移动通信基本原理[1]课件.ppt

1、移动通信基本原理移动通信基本原理2022-10-4移动通信基本原理1目目 录录三种多址通信方式介绍三种多址通信方式介绍.3CDMA系统主要特点系统主要特点.12 CDMA系统的关键技术系统的关键技术.27CDMA 网络规划网络规划39 CDMA 直放站的引入对搜索窗的影响直放站的引入对搜索窗的影响47 移动通信基本原理1三种多址通信方式移动通信基本原理1三种多址通信方式三种多址通信方式1、FDMA 频分多址2、TDMA 时分多址3、CDMA 码分多址移动通信基本原理1频分多址（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

2、道就是一个通信信道，分配给一个用户。移动通信基本原理1时分多址（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。移动通信基本原理1码分多址（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

3、类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。移动通信基本原理1DS 扩频系统扩频系统（a a）系统的发射端机）系统的发射端机基带数据谱基带数据谱RF谱谱数据波形数据波形扩谱信号波形扩谱信号波形载波调制载波调制TS=1/BTC=N TS=1/WPS=A1 W=A0 B移动通信基本原理1DS 扩频系统扩频系统（b b）系统的接收端机）系统的接收端机(SNR)baseband=(SNR)RFEbBN0BEbN0EcN0WBWB解扩和解调解扩和解调恢复的基恢复的基带数据波形带数据波形干扰干扰滤滤波波解调后的谱解调后的谱接收谱接收谱移动通信基本原理1三种多址技术频域、时域比较三种多址技术频域、时

4、域比较频率频率时间时间频率时间25KHz200 KHz 单个用户/频道 8个用户/较宽频带 多个用户/宽带频道1.23 MHz移动通信基本原理1我国我国CDMA工作频段工作频段移动通信基本原理1CDMA系统主要特点系统主要特点移动通信基本原理1CDMA系统主要特点系统主要特点一、多种形式的分集一、多种形式的分集 六、低功率发射六、低功率发射二、二、CDMA的功率控制的功率控制 七、可变速率声码器七、可变速率声码器三、软三、软 容容 量量 八、保八、保 密密四、大容量四、大容量 九、话音激活九、话音激活=0.4五、软切换五、软切换 十、低值和高冗余度的纠错编十、低值和高冗余度的纠错编码码移动通信

5、基本原理1CDMA系统特点(一)多种分集形式 综合采用多种分集方式，大大降低多径衰落的影响。时间分集采用了符号交织，检错和纠错编码等方法。频率分集本身是1.25MHz宽带的信号，起到了频率分集的 作用。空间分集基站使用两副接收天线，基站和移动台都采用了Rake接收机技术，软切换也起到了空间分集的作用。移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(一一)频率分集频率分集 频率选择性衰落对频率选择性衰落对CDMA影响不大影响不大 上述衰落若对上述衰落若对30KHz带宽的带宽的TDMA信号影响，则用户信号的衰落值为信号影响，则用户信号的衰落值为12dB。一个400KHz带宽12dB的衰落，只影响CDM

6、A频带的1/3。对每个CDMA用户信号的衰落只为0.85MHz/1.25MHz=2dB。0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 0dB-10dB-20dB-30dB 发射信号频谱 接收信号频谱 发射信号频谱 接收信号频谱移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(一一)路径分集路径分集衰落很可能导致信息丢失=低话音质量 利用多路接收机叠加来自不同基站的和反射的信号，从而减轻衰落的影响衰落衰落移动接收机 D/AD/AAudio移动Rake接收机接收机接收机接收机移动通信基本原理1CDM

7、A系统特点系统特点(二二)功率控制功率控制 2.1 功率控制示意图 2.2 反向开环功率控制 2.3 闭环功率控制 2.4 下行链路低速功率控制移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(二二)功率控制功率控制 2.1 功率控制示意图：瑞利衰落瑞利衰落平均路径平均路径损耗损耗所需的平均发射功率所需的平均发射功率发射功发射功率率距距离离在基站接收到的移动台功率在基站接收到的移动台功率所需的平均接收功率所需的平均接收功率距距离离移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(二二)功率控制功率控制 2.2 反向开环功率控制平均输出功率 Tx(dBm)=-平均输入功率平均输入功率Rx(dBm)+偏置功率

8、偏置功率+参数参数偏置功率：-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8dB移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(二二)功率控制功率控制 2.3 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闭环功率控制动态范围24dB移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(二二)功率控制功率控制 2.4 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

9、。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1520ms进行一次调整。下行链路低速功率控制调整的动态范围：6dB移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(三三)软容量软容量 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

10、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。移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(四四)大容量大容量 决定决定CDMA数字蜂窝系统容量的基本参数有：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、E

11、b/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。移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(四四)大容量大容量 CDMA数字蜂窝系统容量的计算：数字蜂窝系统容量的计算：Npo

12、le=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)=21dB VAF为语音激活系数，常取0.4 Beta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=0.85 Eb/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/secto

13、r。W/RbVAF（E b/NO）*(1+Beta)移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(五五)软切换软切换 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。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。移动通信基本原理1CDMA系统特点系统特点(五五)软切换软切换同时与两个或多个基站通信同时与两个或多个基站通信信号强度手机位置小区间小区间“合作合作

14、”小区间小区间“竟争竟争”CDMA其其 他他软切换硬切换移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术 一、功率控制一、功率控制 二、分集技术二、分集技术 三、软切换三、软切换 四、可变速率声码器四、可变速率声码器 五、五、Rake接收接收 六、自适应天线六、自适应天线移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术 前向链路多径前向链路多径/基站分集基站分集移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术 反向链路多径反向链路多径/天线分天线分集集移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术RAKE接收机接收

15、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。移动通信基本原理1CDMA系统的关键技术系统的关键技术RAKE接收机框图接收机框图延时估计：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接收机的不同接接收机的不同接收径上。收径上。移动通信基本原理1CDMA系统中的软切换系统中的软切换切换程序切换程序测量阶段：测

16、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：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：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。移动通信基本原理1CDMA导频集合导频集合 邻域导频集合邻域导频集合 候选导频集合候选导频集合 激活导频集合激活导频集合 剩余导频集合剩余导频集合移动通信基本原理1CDMA系统中的软切换系统中的软切换切换消息切换消息(1)切换消息图：切换消息图：移动通信基本原理1CDMA系统中的软切换系统中的软切换切换消息切换消息(2

17、)(1)导频强度超过T-ADD，移动台发送一个PSMM，并且将导频转向候选导频集合。(2)基站给移动台发送HDM，其中该移动台将导频增加到激活集合中。(3)移动台接收HDM并且得到一个新的业务信道。导频进入激活集合，同时移动台给基站发送HCM。(4)导频强度降低到T-DROP值以下，移动台启动软切换结束记时器。(5)切换结束记时器终止，移动台给基站发送PSMM。(6)基站给移动台发送一个不具有相关导频的HDM。(7)移动台接收到HDM，导频进入邻域集合并且移动台给基站发送HCM。(8)移动台接收一个不包括导频的NLUM。导频进入剩余集合。IS-95IS-95中的切换消息是：中的切换消息是：PS

18、MM：导频强度消息 HDM：切换指示消息 HCM：切换完成消息 NLUM：邻域列表消息上图注解：上图注解：移动通信基本原理1CDMA系统中的软切换系统中的软切换切换参数切换参数移动通信基本原理1CDMA系统中的软切换系统中的软切换上行链路高负载的切换上行链路高负载的切换 移动台当前连接到BTS1，但是要切换到BTS2，因为LOS连接，其路径损耗衰减达到最低。但是在高比特率多媒体用户的上行链路会产生较高的干扰，因此连接到BTS2移动台所需的传输功率，实际上比BTS3高。因此，需要切换到BTS3。移动通信基本原理1CDMA网络规划网络规划移动通信基本原理1CDMA网络规划网络规划详细的网络规划详细

19、的网络规划 1、控制信道功率规划 2、软切换参数规划 3、频间切换规划 4、重叠的网络覆盖分析 5、无线网络测试 移动通信基本原理1CDMA网络规划网络规划详细的网络规划详细的网络规划1、控制信道功率规划：控制信道功率规划：控制信道包括：控制信道包括：导频、同步、寻呼信道。公共导频信道（公共导频信道（W0)：移动台使用导频信道进行连贯解调获得可靠的相位参考，导频信道的发射功率要高于业务信道。通常下行10%15%的功率专门用于导频信道发射。同步信道同步信道(W32)：所载的信息允许移动台确定系统时间与基站导频偏置，为系统接入作准备。寻呼信道寻呼信道(W1W7)：当有输入呼叫时，寻呼信道广播移动台

20、的识别码。移动通信基本原理1CDMA网络规划网络规划详细的网络规划详细的网络规划2、导频污染：导频污染：导频污染：导频污染：导频强度接近的导频数目超过了UE最大激活集数目，不能加入激活集的信号成为干扰。同时导频强度接近，频繁发生激活集更新。通常表现为移动台接收功率好、EC/I0差，前向BER差（下行误码率高）。为了防止导频污染，网络规划必须创建一个存在主导频的小区规划。这可通过可调整的导频功率、下倾天线或增加特定扇区或小区的覆盖等来实现。EC时时间间64i 64j 64k移动通信基本原理1CDMA网络规划网络规划详细的网络规划详细的网络规划4.3 PN偏移规划：偏移规划：在IS-95和CDMA

21、2000中，不同基站和扇区的导频信号是通过相同导频伪噪声（PN）序列的不同相位偏移来区分的。PN混乱：如果两个基站之间的传播延时超出了导频信号的相位偏移，就会出现所谓的PN混乱（见左图）。PN混乱后果：可能因来自另一个基站的干扰太高，或切换到错误的目标小区上而引起掉话。对于在IS95中，码片速率为1.2288Mchip/s。PN偏移指数是64个码片，一个PN偏移指数对应15.6Km的传播距离。1chip=0.813s=0.244m传播时间传播时间移动通信基本原理1CDMA微小区网络规划微小区网络规划 一、拐角效应 二、微小区/宏小区在同一频率上 三、室内规划 移动通信基本原理1拐角效应：当移动

22、台沿着一个拐角移动时，移动台的接收信号电平发生。在拐角后面如果有一个新的基站，移动台接收到的信号强度就会上升得非常快。如果移动台不能足够快地获得新基站，那么增加的干扰就会导致掉话。另一方面，如果新基站不能调节移动台的功率，高的移动台发射功率会闭塞新小区内的所有用户。CDMA微小区网络规划微小区网络规划拐角效应拐角效应移动通信基本原理1室内小区（微蜂窝）与室外小区（宏蜂窝）在同一频率：室内小区（微蜂窝）与室外小区（宏蜂窝）在同一频率：整个小区处于软切换状态。不能获得额外的容量。需要从宏小区到微小区的快速软切换。须细致规划室内分布功率，以防功率外泄室外。室内小区（微蜂窝）与室外小区（宏蜂窝）安排在

23、不同频室内小区（微蜂窝）与室外小区（宏蜂窝）安排在不同频率：率：整个小区处于硬切换状态。可以额外增加容量。CDMA网络规划网络规划室内规划室内规划移动通信基本原理1CDMA直放站的引入直放站的引入对搜索窗的影响对搜索窗的影响移动通信基本原理1直放站对直放站对 CDMA搜索窗的影响搜索窗的影响前向：激活导频集搜索窗 邻域导频集搜索窗 剩余导频集搜索窗反向：反向接入信道搜索窗 反向业务信道搜索窗 移动通信基本原理1激活导频集和业务信道多径搜索窗激活导频集和业务信道多径搜索窗搜索窗宽度搜索窗宽度:2(DB-R+DR+DR-m)-DB-m SRCH-A（单边）：（单边）：113chips 对应的距离差

24、：对应的距离差：27.5km移动通信基本原理1激活导频集和业务信道多径激活导频集和业务信道多径搜索窗搜索窗 直放站的引入通常会增加有效时延扩散；会产生从移动台到BTS的额外多径；有效的额外多径可降低E BTS/I0要求，这是一个优点；搜索窗必须足够大，以至于能“看见”所有强的路径信号成份。如果搜索窗不够宽，强的多径信号成份可能会引起干扰掉话。最大搜索窗长度：226chips(226chips(113chips)113chips)移动通信基本原理1邻域导频搜索窗邻域导频搜索窗搜索窗长度（单边）搜索窗长度（单边）：(D1B-R+DR+DR-m)-D2B-m 考虑移动台搜索速度后，最大单边宽度为：考

25、虑移动台搜索速度后，最大单边宽度为：160chips移动台与两基站的最大距离时延差：移动台与两基站的最大距离时延差：160chips，相当相当39km 距离差距离差。移动通信基本原理1邻域导频集邻域导频集搜索窗搜索窗 用于寻找来自相邻扇区的导频信号；如果搜索窗口太小，不能搜索到所有相邻扇区的导频信号，可能会引起掉话。未搜索到强的相邻扇区信号，可能会因超路径损耗而造成切换失败。未搜索到强的相邻扇区信号，可能会因移动台高发射功率堵塞相邻扇区基站。最大搜索窗长度：452chips(452chips(226chips)226chips)考虑移动台搜索速度后，最大单边宽度为：考虑移动台搜索速度后，最大单

26、边宽度为：160chips移动台与两基站的最大距离时延差：移动台与两基站的最大距离时延差：160chips，相当相当39km 距离差距离差。移动通信基本原理1剩余导频集剩余导频集搜索窗搜索窗 用来搜索除邻区列表以外的其他导频信号。扫描周期长，较难扫描到有用导频信号。网络优化做好后可以将剩余导频集搜索窗设置为0。移动通信基本原理1搜索窗口大小与时延扩展相关搜索窗口大小与时延扩展相关移动通信基本原理1 范围范围 推荐范围推荐范围SRCH-win-A(活动组/候选组)015 57 SRCH-win-N (邻近组)015 713 SRCH-win-N (剩余组)015 优化时713 优化后为0搜索窗口参数搜索窗口参数移动通信基本原理12022-10-4移动通信基本原理1