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CDMA系统概念 CDMA系统是基于码分技术 扩频技术 和多址技术的通信系统 系统为每个用户分配各自特定地址码 地址码之间具有相互准正交性 从而在时间 空间和频率上都可以重叠 将需传送的具有一定信号带宽的信息数据 用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制 使原有的数据信号的带宽被扩展 接收端进行向反的过程 进行接扩 增强了抗干扰的能力 CDMA系统属于子干扰系统 系统零时 定义1980年1月6日0时整为系统起始时间 偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态所有基站将在GPS时间的每个偶秒起始时刻 或在此之后80ms整数倍处 作为0偏置PN码 周期为80 3ms 的初态 即在此之前恰好输出了1个 1 和连续15个 0 这样的PN码片所有基站需将1980年1月6日零时 GPS起始时间 作为m序列长码的初态 在此之前恰好输出了一个 1 码片和41个连续的 0 码片 使用GPS定时的好处 切换快 同步简单 CDMA系统时间 CDMA系统缺点 来自非同步CDMA网中不同的用户的扩频序列不完全正交 从而引起多址干扰 由于使用相同的载频 许多用户共用一个信道 强信号对弱信号有着明显的抑制作用 从而产生 远 近 效应 影响用户通话 CDMA系统中采用功率控制技术解决 远 进 效应 我国CDMA系统频率使用规划 CDMA系统编号计划 CDMA系统构成 CDMA系统结构图 CDMA系统构成部件说明 CDMA系统构成部件说明 CDMA系统接口 协议 接口 代表两个相邻实体之间的连接点 协议 说明连接点上交换信息需要遵守的规则 CDMA网络结构协议图 前向导频信道同步信道寻呼信道业务信道 含功率控制子信道 反向接入信道业务信道 CDMA信道类型 CDMA系统前向信道结构 导频 同步 寻呼信道结构 CDMA系统前向业务信道结构 CDMA系统反向信道结构 R ACH信道结构 CDMA系统反向业务信道结构 CDMA关键技术 分集技术 分集技术 diversitytechniques 利用多条传输相同信息且有尽量相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径 并在接收端对这些信号进行适当的合并 以便大大降低多经衰落的影响 从而改善传输的可靠性 时间分集采用符号交织 检错纠错编码等方法 频率分集将能量扩展到宽带中实现 CDMA将信号扩展到整个1 23M上 空间分集在基站采用双接收天线 在手机和基站采用RAKE接收 合并不同传输延时的信号软切换的时候 移动台和多个基站同时联系 从中选出最好的帧送给交换机 CDMA系统应用的分集技术 在移动通信中 移动台与基站之间的环境复杂 到达接收信号不会是一条路径来的信号 而是多径合成信号 对于采用其他技术的移动通信系统 只能采用复杂的抵抗技术 减少影响 而对采用CDMA技术的移动通信系统 由于CDMA的相关特性 只要路径之间的时延差大于一个PN码片宽度 就可以利用多径信号加强接收效果 此种技术称为RAKE分集接收技术 俗称路径分集 一般RAKE接收机由搜索器 Searcher 解调器 Finger 合并器 Combiner 3个模块组成 搜索器完成路径搜索 主要原理是利用码的自相关及互相关特性 解调器完成信号的解扩 解调 解调器的个数决定了解调的路径数 通常CDMA基站系统一个RAKE接收机由4个Finger组成 移动台由3个Finger组成 合并器完成多个解调器输出的信号的合并处理 通用的合并算法有选择式相加合并 等增益合并 最大比合并3种 合并后的信号输出到译码单元 进行信道译码处理 RAKE接收技术 CDMA系统的功率控制 CDMA系统是自干扰系统 限制CDMA系统容量的因素是 干扰 CDMA功率控制的目标 克服反向链路的远近效应 基站从各个移动台接收到的功率相同 保证接收机的解调性能情况下 尽量降低发射功率 减小对其他用户的干扰 当达到以下条件 系统容量最大当在可接受的信号质量下 功率最小基站从各个移动台接收到的功率相同在CDMA系统中 功率控制是关键技术 功率控制的原则是 当信道的传播条件突然改善时 功率控制应作出快速反应 例如几微秒 以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰 相反 当传播条件突然变坏时 功率调整的速度可以相对慢一些 也就是说 宁愿单个用户的信号质量短时间恶化 也要防止许多用户因为单个用户的信号电平突然变大而增大背景干扰 功率控制 CDMA系统的功率控制类型 功率控制分为反向功率控制及正向功率控制两种 其中 反向功率控制尤其重要 因为 反向是依靠准正交码区分的 因此 用户之间存在相互间干扰 只有保证到达基站各用户间功率一致 防止远近效应 才能保证用户容量及质量 进行反向功率控制的以在移动台接收并测量基站发来的导频信号 根据导频信号强弱估计正确的传输损耗 并根据这种估计来调节移动台的反向发射功率 接收信号增强就降低其发射功率 接收信号减弱就增强其发射功率 反向开环功率控制是由移动台发起的工作移动台所需发射功率受以下因素影响移动台与基站距离小区负荷信道环境CDMA系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负荷的影响 这个常数可由基站调整移动台根据接收前向信道的功率 直接确定发射功率 反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化 迅速调节移动台发射功率 其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率 开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影 拐弯等效应 它必须有一个很大的动态范围 IS95空中接口规定开环功率控制动态范围是 32dB 32dB 反向开环功率控制 内环功率控制基站测量Eb Nt和设定的目标Eb Nt进行比较 大于则指令移动台降低发射功率 否则增加发射功率 调节速率为800Hz外环功率控制统计误帧率 测量接收到的能量并估计Eb Nt将接收到的Eb Nt与设定门限进行比较产生功率控制命令 反向闭环功率控制 移动台测量前向业务信道帧质量 周期方式或门限方式上报帧质量 基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节前向功率控制是一种慢速功率调节 前向功率控制 切换 当移动用户处于通话状态时 如果出现用户从一个小区移动导另一个小区的情况 为了保证通话的连续 系统需要将对该移动台的连接控制也从一个小区移动到另一个小区 这种将正在处于通话状态的移动台转移到新业务信道上 新的小区 的过程称为 切换 Handover 切换的目的 实现移动通信系统的 无缝隙 覆盖 即当移动台从一个小区进入另一个小区时 保证通信的连续性 切换类型 硬切换 软切换 更软切换 软切换 在切换过程中 移动台开始与新的基站联系时 并不中断与原有的基站的通信 软切换会带来更好的话音质量 实现无缝切换 减少掉话可能 且有利于增加反向容量 更软切换 与软切换类似 但这种切换由基站完成 并不通知MSC 适用于同一基站不同扇区之间进行的切换 硬切换 在切换过程中 移动台与新的基站联系前 先中断与原基站的通信 再与新基站建立联系 硬切换过程中有短暂的中断 容易掉话 不同频率间的切换不同系统间的切换两个不同步基站间的切换 CDMA系统的切换类型 导频集是指具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合 激活集 与正在联系的基站对应的导频集合 候选集 当前不在有效集中 但是已有足够的强度表明与该导频对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合 相邻集 当前不在有效集或候选集中但是有可能进入候选集的导频集合 剩余集 其它导频集合 CDMA系统导频集 CDMA系统的软切换优点 软切换提高质量改善话音质量控制手机干扰降低掉话率改善小区覆盖软切换需要手机协助完成手机搜索强的导频信号手机上报导频信号搜索情况基站引导手机进行软切换 1 导频强度超过T ADD MS向BS发PSMM将其加入候选集 23 BS发HDM命令MS将该导频加入有效集 MS将该导频加入有效集后向BS发HCM 4 导频强度小于T DROP 手机启动T DROP定时器 5 T DROP定时器超时 MS向BS发PSMM 67 BS命令MS将该导频从有效集中删除 MS将该导频放入相邻集 然后向BS发HCM CDMA系统的软切换的过程 CDMA系统的软容量 软容量视图 当CDMA网络中所有的小区的业务强度相当时 各小区具有相同的容量 当邻小区的用户数目较小 业务强度较低 对本小区的干扰也就较小时 本小区可以容纳更多的用户 即具有更大的容量 反之 当邻小区的业务强度很大时 对本小区的干扰较大 则本小区的容量就会减少 CDMA系统的小区呼吸 CDMA系统中 小区的容量和覆盖与系统干扰有紧密的关系 当小区内用户数量增长 也就是小区容量增大时 小区基站处接收到的干扰也随之增大 这就意味着小区边缘的一些用户即使在最大发射功率的情况下也无法保证自身与基站之间连接的QOS 于是这些用户便会被切换到相邻小区 也就是说 原小区的覆盖范围相对缩小了 反之 当小区内用户数目减小 也就时小区容降低时 系统业务强度的降低使得基站接收的干扰功率水平下降 各用户设备 UE 可以发射更小的功率来维持与基机站的连接 结果导致在小区内可容忍的最大路径损耗增大 等效为小区扩张 当相邻小区的负荷一重一轻时 负荷重的小区降低导频信道的发射功率 使本小区边缘的用户切换到临近小区 从而实现负荷分担 也相当于增加了系统容量 CDMA系统的小区呼吸 扩频 扩展频谱 扩频 spreadspectrum 是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式 频带的扩展有独立于信息的码来实现 在接收端用同步接受实现接扩和数据恢复 扩频系统的优点 具有选择地址的能力 在公共信道中能实现码分多址复用 信号功率谱密度低 具有隐蔽性且功率污染小 有利于数字加密 防止窃听 抗干扰能力强 可在较低的信噪比条件下 保证系统传输质量 抗衰落能力强 CDMA系统的扩频 CDMA系统通过扩频可以产生21dB增益 CDMA系统的语音编码 目前CDMA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和13bit s 8kbit s的话音编码达到GSM系统的13bit s的话音水平甚至更好 13b