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移动通信系统,移动通信系统,无线传播理论,天 线,GSM系统介绍,移动通信系统,前言 当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高工作的效率和经济效益。,移动通信系统,移动通信系统简介1.1 移动通信简史1.2 移动通信特点1.3 移动通信分类1.4 工作方式1.5 多址技术1.6 蜂窝技术1.7 频段划分,移动通信系统,1.1 移动通信简史1897 年，马可尼首次完成无线通信实验。开创了无线通信的先河。1978 年，美国贝尔实验室研制成功了先进移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信系统。而其它工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信网。这是第一代移动通信系统。其代表有美国的AMPS系统和后来的改进型系统TACS，以及NMT 和NTT。第一代移动通信系统为频分复用的模拟模拟通信系统。八十年代中期开始。欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。这是第二代移动通信系统。第二代移动通信系统是数字蜂窝移动通信系统，其典型代表是美国的DAMPS 系统、IS-95和欧洲的GSM系统。,移动通信系统,1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS和IS-95B。移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）于1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS，Future Public Land Mobile Telecommunication System），1996年更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000），意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kbps，预期在2000年左右得到商用。主要体制有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。1999年11月5日，国际电联ITU-RTG8/1第18次会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范”建议，其中我国提出的TD-SCDMA技术写在了第三代无线接口规范建议的IMT-2000 CDMA TDD部分中。,移动通信系统,1.2 移动通信特点电波传播条件复杂噪声和干扰严重多卜勒效应移动性系统和网络结构复杂频带利用率高、设备性能好保密性,移动通信系统,1.3 移动通信分类移动通信有以下多种分类方式：按使用对象：民用设备和军用设备 按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA按业务类型：电话网、数据网、综合业务网按覆盖范围：宽域网和局域网按工作方式：同频单工、异频单工、异频双 工、半双工按服务范围：专用网和公用网按信号形式：模拟网和数字网,移动通信系统,1.4 工作方式无线通信的工作方式可分为单向通信方式和双向通信方式两大类别 双向通信又分为单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三种。,移动通信系统,单向通信方式单向通信方式就是通信双方中的一方只能接收信号，而另一方 只能发送信号，不能互逆。收信方不能对发信方直接进行信息 反馈。陆地移动通信系统中的无线寻呼系统就采用这种工作方 式。如BP机，只能收信而不能发信。,移动通信系统,双向通信方式（1）单工通信方式 单工通信方式所谓单工通信就是指通信的双方只能交替地进行发信和收信，不能同时进行,移动通信系统,（2）双工通信方式 双工通信方式所谓双工通信就是指移动通信双方可同时进行发信和收信。,移动通信系统,（3）半双工通信方式 半双工通信方式这种通信方式与双工通信相类似。其中一方使用双频双工通信方式，另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“按讲”开关。,移动通信系统,1.5 多址技术多址技术即多用户共用公共的通信线路。目前有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。各种多址技术,移动通信系统,频分多址（FDMA）频分多址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。,移动通信系统,时分多址（TDMA）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。,码分多址（CDMA）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。,移动通信系统,移动通信系统,1.6 蜂窝技术移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站提供比较大面积的服务范围的方式叫做大区制。采用多个小功率的基站提供大容量的服务范围的方式称之为小区制或微小区制。蜂窝技术是提高频率利用率，扩大系统容量的一种技术。,移动通信系统,频率复用的概念频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统 中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用 相同频率的信道。频率复用系统若设计得不好则可能会因相同信道公共使用而引 起同道干扰。,移动通信系统,频率复用方案 在空间域上的频率复用可分为两大类：1、两个不同的地理区域里配置相同的频率。2、在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种方案用于蜂窝系统中。,移动通信系统,一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为K个 频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数，如下图所 示：小区复用方式,移动通信系统,频率复用距离 频率复用距离D由下式确定：其中，K是频率复用模式。则D=3.46R K=4D=4.6R K=7,移动通信系统,1.6 频段划分我国移动通信使用频段的规定如下150 MHz：138 MHz149.9 MHz；150.05 MHz167 MHz（无线寻呼业务）450 MHz：403 MHz420 MHz；450470 MHz（移动业务）800 MHz：806 MHz821 MHz；851 MHz866 MHz（集群移动通信）825 MHz835 MHz；870 MHz880 MHz（蜂窝移动业务）900 MHz：885 MHz915 MHz；930960 MHz（蜂窝移动业务）,移动通信系统,中国民用蜂窝通信使用的频段具体安排如下：中国移动GSM：885 MHz909 MHz/930 MHz954 MHzDCS：1710 MHz1725 MHz/1805 MHz1820 MHz中国联通CDMA：825 MHz835 MHz/870 MHz880 MHzGSM：909 MHz915 MHz/954 MHz960 MHzDCS：1745 MHz1755 MHz/1840 MHz1850 MHz,无线传播理论,在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直 到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研 究、了解和据此进行的场强预测。因此，无线传播理论是进行系统工程设计与研究频谱有效利 用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。,无线传播理论,1.无线传播基本原理无线电波通过如下方式从发射天线传播到接收天线：第一种方式即直达波。由于沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信，如图(a)。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），如图(b)。第二种方式即地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过地球表面到达接收机。这三种的表面波见图（c）。第三种方式即对流层反射波。这种波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲，如图(d)。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。,无线传播理论,第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，如图(e)。这种传播用于长距离通信。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式，即地波传播方式。,无线传播理论,无线传播理论,在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因：第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型：第一种是FCC建议的模型；第二种设计模型由Okumura提供。但覆盖边界应考虑实际经验结果。,无线传播理论,2.无线传播环境1）频段划分介绍无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。对于移动通信来讲，我们只关心3003000MHz 的UHF（Ultra High Frequency）的频段。2）快衰落与慢衰落在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象，其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落。另外，移动台接收的信号场强也会随着地区位置改变出现较慢的变化，这种变化称为慢衰落。它是由阴影效应引起的，所以也称作阴影衰落。,无线传播理论,3）传播损耗在研究传播时，特定收信机功率接收的信号电平是一个主要特性。由于传播路径和地形干扰，传播信号减小，这种信号强度减小称为传播损耗。以理想全向天线为例。经推导，自由空间（各向同性，无吸收，电导率为零的均匀介质）的传播损耗为：Lp=32.4+20 lgf(MHz)+20 lgd(km)其中，f为频率，d为距离（公里）。,无线传播理论,3.无线传播模型 传播模型是非常重要的。传播模型是移动通信网小区规划的基础。模型的价值就是保证了精度，同时节省了人力、费用和时间。在规划某一区域的蜂窝系统之前，选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰，是一个重要的任务。多数模型是预期无线电波传播路径上的路径损耗的。所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用。确定某一特定地区传播环境的主要因素有：自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；人工建筑的数量、高度、分布和材料特性；该地区的植被特征；天气状况；自然和人为的电磁噪声状况。另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。,无线传播理论,在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同。根据无线网络规划的需要，我们一般将无线传播模型分为两类：室外传播模型和室内传播模型。常用的模型如下表所示：,无线传播理论,无线传播理论,4.多普勒效应 在移动通信中信号的相位不断变化，产生附加频移，这种频移称为多普勒效应。在GSM系统中多普勒效应引起频率变化的关系可以通过下面的公式给出：若基站为频率源f，则基站接收到的频率f为f=f(1v/c)式中：v为MS的移动速度，c为空中信号传播速度（设为3108m/s）。当MS向基站方向移动时取“+”号，远离基站时取“-”号。若MS为频率源f，则基站接收到的频率f为f=f/(1u/c)式中：u为MS的移动速度，c为空中信号传播速度（设为3108m/s）。当MS向基站方向移动时取“-”号，远离基站时取“+”号。,无线传播理论,5.菲涅尔区 从发射机到接收机传播路径上，有直射波和反射波，反射波的电场方向正好与原来相反，相位相差180度；如果天线高度较低且距离较远时，直射波路径与反射波路径差较小，则反射波将会产生破坏作用。另外，直射波与反射波路径差为，带来的相位差为,ht、hr分别表示发射机和接收机离地面的高度，d为发射机到接收机间的水平距离，如图：,无线传播理论,忽略从发射点通过地波传播到达接收机的一部分信号（该信号在超高频和甚高频段可以忽略不计），则总的接收场强和自由空间场强（单位为V/m）的比值的平方为：这个式子表明，设n为自然数，当为（2n1）时，可产生6dB的的信号功率增益；而当为2n 时，两路信号相互抵消。这个角度的变化可能是由于天线高度、传播距离的变化或者两者共同作用所引起的。仿真结果还表明，当d小于 时，/2大于/2，此时所得增益的大小随移动台向基站靠拢而摆动；当d大于 时，/2小于/2，移动台远离基站移动时增益无摆动。实际传播环境中，如果直达路径跳过起伏不平的地形及地表的建筑物，则反射波会对直射波产生积极作用；否则就有可能成为具有破坏性的多径干扰，且破坏作用随频率增高而变大。因此应该将基站的天线建得尽可能离地面高。,天 线,天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。1、天线的方向性 天线辐射电磁波具有方向性，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。天线方向性：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。,天 线,根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：,E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。,天 线,无线电波的传播示意图：,当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。,天 线,2、波瓣零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向间的夹角。副瓣电平：副瓣与主瓣最大值之比，通常用dB表示。后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。前后比：等距线上，主瓣和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（First Upper Side Lobe Suppression）。与之相反，在主瓣与第一下副瓣之间的第一下零点方向的功率密度非常的低，常会产生天线下面信号很弱甚至无法通话的现象，所以我们有会对这部分的信号做增强处理：第一下零点填充（First Down Null-Fill）。,天 线,天 线,3、天线的增益Gi定义：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线在该方向上的功率密度之比(单位dBi)。有时也以无耗半波振子的增益系数(1.64)作比较标准，记为Gd(单位dBd)。或天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值。显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。由此可以看出，天线的高增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。,天 线,4、天线的下倾角与方向图在实际工程中我们常常遇到需要调整天线的下倾角的情况。当天线下倾角为0时，覆盖的区域较大，使各个小区之间的覆盖重叠区较大，为减小天线的覆盖区我们会采用减小基站输出功率或增大天线下倾角的方式。当覆盖区比基站地势低时，天线需要作下倾处理。以下图纸为没有下倾、电调下倾和机械下倾情况下方向图在地面上的映像图：,天 线,同时，不同的下倾角还会导致天线方向图的改变。,天 线,通过两副图的比较，我们可以发现：在下倾角为06时，电调和机械下倾角天线的方向图区别不大；下倾角大于6后，电调下倾角天线的方向图基本保持了原有方向图的结构，机械下倾天线的方向图发生严重的变形，在原中心覆盖方向信号覆盖非常近，而在侧向覆盖距离较远。由此可知，天线机械下俯角度不应过大，否则主瓣将会严重变形。在需要较大下倾时，我们可以改用垂直波瓣宽度较大的天线进行覆盖，以弥补下倾角不足的问题。,天 线,5、天线的极化天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化，即时变电磁场矢量端点运动轨迹的形状、取向和旋转方向。根据电场矢量端点呈直线、圆形和椭圆形，天线的极化可分为线极化（水平、垂直以及）、圆极化和椭圆极化（左旋、右旋）三种。一般我们使用的天线采用的是线极化方式。,垂直极化,+45度极化,双极化,双极化,45度极化,水平极化,天 线,为了实现不同方向的极化，天线在天线单元的排列方式上做了一定的处理。半波振子安装方向于极化方式相同。（eg：当半波振子垂直安装时，天线为垂直极化方式）。不同极化方式的信号之间由于传播方式的不同而使相互之间有一定的隔离效果。在理想情况下垂直极化和水平极化方式之间的隔离度达到30dB。,但是在实际条件下天线在预定极化方式发射的同时还会进行其交叉极化方向的发射。所以在一般环境下我们作测试时会发现垂直极化和水平极化之间的隔离度只有2426dB。,天 线,6、分集在移动通信系统中，移动台工作在复杂的地理环境中，移动的方向和速度是任意的、发送的信号经过附近各种物体的反射、散射等而形成多路径传播，使得到达接收机的信号往往是多个幅度和相位各不相同的叠加，从而形成快衰落。同时还有慢衰落，慢衰落的信号电平起伏相对较缓。分集接收就是克服各种衰落，提高系统性能的一种技术：把接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将这些信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能力最大。对数字系统，可使接收端的误码率最小，对模拟系统，可提高接收端的信噪比。,天 线,空间分集：是利用多副天线来实现的。在发射端用一副天线发射，而在接收端用多副天线接收。接收端天线之间的距离大于810个工作波长，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，即：当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度最大、信躁比最佳的一路，得到一个总的接收天线的输出信号，从而降低了信道衰落的影响，改善传输的可靠性，在FDMA、TDMA、CDMA中都有应用。极化分集：在移动通信信道中，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关的衰落特性，利用这一点，在发端同一地点装上垂直极化和水平极化两副天线，在收端同一地点装上垂直极化和水平极化两副天线，就可以得到两路衰落特性互不相关的极化分量。极化分集实际上是空间分集的特殊情况。这种方法的优点是结构紧凑、节省空间、缺点是由于发射功率要分配到两副天线上，将有3dB的信号功率损失。现在常用的双极化天线可克服这一缺点。,天 线,、天线驻波比 天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。驻波比的定义：Umax馈线上波腹电压；Umin馈线上波节电压。s为频率驻波比，r为反射系数，为回波损耗。驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收（辐射），产生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。,天 线,8、常用天线的分类根据适用的环境，我们将天线分为室内天线和室外天线 常用的室内天线有全向吸顶天线和平板天线。常用的室外天线有全向玻璃钢天线、定向抛物面天线、角反射天线、定向板状天线、八木天线和短背射天线等。全向玻璃钢天线具有覆盖范围广的特点，其波瓣为360角，常用于小型村庄等需要全向覆盖的地方，天线置于要求覆盖区域的中心。定向抛物面天线前后比较大，隔离效果好，可作为施主天线引入信号用，也可作为重发天线对较长的狭窄地段进行覆盖，如高速公路等。角反射天线前后比较大，隔离效果好，可作为施主天线引入信号用，也可作为重发天线对较长的狭窄地段进行覆盖，如高速公路等。,天 线,定向板状天线前后比较大，隔离效果好，可作为重发天线对较长的狭窄地段进行覆盖，如高速公路等。八木天线因其波瓣较窄，占用横向空间较小，常作为重发天线对狭窄地段进行覆盖，如电梯井道和小段公路或铁路等。但其增益一般不超过14dB，且前后比较差，不适合用作施主天线。短背射前后比较大，可获得较大的隔离度。方向性强，波瓣宽度较窄可减少对施主基站以外基站下行信号的增益，减少对施主基站以外基站上行信号的干扰，是优良的施主天线，也可作为重发天线对较长的狭窄地段进行覆盖，如高速公路等。,GSM系统介绍,GSM系统是一种典型的开放式结构，作为一种面向未来的通信系统，它具有下列主要的特点：）GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都能有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互连。同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与各种公用通信网实现互连互通。）GSM系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN相关的各种业务。）GSM系统采用FDMA/TDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率高，同时它还具有灵活方便的组网结构，可以满足用户的不同容量要求。）GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求。）GSM系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。,GSM系统介绍,接下来在第三章中将会详细介绍GSM系统,CDMA 简介,CDMA码分多址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。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。两大突出优点：一是系统抗干扰能力增强；二是系统容量增大。,CDMA 简介,1、CDMA的基本概念CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。各个用户的码序列之间的互相关性很小，故用户的接收机对可以对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。所传信号的带宽Bt与信息带宽Bi之比称为扩频系统的处理增益Gp=BtBiCDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、跳频扩频（FH）、跳时扩频（TH）和复合式扩频。,CDMA 简介,2、CDMA蜂窝移动通信网的特点 1）系统容量大：理论上CDMA移动网比GSM要大45倍。2）系统容量的灵活配置：CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率。我们打个比方，将带宽想象成一个大房子。所有的人将进入唯一的大房子，如果他们使用完全不同的语言，就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。屋里的空间可以比作宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户。,CDMA 简介,3）通话质量好：声码器可动态调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。4）频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。,CDMA 简介,3、CDMA系统关键技术介绍 1）功率控制技术：（1）反向开环功率控制。移动台根据在小区中接收功率的变化，调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。（2）反向闭环功率控制。其目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。（3）前向功率控制。基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。2）PN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。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。,CDMA 简介,3）RAKE接收技术：发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到各种不同障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这就是RAKE接收机的基本原理。4）软切换技术：移动台与两个基站同时连接时进行的切换称为软切换。软切换的原理如下：移动台在上行链路中发射的信号被两个基站所接收，经解调后转发到基站控制器（BSC），下行链路的信号也同时经过两个基站再传送到移动台。移动台可以将收到的两路信号合并，起到宏分集的作用。因为处理过程是先通后断，故称为软切换，而一般的硬切换则是先断后通。更软切换则指的是一个小区内不同扇区问的软切换。,CDMA 简介,CDMA 简介,5）话音编码技术：目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。13bit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。,CDMA 简介,4、CDMA系统网络结构介绍1）网络参考模型如下图所示，CDMA网络参考模型与GSM网相似，定义了网中的功能实体和相互间的接口。,CDMA 简介,MSC 移动交换中心HLR 归属位置寄存器VLR 拜访位置寄存器 AC 鉴权中心MC 短消息中心 SME 短消息实体PSTN 公用交换电话网 MS 移动台EIR 设备识别寄存器 BS 基站系统OMC 操作维护中心IWF 互连功能,CDMA 简介,2）CDMA系统信道类型前向信道（基站移动台）CDMA蜂窝移动通信系统中，每个小区共有64个前向信道，分别由Walsh函数序列0至序列63提供正交隔离。他们分为四种类型：Pilot（导频）、Sync（同步）、Paging（寻呼）和Forward Traffic（前向话音）信道。反向信道（移动台基站）CDMA系统中，每个小区内的反向信道分为两类：Access（接入）和Reverse Traffic（反向话音）信道。,CDMA 简介,、CDMA系统信令介绍1）位置登记移动台的通过登记过程向基站报告当前的位置、状态、识别参数、加密参数等信息，这有助于基站及移动电话交换中心对移动台进行定位，准确寻呼移动台及接收其呼叫。位置登记有多种类型：上电登记、受命登记、隐含登记和话音信道登记，基站可以灵活地有选择性地使能某些登记类型，做到既准确、及时，又不过多地加重信道的工作负荷。）功率控制为克服CDMA系统所持有的远近效应，达到高的系统容量和好的通信性能，CDMA蜂窝移动通信网在话音信道中采用了功率控制技术。由于基站受阻塞的可能性及受影响程度远大于移动台，因此，反向通道功率控制的精度、速度及动态范围都应大于前向通道。反向通道功率控制反向通道功率控制分为开环和闭环两种。其目的是使所有移动台发射的信号功率在到达基站接收点时为一个常值。开环工作时，移动台对基站的Pilot导引信号的功率进行测量，并据此调整自己的发射功率。,CDMA 简介,前向通道功率控制前向通道功率控制的目的，是在不影响正常进行的前提下，尽可能地降低基站话音信道的发射功率，以减小信道间的串扰以及对邻近小区的干扰，提高系统的性能和容量。前向话音信道功率控制的过程是：首先，基站的发射功率从一个初值不断地小幅向下调整，使移动台接收的信号功率逐渐下降；当移动台发现收到的信号的误码串高于预设的门限时，就通过反向话音信道中的POWER Measurement Message（功率测量报告）信令向基站汇报；基站根据移动台汇报的误码率，提高前向话音信道的发射功率，随后，基站再次小幅降低自己的发射功率，重复这一过程。,CDMA 简介,）越区切换当移动台在通话过程中从一个小区运动到另一个小区时，其通信链路就要从原小区基站转移到新的小区基站，并保持通话，这就是所谓的越区切换。由于CDMA蜂窝网采用小区制，因此越区切换在系统中非常频繁。空闲态下越区切换空闲态下的移动台，仍在监测基站的Pilot导引信号。当它发现邻近基站的信号强度足够大时，就发生越区切换。在空闲态下，对每一台移动台而言，所有基站（及其Pilot PN导引伪码序列的偏移）归并成三类；激活类（Active Set）、邻近类（Neighbor Set）和剩余类（Remaining Set）。激活类指移动台当前监测的基站，邻近类由基站信令Neighbor LIST Message指定，是那些有可能成为越区切换的候选基站，邻近类最多包含（5个）基站。剩余类是指所有剩下的、其Pilot PN偏移是PILOT_INC值（由Neighbor LIST Message信令规定）整数倍的基站。空闲态下，移动台用一窗口（指Pilot PN偏移大小）来搜寻激活类、邻近类、剩余类内的各基站Pilot信号，一旦发现邻近类或剩余类内的某一基站Pilot信号强度比激活类中的大，就进行越区切换。,CDMA 简介,越区切换的种类 移动台的越区切换按其性质可分为两类：一是软切换。在软切换过程中，新、旧基站采用相同的载波频率及帧偏移，因此，切换并不影响通话的进行。在小区边界的软切换还能提供双链路的通信手段（即移动台同时与新、旧基站保持通信链路），保证了通信质量，体现了CDMA技术的优越性。二是硬切换。硬切换过程中，新、旧基站采用不同的载波频率或帧偏移，因此，切换时需改变移动台的收发频率或帧偏移。,Thank You!,