TZBT01C11移动通讯基本原理35.ppt

TZ_BT01_C1_1 移动通讯基本原理,中兴通讯学院 TD&W&PCS 无线团队,第二代 90年代,数字,第三代,IMT-2000,宽,带,业,务,TD-SCDMA,移动通信技术发展,移动通讯基本原理,WCDMA,CDMA2000,HSDPA,EVDO,多址技术,用户对网络容量的需求是移动通信技术发展的根本驱动力！,移动通讯基本原理,多址技术,多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质实现各 用户之间通信的技术。,移动通讯基本原理,双工技术,上行数据,下行数据,时分/ TDD 频分/ FDD,对于数字移动通信而言，双向通信可以以频率或时间分开，前者称为 FDD（频分双工），后者称为TDD（时分双工）。,移动通讯基本原理,双工技术,时分双工的优势,移动通讯基本原理,双工技术,频分双工FDD的优势,移动通讯基本原理,各种制式的对比,移动通讯基本原理,第一代无线通信系统,蜂窝的概念 每载波带宽: 25kHz 基本物理层技术 复用方式: FDMA,AMPS: American mobile Phone system NMT: Nordic mobile telephone System TACS: Total Access Communication System,890 915 935 960MHz,1对信道,上行 下行,带宽 25kHz/每载波,移动通讯基本原理,FDMA 频分多址接入,移动通讯基本原理,第二代移动通信系统GSM,蜂窝的概念 每载波带宽: 200kHz 基本物理层技术 复用方式: TDMA + FDMA 每载波8个时隙 网络功能 电路交换 硬切换 2.5G: GPRS 2.75G : EDGE,一对信道 200kHz 带宽/每载波,时间,频率,上行 下行,890 915 935 960MHz,移动通讯基本原理,TDMAFDMA 时分频分多址接入,移动通讯基本原理,第三代移动通信 FDD（WCDMA）,移动通讯基本原理,蜂窝的概念 每载波带宽: 5Mhz 相邻小区可以使用相同频率 基本物理层技术 复用方式: CDMA + FDMA 数字调制 (QPSK),一对信道， 5MHz 带宽/每载波,上行 下行,f,CDMAFDMA 码分频分多址接入,码1,码2,码3,码4,移动通讯基本原理,第三代移动通信 TDD (TD-SCDMA),蜂窝的概念 每载波带宽: 1.6MHz 相邻小区可以使用相同频率 基本物理层技术 复用方式: TDMA+CDMA+FDMASDMA 每时隙有16个码道 数字调制 (QPSK),1,6MHz /每载波,f,t,下行,上行,移动通讯基本原理,TDMACDMAFDMASDMA,0,上行+下行 频点 F1,时隙 16,TDMA CDMA FDMA SDMA,TDD,Dw,GP,Up,1,2,3,4,5,6,码树,移动通讯基本原理,扩频通信的定义,扩频通信技术: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。 CDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。,移动通讯基本原理,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。 其理论基础为Shannon定理： C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位Hz S：信号平均功率，单位W N：噪声平均功率，单位W,结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.,扩频通信的理论基础,移动通讯基本原理,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S（f）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,窄带干扰,宽带干扰,扩频通信示意图,移动通讯基本原理,扩频码速率：1.28Mc/s； 扩频码：OVSF码。,直接序列扩频通信,移动通讯基本原理,直接序列扩频示意,用户数据,-1+1-1-1+1-1,扩频码,+1-1-1+1-1+1+1-1,扩频信号,用户数据扩频码,解扩数据,用户数据扩频码,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解扩,扩频,移动通讯基本原理,码序列的正交 累加为0表示正交,码序列的正交性,移动通讯基本原理,Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。 Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。,信道化码,CDMA扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。,移动通讯基本原理,SF = 1,SF = 2,SF = 4,C,ch,1,0,= (1),C,ch,2,0,= (1,1),C,ch,2,1,= (1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1),C,ch,4,1,= (1,1,-1,-1),C,ch,4,2,= (1,-1,1,-1),C,ch,4,3,= (1,-1,1,-1),OVSF：Orthogonal variable spreading factor,OVSF-正交可变扩频因子,移动通讯基本原理,扩频通信的特点,抗干扰能力强 保密性高 低发射功率 易于实现大容量多址通信 占用频带宽,移动通讯基本原理,功率控制,如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。 因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA系统中某个用户信号的功率较强，对该用户被正确接受是有利的，但却会增加对共享的频带内其它的用户的干扰，甚至淹没有用信号，结果使其它用户通信质量劣化，导致系统容量下降。为了克服远近效应，必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，这就是“功率控制”。,移动通讯基本原理,功率控制,CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。因此，在CDMA系统的反向链路中引入了功率控制，通过调整用户发射机功率，使信号到达基站接收机的功率相同，且刚刚达到信干比要求的门限值，同时满足通信质量要求。通过调整，各用户不论在基站覆盖区的什么位置和经过何种传播环境，都能保证各个用户信号到达基站接收机时具有相同的功率。在实际系统中，由于用户的移动性，使用户信号的传播环境随时变化，致使每时每刻到达基站时所经历的传播路径、信号强度、时延、相移都随机变化，接受信号的功率在期望值附近起伏变化。,移动通讯基本原理,切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程,上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等,切换原因,切换概念,在蜂窝结构的无线移动通信系统中， 当移动台从一个小区移动到另一个 小区时，为保持移动用电话不中断 通信需要进行的信道切换称为 切换,切换,无线测量、网络判决和系统执行,切换步骤,切换,移动通讯基本原理,硬切换,硬切换： 在早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）移动通信系统中采用这种越区切换方法。当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通信，然后再改变载波频率与新的基站建立通信。,移动通讯基本原理,软切换,而在软切换过程中，UE先建立与Node B2的信令和业务连接之后，再断开与Node B1的信令和业务连接，即UE在某一时刻与2个基站同时保持联系。,移动通讯基本原理,软切换,优点： 软切换过程不丢失信息，不中断通信，由于减少了同频干扰，增加系统容量。 解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题, 减少了干扰。 缺点： 软切换的基础是宏分集，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消。,移动通讯基本原理,接力切换概念,接力切换(Baton Handover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。 其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。,移动通讯基本原理,UE收到切换命令前的场景： 上下行均与源小区连接,UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信,UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换,接力切换工作流程,移动通讯基本原理,接力切换优点,接力切换优点 ： 与通常的硬切换相比，接力切换除了要进行硬切换所进行的测量外，还要对符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保持。接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。上行预同步的技术在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。,移动通讯基本原理,接力切换优点