第五章 CDMA系统
5.1 概述
5.1.1 CDMA的发展背景
? CDMA(Code Division Multiple Access)技术早已
在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用,1989
年,11月,Qualcomm(高通 )公司在美国的现场
试验证明 CDMA用于蜂窝移动通信的容量大,
并经理论推导其为 AMPS(美国模拟系统)容
量 的 20倍,实际可达 10倍以上。 95年香港和美
国的 CDMA公用网开始投入商用。 96年韩国用
自己的 CDMA系统开展大规模商用,
? 中国 CDMA的发展也有长期军用研究的
技术积累,93年国家 863计划已开展
CDMA蜂窝技术研究。 94年 Qualcomm首
先在天津建技术试验网。 1998年具有 14
万容量的长城 CDMA商用试验网在北京、
广州、上海、西安建成,并开始小部份
商用。中国联通也计划在广东、北京、
天津、上海等地建 CDMA商用试验网。
2001年底前完成的一期工程容量为 1515
万用户,2002年初正式对外放号。
? CDMA系统容量和话音质量较目前其它
蜂窝系统( GSM,TDMA,PDC,TACS、
AMPS)是最优的。
? CDMA将成为未来一段时间内主要的无
线接入技术。 W-CDMA较 W-TDMA有更
多优越性,W-CDMA将成为目前各种第
二代移动通信系统( GSM,IS-95,PDC
等)的交汇点。
? CDMA发展缓慢的的主要原因:一是没
有被重视;二是 CDMA的蜂窝系统必须
具有高速、精确的功率控制要求。功率
控制技术在当时的条件下还难以攻破,
直到 Qualcomm公司解决了这一难题后这
一状况才有所变化。
? 解决功率控制的方案:主要是通过测量
移动台和基站的接收功率,利用开环和
闭环相结合的功率控制方式进行功率控
制。
? IS-95,1993年美国 Qualcomm公司开发的
CDMA体制,被采纳为北美数字蜂窝标
准。载频带宽为 1.25MHz,被称为窄带码
分多址 (N-CDMA)蜂窝通信系统。
? W-CDMA:是 SCS Mobilcom公司提出的
一种宽带码分多址蜂窝通信系统。载频
为 5MHz,10MHz和 15MHz三种方案,信
息传输速率可达 144kb/s。
? W-CDMA系统优点:能提供较高的信息
传速率、更强的抗干扰能力,可以同现
有的通信系统设施共存。
? W-CDMA系受到关注的根本原因在于可
以同现有的通信系统设施共存。
? 我国目前采用的 CDMA标准主要是向美
国标准靠拢,以增强型 IS-95A系统为基
础,同时结合我国的实际情况。美国的
标准中注重 CDMA与 AMPS双模兼容,并
兼容了多种 CDMA制式;我国只需要其
中的一种 CDMA制式,目前需与 GSM兼
容。
? 我国在 1999年 4月成立了中国无线通信标
准研究组 CWTS,其主要目的是加强我国
的标准制订工作。我国 CDMA标准的制
订主要分为三个阶段。
? 第一阶段主要是建立起我国标准体系的
基本框架。目前第一阶段的工作已基本
完成。
? 第二阶段的主要任务是在第一阶段工作
成果的基础上,充分发挥已建立的基本
框架功能,提供更多的功能和业务,包
含的内容有,UIM卡方式(卡机分离)、
无线智能网、低速数据( 14.4kb/s)、短
消息及其他一些必要的业务。目前所处
阶段即为第二阶段。
? 第三阶段面向第三代移动通信,积极开
展预研,参考国际上已有的标准,如 IS-
95B,IS-2000,IS-2000A等,加强对分组
数据网、无线智能网标准的研究,并积
极介入国际标准的制订工作。
我国已经向国际电信递交了第三
代移动通信技术规范 TD-CDMA标准 (由
大唐公司 ),该标准在 1999年 11月结束的
世界第三代移动通信标准制订会上被最
终确定为第三代移动通信技术规范的系
列标准之一。
5.1.2 CDMA系统的特点
1,容量大;
2,通话质量更佳;
3,具有“软容量”的特点;
4,具有移动台扶助的“软切换”功能;
5,采用语音激活技术;
6,采用扩频技术,因而具有抗干扰、抗多
径衰落和保密特性;
7,频率规划简单;
8,建网成本低;
9.,绿色手机”,手机发射功率 200毫瓦以下;
10,多种形式分集,时间、频率和空间分集,
分集可以抗多径衰落;
11,功率控制。
5.1.3 CDMA的工作频率
Qualcomm,上行 824~849 MHz
下行 869~894 MHz
我国,上行 825~835 MHz
下行 870~880MHz
5.2 CDMA系统容量
? FDMA 和 TDMA系统提高容量的根本原
因,减小频率再用的距离。
? 影响频率再用距离的原因:受载干比的
限制。
? 模拟蜂窝系统,1/7小区共用;
? 数字蜂窝系统( GSM),1/4小区共用;
? CDMA系统:每小区可以使用相同的频
率,但存在多址干扰,容量受到限制。
? CDMA提高容量的根本原因:减少多址
干扰。
? 扩频通信系统的载干比表示为,
? Eb:信息一比特能量;
? Rb:信息的比特率;
? I0:干扰的功率谱密度(每赫干扰功率)
? W:总频段宽度(扩频带宽)。
)15(
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WI
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? 减少多址干扰的主要技术,
1,话音激活技术;
2,扇区
3,功率控制
? CDMA提高容量的条件:进行功率控制。
5.3 信道
? CDMA信道混合使用频分多址和码分多
址技术。
? 码分:用正交的 沃尔什函数 或 PN序列 来
区分不同信道。
? 区分正向信道和反向信道的方法,
1.正向信道 (基站 ?移动台 ),采用正交的沃
尔什函数 (Walsh)来区分不同信道。
2.反向信道(移动台 ?基站 ),采用长码 PN
序列来区分不同信道。
5.4 功率控制
采用功率控制的原因:系统中存在“远近
效应”。
功率控制分为 反向功率控制 和 正向功率控
制。
1,反向功率控制分为 开环功率控制 和 闭环
功率控制
(1) 开环功率控制,移动台接收并测量 基站
发来的信号强度,并估计正向传输的损
耗,然后根据这种估计 调节移动台的反
向发射功率。
(2)闭环功率控制:由 基站检测来自移动台
的信号强度,根据检测结果形成功率调
整指令,通知 移动台来调整发射功率 。
2,正向功率控制,调整基站向移动台发射
功率,即由移动台检测接收信号的强度。
不断地比较信号电平和干扰电平比值
(门限 ),超过门限移动台要求 基站减少发
射功率 ;低于门限移动台要求 基站增加发
射功率,
? 功率控制的原则(要求):当信道的传
播条件 突然改善 时,功率控制应作出 快
速反应 ;当信道传播条件 突然变坏 时,
功率控制的 速度可以相对慢一些 。
5.5 CDMA蜂窝系统的功能
5.5.1 登记注册
1,开电源注册。移动台开电源、从其它服
务系统却缓过来时要注册;
2,断电源注册。移动台断开电源时要注册;
3,周期性注册。设置的计数器满时,周期
性地注册;
4,基于距离注册。当前基站与上次登记的
基站之间的距离大于门限值时,移动台
要登记。
5.基于区域登记。
区域表示:区域号 +系统 /网络标志。
系统 /网络标志,(SID,NID)
6,参数改变注册。当移动台修改其存储的
某些参数时,要进行注册 ;
7, 受命注册。基站发送请求指令,指挥移
动台进行注册。
8,默认注册。当移动台成功地发送出一起
动信息或寻呼应答信息时,基站能借此
判断出移动台的位置,不涉及二者之间
的任何注册信息的交换,这叫做默认注
册。
9,业务信道注册。一旦基站得到移动台已
被分配到一业务信道的注册信息时,则
基站通知移动台它已被注册。
5.5.2 切换
基站和移动台支持三种切换方式,
1.软切换。移动台开始与新的基站通信但
不立即中断它和原来基站通信的一种切
换方式。软切换只能在同一频率的 DMA
信道中进行。
2,CDMA到 CDMA的硬切换。当各基站使
用不同频率或帧偏置时,基站引导移动
台进行的一种切换方式。
3,CDMA到模拟系统的切换。基站引导移
动台由正向业务信道向模拟话音信道切
换。
5.5.3 呼叫处理
移动台呼叫处理程序