移動通信原理與工程06

1、第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.1CDMA6.1CDMA技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)6.2CDMA6.2CDMA數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)6.3CDMA6.3CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成6.4CDMA6.4CDMA蜂窩網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)蜂窩網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)6.,5FDMATDMACDMA6.,5FDMATDMACDMA的特點(diǎn)的特點(diǎn)第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 知識點(diǎn) CDMA的原理 CDMA系統(tǒng)的構(gòu)成及業(yè)務(wù)功能 CDMA采用的關(guān)鍵技術(shù) 難點(diǎn) 擴(kuò)頻的概念 CDMA軟切換及漫游 物理信道與邏輯信道的關(guān)系 要求掌握： CDMA基本原理及系統(tǒng)構(gòu)成理解： C

2、DMA的關(guān)鍵技術(shù)了解： CDMA設(shè)備的構(gòu)成第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.1 CDMA技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)6.1.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念擴(kuò)展頻譜通信的基本概念 1. 擴(kuò)頻通信的含義 擴(kuò)展頻譜（SS：Spread Spectrum）通信簡稱擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的定義簡單表述如下：是一種信息傳輸方式，在發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。這一定義其實(shí)包含了以下三方面意思：(1)信號的頻譜被展寬了 (2)采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜 (3)在接收端用相關(guān)解調(diào)（或相干解調(diào)）來解

3、擴(kuò) 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 2. 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 香農(nóng)公式為：)1 (log2NSBC（6-1） 式中，C為信道容量，單位為bps；B為信號頻帶寬度，單位為Hz；S為信號平均功率，單位為W；N為噪聲平均功率，單位為W 香農(nóng)公式原意是說，在給定信號功率和白噪聲功率N的情況下，只要采用某種編碼系統(tǒng)，就能以任意小的差錯(cuò)概率，以接近于C的傳輸速率來傳送信息。這個(gè)公式還暗示：在保持信息傳輸速率C不變的條件下，可以用不同頻帶寬度B和信噪功率比（簡稱信噪比）來傳輸信息。換言之，頻帶B和信噪比是可以互換的。也就是說，如果增加信號頻帶寬度，就可以在較低的信噪比的條件下以任意小

4、的差錯(cuò)概率來傳輸信息。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，即S/N1，或10log2(S/N)0dB，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，也能進(jìn)行可靠的通信。上述表明，采用擴(kuò)頻信號進(jìn)行通信的優(yōu)越性在于用擴(kuò)展頻譜的方法可以換取信噪比上的好處。 柯捷爾尼可夫在其潛在抗干擾性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式： Pe )(0nEf（6-2） 上面公式指出，差錯(cuò)概率Pe 是信號能量E與噪聲功率譜密度n0 之比的函數(shù)。設(shè)信息持續(xù)時(shí)間為T，或數(shù)字信息的碼元寬度為T，則信息帶寬為BmTBm1(6-3)第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 信號功

5、率S為TES (6-4) 已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號的帶寬為B，則噪聲功率為 N=n0B (6-5)將式（6-3）（6-5）代入式（6-2），可得 Pe = )(BNSTf)(mBBNSf(6-6) 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 上面公式指出，差錯(cuò)概率Pe 是輸入信號與噪聲功率之比S/N和信號帶寬與信息帶寬之比B/Bm二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。它同樣指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處這一客觀規(guī)律。 3. 處理增益和抗干擾容限 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)端擴(kuò)展了信號頻譜，在收端解擴(kuò)后恢復(fù)了所傳信息，這一處理過程帶來了信噪比上的好處，即接收機(jī)輸出的信噪比相對

6、于輸入的信噪比大有改善，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。因此，可以用系統(tǒng)輸出信噪比與輸入信噪比二者之比來表征擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力大體上都與擴(kuò)頻信號帶寬B與信息帶寬Bm之比成正比。工程上常以分貝（dB）表示，即mpBBGlg10(6-7) 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) Gp 稱作擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益。它表示了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度，因此Gp是擴(kuò)頻系統(tǒng)一個(gè)重要的性能指標(biāo)。 僅僅知道了擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益，還不能充分地說明系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能。因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)要正常工作，還需要保證輸出端有一定的信噪比（如CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)為7 dB

7、），并需扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗，因此需引入抗干擾容限Mj ，其定義如下： Mj )(sopLNSG(6-8) 式中，(S/N)o為輸出端的信噪比；Ls 為系統(tǒng)損耗。 6.1.2 擴(kuò)頻通信的主要特性擴(kuò)頻通信的主要特性 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 1抗干擾能力強(qiáng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強(qiáng)。對于單頻及多頻載波信號的干擾、其它偽隨機(jī)調(diào)制信號的干擾，以及脈沖正弦信號的干擾等，擴(kuò)頻系統(tǒng)都有抑制干擾、提高輸出信噪比的作用。特別是對抗敵方人為干擾方面，效果很突出擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的最突出的優(yōu)點(diǎn)。 2. 隱蔽性好 由于擴(kuò)頻信號在很

8、寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率就很小，即信號的功率譜密度就很低。所以，應(yīng)用擴(kuò)頻碼序列擴(kuò)展頻譜的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，可在信道噪聲和熱噪聲的背景下，在很低的信號功率譜密度上進(jìn)行通信。信號既然被湮沒在噪聲里，敵方就很不容易發(fā)現(xiàn)有信號存在，而想進(jìn)一步檢測出信號的參數(shù)就更困難了。因此，擴(kuò)頻信號具有很低的被截獲概率。這在軍事通信上十分有用，即可進(jìn)行隱蔽通信。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 此外，值得指出的是，由于擴(kuò)頻信號具有很低的功率譜密度，它對目前廣泛使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾就很小。近年來，在民用通信中，各國都在研究和試驗(yàn)在原有窄帶通信的頻段內(nèi)同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)頻通信，這可大大提

9、高頻率的利用率。這是鑒于上述的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)既有很強(qiáng)的抗干擾性能，又以低功率譜密度發(fā)射信號，對窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小之故 3. 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址 擴(kuò)頻通信具有較強(qiáng)的抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價(jià)。但是，如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大大提高頻帶的利用率。由于在擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用正交或準(zhǔn)正交的擴(kuò)頻碼序列之間的相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶以不同碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取出有用信號。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 這樣一來，在一寬頻帶上許多用戶可以同時(shí)通信而互不造成嚴(yán)重干擾。它與利用頻帶分割的

10、頻分多址（FDMA）或時(shí)間分割的時(shí)分多址（TDMA）通信的概念類似，即利用不同的碼型進(jìn)行分割，所以稱為碼分多址（CDMA）。為了區(qū)別FDMA、TDMA和CDMA3種多址方式，圖6.1示出了3種多址方式的示意圖。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 種碼分多址方式，雖然要占用較寬的頻帶，但平均到每個(gè)用戶占用的頻帶來計(jì)算，其頻帶利用率是較高的。最近研究表明，在3種蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)，即FDMA的AMPS系統(tǒng)、TDMA的GSM系統(tǒng)和CDMA的蜂窩系統(tǒng)中，CDMA系統(tǒng)的通信容量最大，即為FDMA的20倍，是TDMA的4倍。除此之外，碼分多址蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)還具有軟容量、軟切換等一

11、些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 4. 抗衰落、抗多徑干擾 眾所周知，移動信道屬隨參信道，信道條件最為惡劣。由于移動臺不斷移動，受地形地物的影響產(chǎn)生慢衰落現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生快衰落現(xiàn)象，其衰落深度可達(dá)30 dB。在頻域上來看，多徑效應(yīng)會產(chǎn)生頻率選擇性衰落。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有潛在的抗頻率選擇性衰落的能力。這是因?yàn)閿U(kuò)頻通信系統(tǒng)所傳送的信號頻譜已擴(kuò)展很寬，頻譜密度很低，如在傳輸中小部分頻譜衰落時(shí)，不會使信號造成嚴(yán)重的畸變。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.1.3 6.1.3 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(DS)(DS)原理原理所謂直接序列擴(kuò)頻(DS)，就是直接用高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去

12、擴(kuò)展信號的頻譜。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始信息。圖6.2示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理及有關(guān)波形或相位關(guān)系。 （a）系統(tǒng)組成方框圖第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) （b）主要波形或相位 圖6.2 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 在發(fā)送端輸入信息碼元m(t)，它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為0、1兩個(gè)碼元，其碼元寬度為Tb ，加入擴(kuò)頻調(diào)制器，圖中為一個(gè)模2加法器，擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼(PN碼)，記作p(t)，偽碼的波形如圖6.2(b)中第(2)個(gè)波形，其碼元寬度為Tp ，且取Tb16Tp 。通常在DS系統(tǒng)中，偽碼的

13、速率Rp遠(yuǎn)大于信碼速率Rm，即RpRm，也就是說，偽碼的寬度Tp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度，即Tp d1)信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，參見圖6.11。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 圖6.11 遠(yuǎn)近效應(yīng)現(xiàn)象 由于MSl和MS2發(fā)射頻率相同，圖中均為fc ，而且移動臺設(shè)備相同，同樣的發(fā)射機(jī)，同樣的天線。因此當(dāng)基站接收遠(yuǎn)距離MS2時(shí)，必將受到MSl信號的干擾。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 假設(shè)不實(shí)施功率控制，亦即各移動臺的發(fā)射功率相同，則兩移動臺至基站的功率電平的差異僅決定于傳輸損耗之差。即可定義近端對遠(yuǎn)端的干擾比Rd2,d1LA(d2)LA(d1) (6-13)

14、式中LA(d2)和LA(d1)均以dB計(jì)，LA(d2)為d2的路徑傳輸損耗，LA(d1)為較近距離MSl的路徑傳輸損耗。 在同樣地形、地物條件下，傳輸損耗近似與距離的4次方成正比，即有)()(12dLdLAA412dd=第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 則 Rd2,d1 12lg40dd (6-14) 2. 反向鏈路的功率控制 DMA系統(tǒng)的通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小。若基站接收到移動臺的信號功率太低，則誤比特率太大而無法保證高質(zhì)量通信；反之，若基站接收到某一移動臺功率太高，雖然保證了該移動臺與基站間的通信質(zhì)量，卻對其它移動臺增加了干擾，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量惡化

15、和容量減小。只有當(dāng)每個(gè)移動臺的發(fā)射功率控制到基站所需信噪比的最小值時(shí)，通信系統(tǒng)的容量才達(dá)到最大值。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 上行鏈路功率控制就是控制各移動臺的發(fā)射功率的大小。它可分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。 上行鏈路開環(huán)功率控制亦稱反向鏈路開環(huán)功率控制，或簡稱反向開環(huán)功率控制。它的前提條件是假設(shè)上行與下行傳輸損耗相同，移動臺接收并測量基站發(fā)來的信號強(qiáng)度，并估計(jì)下行傳輸損耗，然后根據(jù)這種估計(jì)，移動臺自行調(diào)整其發(fā)射功率，即接收信號增強(qiáng)，就降低其發(fā)射功率；接收信號減弱，就增加其發(fā)射功率。開環(huán)功率控制的響應(yīng)約毫秒級，控制動態(tài)范圍約有幾十分貝。 開環(huán)功率控制的優(yōu)點(diǎn)是簡

16、單易行，不需要在移動臺和基站之間交換控制信息，因而不僅控制速度快而且節(jié)省開銷。它對付慢衰落是比較有效的，即對車載移動臺快速駛?cè)?或駛出)高大建筑物遮蔽區(qū)所引起的衰落，通過開環(huán)功率控制可以減小慢衰落影響。但是對于信號因多徑效應(yīng)而引起的瑞利衰落，效果第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 不佳。對于900MHz的CDMA蜂窩系統(tǒng)，采用頻分雙工通信方式，收發(fā)頻率相差45MHz，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過信道的相干帶寬。因而上行或下行無線鏈路的多徑衰落是彼此獨(dú)立的，或者說它們是不相干的。不能認(rèn)為移動臺在下行信道上測得的衰落特性，就等于上行信道上的衰落特性。為了解決這個(gè)問題，可采用閉環(huán)功率控制方法 所謂

17、閉環(huán)功率控制，即由基站檢測來自移動臺的信號強(qiáng)度或信噪比，根據(jù)測得結(jié)果與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，形成功率調(diào)整指令，通知移動臺調(diào)整其發(fā)射功率，調(diào)整階距為0.5dB。一般情況下這種調(diào)整指令每1ms發(fā)送一次就可以了。反向功率控制效果如圖6.12所示。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) （a）移動臺接收信號功率 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) （b）移動臺發(fā)射信號功率 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) （c）基站接收信號功率 圖6.12 反向鏈路功率控制示意3. 正向鏈路的功率控制 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 正

18、向鏈路也稱作下行鏈路，所以正向鏈路的功率控制也稱為正向功率控制。它是調(diào)整基站向移動臺發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于蜂窩小區(qū)中的任何位置上，收到基站發(fā)來的信號電平都恰好達(dá)到信干比所要求的門限值。做到這一點(diǎn)，就可以避免基站向距離近的移動臺輻射過大的信號功率，也可以防止或減小由于移動臺進(jìn)入傳播條件惡劣或背景干擾過強(qiáng)的地區(qū)而發(fā)生誤碼率增大或通信質(zhì)量下降的現(xiàn)象。 正向功率控制方法與反向功率控制相類似，正向功率控制可以由移動臺檢測基站發(fā)來、信號的強(qiáng)度，并不斷地比較信號電平和干擾電平的比值。如果此比值小于預(yù)定的門限值，移動臺就向基站發(fā)出增加功率的請求?；臼盏秸{(diào)整功率的請求后，按0.5dB的調(diào)整階距改變相

19、應(yīng)的發(fā)射功率。最大的調(diào)整范圍約土6dB。上述的正向功率控制是屬于閉環(huán)方式。正向功率控制第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 也可以采用開環(huán)方式，即可由基站檢測來自移動臺的信號強(qiáng)度，以估計(jì)反向傳輸?shù)膿p耗并相應(yīng)調(diào)整發(fā)給該移動臺的功率。 6.4.2 CDMA6.4.2 CDMA系統(tǒng)的分集技術(shù)系統(tǒng)的分集技術(shù)1.多種分集技術(shù) CDMA系統(tǒng)中采用了多種分集技術(shù)，包括“宏分集”(多基站分集)和多種“微分集”。下面著重就減小快衰落的微分集作一說明，著重是利用路徑分集技術(shù)，即RAKE接收機(jī)作更詳細(xì)討論。 CDMA系統(tǒng)綜合利用多種分集技術(shù)來減弱快衰落對信號的影響，從而獲得高質(zhì)量的通信性能。第六章

20、第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 減弱慢衰落采用宏分集（空間分集），即用幾付獨(dú)立天線或不同基站分別發(fā)射信號，保證各信號之間的衰落獨(dú)立。由于這些信號傳輸路徑的地理環(huán)境不同，因而各信號的慢衰落互不相關(guān)。通常，采用選擇式合并方式，選擇信號較強(qiáng)的一個(gè)作為接收機(jī)輸出，從而減弱了慢衰落的影響，如圖6.12示出的那樣。CDMA軟切換就是一個(gè)例證。 圖6.12 選擇式分集合并示意 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) CDMA系統(tǒng)中減弱瑞利衰落采取了多種分集技術(shù)，包括頻率分集、時(shí)間分集和路徑分集（或空間分集）。 碼分多址采用擴(kuò)頻技術(shù)，屬于寬帶傳輸，例如CDMA蜂窩系統(tǒng)的帶寬約

21、1.25MHz，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于移動信道的相干帶寬(約幾十KHz)，因此頻率選擇性衰落對寬帶信號的影響是很小的，也就是說，碼分多址的寬帶傳輸起到了頻率分集的作用 CDMA系統(tǒng)中采用的交織編碼技術(shù)，用于克服突發(fā)性干擾，從分集技術(shù)而言是屬于時(shí)間分集。通常將連續(xù)出現(xiàn)的誤碼分散開來，變成隨機(jī)差錯(cuò)，采用分組糾錯(cuò)技術(shù)(如卷積編碼)糾正隨機(jī)差錯(cuò)，從而間接地糾正了連續(xù)的突發(fā)性差錯(cuò)。為此，必須解決將突發(fā)性差錯(cuò)分散的辦法，其基本方法可舉例予以說明。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 假設(shè)原始數(shù)據(jù)為1101001101001110共計(jì)十六位，按44矩陣排列，依次按行寫入發(fā)送矩陣，如表6.2所示。 6.

22、2 6. 3 從發(fā)送矩陣讀出的順序則按列順序，即先取出第一列1001，然后是第二列1011。這樣送入信道的數(shù)據(jù)流是1001101101011100。假定在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)突發(fā)性差錯(cuò)，例如第5至第8位發(fā)生了差錯(cuò)，即接收到的數(shù)據(jù)流可寫成第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 100101011100由于發(fā)送端將數(shù)據(jù)按行寫入、按列讀出，為了恢復(fù)原始數(shù)據(jù)順序，必須進(jìn)行相反變換，即將接收到的數(shù)據(jù)送入接收矩陣，進(jìn)行按列寫入、按行讀出。自然，發(fā)端若采用按列寫入、按行讀出，那么收端需要按行寫入、按列讀出。這兩種方式其原理是相同的。針對表6.2例子，現(xiàn)將接收到的數(shù)據(jù)流，按列寫入接收矩陣，如表6

23、.3所示 接收矩陣按行讀出的數(shù)據(jù)是 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 由上可見，將上述連續(xù)錯(cuò)碼已分散開來，且每組(4位)中只有一個(gè)差錯(cuò)，通過分組碼糾錯(cuò)技術(shù)，可以糾正少量的差錯(cuò)，從而糾正了突發(fā)性的連續(xù)差錯(cuò)。上面只是作了原理性說明，但有了這樣的概念或基礎(chǔ)，就可理解CDMA系統(tǒng)中各種(包括上行鏈路和下行鏈路)交織編碼技術(shù)。 CDMA系統(tǒng)中還采用了空間分集技術(shù)，亦即進(jìn)行路徑分集。對于傳輸帶寬為1.25MHz的CDMA系統(tǒng)，它容易采用路徑分集技術(shù)。因?yàn)楫?dāng)來自兩個(gè)不同路徑的信號的時(shí)延差大于1s時(shí)，這兩個(gè)衰落信號可看作互不相關(guān)。CDMA系統(tǒng)采用RAKE接收機(jī)進(jìn)行路徑分集，它能有效地克服

24、快衰落的問題，因此受到人們關(guān)注，它也是CDMA系統(tǒng)能成功的關(guān)鍵之一，下面予以詳細(xì)介紹。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 2.RAKE接收機(jī) 所謂RAKE接收機(jī)就是利用多個(gè)并行相關(guān)器檢測多徑信號，按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號供解調(diào)用的接收機(jī)。需要特別指出的是，一般的分集技術(shù)把多徑信號作為干擾來處理，而RAKE接收機(jī)采取變害為利，即利用多徑現(xiàn)象來增強(qiáng)信號。圖6.14示出了簡化的RAKE接收機(jī)組成。 假設(shè)發(fā)端從Tx發(fā)出的信號經(jīng)N條路徑到達(dá)接收天線Rx。路徑1距離最短，傳輸時(shí)延也最小，依次是第二條路徑、第三條路徑，時(shí)延時(shí)間最長的是第N條路徑。通過電路測定各條路徑的相對時(shí)延差，以第一

25、條路徑為基準(zhǔn)時(shí)，第二條相對于第一條路徑相對時(shí)延差為2 ，第三條相對于第一條路徑相對時(shí)延差為3 ，第N條路徑相對于第一條路徑相對時(shí)延差為N ，且有N N-13 2 (1 =0)。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 圖6.14 簡化的RAME接收機(jī)組成 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 接收端通過解調(diào)后，送入N個(gè)并行相關(guān)器。在QCDMA系統(tǒng)中，基站接收機(jī)N4，移動臺接收機(jī)N3。圖中為用戶1，即使用偽碼c1(t)，通過位同步，各個(gè)相關(guān)器的本地碼分別為c1(t)、c1(t-2)、c1(t-3)c1(t-N)。經(jīng)過解擴(kuò)加入積分器，每次積分時(shí)間為Tb，第一支路在

26、Tb末尾進(jìn)入電平保持電路，保持直到TbN ，即到最后一個(gè)相關(guān)器于TbN 產(chǎn)生輸出。這樣N個(gè)相關(guān)器于TbN 時(shí)刻，通過相加求和電路(圖中為)再經(jīng)判決電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出。 電于各條路徑加權(quán)系數(shù)為1，因此為等增益合并方式。利用多個(gè)并行相關(guān)器，獲得了各多徑信號能量，即RAKE接收機(jī)利用多徑信號，提高通信質(zhì)量。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.4.3 CDMA切換技術(shù)切換技術(shù) 模擬蜂窩系統(tǒng)(AMPS或TACS)采用頻分多址方式，其過境切換必須改變話務(wù)信道頻率，通常稱作硬切換。圖6.15所示的是發(fā)生過境切換情況；圖中所示的移動臺(MS)從基站BSl進(jìn)入BS2小區(qū)時(shí)，將發(fā)生過境切換。

27、假定移動臺正在通過BSl移動交換中心(MSC) 公用交換電話網(wǎng)市話用戶進(jìn)行通話，BS1中設(shè)置的定位接收機(jī)不斷監(jiān)測來自移動臺的信號電平(或監(jiān)測音SAT的信噪比)低于某一門限值，便立即報(bào)告MSC，MSC當(dāng)即命令鄰近基站(BS2、BS3)同時(shí)監(jiān)測該移動臺的信號，并將測得的結(jié)果報(bào)告MSC 。MSC根據(jù)測量數(shù)據(jù)，就可以判斷移動臺從BSl駛?cè)肓四膫€(gè)小區(qū)，這就叫定位。 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 6.15 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 在TDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，其過境切換中采用了移動臺輔助切換方式，簡稱MAHO(Mobile Assisted Hando

28、ff)。這是由于移動臺通話期間，接收機(jī)只用了某一個(gè)時(shí)隙，其它時(shí)隙內(nèi)，可監(jiān)測鄰近基站的信號強(qiáng)度，并不斷地向MSC報(bào)告測量結(jié)果，如圖6.16所示。因?yàn)橐苿优_協(xié)助了切換過程，所以稱作移動臺輔助切換技術(shù)，它可以加快切換進(jìn)程。如果也是從BSl切換到BS2，一歧情況下，移動臺不僅要改變時(shí)隙，而且也要改變頻率，因此也屬于硬切換。 CDMA蜂窩系統(tǒng)支持3種切換方式：同一載頻的軟切換；不同載頻的硬切換；CDMA到AMPS的切換。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 圖 6.16 TDMA 的移動臺輔助切換 第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 圖3-37為CDMA的軟切換示意

29、。各個(gè)基站使用相同的載頻，但引導(dǎo)的偽碼偏置不同?；景l(fā)出的導(dǎo)頻信號在使用相同頻率時(shí)，只有由引導(dǎo)PN序列的不同偏置系數(shù)來區(qū)分。移動臺不斷接收各基站的導(dǎo)頻信號強(qiáng)度，并通過原基站（BS1）向MSC報(bào)告測量結(jié)果。在切換時(shí)，移動臺同時(shí)與新、老基站保持無線鏈路(如同時(shí)與BSl和BS2)，從而可有效地提高切換的可靠性。由于軟切換是不改變頻率的，更重要的是在切換的過程中移動臺開始和一個(gè)新基站(BS2)通信時(shí)，并不立即中斷和原來基站(BS1)的通信，只有當(dāng)移動臺在新的小區(qū)(BS2的服務(wù)區(qū))建立起穩(wěn)定通信之后，原來的基站才中斷與該移動臺的通信。 軟切換有很突出的優(yōu)越性，首先是提高了切換的可靠性。在硬切換中，如果找

30、不到空閑信道或切換指令的傳輸發(fā)生錯(cuò)誤，則切換失敗，通信中斷。此外，當(dāng)移動臺靠近兩個(gè)小區(qū)的交界第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 處需要切換的時(shí)候，兩個(gè)小區(qū)的基站在該處的信號電平都較弱而且有起伏變化，這會導(dǎo)致移動臺在兩個(gè)基站之間反復(fù)要求切換(即“乒乓”現(xiàn)象)，從而重復(fù)地往返傳送切換信息，使系統(tǒng)控制的負(fù)荷加重，或引起過載，并增加了中斷通信的可能性。 其次，軟切換為實(shí)現(xiàn)分集接收提供了條件。當(dāng)移動臺處于兩個(gè)(或三個(gè))小區(qū)的交界處進(jìn)行軟切換時(shí)，會有兩個(gè)（或三個(gè)）基站在同時(shí)向它發(fā)送相同的信息，移動臺采用RAKE接收機(jī)，進(jìn)行分集合并，即起到了多基站宏分集的作用，從而能提高正向業(yè)務(wù)信道的抗

31、衰落性能，提高話音質(zhì)量。 同樣，在反向業(yè)務(wù)信道中，當(dāng)移動臺處于兩個(gè)(或三個(gè))小區(qū)的交界處進(jìn)行軟切換時(shí)，會有兩個(gè)(或三個(gè))基站同時(shí)收到一個(gè)移動臺發(fā)出的信號，這些基站對所收信號進(jìn)行解調(diào)并作質(zhì)量估計(jì)，然后送第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 往移動交換中心(MSC)。這些來自不同基站而內(nèi)容相同的信息由MSC采用選擇式合并方式，逐幀挑選質(zhì)量最好的，從而實(shí)現(xiàn)了反向業(yè)務(wù)信道的分集接收，提高了反向業(yè)務(wù)信道的抗衰落性能。 這里所說的分集接收是利用CDMA系統(tǒng)在切換過程中當(dāng)移動臺和多個(gè)基站交換信息的條件下實(shí)現(xiàn)的，著重點(diǎn)是說明軟切換為分集接收提供了條件。但是，這不是說，移動臺或基站只在切換過程

32、中才需要分集技術(shù)。為了提高通信系統(tǒng)的抗衰落能力和可靠性，在正常情況下，無論是基站或移動臺都采用了分集技術(shù)，如基站的空間(天線)分集、采用交織技術(shù)的時(shí)間分集以及移動臺的多徑分集等。第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) CDMA蜂窩系統(tǒng)中，一個(gè)載頻包含55個(gè)業(yè)務(wù)信道，一個(gè)導(dǎo)頻信道、一個(gè)同步信道，最多有7個(gè)尋呼信道。當(dāng)用戶密度很大時(shí)，可以采用多載頻工作。如果切換發(fā)生在兩個(gè)不同載頻的交界處，則需進(jìn)行的切換，稱為硬切換，其切換原理與FDMA的硬切換相類似。 6.5 FDMA、TDMA、CDMA的特點(diǎn)的特點(diǎn) 6.5.1 FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) 以頻率重用為基礎(chǔ)的蜂房結(jié)構(gòu)以每一頻道為一個(gè)話路的模擬或數(shù)字信號傳輸以頻帶或頻道的劃分來構(gòu)成宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)由于FDMA蜂房系統(tǒng)是以頻道來分離用戶地址的，所以它是頻道受限和干擾受限的系統(tǒng)FDMA系統(tǒng)需要周密的頻率計(jì)劃第六章第六章 CDMACDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) 對發(fā)射信號功率控