移动通信原理

移动通信原理2学习目标•对CDMA技术知识有一个初步的、全局的了解，为CDMA技术的深层次学习打基础。•本教材虽然是CDMA技术的普及性教材，但也要求学员有一定的电信基础和相关知识的了解。学习完本课程，您应该能够：3内容移动通信原理移动通信概述cdma关键技术cdma结构与接口cdma移动区域与编号计划cdma系统业务4不同的时期，不同的需求早期需求当前需求新的需求80年代90年代2000年以后提供移动语音业务保证一定的容量提供基本通话能力,保证语音质量提供更好语音业务提供适量增值业务增大容量降低运营成本提高频谱利用率高质量语音简单低速数据业务短消息更好的语音业务高速数据接入提供多种增值业务更大容量更高的频谱利用率更安全的服务更低的运营成本高质量语音高速移动接入多媒体,电子商务个性化服务运营商用户5不同的需求，不同的技术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-SCDMA3G为客户与运营商提供了完整的综合业务解决方案6移动通信的发展与CDMA技术的出现•CDMA与GSM同属于2代数字移动通信系统。•GSM是欧洲标准，全球都有应用，中国称为全球通，向3G演进的方向是WCDMA•CDMA是北美标准，主要在北美洲。南美洲、亚洲。澳洲也有运营商。向3G演进的方向是CDMA20007IMT-2000IMT-2000是第三代移动通信系统的统称第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，并且其工作的频段在2000MHz，故于1996年正式更名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。8IMT-2000的目标全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖高效的频谱效率更高的服务质量、保密性和可靠性易于从2G系统平滑演进与过渡，并反向兼容2G系统提供多媒体业务，速率最高可达2Mbps车速环境：144kbps步行环境：384kbps室内环境：2Mbps9IMT-2000技术规范体制3G体制WCDMA核心网络：基于MAP和GPRSRTT：WCDMA－FDD/TDDTD-SCDMARTT规范：TD-SCDMA其它体制：EDGEDECTcdma2000网络：基于ANSI41和MAPRTT：cdma200010三种3G制式的比较（1）11三种体制的比较（2）WCDMAWCDMAcdma2000cdma2000TD-SCDMATD-SCDMA接收机结构接收机结构RAKERAKERAKERAKERAKERAKE闭环功率控制闭环功率控制支持支持支持支持支持支持越区切换越区切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换解调方式解调方式相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调码片速率码片速率(Mcps)(Mcps)3.843.84N*1.2288N*1.22881.281.28发射分集方式发射分集方式TSTDTSTDSTTDSTTDFBTDFBTDOTDOTDSTSSTS无无同步方式同步方式异步异步同步同步异步异步核心网核心网GSMMAPGSMMAPANSI-41ANSI-41GSMMAPGSMMAP12IMT-2000标准化组织13IMT-2000核心频段185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcastauxiliary2165MHz1990MHz1850190019502000205021002150220022501880MHz1980MHzUMTSGSM1800DECTMSS1885MHz2025MHz2010MHzIMT2000MSSUMTSJapanMSSIMT2000MSSIMT2000PHS18951918BC1885AA’2170MHzIMT20002110MHz2170MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805MHz18651865187018851890189519101930194519651970197514什么是CDMA技术频率码用户3用户2用户1CDMA•CDMA：CodeDivisionMultipleAccess（码分多址）。所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道。15数据处理过程：信源编码、信道编码与交织、扩频、调制比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip)比特（bit）：含有信息的数据符号（symbol）：信道处理产生的输出码片（chip）：经过最终扩频后得到的输出扩频增益与处理增益扩频增益：扩频后的速率与扩频前的速率比处理增益：最终输出码片速率与信息速率的比；在IS-95A中9.6kbps数据的处理增益为1.2288M/9.6k=128，即21dB信源编码信道编码正交扩频调制解调解扩信道译码信源译码9.6kbps9.6kbps19.2ksps19.2ksps1.2288Mcps1.2288Mcps1.25MHzBW1.25MHzBW引入噪声背景噪声杂散信号相邻小区干扰同一小区其它用户干扰CDMA系统模型16CDMA技术与其它多址技术的比较•CDMA10MHz•8个CDMA载波•每载波20个话音信道•每站点3个扇区•频率复用系数＝1•支持有效话音信道数＝8×20×3＝480•GSM10MHz–50个GSM载波(10MHz/200KHz)–每载波8个时隙（包括业务信道和控制信道）–每站点3个扇区–频率复用系数（通常）＝4–可配置的站型为S444–支持有效话音信道数＝48×7.2/4＝87在相同频谱利用度情况下，CDMA容量是GSM的4~5倍.大容量17CDMA技术与其它多址技术的比较广覆盖•CDMA–小区覆盖随负载的变化而变化•在无负载情况下，小区半径是标准GSM的3倍•在每扇区20信道的负载条件下，半径是标准GSM的2倍•GSM–小区在加载的情况下，覆盖保持不变在相同覆盖条件下，基站数量大大减少18IS-95IS-95B最大速率115.2kbpscdma20003x最大速率：2Mbps1xEV1xEV-DO1xEV-DV1993200220001998cdma20001x最大速率307.2kbps话音业务容量加倍手机待机时间更长???IS-95A1995CDMA技术的发展历程19cdma20001x技术特点码片速率：1.2288McpsIS-95A/B是其子集，RC1/RC2反向导频，反向采用相干解调前向发射分集：OTD、STS前向快速功率控制，速率800Hz支持快速寻呼信道，终端待机时间更长帧长可变：5ms、20ms、40ms、80ms信道编码增加Turbo码物理层支持速率最大可达307.2kbps话音用户容量是IS-95A/B的1.5~2倍，数据业务吞吐能力提高3倍以上20cdma20001x演进动力语音和高速分组数据有不同的QoS需求语音：低速、对称、低突发性数据：高速突发性、不对称、更低的BER要求频率将继续是稀有资源，只要能获得可比的性能，1.25M系统比5M系统更有吸引力在向高速分组数据业务演进时，cdma20001x系统将对基站系统和终端系统的影响降到了最小211xEVPhase1非实时、高速分组业务cdma20001xstudyperiod1xEVPhase2同时支持实时和非实时业务Phase1BLTextDone(August2000)oct,2000oct2001cdma20001xEV演进时间表phase1:1xEV-DO(DataOnly/DataOptimized)只提供对分组数据业务的支持，不支持实时的语音业务2000年10月标准定稿；2001年1月开始试验网；2001年底商用phase2:1xEV-DV(DataandVoice)同时提供非实时的分组数据业务和实时的语音业务标准将于2002年6月定稿22cdma20001xEV-DO基于Qualcomm提出的1xHDR(HighDataRate)只支持非实时的分组数据业务较高的频谱利用率，反向最高可传输153.6kbps；前向最高可传输2.4576Mbps所有的数据速率都使用Turbo码前向最大功率发射，采用速率控制；反向继续采用功率控制采用H-ARQ技术反向继续使用HPSK调制；前向使用QPSK、8-PSK、16-QAM调制23cdma20001xEV-DV三种业务模式：实时、非实时、实时/非实时混合语音和分组数据业务可以与cdma20001x、cdma20001xEV-DO互操作，包括切换同一载频可以同时支持实时和非实时的业务语音和分组数据业务选项和容量可以支持未来语音和图像编码方式的融合语音质量达到或超过cdma2000系统语音质量。24cdma20001xEV-DV速率需求前向反向话音容量2倍于cdma20001x2倍于cdma20001xOutdoor高速数据峰值速率2.4Mbps1.25MbpsOutdoor高速数据平均速率600kbps600kbpsOutdoor步行数据速率2Mbps1.25MbpsIndoor数据速率2Mbps1.25Mbps25内容移动通信原理移动通信概述cdma关键技术cdma结构与接口cdma移动区域与编号计划cdma系统业务26多址技术码业务信道在不同频段分配给不同用户如：TACS系统、AMPS系统业务信道在不同时间分配给不同用户如：GSM所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道用户1用户2用户3时间频率FDMA用户1用户2用户3时间频率TDMA时间频率CDMA用户3用户2用户127分集技术时间分集采用符号交织，检错纠错编码等方法。频率分集通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩展到整个1.23M上。空间分集1：在基站采用双接收天线。2：在手机和基站采用RAKE接收，合并不同传输延时的信号3：软切换的时候，移动台和多个基站同时联系，从中选出最好的帧送给交换机28RAKE接收技术（1）tS(t)发射信号接收技术无线环境-多径效应29RAKE接收技术（2）RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合并合并后的信号ttS(t)S(t)30扩频技术（1）CDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到1.2288MHz的宽带信号接收时，从宽带信号中恢复信号扩频方式有：直接序列扩频、N-ary调制、跳频等CDMA扩频技术可以减少频率选择性衰落的影响+1-1+1-1-1-1-1+1+1+1扩频解扩频符号码片数据扩频码扩频码数据窄带信号扩频码判决宽带信号噪声噪声+宽带信号9.6K1.2288M信号与噪声分离窄带信号9.6K扩频码1.2288M31扩频技术（2）功能前向链路反向链路纠错编码1/2速率1/3速率Walsh码提供信道化64阶调制长码扩展提供加密性信道化短码扩展标识基站用作OQPSK调制重复符号传输降低重复符号功率连续发射采用随机突发方式不连续发射导频信道提供相干接收没有导频信道，采用非相干接收调制方式支持多码道传输，采用QPSK方式不支持多码道传输，采用OQPSK方式32功率控制（1）•每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应会严重影响系统容量•采用功率控制技术减少了相互之