CDMA无线个人通信(一)

CDMA无线个人通信(一)2020年2月26日南京邮电大学通信与信息工程学院邵世祥2CDMA无线个人通信个人通信概述无线多址接入技术无线传播与移动信道蜂窝通信原理CDMA通信原理及其性能分析CDMA无线个人通信关键技术第三代移动通信技术3定义个人通信是指任何人在任何时间和任何地点都可以接入通信网，并通过通信网用任何信息媒体及时地与任何人进行通信。两个概念–狭义的个人通信：指数字无绳电话，如PHS，DECT；–广义的个人通信：指各种无线接入的通信业务。–个人通信业务(PersonalCommunicationService，PCS)–个人通信的提出促进了无线接入多址技术的研究，产生了FDMA、TDMA和CDMA等各种多址技术。CDMA无线个人通信是基于CDMA无线多址技术的个人通信个人通信概述4个人通信系统是由多种系统综合而成,各种通信系统各司其职,为用户提供综合业务,如图为个人通信系统网络模型个人通信概述5实现通信个人化的必须解决的问题用户接入的物理手段、个人通信号码和用户接入标准用户接入的物理手段个人通信用户是移动的，可能处于移动状态或者迁移状态。因此，为了满足个人通信的要求，用户接入通信网应采用无线接入方式。无线接入(wirelessAccess)可以在移动用户与固定入口之间建立匹配的接口，称为空中接口(AirInterface)。空中接口由两部分构成，它的固定部分一般称为基站，构成通信网的入口，它的移动部分一般称为手机，由用户个人携带使用。个人通信概述6无线接入方式不同的频谱分配决定于空中传播特性和频谱的使用情况。现在移动通信应用800~900MHz，无绳通信应用1～2GHz等频段，3G系统在2G频段。采用不同的复用方式。当前有三种基本方式：FDMA、TDMA和CDMA。还可以采用复合的复用方式，例如时分与频分结合，码分与频分结合,时分与码分等,这是当前考虑优选的方式。空分多址SDMA利用自适应天线阵运用空间分集机制提高系统容量和性能。采用不同的发送功率，空中接口的工作范围就不同。根据空中接口的工作范围大小，构成了所谓大区制、小区制和微小区制，在室内还构成立体的微区制。个人通信概述7无线接入方式–采用无线接入解决个人移动性问题带来了移动管理问题。–在用户呼叫前，它必须先由核心网络确认用户身份特征，需要进行鉴权。–当用户从一个通信网入口转移到另一个入口时，通信网必须自动登记这个变化，并修改其数据库以便呼叫时能进行确认或跟踪呼叫。个人通信概述8个人通信号码(PCN)–实现个人通信，必须建立个人通信号码，即赋予用户个人一个特定的通信号码，犹如身份证号码；–常用的固定电话号码习惯意义是赋予通信终端一个号码。这种号码与用户个人没有直接联系，不管谁都可以利用它打电话。被叫也只是相应的终端而不涉及用户个人。–这种号码只能解决终端之间的接通而不构成用户之间的直接接通。呼叫只达到电话机而不达到个人。–个人通信号码可以克服上述困难。由于通信网只确认个人通信号码，用户不管在那里打电话，都可以把电话费记在自己的名下。在接收电话时也一样，不管用户在那里都可以通过个人通信号码呼叫他。当然，这种功能需要通信网的智能化来支持。个人通信概述9用户接入标准个人通信中，用户间建立通信的步骤。•用户接入通信网。这个过程包括：用户向通信网入口的基站请求呼叫信道，建立起手机与通信网的连接电路，网络对手机进行移动性管理。•用户向通信网输入被叫个人通信号码，网络进行选路把呼叫路由到被叫端入口基站。•如基站有空闲电路，基站广播对方用户的个人通信号码，并测试对方手机的忙闲状态。•在对方手机处于空闲备用状态时，予机振铃，使用户打开手机，手机进入使用状态。•双方用户可以通信。•通信完毕，有一方挂机，则整个路由的各部分释放，再次处于空闲状态，以便其它呼叫占用。个人通信概述10用户接入标准用户在传送信息信号之前，必须有按一定规则建立路由的过程，即需要有一个规程以便与通信网信令沟通。这就是所谓规约或协议，也称标准。没有这些标准，各层次之间无法对话，路由无法建立，通信就无法进行。各种个人移动通信系统有其不同的标准。通信个人化的含义通信面向个人，建立个人通信号码，以便主叫时进行确认和被叫时进行跟踪之用；无线接入方式，解决个人移动性与通信网固定性的矛盾；智能网的机制，以进行个人移动性管理和处置，不断登记用户移动记录并修改数据库。个人通信概述11结构从个人通信网结构考虑，个人通信网可以分三层，即智能层、运送层和接入层。层间的信息沟通依靠数据网或信令网。个人通信网智能能层数据网运送层接入层业务与网络配置业务与网络控制交换传输有线接入无线接入12智能层包括个人数据库、移动管理和业务控制节点。用于定义业务，存取用户信息数据、管理位置登记和跟踪交换。它还有自诊断和自恢复功能。运送层实质上由公众网或综合业务数字网提供。它完成信令、交换和传输功能。接入网包括有线接入和无线接入，提供用户进网以获得通信服务的功能。接入层需完成各种用户终端的接入和处理各种不同信息媒体。个人通信网结构13移动通信系统第一代移动通信系统(AMPS,TACS)第二代移动通信系统(GSM,IS-95CDMA)第三代移动通信系统(WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA)LTE,LTE-Advance数字无绳电话系统PHS,DECT,CT1,CT2宽带无线接入系统电子电气工程师协会（IEEE）的802.15（无线个域网，WPAN）、802.11（无线局域网，WLAN）、802.16a/e（无线固定接入，FWA）和802.20（宽带无线接入，WBMA）;802.15的WPAN包括蓝牙（Bluetooth）技术和超宽带（UWB）；802.11标准的WLAN也称为WiFi；802.16标准的FWA也称为WiMAX。无线个人通信系统14第一代移动通信系统采用频分多址（FDMA），模拟系统代表系统：美国的AMPS、欧洲的TACS主要缺点•频谱利用率低采用FDMA所致•业务种类有限采用模拟方式所致•无数据业务采用模拟方式所致•保密性差采用模拟方式所致•设备成本高、体积、重量大采用模拟方式所致移动通信标准15第二代移动通信系统（2G）时分多址（TDMA）或窄带码分多址（CDMA），数字系统代表系统：美国的IS－95A（CDMA）、欧洲的GSM（TDMA）、日本的JDC对第一代移动通信系统缺点的改善•频谱利用率提高－提高了2倍（GSM）或10倍（CDMA）•业务种类增加－提供了较丰富的电信业务•窄带数据业务－提供了低速数据业务（最大64Kbit/s）•保密性较好－具有良好的保密性能•减小了设备成本－设备（尤其是终端设备）成本大大降低体积、重量也大大减少移动通信概述16第三代移动通信系统（3G）：IMT2000采用宽带码分多址（CDMA），实现移动宽带多媒体通信IMT2000：2000年，在2000M频段实现2000K的数据通信3G对数据通信速率的要求IMT2000推荐的3种制式：•WCDMA（欧洲）•CDMA2000（美国）•TD－SCDMA（中国）TD－SCDMA：中国的第一个国际通信标准移动通信概述17移动通信系统的发展AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA18LTE移动通信系统LTE与4G概念LTE(LongTermEvolution,长期演进)3G的演进;2004年11月3GPP多伦多会议启动LTE项目。LTE是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术;采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准;4G：IMT-Advance或LTE-A19在20MHz频谱带宽提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，可灵活配置1.4MHz到20MHz多种带宽。LTE主要性能目标20LTE关键技术频谱灵活支持更多的频段灵活的带宽灵活的双工方式（TDD/FDD）先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC-FDMA21移动通信系统的发展22WLAN标准WLAN概念WLAN标准主要包括802.11b、802.11a和802.11g等；802.11b采用2.4GHz频段，可支持11Mbps的共享接入速率；802.11a采用5GHz频段，速率高达54Mbps，采用OFDM（正交频分复用）技术，无障碍的接入距离只有30-50米；802.11g是一种混合标准，既能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织WiFi（WirelessFidelity，无线保真）联盟完成，所以WLAN技术常称之为WiFi。233G与WiFi比较3GWiFi标准3GPP，3GPP2，ITUIEEE802.11多址方式CDMA/FDD、TDDOKK，OFDM频带2GHz，许可证2.4GHz，不要许可证最高速率2Mbps54Mbps业务话音与数据数据与话音覆盖宏蜂窝微蜂窝移动性静止、步行、车载静止、步行频谱利用率(bps/Hz)1.62.7成熟度较好很好终端手机、PDAPC卡商用大量，世界范围大量，世界范围24WiMAX技术简介概述WiMAX技术不断冲击着人们的视野。有人说它将是对3G的一个补充，有人说它将对移动运营网络构成威胁，也有人说它是无线宽带接入的一项技术手段。WiMAX是什么?WiMAX是WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess（全球微波接入互操作性）的简称，它基于IEEE802.16标准，其初衷是提供在城域网多厂商环境下，点对多点的宽带无线接入，因此WiMAX亦常被称为IEEEWirelessMAN（MetropolitanAreaNetwork）。该技术涉及到两个国际组织的工作：IEEE802标准委员会802.16工作组和WiMAX论坛。IEEE802.16工作组是标准的制定者；WiMAX论坛是IEEE802.16技术的推广者。25WiMAX技术简介WiMAX标准演进在IEEE802.16标准系列包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k十个标准。802.16标准于2001年12月发布，对10-66GHz系统的空中接口物理层和MAC层进行了规范。使用的频段较高，仅能应用于视距范围内。802.16d标准于2004年发布，该标准详细规范了2-66GHz系统的空中接口物理层和MAC层，引入非视距传输，引入OFDM技术。同时增加了部分功能以支持用户的移动性。802.16e标准于2006年初发布，该标准规定的系统工作在2-6GHz之间适宜于移动性的许可频段，引入OFDMA技术，在5MHz的信道范围内提供15Mbit/s的速率。在提供高速数据业务的基础上，引入用户端以车辆速度的可移动性，提出支持小区和信道间高层切换能力。26WiMAX应用模式固定接入应用模式固定接入业务是WiMAX基于802.16-2004标准的最基本业务模型。组网模式与现在的点对多点固定无线接入相似。固定无线接入，不支持切