北邮移动通信第五章课件

1、移动通信技术移动通信技术 第五章第五章 蜂窝组网技术蜂窝组网技术 2Mobile Communication Theory目录目录移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 5.1频率复用和蜂窝技术频率复用和蜂窝技术 5.2多址接入技术多址接入技术5.3码分多址关键技术码分多址关键技术5.4蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析5.5切换、位置更新切换、位置更新5.7CDMA系统中的功率控制系统中的功率控制5.6移动通信网络结构移动通信网络结构5.83Mobile Communication Theory5.1 移动通信网的基本概念移动通信网的基本概念 实现系统在其覆盖区内良好的语

2、音和数据通信，这样的通信网就是移动通信网学习的内容包括：1. 移动通信移动通信网络结构网络结构2. 蜂窝式蜂窝式组网理论组网理论 3. 移动通信网的移动通信网的基本组成基本组成蜂窝移动通信系统图示蜂窝移动通信系统图示各子系统功能各子系统功能4Mobile Communication Theory5.1.1 移动通信网络结构移动通信网络结构 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）空中网络空中网络 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）地面

3、网络地面网络5Mobile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论无线蜂窝式小区覆盖 将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域形的覆盖区域小功率发射 一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户设置相当数量的用户频率复用 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率在相隔一定距离的另一个

4、基站可以重复使用同一组工作频率优点优点：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量：缓解了频率资源紧缺，增加了系统容量缺点缺点：同频干扰：同频干扰6Mobile Communication Theory5.1.2 蜂窝式组网理论蜂窝式组网理论多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用技术技术越区切换 当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信

5、过程过程7Mobile Communication Theory5.2 频率复用和蜂窝小区频率复用和蜂窝小区用来解决频率资源有限和用户容量问题用来解决频率资源有限和用户容量问题区域覆盖方式区域覆盖方式小容量的大区制小容量的大区制 一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大 利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量 只能适用于小容量的通信网只能适用于小容量的通信网大容量的小区制大容量的小区制 频率复用频率复用 将覆盖区域划分为若干小区将覆盖区域划分为若干小区 ，每个小区设立一个基站服务于本，每个小区设立一个基站服务于本小区

6、，但各小区可重复使用频率小区，但各小区可重复使用频率 带来同频干扰的问题带来同频干扰的问题 切换和位置管理切换和位置管理8Mobile Communication Theory5.2.1 大容量的小区制大容量的小区制频率复用和覆盖方式带状服务覆盖区带状服务覆盖区面状服务覆盖区面状服务覆盖区 簇簇 小区的覆盖形状小区的覆盖形状 同频干扰同频干扰同频相邻小区的找法9Mobile Communication Theory带状服务覆盖区带状服务覆盖区双频组频率配置三频组频率配置 f1 f2 f1 f2 f1 f2 f1 f1 f2 f3 f1 f2 f3 f1 10Mobile Communicati

7、on Theory面状服务覆盖区簇面状服务覆盖区簇图图52 蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示蜂窝系统的频率复用和小区面状覆盖图示q=D/R=4.6N=711Mobile Communication Theory小区的覆盖形状小区的覆盖形状采用六边形的原因用最小的小区数就能覆盖整个地理区域用最小的小区数就能覆盖整个地理区域最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模最接近于全向的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式式基站发射机位置中心激励小区：安置在小区的中心中心激励小区：安置在小区的中心顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上顶点激励小区：安置在六边形顶点之中的三个上实际形状 由于地

8、形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状不规则的形状12Mobile Communication Theory同频干扰同频干扰小区簇的意义频率复用距离与小区簇的关系载波干扰比与小区簇的关系13Mobile Communication Theory小区簇的意义小区簇的意义 一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个小区，每个小区分配K个信道（k平均延迟扩展（Ts ） ，所以码间干扰较少，无需自适应均衡基站复杂庞大，易产生信道间的互调干扰必须使用带通滤波器来限制邻道干扰越区切换复杂，必须瞬时中断传输，对于数据传输将带来数据的丢失sT26Mobile Commun

9、ication Theory5.3.2 时分多址（时分多址（TDMA）方式）方式27Mobile Communication TheoryTDMA工作原理工作原理在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，无论帧或时隙都是互不重叠的每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户基站按时隙排列顺序发收信号，各移动台在指定的时隙内收发信号MS3MS2时隙时隙帧帧时隙N时隙3时隙2时隙1保护比特信息数据同步比特尾比特一个一个TDMATDMA帧帧图图58 TDMA帧结构帧结构图图57 TDMA系统工作示意图系统工作示意图28Mobile Communication TheoryTD

10、MA系统的特点系统的特点突发传输的速率高，远大于语音编码速率，因为TDMA系统中需要较高的同步开销发射信号速率随N的增大而提高，引起码间串扰加大，所以必须采用自适应均衡不需双工器基站复杂性小，互调干扰小抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大越区切换简单，可在无信息传输时进行，不会丢失数据29Mobile Communication Theory5.3.3 码分多址（码分多址（CDMA）方式）方式工作原理工作原理系统特点系统特点存在问题存在问题30Mobile Communication TheoryCDMA的工作原理的工作原理码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息

11、CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，才能对接收的信号进行相关检测 1c2c1C2CNcNCMSCBS图图59 CDMA系统工作示意图系统工作示意图31Mobile Communication TheoryCDMA系统的特点系统的特点 多用户共享同一频率多用户共享同一频率通信容量大通信容量大容量的软特性容量的软特性 多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落减小多

12、径衰落信道数据速率很高，信道数据速率很高，无需自适应均衡无需自适应均衡平滑的平滑的软切换软切换和有效的和有效的宏分集，宏分集，不会引起通信中断不会引起通信中断低信号功率谱密度低信号功率谱密度的好处的好处抗窄带干扰能力强抗窄带干扰能力强对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段对窄带系统的干扰很小，可以与其它系统共用频段32Mobile Communication TheoryCDMA系统的软切换过程系统的软切换过程每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态 当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后

13、，移动台才切换到该基站的控制上去，这种切换可以在通信的过程中平滑完成，称为软切换 33Mobile Communication TheoryCDMA系统存在问题系统存在问题多址干扰原因原因 不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互不同用户的扩频序列不完全正交，扩频码集的非零互相关系数会引起用户间的相互干扰相关系数会引起用户间的相互干扰“远-近”效应原因原因 移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使移动用户所在的位置的变化以及深衰落的存在，会使基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对基站接收到的各用户信号功率相差很大，强信号对弱信号有着明显的抑制作用弱信号有着明显的抑制作用解决方

14、法解决方法 使用功率控制使用功率控制34Mobile Communication Theory5.3.4 空分多址（空分多址（SDMA）方式）方式 通过空间的分割来区别不同的用户 常与FDMA、TDMA、CDMA结合使用工作原理蜂窝系统中反向链路的困难自适应式阵列天线35Mobile Communication TheorySDMA的工作原理的工作原理使用定向波束天线在不同用户方向上形成不同的波束相同的频率（在TDMA或CDMA系统中）或不同的频率（在FDMA系统中）用来服务于被天线波束覆盖的这些不同区域图图510 SCDM系统工作示意图系统工作示意图36Mobile Communicatio

15、n Theory蜂窝系统中反向链路的困难蜂窝系统中反向链路的困难反向链路的困难原因解决方法用户端的发射功率必须动态控制各用户和基站间无线传播路径的不同采用空分多址方式反向控制用户的空间辐射能量对用户端发射功率的控制程度受限发射受到用户单元电池能量的限制 37Mobile Communication Theory自适应式阵列天线自适应式阵列天线自适应式天线提供了最理想的SDMA 无穷小波束宽度无穷大快速搜索能力提供在本小区内不受其他用户干扰的唯一信道克服多径干扰和同信道干扰38Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4 码分

16、多址关键技术码分多址关键技术1.扩频通信基础扩频通信基础2.地址码技术地址码技术3.扩频码的同步扩频码的同步39Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频通信基础扩频通信基础 v 扩频通信扩频通信： 频带扩展频带扩展 扩频调制扩频调制 扩频系统扩频系统v 理论基础理论基础：仙农定理。：仙农定理。40Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法直接序列扩频 跳变频率扩频 跳变时间扩频宽带线形调频 扩频方法扩频方法41Mobi

17、le Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.1 扩频方法扩频方法功率小，隐蔽性功率小，隐蔽性保密性保密性抗干扰性强抗干扰性强抗衰落能力强抗衰落能力强码分多址复用码分多址复用(CDMA)42Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统直接序列调制系统原理框图：直接序列调制系统原理框图：窄带信号窄带信号扩频信号If扩频伪码振荡调制伪码本振解扩混频43Mobile Communication TheoryMobile Communication

18、Theory5.4.2 直扩系统直扩系统编码扩频调制（射频）混频解扩解调发送端发送端接收端接收端44Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 假定同步单径假定同步单径BPSK信道中有信道中有K个用户，并假定所有的载个用户，并假定所有的载波相位为波相位为0，则接收的信号等效基带表示为：，则接收的信号等效基带表示为： 1( )( )( )( )Kkkkks tP at ctn t其中： 1,1ka kP为发送功率， )(tck为第k个用户归一化扩频信号， 为第k个用户归一化扩频信号， bT为信息比特的

19、时间宽度， ( )n t表示加性高斯白噪声，其双边功率 谱密度为 02N，单位为W/Hz。 ，单位为 W/Hz。 45Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：对于某一特定比特，相关器（解扩）的输出为：0,011( )( )1( )( )bbTkkbKTkki kiikibikkkkkys t ct dtTP bP bn t ct dtTP bM A Iz相关系数的定义为：,01( )( )bTi kikbc t c t dtT上式表明：与第k个用户本身的自

20、相关给出了希望接收的数据项， 与其它用户的互相关产生出多址干扰项MAI ，与热噪声的相关产 生了噪声 kz项。 46Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增由频谱扩展对抗干扰性带来的好处，称为扩频增益益 PG，可表示为：，可表示为： WPSBGB式中， WB为发射扩频信号的带宽； sBsB为信码的速率。其中 WB 与所采用的伪码（伪随机序列或伪噪声序列的简称）速率有关。为获得高的扩频增益，通常希望增加射频带宽 WB，即提高伪码的速率。47Mobile Co

21、mmunication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统cff(a) 在接收机输入端的扩展频谱频谱密度wBsBf(b) 接收机解扩输出端的频谱频谱密度wB 有用信号谱 干扰信号谱wB 射频带宽sB 信息带宽48Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 直扩系统直扩系统v 在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽如图 （a）所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后，有用信所示；在收端，利用伪码的相关性作解扩处理后

22、，有用信号频谱被恢复成窄带谱，如图号频谱被恢复成窄带谱，如图 （b）所示。）所示。 v 直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。使系统正常工作。 v 移动通信采用直扩系统时，需要解决移动通信采用直扩系统时，需要解决远远-近近效应带来效应带来的影响，办法之一是采用功率控制。的影响，办法之一是采用功率控制。 49Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory基于基于IS-95标准的码分多址通信系统的结构示意图标准的码分多址通信系统的结构示意图 数 据 编 码 和

23、 交 织PN 源 载 波PN 源 数 字 滤 波 器 反 交 织 和 译 码数 据 载 波 外 部 干 扰f0f0 背 景 噪 声 其 他 小 区 干 扰f0 其 他 用 户干 扰f00 数 据f0 宽 带 频 谱f00-100dB/Hz 伪 信 号1.25MHz BW1.25MHz BW10kHz BW10kHz BW1.25MHz BW1.25MHz BW9.6Kbps19.2Kbps1228Kbps1228Kbps19.2Kbps9.6Kbps1228Kbps1228Kbps 图1.1 CDMA 原 理 图50Mobile Communication TheoryMobile Commu

24、nication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 跳频系统的原理方框图跳频系统的原理方框图 信码If调制器伪码频率合成器混频器本地伪码频率合成器解调器混频器信码51Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的伪码随机置定频率合成器时，发射机的振荡频率在很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的频率范围内不断地改变，从而使射频载波亦在一个很宽的范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，如图所示范围内变化，于是形成了一个宽带离散谱，

25、如图所示 NbbffN 信 道 数b 信 道 间 隔时 使 用 的 信 道 频 率时 刻f52Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 跳频系统跳频系统v 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一能保证通信的建立。解决同步及定时是实际跳频系统的一个关键问题。个关键问题。跳频系统处理增益的定义与直扩系统的扩频增益

26、是相同的，即WPSBGB更直观的表达式为： PGN53Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 地址码技术地址码技术v 对于对于CDMA2000系统下行链路，短的伪随机码用以区分系统下行链路，短的伪随机码用以区分基站，基站，Walsh码用以区分用户，他们统一构成码用以区分用户，他们统一构成地址码地址码。v 地址码的选择直接影响地址码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、系统的容量、抗干扰能力、 接入和切换速度等接入和切换速度等v 在直接扩频任意选址的通信系统中，对地址码有如下三个在直接扩频任意选址的通信系统中

27、，对地址码有如下三个要求：要求： 伪码的比特率应能满足扩展带宽的需要；伪码应具有尖锐的自相关特性，正交编码应具有尖锐的互相关特性；伪码应具有近似噪声的频谱性质，即近似连续谱，且均匀分布。54Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2地址码技术地址码技术Gold码Walsh码m序列序列55Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列是一种周期性伪随机序列序列是一种周期性伪随机序列 ，由带线性反馈的移存，由带线性反馈的移存器产生

28、的周期最长的一种序列器产生的周期最长的一种序列 。周期是。周期是P=2n-1，n是移是移位寄存器的级数。位寄存器的级数。 v m序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相序列是一伪随机序列，具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性。关特性。但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化。期性地变化。 v 在定时严格的系统中，我们可以采用在定时严格的系统中，我们可以采用m序列作为地址码，序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户，目前的利用它的不同相位来区分不同用户，目前的CDMA蜂窝蜂窝系统中就是采用这种方法。系统中就是采用这种方法。56Mo

29、bile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的发生器序列的发生器是由移位寄存器、是由移位寄存器、反馈抽头及模反馈抽头及模2加加法器组成的。产法器组成的。产生生m序列的移位序列的移位寄存器的网络结寄存器的网络结构不是随意的，构不是随意的，必须满足一定的必须满足一定的条件。图条件。图7-7是一是一个由三级移位寄个由三级移位寄存器构成的存器构成的m序序列发生器列发生器。1D1QCP(1)2D2QCP(2)3D3QCP(3)输出1110010cT时钟脉冲57Mobile Communication Theory

30、Mobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的性质序列的性质： vm序列一个周期内1和0的码元数大致相等（1比0只多一个）。 v长度为k（1kn-1）的游程占总游程数的1/2k 。vm序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列还是m序列，只是相位不同。vm序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全0外，其它状态在一个周期内只出现一次。 58Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的自相关性序列的自相关性P11)(R01-11)(RPP +1P -1t /由

31、图可见，当=0时，m序列的自相关函数Ra（）出现峰值1；当偏离0时，相关函数曲线很快下降；当1P-1，相关函数值为-1/P；当时=P，又出现峰值；如此周而复始。当周期P很大时，m序列的自相关函数与白噪声类似。 59Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 m序列序列v m序列的互相关性序列的互相关性 对于两个周期对于两个周期P P=2=2n n-1-1的的m m序列序列aan n 和和bbn+n+ （ a an n，b bn n 取值取值是是1 1和和-1-1），两个），两个m m序列的互相关函数可由下式计算：序列的

32、互相关函数可由下式计算：11( )PcnnnRa bP对于周期为的m序列组，其最好的m序列对的互相关函数值只取三个，这三个值是：这三个值被称为理想三值，能够满足这一特性的m序列对称为m序列优选对，它们可以用于实际工程。( )21( )( )ct nPRPt nP其中：(2) 2( )12nt n 60Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v m序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中序列构成优选对的数目很少，不便于在码分多址系统中应用。应用。v R.Gold于于1967年提出了一种基于年提出了

33、一种基于m序列优选对的码序序列优选对的码序列，称为列，称为Gold序列。序列。v 由优选对的两个由优选对的两个m序列逐位模序列逐位模2加得到，当改变其中一个加得到，当改变其中一个m序列的相位（向后移位）时，可得到一新的序列的相位（向后移位）时，可得到一新的Gold序列。序列。 v Gold系列具有与系列具有与m序列优选对类似的自相关和互相关特序列优选对类似的自相关和互相关特性。性。 61Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v Gold序列序列的生成的生成图中m序列发生器1和2产生的m序列是一m序列优

34、选对，m序列发生器1的初始状态固定不变，调整m序列发生器2的初始状态，在同一时钟脉冲控制下，产生两个m序列经过模2加后可得到Gold序列，通过设置m序列发生器2的不同初始状态，可以得到不同的Gold序列。m序 列 发 生 器1m序 列 发 生 器2初 始 状 态 设 置G old序 列时 钟 脉 冲62Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码vGold序列的特性序列的特性相关特性v 具有与m序列优选对相类同的自相关和互相关特性。v 当=0时自相关函数与m序列相同；当1P-1 时自相关 函数取三个理想的值

35、，即最大旁瓣是。 Gold序列的数量v 周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，总共有2n+1个。v 随着n的增加，Gold序列数以2的n次幂增长 。63Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Gold码码v Gold序列的特性序列的特性 平衡的Gold序列v平衡的Gold序列是指在一个周期内1码元数比0码元数仅多一个。 v对于周期P=2n-1的m序列优选对生成的Gold序列，当n是奇数时， 有2n-1+1个Gold序列是平衡的，约占50%；当n是偶数（不是4的倍 数）时，有2n-1+ 2n-2+ 1个G

36、old序列是平衡的，约占75%。v只有平衡Gold序列才可以用到码分多址通信系统中去。在WCDMA系统中，下行链路采用Gold码区分小区和用户，上行链路采用Gold码区分用户。 64Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh码（又称为码（又称为Walsh函数）有着良好的互相关和较函数）有着良好的互相关和较好的自相关特性好的自相关特性。v Walsh函数波形函数波形若对图中Walsh函数波形在8个等间隔上取样，可得到离Walsh函数，可用88的Walsh函数矩阵表示。65Mobile Com

37、munication TheoryMobile Communication Theory5.4.2 Walsh码码v Walsh函数对应的矩阵可函数对应的矩阵可写作写作 0 00 00 00 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 11 00 11 00 11 01 00 10 10 11 01 00 10 10 10 1Walsh函数矩阵的递推关系 00H 20001H 2242 2220000010100110110HHHHHH2NNNNNHHHHH其中N取2的幂， 是的 补。NHNH66Mobile Communication TheoryMobil

38、e Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的在码分系统中相关接收要求本地地址码（伪码）与收到的（发送来的）地址码同步。（发送来的）地址码同步。所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差）所谓两个扩频码同步，就是保持其时差（相位差） 为为0 0状态。状态。地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分，地址码的同步是码分多址系统的重要组成部分， 其性能好坏直接影响系统的性能。其性能好坏直接影响系统的性能。 ( )() ()iinc ta tnTt 67Mobile Communication TheoryMobi

39、le Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 令令 为接收到的伪码，为为接收到的伪码，为 本地伪码，分别如本地伪码，分别如下图所示。其周期为下图所示。其周期为T=NTc，N为码位数（码长），为码位数（码长），Tc为为码片宽度。码片宽度。同步的过程就是使同步的过程就是使 。()ic t()ic t 接收伪码序列延时 本地伪码序列延时 68Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 扩频码的同步扩频码的同步v 扩频码的同步分为：扩频码的同步分为： 粗同步粗同步Product 细同步细

40、同步69Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步粗同步的方法粗同步的方法匹配滤波捕获法串行相关检测并行相关检测70Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 并行相关检测捕获系统的示意图并行相关检测捕获系统的示意图 71Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 串行相关检测捕获系统的示意图串行相关检测捕获系统的示意图 将

41、输出信号 与门限值 比较。如果超出门限值，则 此时对应的 即为时延估计值，捕获完成，有 。如果 输出信号低于门限值，则将本地信号的相位增加一个增量， 通常为Tc或者Tc/2 （即每隔T，增加 的值），再进行相关、 比较，直至捕获完成，转入跟踪过程。 0ucT()iR72Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 令输入为令输入为 则匹配滤波器的输出为则匹配滤波器的输出为( )()iinc ta tnT00( )( )( )() ( )() ()()()iTiTiiiiy tc th tc thdc ta

42、 TdR tTR tT( )y t( )ia t73Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 粗同步粗同步v 如果为双极性的如果为双极性的m序列，则输出为如下图序列，则输出为如下图 ，可以看出可以看出()(0)( ),0, 1, 2.iimaxy kTRR tk 74Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步v 细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检细同步又称为跟踪，它需要连续地检测同步误差，根据检测结果不断调整本地

43、伪码的时延（相位），使测结果不断调整本地伪码的时延（相位），使 并保持此状态并保持此状态。0 75Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步同步误差检测同步误差检测76Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory5.4.3 细同步细同步 伪码延时锁定电路伪码延时锁定电路 可用于伪码细同步跟踪可用于伪码细同步跟踪v图中，21()ffy77Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory

44、5.4.3 细同步细同步v从图中可以看出，在区间从图中可以看出，在区间 内，有：内，有： (,)ccT T()yK(0,)cT 21ff(,0)cT 21ff0 (,)ccT T78Mobile Communication Theory5.5 蜂窝移动通信系统的容量分析蜂窝移动通信系统的容量分析 蜂窝系统的无线容量可定义为： 信道/小区 其中 m无线容量大小 Bt 分配给系统的总的频谱 Bc 信道带宽 N 频率重用的小区数NBBmct 79Mobile Communication Theory三种多址接入方式的理论容量三种多址接入方式的理论容量00(/)(/)rFDMATDMACDMAbbre

45、qPNMMMREN80Mobile Communication Theory三种系统容量的比较三种系统容量的比较理论可得：在总频带宽度为1.25MHz时，三种体制的系统容量的比较结果为： 实际的CDMA系统的容量比理论值有所下降，其下降多少将随着其功率控制精度和某些参数的选取而变化当前比较普遍的看法是CDMA数字蜂窝移动通信系统的容量是模拟FDMA系统的810倍GSMTACSCDMAmmm916 81Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory功能功能 动态的调整发动态的调整发射机的发射功率射机的发射功率地位地位 CDMA系统的系

46、统的关键技术之一关键技术之一 功率控制的作用功率控制的作用输出功率的限制输出功率的限制反向功率控制反向功率控制前向功率控制前向功率控制开环功率控制开环功率控制闭环功率控制闭环功率控制功率功率控制控制概述概述功率功率控制控制分类分类 反向反向链路链路功率功率控制控制前向前向链路链路功率功率控制控制 82Mobile Communication TheoryMobile Communication TheoryCDMA系统的自干扰多址干扰多址干扰 扩频码之间的互相关性不为零扩频码之间的互相关性不为零干扰受限干扰受限 干扰对系统的容量的直接影响干扰对系统的容量的直接影响反向链路上的“远近效应” 基站

47、远处的用户的信号会被近处用户的信号淹没 前向链路上其他基站和本基站内其他用户的前向信号 移动台位于相邻小区交界处时，收到服务基站的有用信号很低，还会收到相邻小区基站的较强干扰。 无线信道的衰落慢衰落慢衰落 地形起伏、大型建筑物以及树林等的阻挡地形起伏、大型建筑物以及树林等的阻挡快衰落快衰落 多径传播以及多普勒频移的存在多径传播以及多普勒频移的存在83Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory对接收信号的能量或信噪比进行评估的基础上，适时补偿无线信道的衰落，来不断调整发射信号的功率，从而保证一定的通信质量，又降低对其他用户的干扰，

48、保证系统容量。当用户的发射功率刚好能够满足所需信噪比的最小值时，系统的容量达到最大值。使接收端的误帧率（FER）接近一个更高目标值。84Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory功能 调整移动台的发射功率，使信号到达基站接收机时，信号电平刚刚达到保证通信质量的最小信噪比门限。作用克服远近效应，降低干扰，保证系统容量。克服远近效应，降低干扰，保证系统容量。反向链路质量 反向链路必须采用大动态范围的功率控制方法，快速补偿迅速变化的信道条件 由于用户的移动性，不同的移动台到基站的距离不同，这由于用户的移动性，不同的移动台到基站的距离不

49、同，这导致不同用户之间的路径损耗差别很大。导致不同用户之间的路径损耗差别很大。不同用户的信号所经历的无线信道环境有很大的不同。不同用户的信号所经历的无线信道环境有很大的不同。85Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory功能 调整基站对每个移动台的发射功率，使信号到达移动台接收机时，信号电平刚刚达到保证通信质量的最小信噪比门限。对信道衰落较小和解调信噪比较高的移动台分配相对对信道衰落较小和解调信噪比较高的移动台分配相对较小的前向发射功率，较小的前向发射功率，对信道衰落较大和解调信噪比较低的移动台分配相对对信道衰落较大和解调信噪比

50、较低的移动台分配相对较大的前向发射功率；较大的前向发射功率；作用 降低基站的平均发射功率，减小相邻小区之间的干扰。 前向链路质量86Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory前向链路的质量远好于反向链路，对功控的要求相对较低。 前向链路所有信道同步发射，而且对于某个移动台来说，前向链路的所有信道所经历的无线环境是相同的。在前向链路的解调中，干扰主要是相邻小区的干扰和多径引入的干扰。在理想情况下，移动台解调时，本小区内其它用户的在理想情况下，移动台解调时，本小区内其它用户的干扰可以通过干扰可以通过WalshWalsh码的正交性完全

51、除去。码的正交性完全除去。由于多径的影响，使得由于多径的影响，使得WalshWalsh码的正交性受到影响。码的正交性受到影响。移动台可利用基站的导频信道进行相干解调。87Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory。功能功能 作用作用 前提前提方法方法88Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory优点优点简单易行简单易行，不需要在基站和移动台之间交互信息，控制，不需要在基站和移动台之间交互信息，控制速度快。速度快。对于降低对于降低慢衰落慢衰落的影响比较有效。的影响比

52、较有效。缺点缺点 处理处理快衰落快衰落时精度不够时精度不够 原因：在频分双工的原因：在频分双工的CDMACDMA系统中，前反向链路所占的系统中，前反向链路所占的频段相差频段相差45MHz45MHz以上，远远大于信号相关带宽，因此以上，远远大于信号相关带宽，因此前前反向链路的快衰落是完全独立和不相关的反向链路的快衰落是完全独立和不相关的，会导致在某，会导致在某些时刻出现较大误差。些时刻出现较大误差。89Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory方法方法优缺点优缺点基站根据反向链路上移动台基站根据反向链路上移动台的信号强弱，产生的信

53、号强弱，产生功控指令功控指令，并通过前向链路将功控指，并通过前向链路将功控指令发送给移动台。令发送给移动台。然后移动台根据此命令，在然后移动台根据此命令，在开环功控所选择发射功率的开环功控所选择发射功率的基础上，快速基础上，快速校正发射功率校正发射功率。如此形成了控制环路如此形成了控制环路 。优点优点简单易行简单易行，不需，不需要在基站和移动要在基站和移动台之间交互信息台之间交互信息控制速度快。控制速度快。对于降低对于降低慢衰落慢衰落的影响比较有效的影响比较有效。缺点缺点 处理处理快衰落快衰落时精度时精度不够不够 90Mobile Communication TheoryMobile Comm

54、unication Theory以反向链路为例分类内环（Inner Loop）功控外环（Outer Loop）功控调节对象向移动台发送的功率控制指令内环门限比较双方基站接收到的移动台信噪比与内环门限相比较误帧率与目标误帧率相比较方法使接收信号强度接近闭环门限高于闭环门限，就向移动台发送“降低发射功率”的功率控制指令；否则发送“增加发射功率”的功率控制指令。维持恒定的目标误帧率 当实际接收的FER高于目标值时，则提高内环门限；否则降低内环门限。91Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory92Mobile Communicatio

55、n TheoryMobile Communication Theory原因 移动台在接入状态时，还没有分配到前向业务信道（包含功率控制比特），只能通过测量接收功率来估计发送功率。目的补偿平均路径损耗以及慢衰落方法测量接收到的前向链路总功率，结合已知的一些接入参数，采用一定算法计算得出接入时的发射功率大小。 基本原则是使移动台的发射功率与接收功率成反比。 动态范围至少应该达到32dB的动态范围。 计算公式93Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory步骤1. 刚进入接入状态时2. 其后的接入探测不断增加发射功率，直至收到确认或者序

56、列结束， 3. 移动台接收到确认之后，开始在反向业务信道上发送信号，4. 移动台一旦从前向链路接收到功率控制比特，将开始进行闭环功率控制。94Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory刚进入接入状态时，移动台发射第一个接入探测:95Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory其后的接入探测不断增加发射功率，直至收到确认或者序列结束：96Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory移动台接收到确认之后，开

57、始在反向业务信道上发送信号：97Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory移动台一旦从前向链路接收到功率控制比特，将开始进行闭环功率控制：98Mobile Communication TheoryMobile Communication Theory功率控制比特功率控制比特功能基站根据测量到的反向基站根据测量到的反向信道的质量，信道的质量，来调整移动台的发射功来调整移动台的发射功率。率。如果测量到的反向信道如果测量到的反向信道质量质量低于门限低于门限，则命令，则命令移动台移动台增加发射功率增加发射功率如果测量到的反向信道如果测量

58、到的反向信道质量质量高于门限高于门限，则命令，则命令移动台移动台降低发射功率降低发射功率。作用反向功率控制的核心：反向功率控制的核心：通过基站，对移动台的开环功通过基站，对移动台的开环功率估计进行迅速纠正，而使移率估计进行迅速纠正，而使移动台保持最理想的发射功率。动台保持最理想的发射功率。对反向开环功率控制的不准确对反向开环功率控制的不准确性进行弥补的一种有效手段需性进行弥补的一种有效手段需要基站和移动台的共同参与。要基站和移动台的共同参与。在开环功控的基础上，能提供在开环功控的基础上，能提供士士24 dB的动态范围。的动态范围。功率控制比特99Mobile Communication The

59、oryMobile Communication Theory分类目的位置方 法内环功率控制使移动台业务信道的信噪比尽可能接近目标值基站(BTS)测量反向业务信道的Eb/Nt，将测量的结果与目标相比较。如果实测的Eb/Nt小于目标值，命令移动台增加功率；否则命令移动台降低功率。外环功率控制对指定的移动台调整其的目标值基站控制器(BSC)测量反向信道误帧率（FER)，将测量的结果与目标FER相比较。如果实测的FER超过目标值，则命令提高内环功控的Eb/Nt目标值；否则命令降低内环功控的Eb/Nt目标值。100Mobile Communication TheoryMobile Communicati

60、on Theory外环功控通过动态调整内环功控中信噪比的目标值，来维持恒定的目标误帧率，以适应无线环境的变化，保证一定的通信质量。同时使用外环功控和内环功控，可以 保证有足够的信号能量，使保证有足够的信号能量，使接收机能在容许的错误概率接收机能在容许的错误概率情况下解调信号情况下解调信号 将对其他用户的干扰降至最将对其他用户的干扰降至最低。低。其它信息其它信息反向业务信道反向业务信道帧质量信息帧质量信息设置目标设置目标Eb/NtEb/Nt实际的实际的E Eb b/N/Nt t确定功率确定功率控制比特控制比特频率为频率为800Hz800Hz内环（内环（Inner LoopInner Loop）功