移動通信第5章CDMA系統(tǒng)

第五章 CDMA系統(tǒng)5.1 概述5.1.1 CDMA的發(fā)展背景 CDMA(Code Division Multiple Access)技術(shù)早已在軍用抗干擾通信研究中得到廣泛應(yīng)用，1989年.11月，Qualcomm(高通)公司在美國的現(xiàn)場試驗證明CDMA用于蜂窩移動通信的容量大，并經(jīng)理論推導(dǎo)其為AMPS（美國模擬系統(tǒng)）容量 的20倍，實際可達(dá)10倍以上。95年香港和美國的CDMA公用網(wǎng)開始投入商用。96年韓國用自己的CDMA系統(tǒng)開展大規(guī)模商用，中國CDMA的發(fā)展也有長期軍用研究的技術(shù)積累，93年國家863計劃已開展CDMA蜂窩技術(shù)研究。94年Qualcomm首先在天津建技術(shù)試驗網(wǎng)。1998年具有14萬容量的長城CDMA商用試驗網(wǎng)在北京、廣州、上海、西安建成，并開始小部份商用。中國聯(lián)通也計劃在廣東、北京、天津、上海等地建CDMA商用試驗網(wǎng)。2001年底前完成的一期工程容量為1515萬用戶，2002年初正式對外放號。CDMA系統(tǒng)容量和話音質(zhì)量較目前其它蜂窩系統(tǒng)（GSM、TDMA、PDC、TACS、AMPS）是最優(yōu)的。CDMA將成為未來一段時間內(nèi)主要的無線接入技術(shù)。W-CDMA較W-TDMA有更多優(yōu)越性，W-CDMA將成為目前各種第二代移動通信系統(tǒng)（GSM、IS-95、PDC等）的交匯點。CDMA發(fā)展緩慢的的主要原因：一是沒有被重視；二是CDMA的蜂窩系統(tǒng)必須具有高速、精確的功率控制要求。功率控制技術(shù)在當(dāng)時的條件下還難以攻破，直到Qualcomm公司解決了這一難題后這一狀況才有所變化。解決功率控制的方案：主要是通過測量移動臺和基站的接收功率，利用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的功率控制方式進(jìn)行功率控制。IS-95：1993年美國Qualcomm公司開發(fā)的CDMA體制，被采納為北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。載頻帶寬為1.25MHz，被稱為窄帶碼分多址(N-CDMA)蜂窩通信系統(tǒng)。W-CDMA：是SCS Mobilcom公司提出的一種寬帶碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)。載頻為5MHz、10MHz和15MHz三種方案，信息傳輸速率可達(dá)144kb/s。W-CDMA系統(tǒng)優(yōu)點：能提供較高的信息傳速率、更強的抗干擾能力，可以同現(xiàn)有的通信系統(tǒng)設(shè)施共存。W-CDMA系受到關(guān)注的根本原因在于可以同現(xiàn)有的通信系統(tǒng)設(shè)施共存。我國目前采用的CDMA標(biāo)準(zhǔn)主要是向美國標(biāo)準(zhǔn)靠攏，以增強型IS-95A系統(tǒng)為基礎(chǔ)，同時結(jié)合我國的實際情況。美國的標(biāo)準(zhǔn)中注重CDMA與AMPS雙模兼容，并兼容了多種CDMA制式；我國只需要其中的一種CDMA制式，目前需與GSM兼容。我國在1999年4月成立了中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組CWTS，其主要目的是加強我國的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作。我國CDMA標(biāo)準(zhǔn)的制訂主要分為三個階段。第一階段主要是建立起我國標(biāo)準(zhǔn)體系的基本框架。目前第一階段的工作已基本完成。第二階段的主要任務(wù)是在第一階段工作成果的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮已建立的基本框架功能，提供更多的功能和業(yè)務(wù)，包含的內(nèi)容有：UIM卡方式（卡機分離）、無線智能網(wǎng)、低速數(shù)據(jù)（14.4kb/s）、短消息及其他一些必要的業(yè)務(wù)。目前所處階段即為第二階段。第三階段面向第三代移動通信，積極開展預(yù)研，參考國際上已有的標(biāo)準(zhǔn)，如IS-95B、IS-2000、IS-2000A等，加強對分組數(shù)據(jù)網(wǎng)、無線智能網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究，并積極介入國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。我國已經(jīng)向國際電信聯(lián)盟遞交了第三代移動通信技術(shù)規(guī)范TD-CDMA標(biāo)準(zhǔn)(由大唐公司)，該標(biāo)準(zhǔn)在1999年11月結(jié)束的世界第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)制訂會上被最終確定為第三代移動通信技術(shù)規(guī)范的系列標(biāo)準(zhǔn)之一。5.1.2 CDMA系統(tǒng)的特點 1.容量大；2.通話質(zhì)量更佳；3.具有“軟容量”的特點；4.具有移動臺扶助的“軟切換”功能；5.采用語音激活技術(shù)；6.采用擴頻技術(shù)，因而具有抗干擾、抗多徑衰落和保密特性；7.頻率規(guī)劃簡單；8.建網(wǎng)成本低；9.“綠色手機”，手機發(fā)射功率200毫瓦以下；10.多種形式分集，時間、頻率和空間分集，分集可以抗多徑衰落；11.功率控制。5.1.3 CDMA的工作頻率Qualcomm:上行 824849 MHz 下行 869894 MHz我國：上行 825835 MHz 下行 870880MHz5.2 CDMA系統(tǒng)容量 FDMA 和TDMA系統(tǒng)提高容量的根本原因:減小頻率再用的距離。影響頻率再用距離的原因：受載干比的限制。模擬蜂窩系統(tǒng)：1/7小區(qū)共用；數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（GSM）：1/4小區(qū)共用；CDMA系統(tǒng)：每小區(qū)可以使用相同的頻率，但存在多址干擾，容量受到限制。CDMA提高容量的根本原因：減少多址干擾。擴頻通信系統(tǒng)的載干比表示為：Eb：信息一比特能量；Rb：信息的比特率；I0：干擾的功率譜密度（每赫干擾功率）W：總頻段寬度（擴頻帶寬）。)15(/00bbbbRWIEWIERIC減少多址干擾的主要技術(shù)：1.話音激活技術(shù)；2.扇區(qū)3.功率控制CDMA提高容量的條件：進(jìn)行功率控制。5.3 信道 CDMA信道混合使用頻分多址和碼分多址技術(shù)。碼分：用正交的沃爾什函數(shù)或PN序列來區(qū)分不同信道。區(qū)分正向信道和反向信道的方法：1.正向信道(基站移動臺):采用正交的沃爾什函數(shù)(Walsh)來區(qū)分不同信道。2.反向信道（移動臺基站):采用長碼PN序列來區(qū)分不同信道。5.4 功率控制采用功率控制的原因：系統(tǒng)中存在“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。功率控制分為反向功率控制和正向功率控制。1.反向功率控制分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制(1)開環(huán)功率控制：移動臺接收并測量基站發(fā)來的信號強度，并估計正向傳輸?shù)膿p耗，然后根據(jù)這種估計調(diào)節(jié)移動臺的反向發(fā)射功率。(2)閉環(huán)功率控制：由基站檢測來自移動臺的信號強度，根據(jù)檢測結(jié)果形成功率調(diào)整指令，通知移動臺來調(diào)整發(fā)射功率。2.正向功率控制：調(diào)整基站向移動臺發(fā)射功率，即由移動臺檢測接收信號的強度。不斷地比較信號電平和干擾電平比值（門限),超過門限移動臺要求基站減少發(fā)射功率;低于門限移動臺要求基站增加發(fā)射功率.功率控制的原則（要求）：當(dāng)信道的傳播條件突然改善時，功率控制應(yīng)作出快速反應(yīng)；當(dāng)信道傳播條件突然變壞時，功率控制的速度可以相對慢一些。5.5 CDMA蜂窩系統(tǒng)的功能5.5.1 登記注冊1.開電源注冊。移動臺開電源、從其它服務(wù)系統(tǒng)卻緩過來時要注冊；2.斷電源注冊。移動臺斷開電源時要注冊；3.周期性注冊。設(shè)置的計數(shù)器滿時，周期性地注冊；4.基于距離注冊。當(dāng)前基站與上次登記的基站之間的距離大于門限值時，移動臺要登記。5.基于區(qū)域登記。區(qū)域表示：區(qū)域號+系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志。系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志：(SID,NID)6.參數(shù)改變注冊。當(dāng)移動臺修改其存儲的某些參數(shù)時，要進(jìn)行注冊;7.受命注冊?；景l(fā)送請求指令，指揮移動臺進(jìn)行注冊。8.默認(rèn)注冊。當(dāng)移動臺成功地發(fā)送出一起動信息或?qū)ず魬?yīng)答信息時，基站能借此判斷出移動臺的位置，不涉及二者之間的任何注冊信息的交換，這叫做默認(rèn)注冊。9.業(yè)務(wù)信道注冊。一旦基站得到移動臺已被分配到一業(yè)務(wù)信道的注冊信息時，則基站通知移動臺它已被注冊。5.5.2 切換 基站和移動臺支持三種切換方式：1.軟切換。移動臺開始與新的基站通信但不立即中斷它和原來基站通信的一種切換方式。軟切換只能在同一頻率的DMA信道中進(jìn)行。2.CDMA到CDMA的硬切換。當(dāng)各基站使用不同頻率或幀偏置時，基站引導(dǎo)移動 臺進(jìn)行的一種切換方式。3.CDMA到模擬系統(tǒng)的切換。基站引導(dǎo)移動臺由正向業(yè)務(wù)信道向模擬話音信道切換。5.5.3 呼叫處理 移動臺呼叫處理程序