CDMA基础.

0华信邮电咨询设计研究院有限公司CDMA移动通信系统1•移动通信发展史•CDMA技术简介•CDMA网络构成•CDMA无线网络设计•CDMA基站勘察要点介绍内容2移动通信发展史第一代模拟蜂窝移动通信系统历史回顾：1978年美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。1987年中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900日本的NTT和JTACS/NTACS主要特点用户的接入方式采用频分多址（FDMA）当一个呼叫建立后该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出3移动通信发展史第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM历史回顾：1992年第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设由于其优越的性能在全球范围内以惊人的速度得以扩张目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年中国电信第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国联通也建设了GSM网络主要特点微蜂窝小区结构数字化技术---语音信号数字化新的调制方式---GMSK、QPSK等频谱利用率高,系统容量大便于实现通信安全保密4移动通信发展史第二代数字蜂窝移动通信系统-CDMA历史回顾：1995年美国的高通公司Qualcomm提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA).目前已分别在香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好2001年中国联通开始建设CDMA网络主要特点用户的接入方式采用码分多址CDMA软容量、软切换、系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术5移动通信发展史第三代数字蜂窝移动通信系统发展历程1985年未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）概念被提出1991年ITU-R正式成立TG8/1工作组负责标准制定1992年WRC92在2GHz频段上分配了230MHz频率给FPLMTS陆地和卫星业务1999年3月完成IMT2000关键参数1999年11月完成IMT2000技术规范2000年完成IMT2000全部网络规范经过近十年的研究,特别是从1997年起第三代移动通信的基本框架网络技术主要特征、业务种类已经基本成形6移动通信发展史第三代数字蜂窝移动通信系统3G的主要特点全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构支持移动多媒体业务宽带CDMA技术高频谱效率FDMA/TDMA/CDMA调制方式QPSK/自适应调制从电路交换到分组交换从媒体(media)到多媒体(Multi-media)高保密性主流技术WCDMAcdma2000TD-SCDMA7IS95AIS95Bcdma20001Xcdma20003X19951999.51999.89.6KTSB7414.4K1996115.2K/64K307K/144K1XEV/DO1XEV/DV20002001CDMA技术简介－技术的演进8CDMA技术简介－关键技术多址技术功率控制RAKE接收分集技术话音激活技术PN技术切换9多址技术多址方式有三种：FDMA、TDMA和CDMA频率时间FDMA频率时间TDMA频率时间码CDMAFDMA是以不同的频率信道实现通信的。频分，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。典型例子是模拟蜂窝系统。TDMA是以不同的时隙实现通信的。时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。CDMA是以不同的代码序列实现通信的。码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码(这个过程称为解扩)。10每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量Powerf采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量远近效应Powerf11功率控制功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）；减少对其他基站的干扰（下行）功率控制原理及方法：开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率闭环：测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率外环：测量误帧率，调整目标信噪比功率控制效果：降低多址干扰－远近效应提高系统的容量延长移动台的工作时间12IncreasedPowerDecreasedPowerIncreasedPowerDecreasedPowerIncreasedPowerDecreasedPower08/8/97功率控制13将多个多径信号分别进行接收，并将接收的每路信号进行合并RAKE接收RAKE接收技术有效地克服多径干扰，提高接收性能14分集技术－克服信号多径衰落时间分集：符号交织、误码检测、纠错编码。因为在时间上间隔足够远的两个振幅采样点是非相关的。故，将给定的信号在时间上相隔一定的时间(相干时间)重复传输M次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到M条独立的分集支路。频率分集：1.25MHz宽带信号由于衰落具有频率选择性，当两个频率间隔大于信道相关带宽时，它们受到的衰落是非相关的。市区与郊区的相关带宽一般分别为50kHz和250KHz左右，而CDMA系统的信号带宽为1.25MHz,故，可以实现频率分集。空间分集：克服小尺度衰落（由移动台附近物体的复杂反射引起），双基站接收天线。多径分集：多径RAKE接收机、多基站(软切换)选择发射分集技术还用来提高无线通信中单用户的峰值吞吐率15话音激活技术通过降低发射功率而减少对其他用户的干扰四种话音编码速率：当讲话激烈时，用全速率传送；缓和讲话时用1/2和1/4传送；不讲话时用最低的1/8速率传送背景噪音。16PN码技术PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等17切换软切换：-不同基站BTS间切换-不同BSC间切换更软切换：-同基站不同扇区间切换硬切换：-异频切换-不同系统间切换18软切换/更软切换•改善话音质量；控制手机干扰•降低掉话率；提高容量与覆盖范围ABCABCABCABCABCABC19CDMA网简介－网络参考模型WAP核心网电路域核心网分组域智能网无线部分PDSN/FABSCPCFHAIPAAAVLRMSC/SSPHLR/ACPSTN/ISDNIPSCPIWFWAP网关BTSBSCBTSPCFBTS定位PDEMPC短消息MC20CDMA网简介－业务功能话音业务补充业务：呼叫前转、主叫号码识别显示/限制、呼叫等待、呼转等分组型数据业务：互联网接入、web/brew、专网接入智能网业务:预付费业务、VPN业务、亲情号码等基于位置的业务短消息业务：点对点、广播式其他业务：紧急呼叫、选择长途运营商功能、语音信箱21CDMA无线网络设计22无线网络设计程序1.设计程序概要设计目标的设置基础数据收集及分析详细设计•市场定位•覆盖目标•误帧率FER•通信概率指标•服务质量GOS•无线环境分析，站址的选择•链路预算，覆盖设计•容量的规划•直放站、微蜂窝的应用•天线的选择•干扰的分析协调•PN偏码的规划•系统参数设计•市场需求分析－地区/人口/经济－现有系统运营状况－竞争公司的状况•工具的准备－测试工具－GIS电子地图23CDMA系统的无线网络规划(设计目标设置)步骤一、设置设计目标•建设单位的经营策略、市场定位市场调研、客户意见•覆盖、容量、质量和经济成本之间的平衡24CDMA系统的无线网络规划（基础数据的收集和分析)步骤二：基础数据的收集和分析•市场需求分析：地区/人口/经济：地区的面积，人口的分布，城市人口数、农村人口数、家庭户数、外来人口、外出人口的数量比例各地区的经济发展水平、经济特色、人均GDP、城镇居民纯收入、农民纯收入、人均个人储蓄余额、人均财政余额地区内的交通干线，公路、铁路、水道、车站、码头、航空港旅游风景点、名胜古迹工厂、住宅区、商业区、文教区、高新技术区、开发区专业市场、宾馆酒店、商场超市、娱乐场所特殊的建筑物：如高大的建筑群、地铁、隧道、地下建筑等25CDMA系统的无线网络规划（基础数据的收集和分析)步骤二：基础数据的收集和分析•市场需求分析：现有系统运营状况：网络规模容量、基站设置、室内分布系统、传输电源配套、互连互通城市覆盖率、乡镇覆盖率、室内覆盖率、室外覆盖率、覆盖盲区用户数量、用户分布、话务分布、人均忙时话务量、基站信道忙时话务量资费状况：用户月收入、欠费情况，OMC－R统计分析：接通率、掉话率、拥塞率、信道利用率等用户投诉资料分析竞争公司的状况：中国移动网络情况的分析中国电信网络情况的分析，如固定电话普及率、电话行政村26CDMA系统的无线网络规划（基础数据的收集和分析)步骤二：基础数据的收集和分析•工具的准备必要的测试设备，模拟发射机、路测设备GIS地图（地理信息系统)，建立必要的数据库（地形、图片、其他信息)27CDMA系统的无线网络规划（详细设计)步骤三：详细设计•无线环境的分析、站址选择•链路预算、覆盖设计•规模容量的配置•微蜂窝、直放站的应用•天线的选择28CDMA系统无线网络规划对于GSM和CDMA系统，蜂窝网络的规划是通过一套流程来实现的：一个给定的市场首先要根据地理环境进行分类：密集市区、一般市区、郊区、农村、高速公路等根据要实现的覆盖来确定链路预算选择传播模型定义无线链路参数定义依赖于环境的参数计算上下行链路允许的最大路径损耗对于每种地理区域，确定小区半径，从而估计小区数目分析用户话务量的需求，进行频率规划，然后规划所有小区及全网的容量29CDMA系统无线网络规划虽然GSM网络设计的方法同样适用于CDMA网络，但CDMA网络有自己的特点：•由于CDMA系统使用统一的频率，所以不需要进行精心的频率规划,因此基站设置、扇区指向可以相对灵活一些•需要进行PN码偏移量的规划，用于对基站的识别•CDMA是一个干扰受限的系统，具有软容量的特性•上行链路覆盖范围的限制(最大允许链路损耗MAPL)受限于移动台的发射功率和用户负荷(干扰强度)•下行链路需要考虑避免过大的软切换交叠覆盖以及导频干扰•对于上下行链路进行独立的分析是因为它们不同的链路特性•CDMA系统存在的小区放缩现象要求进行交互式的设计30CDMA系统无线网络规划相对于其它已知的无线接入技术，CDMA系统设计需要考虑的独特因素：反向链路负荷和小区呼吸效应窄带和宽带用户干扰系统参数的动态调整必须实现独特的网络设计必要的软件和硬件工具为了保证服务质量，需要在覆盖和容量之间进行折中预定好的容量需要考虑处理软切换的额外开销31CDMA系统的无线网络规划（无线环境的分析)无线环境的分析•无线频谱的调查和分析，检查在同频段及附近频段的电磁污染情况，背景噪声电平•现场勘察及测量地形、地物、地貌利用设备进行必要的测试，校正电波传播模型•现有系统的覆盖情况分析32CDMA系统基站的站址选择•选择合适的站址，得到最优的覆盖和容量，对于网络长期的发