移动通信技术——学习项目2第二代移动通信系统cdma

1、学习项目学习项目2第二代移动通信系统第二代移动通信系统 移动通信系统移动通信系统电子教案电子教案 一、教学内容一、教学内容 CDMACDMA系统系统 二、教学目标二、教学目标 1. 1. 能够针对现实的通信问题，选择相关技术和措施解决能够针对现实的通信问题，选择相关技术和措施解决 2. 2. 能够能说明能够能说明CDMACDMA系统采用的有关措施对系统正常运行与管理的意义系统采用的有关措施对系统正常运行与管理的意义 3. 3. 能画出能画出CDMACDMA系统的典型结构图系统的典型结构图 三三 、教学重点、教学重点 1.1.CDMACDMA系统的主要特点系统的主要特点 2.2.CDMACDMA

2、功率控制技术功率控制技术 3.3.增大增大CDMACDMA系统容量的措施系统容量的措施 四四 、教学难点、教学难点 CDMACDMA功率控制技术功率控制技术 学习项目学习项目2 2 第二代移动通信系统第二代移动通信系统 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 l概述概述 1.CDMA1.CDMA是码分多址（是码分多址（Code Division Multiple AccessCode Division Multiple Access） 技术的英文缩写技术的英文缩写 2.2.发展基础：扩频通信技术发展基础：扩频通信技术 3. 3.优势：频率利用率高、抗干扰能力强，因此第三代移优势：频率利用

3、率高、抗干扰能力强，因此第三代移 动通信系统的主流标准，全部基于动通信系统的主流标准，全部基于CDMACDMA技术。技术。 l一、 扩频通信技术扩频通信技术 1.1.概念概念 扩频（扩频（Spread SpectrumSpread Spectrum，SSSS）通信技术是一种信息传输）通信技术是一种信息传输 方式，用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身的带宽方式，用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身的带宽 人们把传输扩频信号的通信系统为扩频通信系统。人们把传输扩频信号的通信系统为扩频通信系统。 2.2.实现原理实现原理 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 在通信系统的发送端用一个带宽

4、比信息带宽宽得多的扩频在通信系统的发送端用一个带宽比信息带宽宽得多的扩频 码（伪随机码）对基带信号进行调制，使信号所占的频带码（伪随机码）对基带信号进行调制，使信号所占的频带 宽度远大于所传信息必需的带宽，且与所传信息数据无关宽度远大于所传信息必需的带宽，且与所传信息数据无关 。在接收端使用完全相同的扩频码（伪随机码），对接收。在接收端使用完全相同的扩频码（伪随机码），对接收 到的扩展频谱信号进行解扩，以恢复所传信息数据到的扩展频谱信号进行解扩，以恢复所传信息数据 CDMACDMA移动通信系统采用直接序列扩频（移动通信系统采用直接序列扩频（DS-SSDS-SS） 扩频码（伪随机码）由伪随机发生

5、器产生扩频码（伪随机码）由伪随机发生器产生 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 直接扩频通信原理框图直接扩频通信原理框图 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 l三、扩频通信的理论基础三、扩频通信的理论基础 香农定理，公式为：香农定理，公式为：C C= =W Wlog2(1+log2(1+S S/ /N N) ) C C为信道容量；为信道容量； W W为信号频带宽度；为信号频带宽度； S S为信号平均功率；为信号平均功率； N N为噪声平均功率。为噪声平均功率。 香农公式说明在保持信息传输速率不变的条件下，可以香农公式说明在保持信

6、息传输速率不变的条件下，可以 用不同的频带宽度用不同的频带宽度W W和信噪功率比和信噪功率比S S/ /N N（简称信噪比）（简称信噪比） 来传输信息。来传输信息。 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 l四、扩频通信系统抗干扰能力的性能指标四、扩频通信系统抗干扰能力的性能指标 系统处理增益系统处理增益 ：G GP=10lg(P=10lg(B B2/2/B B1)1) （dBdB） B B2 2：扩频信号带宽：扩频信号带宽 B B1 1：传送基带信号带宽：传送基带信号带宽 处理增益越大，系统抗干扰能力就增强。处理增益越大，系统抗干扰能力就增强。 当系统处理增益在当系统处理增益在1001

7、00以上时才是扩频通信。以上时才是扩频通信。 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 l五、扩频码五、扩频码 1.意义意义 扩频码的生成和性能评估与扩频系统扩频码的生成和性能评估与扩频系统 抗干扰、保密、多址、抗干扰、保密、多址、 捕获与跟踪能力相关，捕获与跟踪能力相关， 2. 扩频码的要求扩频码的要求 尖锐的自相关特性尖锐的自相关特性 。 每对扩频序列的互相关函数值应该处处为每对扩频序列的互相关函数值应该处处为0 0。 足够多的序列数。足够多的序列数。 序列平衡性好。序列平衡性好。 工程上易实现。工程上易实现。 实际扩频通信中实际扩频通信中用伪随机序列用伪随机序列m序列和序列和Gold

8、序列作为扩频码序列作为扩频码 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 l六、六、 CDMACDMA系统的特点系统的特点 1 1CDMACDMA系统具有良好的抗干扰，抗衰落和隐蔽性功能系统具有良好的抗干扰，抗衰落和隐蔽性功能 扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力 就越强。就越强。 2CDMACDMA系统可采用软切换技术系统可采用软切换技术 在越区切换时，由原小区的基站与新小区的基站同时为越区在越区切换时，由原小区的基站与新小区的基站同时为越区 的移动台服务。的移动台服务。 软切换只有在使用相同频率的小区之间才能进行，软切换

9、是软切换只有在使用相同频率的小区之间才能进行，软切换是 CDMACDMA蜂窝移动通信系统所独有的切换方式，其管理与控制相蜂窝移动通信系统所独有的切换方式，其管理与控制相 对比较简单。对比较简单。 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 3CDMACDMA具有软容量特性具有软容量特性 FDMAFDMA系统是以频道来区分通信用户地址的，所以它是频道系统是以频道来区分通信用户地址的，所以它是频道 受限和干扰受限的系统受限和干扰受限的系统 TDMATDMA系统是以时隙来区分通信用户地址的，所以它是时隙系统是以时隙来区分通信用户地址的，所以它是时隙 受限和干扰受限的系统受限和干扰受限的系统 CDM

10、ACDMA系统是以码型来区分通信用户地址的，所以它仅是干系统是以码型来区分通信用户地址的，所以它仅是干 扰受限的系统扰受限的系统 任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高，任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高，CDMACDMA蜂窝蜂窝 系统的这种特性，使系统容量与用户数之间存在一种系统的这种特性，使系统容量与用户数之间存在一种“软软 ”关系。这也就是我们常提到的关系。这也就是我们常提到的CDMACDMA系统的软容量。系统的软容量。 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 4CDMACDMA通信容量大通信容量大 CDMACDMA系统的容量的大小主要取决于系统中的干扰的大小系统的容量的大

11、小主要取决于系统中的干扰的大小 任何干扰的减少都可以直接转化为系统容量的提高。任何干扰的减少都可以直接转化为系统容量的提高。 降低干扰功率的技术，都有可能使系统容量得到提高降低干扰功率的技术，都有可能使系统容量得到提高 在同样的条件下，采用在同样的条件下，采用CDMACDMA方式的系统容量约是采用数字方式的系统容量约是采用数字 TDMATDMA方式方式GSMGSM系统容量的系统容量的4 46 6倍倍 2.8 CDMACDMA系统的特点系统的特点 5频率规划简单频率规划简单 6建网成本低建网成本低 2.9 CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 l一、 功率控制技术功率控制技术

12、 1.1.作用作用 根据通信距离的不同，实时地调整移动台和基站的发射根据通信距离的不同，实时地调整移动台和基站的发射 功率，功率， 克服克服“远近效应远近效应”，节约基站的发射功率，节约基站的发射功率 2.远近效应远近效应 在在CDMACDMA蜂窝系统中，蜂窝系统中，用于区分用户的地址码之间互相关用于区分用户的地址码之间互相关 性不能处处为零时，每个用户的信号就成为其他用户的性不能处处为零时，每个用户的信号就成为其他用户的 干扰，产生多址干扰，所以为了克服多址干扰，需要将干扰，产生多址干扰，所以为了克服多址干扰，需要将 每个用户的发射功率进行行控制。每个用户的发射功率进行行控制。 2.9 CD

13、MA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 3.自动功率控制技术自动功率控制技术 （1）反向功率控制（上行链路功率控制）反向功率控制（上行链路功率控制） 控制各移动台的发射功率的大小，使任一移动台无论在什控制各移动台的发射功率的大小，使任一移动台无论在什 么位置上，其信号在到达基站时，都具有相同的功率，么位置上，其信号在到达基站时，都具有相同的功率， 而且刚刚达到信干比要求的门限。而且刚刚达到信干比要求的门限。 两种方法：反向开环功率控制和反向闭环功率控制。两种方法：反向开环功率控制和反向闭环功率控制。 2.9CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 反向开环功率控制

14、的实现方法反向开环功率控制的实现方法 ： 移动台接收并测量基站发来的信号强度，估计正向信道移动台接收并测量基站发来的信号强度，估计正向信道 的传输损耗的传输损耗 根据这种估计来自行调整移动台的反向发射功率。根据这种估计来自行调整移动台的反向发射功率。 反向闭环功率控制的实现方法反向闭环功率控制的实现方法 ： 由基站检测来自移动台的信号强度或信噪比，由基站检测来自移动台的信号强度或信噪比， 并根据测得的结果形成功率调整指令，通知移动台调整并根据测得的结果形成功率调整指令，通知移动台调整 其发射功率其发射功率 2.9CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 （2 2）正向功率控制（

15、下行链路功率控制或前向功率控制）正向功率控制（下行链路功率控制或前向功率控制） 控制基站控制基站 的发射功率的大小的发射功率的大小 两种实现方法：正向开环功率控制和正向闭环功率控制。两种实现方法：正向开环功率控制和正向闭环功率控制。 二、二、 RAKE RAKE接收技术接收技术 1.1.基本原理基本原理 将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进将那些幅度明显大于噪声背景的多径分量取出，对它进 行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按其强度行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按其强度 成比例合并，从而把多径中的能量收集起来，有效地利成比例合并，从而把多径中的能量收集起来，有效地利

16、用多径分量，提高多径分集的效果。用多径分量，提高多径分集的效果。 2.9CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 RAKERAKE接收机组成框图接收机组成框图 2.9CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 三、三、 CDMACDMA系统容量系统容量 CDMACDMA系统中，任何干扰的减少都可以直接转化为系统容量系统中，任何干扰的减少都可以直接转化为系统容量 的提高。的提高。 利用语音间断传输技术来减少共道干扰，增加系统容量利用语音间断传输技术来减少共道干扰，增加系统容量 利用扇区划分技术以减少干扰，达到直接增加系统容量的利用扇区划分技术以减少干扰，达到直接增加

17、系统容量的 目的目的 。 CDMACDMA系统通过多种手段可以使系统容量较大幅度的增加，系统通过多种手段可以使系统容量较大幅度的增加， 前面所述的功率控制也是一种提高系统容量的技术。前面所述的功率控制也是一种提高系统容量的技术。 2.9CDMA系统采用的有关技术和措施系统采用的有关技术和措施 l一、一、CDMACDMA系统的示意信道图。系统的示意信道图。 2.10CDMA系统的系统的信道划分信道划分 l二、 前向逻辑信道前向逻辑信道 CDMACDMA系统的前向信道共有系统的前向信道共有6464个，其中含个，其中含1 1个导频信道、个导频信道、1 1 个同步信道、个同步信道、7 7个寻呼信道和个

18、寻呼信道和5555个业务信道。个业务信道。 1导频信道导频信道 导频信道用于传输由基站连续发送的导频信号。导频信道用于传输由基站连续发送的导频信号。 2同步信道同步信道 同步信道主要传输同步信息。同步信道主要传输同步信息。 3寻呼信道寻呼信道 寻呼信道供基站在呼叫接续阶段传输控制信息给移动台寻呼信道供基站在呼叫接续阶段传输控制信息给移动台 2.10CDMA系统的系统的信道划分信道划分 4业务信道业务信道 业务信道包含了一个功率控制子信道。业务信道包含了一个功率控制子信道。 三、三、 反向逻辑信道反向逻辑信道 CDMACDMA系统的反向逻辑信道由接入信道和反向业务信道系统的反向逻辑信道由接入信道

19、和反向业务信道 1接入信道接入信道 接入信道是一种分时隙的随机接入的信道，其作用是在移接入信道是一种分时隙的随机接入的信道，其作用是在移 动台接续开始阶段提供通路动台接续开始阶段提供通路。 2反向业务信道反向业务信道 反向业务信道与前向业务信道相对应，两者特点基本相同反向业务信道与前向业务信道相对应，两者特点基本相同 2.10CDMA系统的系统的信道划分信道划分 2.11 CDMA系统的网络结构系统的网络结构 移动台（移动台（MSMS） 基站子系统（基站子系统（BSSBSS） 网络子系统（网络子系统（NSSNSS） 操作支持子系统（操作支持子系统（OSSOSS） 1.CDMA1.CDMA系统网络结构系统网络结构 2.11 CDMA系统的网络结构系统的网络结构 2. 2.双模式系统：双模式系统： IS-95IS-95标准兼容模拟蜂窝系统（标准兼容模拟蜂窝系统（AMPSAMPS）和）和CDMACDMA数字蜂窝系数字蜂窝系 统统 3. 3.双