CDMA初级移动通信

CDMA移动通信基础京信通信系统（中国）有限公司西北分公司工程部2009年3月主要内容一、三种多址通信方式介绍二、CDMA系统关键技术及主要特点三、CDMA技术演进四、导频污染问题与解决方法五、直放站的引入对搜索窗的影响三种多址通信方式介绍三种多址通信方式1、FDMA——频分多址2、TDMA——时分多址3、CDMA——码分多址ftFia)FDMAtb)TDMAftc)CDMAfCi频分多址（FDMA）在频分多址系统中，把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。BSMS1MS2MSkf1f2fkF1F2Fk...时分多址（TDMA）在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。BSMS1MS2MSk......帧时隙码分多址（CDMA）在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。从频域或时域来观察多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。BSMS1MS2MSkc1c2ckC1C2Ck...DS扩频系统（a）系统的发射端机基带数据谱RF谱数据波形扩谱信号波形载波调制TS=1/BTC=NTS=1/WPS=A1W=A0BDS扩频系统（b）系统的接收端机Δ(SNR)baseband===·=·(SNR)RFEbBN0BEbN0EcN0WBWB解扩和解调恢复的基带数据波形干扰滤波解调后的谱接收谱三种多址技术频域、时域比较频率频率时间时间频率时间25KHz200KHz·单个用户/频道·8个用户/较宽频带·多个用户/宽带频道1.23MHz我国CDMA工作频段CDMA上行CDMA下行825835联通CDMA870880联通CDMAGSM上行890909915移动GSM联通GSMGSM下行移动GSM联通GSM935954960我国CDMA工作频段MHz880MHz870MHz37781191602012422831.23MHzF835MHz825MHz1.23MHzFTX-RX=45MHz下行频段870-880MHz上行频段825-835MHzCDMA800联通频率870MHZ-880MHZ/825MHZ-835MHZ共7个TRX载波中国联通CDMA系统的工作频率为：825MHz—835MHz（基站收）f=825+0.03N(N=1—333）870MHz—880MHz（基站发）f’=870+0.03N(N=1—333）频道间隔及中心频率位置第一载频为283。CDMA频道间隔为1.23MHz；收发频道间隔45MHz。中心频率在AMPS的283号频道（833.49MHz)处的CDMA频道为CDMA基本频道。以后视发展情况逐步由高端向低端扩展，例如使用第二个CDMA频道，中心频点位置为242号，最多可以有7个CDMA频道。CDMA不需进行频率规划，各小区可以使用相同频道。但各小区要进行导频相位偏置规划。CDMA系统关键技术及特点(主要)一、功率控制二、分集技术三、软切换四、Rake接收五、大容量六、软容量功率控制1功率控制示意图2反向开环功率控制3闭环功率控制4下行链路低速功率控制1功率控制示意图：瑞利衰落平均路径损耗所需的平均发射功率发射功率距离在基站接收到的移动台功率所需的平均接收功率距离2反向开环功率控制平均输出功率Tx(dBm)=-平均输入功率Rx(dBm)+偏置功率+参数偏置功率：-73dB(800MHz)控制参数：小区大小，基站有效发射功率(ERP)和基站接收机灵敏度，这些参数均在同步信道上传输。开环功率控制动态范围±8dBAGC放大器调整Tx功率PA测量Rx功率双工器Tx=+17dBm移动台2BTS移动台1d1d2Rx=-90dBmTx=-3dBmRx=-70dBm上行链路开环功率控制原理图3闭环功率控制(高速功率控制)基站每1.25ms(等于6个调制符号)测量接收到的SIR4，与目标SIR相比较，决定是增加移动台功率还是降低移动台功率。闭环功率控制动态范围±24dBMUX解码Eb/NoSNR测量去扩展解码功率控制命令测量质量调整Eb/No目标用户数据基站闭环功率控制功能功率控制命令用户数据移动台闭环功率控制功能解复用AGC放大器闭环功率控制原理图4下行链路低速功率控制◆下行链路低速功率控制的目的：提高小区边缘的移动台的性能。基站依据路径损耗和干扰环境，控制一个给移动台的发射功率，称为下行链路低速功率控制。◆下行链路功率控制机制：基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率（FER），当FER超过定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1%，每15~20ms进行一次调整。◆下行链路低速功率控制调整的动态范围：±6dB分集技术◆前向链路多径/基站分集◆反向链路多径/天线分集软切换◆软切换：CDMA系统各小区可使用相同的频率，从现有小区到领近小区的切换是无间切换。在软切换中移动台是同时连接到多个基站上通信，它的功率控制由它接收到的最强信号的小区决定。当邻近小区的信号强度超过一个确定的数值，但仍低于现有基站的信号强度时，移动台进入软切换状态。BTS两基站收发信机参与的软切换的原理BSCBTS同时与两个或多个基站通信信号强度手机位置小区间“合作”小区间“竟争”CDMA其他软切换硬切换测量阶段：由移动台完成下行链路的测量，包括信号质量、本小区和相邻小区的信号强度。由基站完成上行链路信号质量测量。决策阶段：将测量结果与预先定义的门限值进行比较，并决定是否应当启动切换。执行阶段：移动台进入软切换状态，增加或释放一个新的基站，或者完成频率间的切换。测量阶段切换准则完成执行阶段--更新有效集--激活新的基站否是决策阶段信号强度RAKE接收机RAKE接收机包含多个相关器，每个相关器接收一个多路信号。在相关器进行去扩展后，信号进行合成。因为接收的多路信号是衰落独立的，因此进行分集可以提高接收性能。RAKE接收机的原理τ1τ2τ3α1+α2α3调制器编码发生器×二进制数据α1+α2α3解调器×××多路信道RAKE接收机c(t-τ1)c(t-τ2)c(t-τ3)第三径第二径第一径带DLL的相关器相位旋转延迟均衡本地扩频码信道估计基带输入信号合并相加ΣIΣQ延迟估计时间量(径位置)IQIQ延时估计：通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。大容量◆决定CDMA数字蜂窝系统容量的基本参数有：处理增益、Eb/No、通话占空比、频率复用效率、小区扇区数。1、处理增益：处理增益越大，系统抗干扰越好、容量越大，为21dB；2、Eb/No：目前CDMA系统中要求的Eb/No为6dB；3、通话占空比：通话占空比是一个统计数字，小于35%，CDMA系统采用话音激活技术，而其它系统没有，仅此就比其它系统增加容量约1倍；4、频率复用效率：在CDMA中，由于它的宽带信道在每个小区中都能复用，所以频率复用效率几乎为1，而其它窄带系统一般为1/7；5、小区扇区数：在CDMA中，由于不同的扇区也可以使用相同频率，所以小区容量将随着扇区数的增大而增大。一般对于一个三扇区小区来说，容量比全向小区增大2.5倍左右。◆CDMA数字蜂窝系统容量的计算：Npole=1+=41（全向）=35（单扇区/三扇区型）其中：Npole为反向链路，单载频单扇区极限用户数量处理增益：10log(W/Rb)=10log(1.2288MHz/9.6KHz)=21dBVAF为语音激活系数，常取0.4Beta为其它扇区对本扇区的干扰因子，此值通过计算机仿真得出，在系统负载为57%的情况下：全向=0.6;扇区型=0.85Eb/No为能噪比，是决定基站反向容量的主要因素；是指一个基站为了实现良好话音质量和误帧率(FER),而采用的平均Eb/No,常取5.01(7dB)。建议系统负载=57%，可得反向链路容量:全向23channels，20channels/sector。W/RbVAF（Eb/NO）*(1+Beta)软容量◆用户数和服务级别之间有着灵活的关系。例如运营商可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，便可增加可用信道数。◆小区呼吸功能：各小区的覆盖功能是动态的，当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到邻小区。使负荷分担，即相当于增加了容量。这种功能用在切换时，在防止由于缺少信道导致通话中断方面特别重要。在模拟系统和数字TDMA系统中，如一时缺少信道，通话必须等待信道出现空闲，否则会造成切换的中断。然而在CDMA系统中，通过稍微降低用户通话质量，可以保证通话的继续进行，等到目标小区负荷减轻时，通话质量再恢复正常。◆小区呼吸功能：各小区的覆盖功能是动态的，当相邻两小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不足，切换到邻小区。使负荷分担，即相当于增加了容量。CDMA系统技术演进CDMAone→CDMAone→cdma2000-1X（Is-95A）（Is-95B）Is-95A最高速率：14.4KbpsIs-95B最高速率：64Kbpscdma20001X最高速率：614kbps（向用户提供速率：9.6,19.2,38.4,76.8,153.6Kb/s)cdma20001XEV-DO最高速率：2.4Mbpscdma20001XEV-DV最高速率：5.2Mbps1Cdma2000-1XEV-DOCdma2000-1XEV-DVCDMA技术演变CDMA800Is-951x基站及天馈系统BTS/GPSTX/RX2RX120W880MHz870MHz37781191602012422831.23MHzF835MHz825MHz1.23MHzFTX-RX=45MHz上下行均为码分多址：CDMA上下行为频分双工：FDD下行频段870-880MHz上行频段825-835MHzCDMA20001xEV-DO基站及天馈系统NodeBGPS天线GPSTX/RX2RX120WEV-DO中的DO为Dataonly，意为仅仅下行数据传送880MHz870MHzTX1TX2TX3TX4TX5TX6TX71.23MHzF835MHz825MHzRX1RX2RX3RX4RX5RX6RX71.23MHzFTX-RX=45MHz下行时分多址：TDMA（为传送数据特殊的时分多址）上行码分多址：CDMA（同CDMA20001x结构）上下行收发双工：FDD（频分双工同CDMA800）下行频段上行频段CDMA20001x同CDMA800IS-95EV-DO•EV-DO技术是cdma20001x技术向提高分组数据传输能力方向的演进，它是在独立于cdma20001x的载波上向移动终端提供高速无线数据业务，不支持话音业务。•EV-DO的主要特点是提供高速数据服务，每个CDMA载波可以提供2.4576Mbit/s/扇区的前向峰值吞吐量。前向链路的速率范围是38.4kbit/s-2.4576Mbit/s，反向链路的速率范围是9.6-153.7kbit/s。反向链路数据速率与cdma20001x基本一致，而前向链路的数据速率远远高于cdma20001x。•EV-DO前向始终以最大功率发射，确保前向始终有最好的信道环境。导频信道寻呼信道同步信道业务信道总功率未用的余量时间IS-95/1x上限基站发射功率上限基站发射功率用户数据导频突发时间1slot空闲时隙激活时隙1xEV-DO1xEV-DO与IS-95/1x前向链路的对比前向链路物理层特点CDMA2000-1X组网PDSNMSBTSBSCPCFHAIPAAAVLRMSC/S