中国矿业大学工程数学课后答案

第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1概述一.简介CDMA2000(3XRTT)IS-95ACDMA2000(1XRTT)IS-95BGSMGPRSTSMEDGETD-SCDMACDMAWCDMA(UTRAFDD)GSM基于IP的骨干网2G3G3G2GCDMAone2.75G第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）CDMA是码分多址的英文缩写（CodeDivisionMultipleAccess），它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）CDMA移动通信系统的发展•第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。•美国高通公司（Qualcom）更新成为商用蜂窝电信技术。•1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。•在中国，1999年4月，国务院批准中国联通统一负责中国CDMA网络的建设、经营和管理。2000年9月，国家发展计划委员会、信息产业部下发了《关于启动CDMA移动通信网络建设有关事项的通知》，中国联通CDMA网络建设计划正式启动。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）•中国联通CDMA网络建设的基本思路是：以增强型IS-95A系统为基础，用一年时间迅速建成覆盖全国300个以上重要城市和地区，网络规模达1500万户左右的CDMA网络。该网络能够支持国际漫游、UIM卡方式（机卡分离），具备基本的智能网业务（如预付费业务），支持移动互连网和数据服务的接入方法，并可在升级软件和仅更换信道板方式下向cdma2000-1X系统演进。在以增强型IS-95A系统实现网络规模覆盖的同时，选择部分重要城市建设cdma2000-1X系统商用试验网，及时开展适应144kbit/s速率的各种新业务，配合各种CDMA新型手机，使CDMA网络一推出就是覆盖广阔、网络质量良好、手机精美、业务新颖的精品网络。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）可以提供提供的业务：除基本的业务外，还提供基于移动数据和短消息的无线上网、移动秘书、电子商务/移动购物、财经／黄页／交通信息、移动办公自动化系统、可视电话、定位服务、娱乐信息广播／点播、网上下载音乐、图片传递和基于移动智能网的缩位拨号、内部广播、移动会议系统等新业务。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）CDMA和GSM的比较•CDMA是移动通信技术的发展方向。•在2G阶段，CDMA增强型IS-95A与GSM技术体制基本处于同一体制；•在2.5G阶段，cdma2000-1.xRTT（无线传输技术）与通用无线分组技术GPRS相比，在传输速率及承载业务上更先进；•在从2.5G到3G的过渡阶段，cdma2000-1.x向cdma2000-3.x过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1.1码分多址的特征在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的，而是用各不相同的编码序列来区分的。换句话说，是靠信号的不同波形来区分的。如果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信号中选出其中使用预定码型的信号。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输可以使用不同的频率，即通常所谓的频分双工(FDD)；也可以使用不同的时帧，即通常所谓的时分双工(TDD)。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）码分多址蜂窝通信系统的特征如下：(1)根据理论分析，CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的通信容量。这个问题将在下面介绍。(2)CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍微降低)，而不会出现阻塞现象。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）(3)CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。即在过区切换的起始阶段，由原小区的基站与新小区的基站同时为过区的移动台服务，直到该移动台与新基站之间建立起可靠的通信链路后，原基站才中断它和该移动台的联系。CDMA蜂窝系统的软切换功能既可以保证过区切换的可靠性(防止切换错误时反复要求切换)，又可以使通信中的用户不易察觉。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）(4)CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术，以提高系统的通信容量。这个问题在下面还要介绍。(5)CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1.2CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制1.CDMA蜂窝通信系统的多址干扰蜂窝通信系统无论采用何种多址方式，都会存在各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况：一是基站在接收某一移动台的信号时，会受到本小区和邻近小区其他移动台所发信号的干扰；二是移动台在接收所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站向其他移动台所发信号的干扰。图8-1是两种多址干扰的示意图。其中，图(a)是基站对移动台产生的正向多址干扰；图(b)是移动台对基站产生的反向多址干扰。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）图8-1CDMA蜂窝系统的多址干扰(a)(b)第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）2.CDMA蜂窝通信系统的功率控制CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突出的问题，它主要发生在反向传输链路上。移动台在小区内的位置是随机分布的，而且是经常变化的，同一部移动台可能有时处于小区边缘，有时靠近基站。如果移动台的发射机功率按照最大通信距离设计，则当移动台驶近基站时，必然会有过量而又有害的功率辐射。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）(1)反向功率控制。反向功率控制也称上行链路功率控制。其主要要求是使任一移动台无论处于什么位置上，其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。(2)正向功率控制。正向功率控制也称下行链路功率控制。其要求是调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区中的任何位置上，收到基站的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1.3IS-95CDMA蜂窝系统的工作频率双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会(FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频段。移动台向基站的传输频段是824～849MHz,基站向移动台的传输频段是869～894MHz。允许CDMA蜂窝系统占用的频段如表8–1（略）所示。在CDMA蜂窝通信系统中，为了实现双工通信，正向传输和反向传输可以使用不同的频率，即通常所谓的频分双工(FDD)；也可以使用不同的时帧，即通常所谓的时分双工(TDD)。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1.4IS-95CDMA蜂窝通信系统的时间基准在数字蜂窝通信系统中，全网必须具有统一的时间标准，这种统一而精确的时间基准对CDMA蜂窝系统来说尤为重要。CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标，GPS的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的，二者之差是秒的整倍数。各基站都配有GPS接收机，保持系统中各基站有统一的时间基准，称为CDMA系统的公共时间基准。移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立时间基准。如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径分量，则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.1.5IS-95CDMA蜂窝系统的话音编码IS-95CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线性预测(CELP)编码算法，也称为QCELP算法。其基本速率是8kb/s，但是可随输入话音消息的特征而动态地分为四种，即8,4,2,1kb/s，可以9.6,4.8,2.4,1.2kb/s的信道速率分别传输。发送端的编码器对输入的话音取样，产生编码的话音分组(Packet)传输到接收端。接收端的解码器把收到的话音分组解码，再恢复成话音样点。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）经过推算，反向传输和正向传输的信道再用效率大致一样。也就是说，作为通信容量的估算公式(8-14)，既可用于正向传输，也可用于反向传输。dGFIERWnbb0//8.2CDMA蜂窝通信系统的通信容量第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）几种蜂窝通信系统的通信容量的比较如下：模拟FDMA系统总频段宽度：1.25MHz(AMPS)频道间隔：30kHz信道数目：1.25×106/(30×103)=41.7每区群小区数：7通信容量：41.7/7=6TDMA系统总频段宽度：1.25MHz频道间隔：30kHz每载频时隙数：3信道数目：3×1.25×106/(30×103)=125每区群小区数：4通信容量：125/4=31.25CDMA系统总频段宽度：1.25MHz扇形分区数：3通信容量：120以n表示通信容量，三种系统的比较结果可以写成［23］n(CDMA)=20n(FDMA)=4n(TDMA)(8-19)第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）8.3IS-95CDMA蜂窝系统的无线传输8.3.1信道组成在CDMA蜂窝系统中，除去要传输业务信息外，还必须传输各种必需的控制信息。为此，CDMA蜂窝系统在基站到移动台的传输方向上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道，在移动台到基站的传输方向上设置了接入信道和反向业务信道。这些信道的示意图如图8-5所示。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）图8-5CDMA蜂窝系统的信道示意图导频信道同步信道寻呼信道正向业务信道反向业务信道接入信道移动台基站第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）1.导频信道导频信道传输由基站连续发送的导频信号。导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，令移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过区切换。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）2.同步信道同步信道主要传输同步信息(还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率)。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。当通信业务量很多,所有业务信道均被占用而不敷应用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）3.寻呼信道寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道(也可以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其他指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一）4.正向业务信道正向业务信道共有四种传输速率(9600，4800，2400，1200b/s)。业务速率可以逐帧(20ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。第8章码分多址(CDMA)移动通信系统（一