TZ_BT01_C1_1 移动通讯基本原理 35

TZ_BT01_C1_1移动通讯基本原理中兴通讯学院TD&W&PCS无线团队AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术第二代90年代数字GSMCDMAIS95IS-136PDC数字技术语音业务第三代IMT-2000宽带业务TD-SCDMA移动通信技术发展移动通讯基本原理WCDMACDMA2000HSDPAEVDO多址技术用户对网络容量的需求是移动通信技术发展的根本驱动力！●●●CDMATDMAFDMA移动通讯基本原理多址技术F频率T时间C码道多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质实现各用户之间通信的技术。移动通讯基本原理双工技术上行数据下行数据时分/TDD频分/FDD对于数字移动通信而言，双向通信可以以频率或时间分开，前者称为FDD（频分双工），后者称为TDD（时分双工）。移动通讯基本原理双工技术时分双工的优势无须成对频率资源适合非对称业务上下行特性相同无须射频双工器移动通讯基本原理双工技术1网络不需要严格同步，不依赖GPS2系统运行时没有上下行干扰3网络维护、优化相对简单频分双工FDD的优势移动通讯基本原理各种制式的对比GSMTD-SCDMAWCDMACDMA2000TDD√FDD√√√FDMA√√TDMA√√CDMA√√√移动通讯基本原理第一代无线通信系统蜂窝的概念每载波带宽:25kHz基本物理层技术复用方式:FDMAAMPS:AmericanmobilePhonesystemNMT:NordicmobiletelephoneSystemTACS:TotalAccessCommunicationSystem890915935960MHz1对信道上行下行带宽25kHz/每载波移动通讯基本原理FDMA频分多址接入PowerFrequencyTimeFDMA移动通讯基本原理第二代移动通信系统－GSM蜂窝的概念每载波带宽:200kHz基本物理层技术复用方式:TDMA+FDMA每载波8个时隙网络功能电路交换硬切换2.5G:GPRS2.75G:EDGE一对信道200kHz带宽/每载波时间频率上行下行890915935960MHz移动通讯基本原理TDMA＋FDMA时分＋频分多址接入FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA移动通讯基本原理第三代移动通信－FDD（WCDMA）移动通讯基本原理蜂窝的概念每载波带宽:5Mhz相邻小区可以使用相同频率基本物理层技术复用方式:CDMA+FDMA数字调制(QPSK)一对信道，5MHz带宽/每载波上行下行fCDMA＋FDMA码分＋频分多址接入FrequencyCDMAPowerTime码1码2码3码4SF=1SF=2SF=4c1,1=(1)c2,1=(1,1)c2,2=(1,-1)c4,1=(1,1,1,1)c4,2=(1,1,-1,-1)c4,3=(1,-1,1,-1)c4,4=(1,-1,-1,1)C8,1C8,2C8,3C8,4移动通讯基本原理第三代移动通信－TDD(TD-SCDMA)蜂窝的概念每载波带宽:1.6MHz相邻小区可以使用相同频率基本物理层技术复用方式:TDMA+CDMA+FDMA＋SDMA每时隙有16个码道数字调制(QPSK)1,6MHz/每载波ft下行上行移动通讯基本原理TDMA＋CDMA＋FDMA＋SDMA0上行+下行频点F1时隙1…6TDMACDMAFDMASDMATDDDwGPUp123456SF=1SF=2SF=4c1,1=(1)c2,1=(1,1)c2,2=(1,-1)c4,1=(1,1,1,1)c4,2=(1,1,-1,-1)c4,3=(1,-1,1,-1)c4,4=(1,-1,-1,1)C8,1C8,2C8,3C8,4码树移动通讯基本原理扩频通信的定义扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。CDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。移动通讯基本原理扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论基础为Shannon定理：C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/sB：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.扩频通信的理论基础移动通讯基本原理fS（f）f0扩频前的信号频谱信号S（f）ff0扩频后的信号频谱信号S（f）ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS（f）f0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号窄带干扰宽带干扰扩频通信示意图移动通讯基本原理高速扩频序列低速信号TX解调信号RX高速扩频序列扩频信号扩频码速率：1.28Mc/s；扩频码：OVSF码。直接序列扩频通信移动通讯基本原理直接序列扩频示意用户数据＝-1+1-1-1+1-1扩频码＝+1-1-1+1-1+1+1-1扩频信号＝用户数据×扩频码解扩数据＝用户数据×扩频码＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1＋1－1解扩扩频移动通讯基本原理码序列的正交－累加为0表示正交码序列的正交性移动通讯基本原理Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是＋1和－1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。信道化码CDMA扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。移动通讯基本原理SF=1SF=2SF=4Cch,1,0=(1)Cch,2,0=(1,1)Cch,2,1=(1,-1)Cch,4,0=(1,1,1,1)Cch,4,1=(1,1,-1,-1)Cch,4,2=(1,-1,1,-1)Cch,4,3=(1,-1,1,-1)OVSF：OrthogonalvariablespreadingfactorOVSF-正交可变扩频因子移动通讯基本原理扩频通信的特点抗干扰能力强保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽移动通讯基本原理功率控制如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA系统中某个用户信号的功率较强，对该用户被正确接受是有利的，但却会增加对共享的频带内其它的用户的干扰，甚至淹没有用信号，结果使其它用户通信质量劣化，导致系统容量下降。为了克服远近效应，必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，这就是“功率控制”。移动通讯基本原理功率控制CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。因此，在CDMA系统的反向链路中引入了功率控制，通过调整用户发射机功率，使信号到达基站接收机的功率相同，且刚刚达到信干比要求的门限值，同时满足通信质量要求。通过调整，各用户不论在基站覆盖区的什么位置和经过何种传播环境，都能保证各个用户信号到达基站接收机时具有相同的功率。在实际系统中，由于用户的移动性，使用户信号的传播环境随时变化，致使每时每刻到达基站时所经历的传播路径、信号强度、时延、相移都随机变化，接受信号的功率在期望值附近起伏变化。移动通讯基本原理切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等切换原因切换概念在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要进行的信道切换称为切换切换无线测量、网络判决和系统执行切换步骤切换移动通讯基本原理硬切换硬切换：在早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）移动通信系统中采用这种越区切换方法。当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通信，然后再改变载波频率与新的基站建立通信。移动通讯基本原理软切换而在软切换过程中，UE先建立与NodeB2的信令和业务连接之后，再断开与NodeB1的信令和业务连接，即UE在某一时刻与2个基站同时保持联系。移动通讯基本原理软切换优点：软切换过程不丢失信息，不中断通信，由于减少了同频干扰，增加系统容量。解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题,减少了干扰。缺点：软切换的基础是宏分集，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消。移动通讯基本原理接力切换概念接力切换(BatonHandover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。移动通讯基本原理UE收到切换命令前的场景：上下行均与源小区连接UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换接力切换工作流程移动通讯基本原理接力切换优点接力切换优点：与通常的硬切换相比，接力切换除了要进行硬切换所进行的测量外，还要对符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保持。接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。上行预同步的技术在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。移动通讯基本原理接力切换优点与软切换相比，都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法、以及较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成功率低的缺点。移动通讯基本原理