移动通信原理[1]

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➢ 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
移动通信原理[1]
cdma2000 1xEV-DO
❖ 基于Qualcomm提出的1xHDR ( High Data Rate ) ❖ 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153.6 kbps;前向 最高可传输2.4576 Mbps ❖ 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、16QAM调制
• 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 CDMA2000
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IMT-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
第三代 IMT-2000
AMPS TACS NMT 其它


拟 需求驱动 字




GSM
CDMA IS95
TDMA IS-136
PDC


音 需求驱动

带 业


UMTS WCDMA
cdma 2000
TDSCDMA
3G为客户与运营商提供了完整的综合业务解决方案
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移动通信的发展与CDMA技术的出现
❖ 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移响动通信原理[1]
扩频技术(2)
功能 纠错编码 Walsh码 长码扩展 短码扩展 重复符号传输
导频信道
调制方式
前向链路
反向链路
1/2速率
1/3速率
提供信道化
64阶调制
48×7.2/4=87 移动通信原理[1]
CDMA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
❖ 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
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切换
❖ 软切换:在切换过程中,移动台开始与新的基站联系 时,并不中断与原有的基站的通信。软切换会带来更好 的话音质量,实现无缝切换、减少掉话可能,且有利于 增加反向容量 ❖ 更软切换:与软切换类似,发生在同一基站的不同扇 区之间。 ❖ 硬切换:在切换过程中,移动台与新的基站联系前, 先中断与原基站的通信,再与新基站建立联系。硬切换 过程中有短暂的中断,容易掉话。
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CDMA技术的发展历程
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cdma2000 1x 技术特点
❖ 码片速率:1.2288 Mcps ❖ 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307.2 kbps ❖ 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
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发射信号
RAKE接收技术(1)
S(t)
t
接收技术无线环境-多径效应
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RAKE接收技术(2)
接收机
单径接收电路 单径接收电路 单径接收电路
搜索器
合并
合并后 的信号
计算信号强 度与时延
S(t)
S(t)
t
t
RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能
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移动通信原理[1]
CDMA系统模型
❖ 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
提供加密性
信道化
标识基站
用作OQPSK调制
降低重复符号功率 采用随机突发方式不连续
连续发射
பைடு நூலகம்
发射
提供相干接收
没有导频信道,采用非相 干接收
支持多码道传输, 不支持多码道传输,采用 采用QPSK方式 OQPSK方式
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Power f
功率控制(1)
Power f
• 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
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IMT-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:2Mbps
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cdma2000 1xEV-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 cdma2000 1x、cdma2000 1xEV-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
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闭环功率控制
❖ 内环功率控制
基站测量Eb/Nt和设定的目标Eb/Nt进行比较,大于则指令移动台 降低发射功率,否则增加发射功率。调节速率为 800Hz
❖ 外环功率控制
统计误帧率,设定所需的目标Eb/Nt
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CDMA系统支持 多种切换技术
软切换技术
• 软切换 • 更软切换 • 硬切换
➢ 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
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CDMA技术与其它多址技术的比较
大容量
在相同频谱利用度情况下,CDMA容量是GSM的4~5倍.
• CDMA10MHz
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
80年代
90年代
2000年以后
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不同的需求,不同的技术
第一代 80年代 模拟
第二代 90年代 数字
移动通信原理
2020/11/24
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学习目标
学习完本课程,您 应该能够:
• 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。
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移动通信原理
内容
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cdma2000 1x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,cdma2000 1x系统将对基 站系统和终端系统的影响降到了最小
❖ 语音质量达到或超过cdma2000 系统语音质量。
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cdma2000 1xEV-DV速率需求
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移动通信原理
内容
➢ 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
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多址技术
码 CDMA
➢不同频率间的切换 ➢到其它系统的切换
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软切换过程
(1) 导频强度超过T_ADD,MS将其加入候选集并上报BS (2) BS命令MS将该导频加入有效集 (3) 导频强度小于T_DROP,手机启动T_DROP定时器 (4) T_DROP定时器超时,MS上报BS (5) BS命令MS将该导频从有效集中删除
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cdma2000 1xEV演进时间表
❖ phase 1: 1xEV-DO ( Data Only / Data Optimized )
➢ 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
❖ phase 2: 1xEV-DV ( Data and Voice )
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软切换/更软切换
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(International Mobile Telecommunication2000)。
时间
时间
时间
FDMA
用户1 用户2 用户3
用户3
TDMA
用户3
用户2 用户1
所有用户在同一时间、 同一频段上、根据编 频率 码获得业务信道
用户2
用户1
业务信道在不同时 间分配给不同用户 频率 如:GSM
业务信道在不同频段分配给不同用户 频率 如:TACS系统、AMPS系统
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分集技术
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IMT-2000技术规范体制
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三种3G制式的比较(1)
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三种体制的比较(2)
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IMT-2000标准化组织
移动通信原理[1]
IMT-2000核心频段
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什么是CDMA技术
CDMA

用户3 用户2 用户1
频率
• CDMA:Code Division Multiple Access(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。
• 采用功率控制技术减 少了相互之间的干扰, 提高了系统整体容量
远近效应与功率控制
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功率控制(2)
❖ CDMA系统是自干扰系统,限制CDMA系统容量的因素是 总干扰
❖ 当达到以下条件,系统容量最大
➢ 当在可接受的信号质量下,功率最小 ➢ 基站从各个移动台接收到的功率相同
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开环功率控制
❖ 移动台所需发射功率受以下因素影响
➢ 移动台与基站距离 ➢ 小区负荷 ➢ 信道环境
❖ CDMA系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负 荷的影响,这个常数可由基站调整 ❖ 移动台根据接收前向信道的功率,直接确定发射功率
发射功率 = k-平均接收功率+NOM_PWR + INIT_PWR+接入修正值
扩频技术(1)
1.2288 M
扩频码
符号
窄带信号
宽带信号
数据
+1 -1
码片
9.6 K
扩频码
+1
-1
1.2288 M
扩频码
噪声
扩频
+1
-1
扩频码
+1
判决
-1
解扩频
+1
数据
-1
窄带信号
噪声+宽带信号
9.6 K
信号与噪声分离
❖ 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
• 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=
➢ 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
移动通信原理[1]
早期需求
运 营 商
提供移动语音业务 保证一定的容量 提供基本通话能力,
用 保证语音质量 户
不同的时期,不同的需求
当前需求
新的需求
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
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