第08章IS-95CDMA-2

数字移动通信第八章IS-95CDMA移动通信系统（二）主要内容8.1IS-95CDMA发展过程8.2IS-95CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4同步和定时8.5功率控制8.6软切换8.7系统接口和信令协议8.8CDMA系统的通信容量第八章本次课要回答的问题：功率控制有何作用？为何说没有功率控制就没有CDMA蜂窝移动通信系统？IS-95中是如何实现软切换的？这种功能有何好处？重点：IS-95中的功率控制与软切换；IS-95CDMA系统的软容量。难点：软切换过程。第八章讲述内容8.5功率控制8.6软切换8.7系统接口和信令协议8.8CDMA系统的通信容量CDMA的特征主要特征多址干扰远近效应功率控制软容量软切换一、多址干扰概念：指在CDMA通信系统中，共用频带用户的DS信号在时域和频域上互相重叠，这些非理想正交的信号互相之间的干扰。多址干扰产生的原因PN码不是理想正交的同步不理想多径影响CDMA蜂窝系统内的多址干扰表现上行信道下行信道问题：如何减小多址干扰？二、远近效应远近效应概念：近地强信号压制远地弱信号的现象。即近地强信号的功率电平会远远大于远地弱信号的功率电平。GSM系统有远近效应吗？每200kHz划分一个频段，如果一个手机发射功率过大，只是干扰同频或邻频的手机。主要发生在IS-95上行信道。如果移动台功率是固定的，按照最大通信距离设计，则当移动台接近基站时，产生过量的功率辐射。远近效应示意图反向d2d1前向S1S2MS2MS1若d2/d1=100，则S1/S2将达近80dB!强抑弱！问题：如何减小远近效应？三、功率控制概念：根据通信距离的不同，实时调整发射机所需功率，使得接收电平刚刚达到信干比门限。功率控制是个重要的命题资源有限-》复用-》干扰-》功控先谈谈GSM系统的功控在GSM系统中，无论是基站还是手机的发射功率都是由BSC来进行控制的，划分为进入连接模式之前和进入连接模式之后。三、功率控制在连接模式之前，手机基本跟收音机差不多，收听系统消息，基本上不会对网络造成干扰但是BSC还是尽责的告诉手机，第一次接入系统时最大的信道发射功率。手机以随机接入信道接入网络时，就以上面提到的最大功率接入，如果手机本身能提供的功率低于这个值，就以后者功率接入。三、功率控制一旦进入了专用模式，功控就很重要了，基站对上行链路的接收电平和接收质量进行测量，并传送给BSC。手机当前的发送功率，通过慢辅助控制信道SACCH传给BTS，由BTS给BSC，BSC对以上因素加以考虑，决定如何调整手机的发射功率。三、功率控制BSC如果要调整功率，那么就在下行的SACCH信道中设置改变手机功率的命令。手机收到后，就按该值传输。有没有什么问题？如果功率需要改变幅度太大，还是需要时间的，手机功率最大变化速率是每13帧（60ms）以2dB的速率变化。上行功控范围20-30dB。三、功率控制除了上行，下行链路也是需要调整功率的，在GSM系统中，这是一个可选项。问题：对于下行链路是不是所有的载频都可以参加功率控制？广播控制信道BCCH的载频不参加功率控制，因为小区内的手机需要检测其电平来完成小区选择和重选，功率的变化会让手机在选择小区上无所适从。三、功率控制功率控制是个重要的命题资源有限-》复用-》干扰-》功控对于GSM通过SACCH信道来发送手机功率，每480ms一次，每秒也就能修改两次发射功率，这个频率通常也就够用了。问题：码分复用方式下，能不能采用GSM系统的功控，为什么？三、功率控制CDMA系统功率控制的目的克服远近效应减少多址干扰手机的低功耗分类反向功率控制正向功率控制问题：为什么分反向、正向，它们功率控制的目的有何不同？三、功率控制反向功率控制使移动台无论处于什么位置，其信号在到达基站的接收机时，都有相同的电平门限。正向功率控制调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区的什么位置，收到基站的信号电平都刚刚达到信干比要求的门限。三、功率控制结构：开环：通过测量接收的信号强度，调节自己的发射功率。有什么缺点？当前向和反向信道的衰落特性不一致时，基于前向信道的信号测量是不能反映反向信道传播特性的，调节精度不高。因此，开环功率控制发生在移动台初始接入阶段，只能粗略估计发射功率，仅是一种对移动台平均发射功率的调节。三、功率控制结构：开环：通过测量接收的信号强度，调节自己的发射功率。有什么优点？直接、简单，不需要在移动台和基站之间交换控制信息，控制速度快而且节省开销。三、功率控制结构：闭环：收方依据接收信号强度，形成功率调整指令，通知发方调节发射功率。有什么优点？闭环功率控制发生在移动台接入过程中，能够较精确地估计发射功率，调节精度高。有什么缺点？但是复杂，需要在移动台和基站之间交换控制信息，功率控制速度比较慢，开销较大。三、功率控制闭环：收方依据接收信号强度，形成功率调整指令，通知发方调节发射功率。封闭的环路三、功率控制闭环——内环&外环：外环调整SIR目标值，内环调整功率外环内环三、功率控制功率控制的参数功控速率（多长时间功控一次）功控步长（每次功控调整的步长）三、功率控制功率控制的速率设置功控时间间隔过长，会导致无线信号的电平跟不上无线环境的变化，突然的衰落和干扰会导致掉话；功控时间越短越有利于无线信号应对无线环境的变化，但会增加对系统计算能力和复杂性的要求。三、功率控制问题：功控的速率和什么有关？三、功率控制功率控制的速率设置理想的功率控制是刚好跟上信道的变化速率，但跟上的程度是和干扰的程度有关的。干扰程度越高越希望能跟上信道的变化速率，因此对3G主流标准的功率控制频率满足以下关系：WCDMACDMA2000TD-SCDMA4、功率控制1、3G概述3G系统与GSM系统的技术比较三、功率控制功率控制的步长设置如果每次功控调整的步长过小，就跟不上无线环境的变化；如果每次调整步长过大，例如增加功率过大，会导致功率供给大于功率需求，造成资源浪费，引起干扰；降低功率过大，会导致信号电平降低过快，引起通话质量下降甚至掉话。三、功率控制功率控制的步长设置功控的步长一般采用“快升慢降”原则例如，如果需要增大功率，功率每次增加0.5dB，如果需要降低功率，每次只降低0.2dB。为什么？若无线环境突然变坏，为了保证通话质量，避免掉话，应迅速把功率升上去；当不需要这么大功率时，慢慢降下来。第八章讲述内容8.5功率控制8.6软切换8.7系统接口和信令协议8.8CDMA系统的通信容量一、软容量软容量可在短时间内增加用户数，超过系统设计时的负荷，以话音质量的下降获取容量，而不是硬阻塞。如何增加？实际上，有些扩频码之间由于多径影响，移位互相关不理想，实际中不能使用。而用户数超过系统负荷时，可以暂时使用某些允许范围以外的扩频码，引入少量干扰，话音质量下降，但是不会引起硬阻塞。二、软切换软切换CDMA系统独特的切换功能。FDMA、TDMA系统均采用硬切换。二、软切换硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。软切换：维持旧的连接，又同时建立新的连接，并利用新旧连接的分集合并来改善通信质量，当与新基站建立可靠连接之后再中断旧连接。如何同时建立连接？GSM为什么不可以？软切换仅仅用于具有相同频率的CDMA信道之间。硬切换的缺点？软切换的优点？二、软切换硬切换的缺点：如果切换不成功，例如找不到空闲信道，切换就失败。此外，在两个小区交界边缘，信号电平都很弱且起伏变化，可能导致移动台在两个基站之间反复切换，增加系统负荷。软切换的优点：不改变频率，减小通信中断的概率。“先转换后中断”，而硬切换是“先中断后转换”。为分集接收提供了条件。硬切换与软切换的示意图硬切换的示意图硬切换先断后连，易产生切换掉话、乒乓切换软切换的示意图软切换先连后断第八章讲述内容8.5功率控制8.6软切换8.7系统接口和信令协议8.8CDMA系统的通信容量8.7系统接口和信令协议一、网络结构（与TDMA类似）网络子系统基站子系统移动台8.7系统接口和信令协议二、系统接口MSCMSCEIRIWFPSPDNREFLPiPSTNMSABSUmAiCHLRMCNDVLRHAUCSEMMSEMMMMCDVLRISDNDiB8.7系统接口和信令协议三、信令协议结构1、物理层基带调制、编码、成帧、射频调制等2、链路层3、控制处理层物理层、复用子层、信令2层、寻呼及接入信道2层、同步信道2层、移动控制处理3层是CDMA系统的基础。第八章讲述内容8.5功率控制8.6软切换8.7系统接口和信令协议8.8CDMA系统的通信容量蜂窝系统提高频谱利用率的根本原因：频率再用技术1、系统容量的计算频道再用距离受载干比限制频率资源的利用效率FFDMA：1/7TDMA：1/4CDMA：1？系统容量计算必须从C/I出发，计算保证话音质量下能够同时提供的信道数n。8.8CDMA系统的通信容量2、通信容量的比较三种蜂窝通信系统容量比较模拟FDMA系统（AMPS）TDMA系统CDMA系统以n表示通信容量，比较结果为)()()(204FDMATDMACDMAnnn课程小结功率控制软切换系统接口和信令协议CDMA系统的通信容量•重点：•功率控制的原理和分类•软切换的原理及其过程