移动通信技术讲义-第15讲 第4章 CDMA蜂窝移动通信系统

1、编码分多址(CDMA)也称为代码分多址，是用于无线通信的技术，CDMA允许所有用户同时使用全频带(1.2288Mhz)，并将信号视为噪声，而无需考虑信号冲突问题。第四章CDMA蜂窝移动通信系统，技术背景CDMA技术的出现源于人类对更高质量无线通信的要求。第二次世界大战期间，由于战争的需要，CDMA技术被研发出来了。旨在防止敌方对我方通信的干扰，在战争中广泛用于军事干扰干扰干扰，之后在美国的高通公司更新为商业蜂窝通信技术。1995年，第一个被称为IS-95的CDMA商业系统运行后，CDMA技术理论上的许多优点已经过实际测试，在北美、南美、亚洲等地迅速普及和应用。已在中国大陆、中国香港、韩国、日本

2、、美国等世界多个国家和地区建立了CDMA商业网络。在美国和日本，CDMA已成为国内主要移动通信技术。美国10家移动通信事业公司中有7家选择了CDMA。到2006年4月为止，韩国60%的人口成为了CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会上，CDMA技术发挥了更重要的作用。中国联通于2002年1月8日正式开通CDMA网络，并在2008年10月1日以后的133，153，189号，尚未投入的180号中国电信运营。与GSM手机相比，CDMA手机具有以下优点：CDMA手机可以说是名副其实的绿色手机，这是非常小的(2兆瓦)发射功率，但是我们现在使用的GSM手机(125兆瓦)的160远低于电视屏幕产生的辐

3、射功率。CDMA手机使用先进的交换技术软交换技术(即交换一旦接下来就停止)，使CDMA手机的通话不仅可以与有线电话相媲美，而且不会出现GSM手机掉线的现象；使用CDMA网络将相对减少电信运营商的投资，为降低CDMA手机费腾出空间。基于扩频通信的调制和多连接通信方法使容量比模拟技术大10倍，大约是GSM网络的4倍。更重要的是，基于宽带技术的CDMA能够在移动通信中实现视频应用，将手机从电话通话和短消息传输等窄服务转换到宽带多媒体应用。基于扩频码分多址技术的CDMA蜂窝移动通信系统；具有防止人为干扰、防止窄带干扰、防止衰落、多路径延迟扩展和大系统容量等一系列优秀性能，极大地影响了移动通信的发展。C

4、DMA系统是同频自干扰系统，任何减少干扰的措施都有助于系统容量。精确的电源控制技术是IS-95CDMA系统运行的基本保证。没有电源控制，CDMA系统无法实现。软交换，软容量是特定于CDMA系统的技术，TDMA系统是不可能的。4.1.1双模系统和技术标准，双模移动台：下一代蜂窝系统的移动台可以在新系统和模拟蜂窝网络系统(AMPS系统)上工作，这是双模移动台的概念。双模移动台在模拟FM和新系统或模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统中均可调用和接收其他用户的双模移动台中进行调用和接收，这些调用无论在地点还是在移动漫游中都是自动进行的。目前美国有两个双模移动台。一种是时间多路径(TDMA)数字系统和模拟FM系统

5、(AMPS)的组合系统，标准IS-54称为d-amps。另一种是代码拆分多连接(CDMA)数字系统和模拟FM系统的组合，主要标准是IS-95。，IS-95标准：IS-95公共空气接口是美国电信行业协会(TIA)于1993年发布的双模(CDMA/AMPS)标准(1)频带：下行链路：869MHz894MHz(基站发送、移动站接收)上行链路：824MHz849MHz(移动站发送、基站接收)(2)扩频方法：直接序列(DS)不是传统的空间分集。宽带传输起到频率分集的作用，同时在基站和移动台采用rake接收器技术，相当于起到时间分集的作用。(2)使用了语音激活技术和扇区化技术。由于CDMA系统的容量与传入

6、的干扰直接相关，因此使用语音激活和扇区化技术可以减少干扰并提高整个系统的容量。(3)使用了移动台辅助软交换。这可以实现平稳的转换，确保了通话连续性，减少了通话中断的可能性。交换区域中的移动台通过分集接收来自多个基站的信号，从而降低自身发射功率，减少对周围基站的干扰，从而有助于提高反向连接道路的容量和复盖范围。(4)采用功率控制技术，降低均衡发射功率。(5)具有软容量特性。在流量利用率最大时，可以通过提高错误帧速率来增加可用通道的数量。附近小区的负荷约为1公里，负荷较大的小区将减少引导线的发射功率，使本区边缘用户因引导强度不足而转换为相位林业区，从而分担负担。兼容性好。CDMA分布在带宽大、功率

7、大的频谱上，功率低、对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。就是兼容性好。(7)CDMA具有高频率利用率，不需要频率编程，这是CDMA的特点之一。(8)CDMA高效语音编码技术。在保证更好的语音质量的前提下，大大提高了系统的容量。2，现有问题多连接干涉的实际原因是多个用户同时请求通信，但彼此之间没有完全区分而引起的干涉。CDMA系统是干扰受限的系统，即干扰的大小直接影响系统容量。除了多连接干扰本身的直接影响外，如果上行链路上社区内所有移动站的发射功率保持相同，则社区内移动站用户的随机移动导致移动站和基站之间的距离不同，接近基站的移动站信号更强，远离基站的移动站信号变弱，产生强压力和弱现象，设

8、备的非线性是进一步加快这种现象发生速度的“近效应”。在下行链路上，当移动台位于邻近地区的交点时，接收的基站的有用信号功率很低，而受到邻近地区基站的强干扰，这就是“边角效应”。无线电波由大型建筑物的阻塞形成“影子效应”，引起缓慢衰退。这可能会导致系统容量减少和实际通信服务范围减少。双多连接干扰、近距和远距效应是码分多连接移动通信中最重要的问题。3、扩频CDMA数字蜂窝系统的关键技术包括：功率控制技术；多径信号分离合并技术；多用户干扰分离技术；选择同步技术PN地址代码；软交换技术分集接收技术；语音编码技术。为了正确接收直接序列扩频信号，接收器(通常参考基站接收器)必须到达输入端的多用户信号是等功率

9、。否则，严重的近场效果将导致扩频通信系统无法工作。因此，电源控制技术是CDMA系统中最重要的技术。4，有关CDMA的常见问题解答(1)为什么CDMA连接速度高？a:上网的人都有经验，找的人少的时候上网容易。使用手机也一样。CDMA源自军事抗干扰系统，具有比其他系统高得多的“处理增益”参数。此处，CDMA信号占据整个频段几乎是一般窄带调制效率的7倍，因此综合来说，在相同带宽的情况下，CDMA系统是GSM系统容量的45倍，如果插头大幅下降，连接速度自然就会很高。(2)为什么CDMA手机电话几乎没有噪音？答：CDMA使用高级数字语音编码技术，使用多个接收器同时接收不同方向的信号。好像听着大家从不同的

10、方面说一件事，综合起来理解事情的全貌，省略了无关的内容。(3)为什么说得不好？a:基站知道手机话费有保障。移动到基站范围边缘时，基站需要自动“切换”以保护。否则电话会断的。当CDMA系统切换时，基站coverage是“单独复盖双coverage”，自动切换到相对空闲的相邻基站。也就是说，在确认电话已移动到另一基站时，从原始基站分离，所以电话不会中断。4)为什么称为“绿色手机”？(？答：CDMA系统的发射功率只有01200毫瓦，因此对人体的电磁辐射可以忽略，对健康的影响很小；另外，功耗低意味着电池、火器的寿命长，对环境起到保护作用，因此也有人称之为“绿色手机”。窃听电话为什么很难：要窃听你的电话

11、，必须找到你的代码地址。但是，因为你的地址是伪随机码，是44万亿种可能的数组，所以解密密码或窃听通话内容太困难了。6)有什么功能？(？答：6种：三方同时货币；显示电话号码；自动转到预先指定的电话、寻呼机或手机(无条件呼叫前)。拨打电话后，自动转到预先指定的电话、寻呼机或手机(如果有繁忙的呼叫)。如果30秒内不接电话，则自动转到预先指定的电话、寻呼机或手机(在呼叫无应答之前)。分别与通话的双方通话(等待通话)。(7)可以打什么电话？答：可以连接到市末、国内长途固定电话、市内GSM、国内GSM电话。8)CDMA能通过世界各地吗？答：一般来说，模拟手机只能在模拟网络复盖区域使用，GSM手机只能在GS

12、M网络复盖区域使用，因此建立网络并扩大网络复盖区域，从而扩大用户的漫游范围。CDMA双模手机在CDMA网络和模拟网络复盖区域均可用，但目前，只有在CDMA网络复盖范围更好的国家或地区(如美国、加拿大、韩国和香港)，“万维网”仍然是一个愿望。4.2IS-95CDMA数字蜂窝移动通信系统，4.2.1CDMA系统网络结构和配置，图4-1CDMA数字蜂窝移动通信系统的网络结构，1网络子系统，网络子系统的配置：网络子系统主要为移动交换中心(MSC)每个配置实体与GSM系统的功能相同。移动交换中心(MSC)是蜂窝通信网络的核心，以此MSC控制区域内移动用户的通信控制和管理为主要功能。移动交换中心(MSC)

13、的其他功能与GSM的移动交换中心功能相同，主要包括通道管理和分配、呼叫处理和控制溢出切换和漫游控制；注册和管理用户位置信息；注册和管理用户号码和移动设备号码；服务类型控制；向用户进行身份验证将其他MSC连接到系统，并提供到其他公共通信网络(如公共交换电信网络(PSTN)、集成业务数字网络(ISDN)的链接接口，2基站子系统、基站子系统(BSS)包括基站控制器(BSC)和基站收发设备(BTS)。基站控制器(BSC)可以控制多个基站，每个基站包含多个收发器。每个基站的有效复盖范围是无线社区(也称为社区)。地球可以分为全向天线(使用全向天线)和扇区(使用定向天线)，经常使用的小区分为三个扇区，每个扇

14、区标有、和。3移动台、IS-95标准双模移动台必须与现有模拟蜂窝系统(AMPS)配合使用，以帮助CDMA系统开发CDMA蜂窝系统。这非常有价值，也有助于从模拟蜂窝网络无缝过渡到数字蜂窝网络。4.3IS-95CDMA系统中的无线链路、1前向链路的配置前向链路的逻辑通道包括试点通道(PilotChannel)、同步通道(SynchronizingChannel)、寻呼通道(PagingChannel)和前向链路，4.3.1前向通道，(1)试点通道。基站在此通道上发送引导信号，以使移动台识别基站并引导移动台进入网络。(2)同步通道。基站在此通道上发送同步信息，以便移动站与系统建立定时和同步。(3)寻

15、呼通道。基站在此通道寻呼移动台上发送有关寻呼、指令和业务通道分配的信息。(4)正向业务渠道。基站和移动站之间的通信用于传送用户的业务数据和信号信息。逻辑通道、传输通道、物理通道的区别：逻辑通道表示托管的内容，分为控制通道和业务通道两类。传输信道主要分为两类：专用传输信道和公共传输信道：托管内容将如何传递，以何种形式传递。物理信道表示航空接口上的传输形式。无线数字通道有物理通道和逻辑通道。4.3.2反向通道、反向链接的逻辑通道包括反向访问通道和反向业务通道等。接入信道是移动站随机使用此信道启动呼叫和发送响应信息的随机接入信道。移动站和基站之间通信的反向业务信道与转向业务信道一样，用于在传输用户业

16、务数据的同时传递信令信息。4.4IS-95CDMA系统同步和计时，以及数字CDMA系统中的系统同步和计时非常重要。4.5IS-95CDMA系统的电源控制，CDMA电源控制的目的有两个。一是克服从移动国到基站的反向链路的近场和远场效果。另一个是在确保接收器解调性能的同时，最小化发射功率，减少对其他用户的干扰，并增加系统容量。功率控制分为正向功率控制和反向功率控制。4.5.2开环功率控制，1移动台的开环功率控制移动台的开环功率控制是指根据移动台接收到的基站信号强度调整移动台的发射功率的过程。即，确保所有移动台到达基站的信号功率相同，以便“近场效果”不会影响扩频CDMA系统中的码分信号接收。2基站的开环功率控制、基站的开环功率控制(前向链路功率控制)是根据接收的每个移动台传送的信号质量信息调整基站服务信道发射功率的过程。其目的是，在所有移动台保证通信质量的条件下，最小化基站的发射功率。4.5.3闭环功率控制，1闭环功率控制的目的需要闭环