移动通信原理与工程

1、移动通信原理与工程移动通信原理与工程本文由 yiheyuan7 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统6.1CDMA 技术基础 6.1CDMA 技术基础 6.2CDMA 数字蜂窝通信系统 6.2CDMA 数字蜂窝通信系统 6.3CDMA 网络结构与组成 6.3CDMA网络结构与组成 6.4CDMA 蜂窝网的关键技术 6.4CDMA 蜂窝网的关键技术 6.,5FDMATDMACDMA 的特点 6.,5FDMATDMACDMA 的特点CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统知识点 CDMA 的原理 CDMA 系统的构成及业务功能 CDMA 采用的关键技术 难点 扩频的概念 CDMA 软切换及漫游 物理信道与逻辑信道的关系 要求 掌握： CDMA 基本原理及系统构成 理解： CDMA 的关键技术 了解： CDMA 设备的构成CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统6.1 CDMA 技术基础 技术基础6.1.1 扩展频谱通信的基本概念 1. 扩频通信的含义

2、 扩展频谱（SS：Spread Spectrum）通信简称扩频通信。扩频 通信的定义简单表述如下：是一种信息传输方式，在发端采用 扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带 宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传 信息数据。这一定义其实包含了以下三方面意思： (1)信号的频谱被展宽了 (2)采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 (3)在接收端用相关解调（或相干解调）来解扩CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统2. 扩频通信的理论基础 香农公式为：C = B log 2 (1 +S ) N（6-1）式中，C 为信道容量，单位为 bps；B 为信号频带宽度，单位 为 Hz；S 为信号平均功率，单位为 W；N 为噪声平均功率，单 位为W 香农公式原意是说，在给定信号功率和白噪声功率 N 的情况 下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以 接近于 C 的传输速率来传送信息。这个公式还暗示：在保持 信息传输速率 C 不变的条件下，可以用不同频带宽度 B 和信噪 功率比（简称信噪比）来传输信息。换言之，频带 B 和信噪比 是可以互换的。也就是

3、说，如果增加信号频带宽度，就可以 在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统甚至在信号被噪声淹没的情况下，即 S/N1，或 10log2(S/N) 0dB，只要相应地增加信号带宽，也能进行可靠的通信。 上述表明，采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱 的方法可以换取信噪比上的好处。 柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信 息传输差错概率的公式：E Pe f ( ) n0（6-2）上面公式指出，差错概率 Pe 是信号能量 E 与噪声功率谱密 度n0 之比的函数。设信息持续时间为 T，或数字信息的码元 宽度为T，则信息带宽为 Bm1 Bm = T(6-3)CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统信号功率 S 为E S= T(6-4)已调（或已扩频）信号的带宽为 B，则噪声功率为 N=n0B (6-5)将式（6-3）（6-5）代入式（6-2） ，可得 Pe f (ST S B ? B) = f ( ? ) N N Bm(6-6)CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统上面公式指出，差错概

4、率 Pe 是输入信号与噪声功率之比 S/N 和信号带宽与信息带宽之比 B/Bm 二者乘积的函数，信噪比与带宽 是可以互换的。它同样指出了用增加带宽的方法可以换取信噪比 上的好处这一客观规律。 3. 处理增益和抗干扰容限 扩频通信系统由于在发端扩展了信号频谱，在收端解扩后恢 复了所传信息，这一处理过程带来了信噪比上的好处，即接收机 输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的 抗干扰能力。因此，可以用系统输出信噪比与输入信噪比二者之 比来表征扩频系统的抗干扰能力。理论分析表明，各种扩频系统 的抗干扰能力大体上都与扩频信号带宽 B 与信息带宽 Bm 之比成正 比。工程上常以分贝（dB）表示，即B G p = 10 lg Bm(6-7)CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统Gp 称作扩频系统的处理增益。它表示了扩频系统信噪比改善 的程度，因此 Gp 是扩频系统一个重要的性能指标。 仅仅知道了扩频系统的处理增益，还不能充分地说明系统在 干扰环境下的工作性能。因为通信系统要正常工作，还需要保证 输出端有一定的信噪比（如 CDMA 蜂窝移动通信系统为 7 dB） ， 并

5、需扣除系统内部信噪比的损耗，因此需引入抗干扰容限 Mj ，其 定义如下： Mj G p ? ( S N ) o + Ls (6-8) 式中，(S/N)o 为输出端的信噪比；Ls 为系统损耗。 6.1.2 扩频通信的主要特性CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统1抗干扰能力强 扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力 就越强。对于单频及多频载波信号的干扰、其它伪随机调制 信号的干扰，以及脉冲正弦信号的干扰等，扩频系统都有抑 制干扰、提高输出信噪比的作用。特别是对抗敌方人为干扰 方面，效果很突出扩频通信系统抗干扰能力强是扩频通信系 统的最突出的优点。 2. 隐蔽性好 由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就 很小，即信号的功率谱密度就很低。所以，应用扩频码序列扩 展频谱的直接序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下， 在很低的信号功率谱密度上进行通信。信号既然被湮没在噪声 里，敌方就很不容易发现有信号存在，而想进一步检测出信号 的参数就更困难了。因此，扩频信号具有很低的被截获概率。 这在军事通信上十分有用，即可进行隐蔽通信。CDMA 移动通信系统

6、 第六章 CDMA 移动通信系统此外，值得指出的是，由于扩频信号具有很低的功率谱密度， 它对目前广泛使用的各种窄带通信系统的干扰就很小。近年 来，在民用通信中，各国都在研究和试验在原有窄带通信的 频段内同时进行扩频通信，这可大大提高频率的利用率。这 是鉴于上述的扩频通信系统既有很强的抗干扰性能，又以低 功率谱密度发射信号，对窄带通信系统的干扰很小之故 3. 可以实现码分多址 扩频通信具有较强的抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。 但是，如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的 利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分 利用正交或准正交的扩频码序列之间的相关特性，在接收端利 用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户以不同码型的 情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统这样一来，在一宽频带上许多用户可以同时通信而互不造成严重 干扰。它与利用频带分割的频分多址（FDMA）或时间分割的时 分多址（TDMA）通信的概念类似，即利用不同的码型进行分割， 所以称为码分多址（CDMA） 。为了区别 FDMA、TDMA

7、 和 CDMA3 种多址方式，图 6.1 示出了 3 种多址方式的示意图。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统种码分多址方式，虽然要占用较宽的频带，但平均到每个用户 占用的频带来计算，其频带利用率是较高的。最近研究表明， 在 3种蜂窝网移动通信系统，即 FDMA 的 AMPS 系统、TDMA 的 GSM 系统和CDMA 的蜂窝系统中，CDMA 系统的通信容量最大， 即为 FDMA 的 20倍，是 TDMA 的 4 倍。除此之外，码分多址蜂窝 网移动通信系统还具有软容量、软切换等一些独特的优点 4. 抗衰落、抗多径干扰 众所周知，移动信道属随参信道，信道条件最为恶劣。由于 移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严 重的是，由于多径效应产生快衰落现象，其衰落深度可达 30 dB。 在频域上来看，多径效应会产生频率选择性衰落。扩频系统具 有潜在的抗频率选择性衰落的能力。这是因为扩频通信系统所 传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部 分频谱衰落时，不会使信号造成严重的畸变。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统直接序列扩频(DS)

8、 (DS)原理 6.1.3 直接序列扩频(DS)原理 所谓直接序列扩频(DS)，就是直接用高速率的扩频码序列 在发端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序 列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。图 6.2 示 出了直扩通信系统原理及有关波形或相位关系。（a）系统组成方框图CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统（b）主要波形或相位 图 6.2 直扩通信系统原理CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统在发送端输入信息码元 m(t)，它是二进制数据，图中为 0、1 两个码元，其码元宽度为 Tb ，加入扩频调制器，图中为一个模 2 加法器，扩频码为一个伪随机码(PN 码)，记作 p(t)，伪码的波形 如图 6.2(b)中第(2)个波形，其码元宽度为 Tp ，且取 Tb16Tp 。通 常在 DS 系统中，伪码的速率 Rp 远大于信码速率 Rm，即RpRm， 也就是说，伪码的宽度 Tp 远远小于信码的宽度，即 Tp d1)信号产生严重干扰，参见图 6.11。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统图 6.11 远近效应现象由于 MSl 和 M

9、S2 发射频率相同，图中均为 fc ，而且移动台设备 相同，同样的发射机，同样的天线。因此当基站接收远距离 MS2时，必将受到 MSl 信号的干扰。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统假设不实施功率控制，亦即各移动台的发射功率相同，则两 移动台至基站的功率电平的差异仅决定于传输损耗之差。即 可定义近端对远端的干扰比 Rd2,d1LA(d2)LA(d1) (6-13)式中 LA(d2)和 LA(d1)均以 dB 计，LA(d2)为 d2 的路径传输损耗，LA(d1)为较近距离 MSl 的路径传输损耗。 在同样地形、地物条件下，传输损耗近似与距离的 4 次方成 正比，即有L A (d 2 ) L A (d1 )= ? d2 ? ? ?d ? ? 1?4CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统则 Rd2,d1 40 lgd2 d1(6-14)2. 反向链路的功率控制 DMA 系统的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大 小。若基站接收到移动台的信号功率太低，则误比特率太大而 无法保证高质量通信；反之，若基站接收到某一移动台功率太 高，虽然保证了该移动台与基站间的通信质量，却对其它移动 台增加了干扰，导致整个系统质量恶化和容量减小。只有当每 个移动台的发射功率控制到基站所需信噪比的最小值时，通信 系统的容量才达到最大值。CDMA 移动通信系统 第六章 CDMA 移动通信系统上行链路功率控制就是控制各移动台的发射功率的大小。它可 分为开环功率控制和闭环功率控制。 上行链路开环功率控制亦称反向链路开环功率控制，或简称 反向开环功率控制。它的前提条件是假设上行与下行传输损耗 相同，移动台接收并测量基站发来的信号强度，并估计下行传 输损耗，然后根据这种估计，移动台自行调整其发射功率，即 接收信号增强，就降低其发射功率；接收信号减弱，就增加其 发射功率。开环功率控制的响应约毫秒级，控制动态范围约有 几十分贝。 开环功率控制的优点是简单易行，不需要在移动台和基站 之间交换控制信息，因而不仅控制速度快而且节省开销。它对 付慢衰落是比较有效的，即对车载移动台快速驶入(或驶出)高 大建筑物遮蔽区所引起的衰落，通过开环功率控制可以减小慢 衰落影响。但是对于信号因多径效应而引起的瑞利衰落，效果CDMA 移动通信系统 第

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