CDMA蜂窝移动通信

1、CDMA蜂窝移动通信,袁超伟 陈德荣 冯志勇 编著 主讲：刘星宇,第章 概述 4 第章 CDMA技术基础 6 第章 CDMA码序列 6 第章 CDMA通信原理 4 第章 窄带CDMA通信系统 10 习题及答疑 2,目录及学时安排,1.1 蜂窝网通信概论 1.1.1 移动通信的发展历史 1.1.2 我国移动通信的发展状况 1.1.3 蜂窝技术 1.1.4 蜂窝网移动通信概论 1.2 多址接入技术 1.3 CDMA的过去、现在和将来,第一章 概述,1.1蜂窝网通信概论,1.1.1移动通信的发展历史 1、移动通信概念： 移动体固定点 移动体移动体 无线电波进行实时通信。 固定通信：用户固定，信道固定

2、 1代：用户动态 2代：用户动态，信道动态 3代：用户动态，信道动态，业务动态 2、分类： 使用环境分：海、陆、空、特殊 服务对象分：公用、专用 设备分：公用网、专用网、集群,3、发展历程,移动通信的发展，大致经历了六个发展阶段: 第一阶段：世纪20年代至40年代，为早期发展阶段;典型系统为美国1921年警车无线电调度系统（AM)，2MHZ 第二阶段:世纪40年代中期到60年代中期; 1946年，美国建立了第一个公用汽车电话系统（FM），人工接续，单工方式，150/450MHZ，间隔为50100Khz，大区制。 1947年，Bell实验室提出蜂窝概念。,第三阶段：世纪60年代中期至70年代中期

3、，这时出现并推广自动交换式的三级结构;频段如前，间隔2030Khz，典型系统为美国的IMTS. 第四阶段（1G）：世纪70年代80年代末，主要是解决用户增加而频道有限的问题;小区制大容量。FDMA,全双工，全自动拨号，可容纳10万/网络。容量、质量提高。 典型系统为美国的AMPS和TACS ，模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题，主要表现如下： 现有的模拟式蜂窝系统体制混杂，不能实现国际漫游。 模拟蜂窝网不能提供数据业务。, 模拟系统设备价格高、手机体积大、电池充电后有效工作时间短，给用户带来不便。 模拟系统网用户容量受到限制，在人口密度很大的城市，系统扩容 困难。 为了克服第一代

4、蜂窝系统的局限性，以满足移动通信网发展的需要，北美、欧洲和日本自世纪80年代中期起相继为第二蜂窝系统制定了三种不同的标准，即北美的IS、欧洲的GSM和日本的JDC。 第五阶段（2G）：这是数字移动通信系统的发展和成熟时期。 2G典型系统为GSM（900M TDMA/FDMA）, IS-95 (800M CDMA)区别如表：,2.5G-GPRS 第六阶段（3G），以多媒体业务为主要特征， 主要有：WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA,表1-2 几种典型的模拟蜂窝状移动电话系统,1.1.2 我国移动通信的发展状况,1987年我国第一个模拟网在广东珠江三角洲开通，采用 的体制为TACS。随

5、后北京、秦皇岛、上海相继组建模 拟移动电话系统，年增长率一直超过100%； 1994年11月开始组建GSM数字网； 1998年模拟用户开始下降； 2001年7月关闭模拟网；到2001年11月底，移动用户约 达到1.4亿户，其中中国联通用户约达4000万。,表1-5 中国蜂窝移动用户发展情况。（单位：万）,表1.6中国蜂窝移动电话用户预测结果（单位：万）,图1.1 数字移动通信的演进过程,1.1.3 蜂窝技术,大区制小容量 小区制大容量, 链状网,链状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，如图1-2所示。,图1-2 链状网,基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的。链状网宜采用有向天线，使每个小区是

6、扁圆形。链状网可进行频率再用。若以采用不同信道的两个小区组成一个区群， 如图-（）所示，称为二频组。 如图-（）所示，称为三频组。 如图-（）所示，称为四频组。 从造价和频率资源的利用而言，当然二频组最好；但从抗同频道干扰方面而言，二频组最差，还应考虑多频组。设n频组的链状网如图1-3所示,图1-3 链状网的同频道干扰,每个小区的半径为r，相邻小区的交叠宽度为a，第n+1区与第1区为同频道小区。据此，可以算出信号传输距离 和同频道干扰传输距离 之比。,表1-7 同频道干扰,蜂窝网,a. 无线小区的形成,全向小区辐射的覆盖区是个圆形。为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆形辐射区之间一定含

7、有很多的交叠。在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。小区形状如图1-4所示。,图1-4 小区的形状,可以证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域，可取的形状只有这三种。那么这三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如表1-8所示。,表1-8 三种形状小区的比较,b. 区群的组成,单位无线区群的构成应满足以下两个条件：一是单位无线区群之间彼此邻接；二是相邻单位无线区群的同频小区中心间隔距离是一样的。满足以上两个条件的关系式如下：,中N为构成单位无线区群的正六边形的数目，简称区群数。及b均为非负整数，但、b不能同时为零。,c. 同频（信道）小区的距离

8、,设小区的辐射半径（即六边形外接圆的半径）为R,则从图1-5可以算出同信道小区中心之间的距离为：,图1-5 面状覆盖,d. 中心激励与顶点激励,在每个小区中，基站可放在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，这就是所谓的“中心激励”方式，如图1-6（a）所示。 也可以将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120扇形天线共同覆盖，这就是所谓的“顶点激励”，如图1-6（b）所示。,采用定向天线后，所接收的同频干扰功率下降，因而可以减少系统的同道干扰。 另外，在不同地点采用多副定向天线可以消除小区内障碍物的阴影区。 若要用定向天线，建议采用43复用方式，即N=4，每个基站3个120扇

9、区或60三叶草形小区。见图1-6 （c）、（d）、（e）、（f）。 频率复用模式：,图1-6 激励与频率复用,e. 小区的分裂,在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，但这只能适应用户密度均匀的情况。在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些。小区一般分为巨区、宏区、微区、微微区几类。,表1-9 小区分类,图1-7 小区分类图示,当一个特定小区的话务量增加时，小区可以被分裂为更小的小区。通过小区数的增加来增加信道的再用数，这样来增加用户容量，如图1-8所示。1：4方案,图1-8 小区分裂,f. 切换,切换是使移动台的一个呼叫进程在小区之间移动时能够继续

10、的过程。 切换可以基于接收的信号强度或信干比（SIR），或基于网络资源管理的需要。切换过程可能涉及终端的注册和鉴权。,切换可以分为硬切换和软切换。 软切换是当移动终端的通信被连到另一个目标的无线端口时，不需要中断与当前服务的无线端口的通信。在软切换中，移动终端可以同时与两个无线端口通信。 硬切换是移动终端被连到相邻的无线系统、不同的频率分配或不同的空中接口特性和技术。硬切换在空中接口是先断后通的过程。,1.1.4 蜂窝网移动通信概论,系统结构,蜂窝系统的典型结构如图1-9所示。,图1-9 蜂窝系统形状,由图可见，蜂窝网移动通信系统本身由三大部分组成，即移动交换中（MSC）或移动电话交换局（MT

11、SO）、基站（BS）和移动（MS）。,蜂窝网的功能与特征,蜂窝网通信系统的主要功能： （）移动功能 蜂窝网移动通信系统的服务由基本服务及操作、维护和管理服务成。 （）服务资源功能 传输和同步 功率控制 采用小区制频率再用技术，提高频率使用效率。 设备通用性较强，接口标准规范统一。 （）业务功能 业务分为基本业务和补充业务。,蜂窝网通信的主要特征, 频率再用 过境切换（或越区切换） 小区分裂。用小区分裂的方式可增加系统的容量。 一般来说，小区半径越小，基站数量越多，系统的容量也就越大。 同频干扰,从模拟蜂窝网到数字蜂窝网,数字蜂窝移动通信网的主要优点可以归纳如下： （1） 频谱利用率较高，可进一步提高系统容量。2） 能提供多种业务服务。 （3） 保密性好。 （4） 抗衰落能力强。 （5） 网络管理与控制更有效。 今后十多年将是数字网（尤其是CDMA数字网）大发展的时期，其体制与技术对未来移动通信系统将产生重大影响。,1.2 多址接入技术,任何空中接口设计的基础都是如何选择在用户之间分享公共传输媒体，即多址接入方案。第一代蜂窝系统AMPS以及第二代IS-54和IS-95标准代表了三类典型的多