的因素有很多，如功率控制技术、分集技术、软切换的比 例、其它小区的多址干扰、用户分布模型、阻塞概率要求、业务类型及速率等等。由 于时间和精力有限，本人只研究了承担语音业务的小区在用户均匀分布时的用户容 量，其中考虑了功率控制精度、其它小区的干扰因子、数据速率对系统容量的影响。 也许得出的数据与实际测试过程中得到数据的有些误差，