移動通信課件：15次課 第08章 IS-95 CDMA-2

1、15-1數(shù)字移動通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告Digital Mobile Communication數(shù)字移動通信數(shù)字移動通信第八章IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)15-2第八章講述內(nèi)容8.5 功率控制8.6軟切換8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量15-3第八章本次課要回答的問題：功率控制有何作用？為何說沒有功率控制就沒有CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)？IS-95中是如何實(shí)現(xiàn)軟切換的？這種功能有何好處？重點(diǎn)：IS-95 中的功率控制與軟切換； IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟容量。難點(diǎn)：軟切換過程。 15-4第八章講述內(nèi)容8.5 功率

2、控制8.6軟切換8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量15-5CDMA的特征主要特征多址干擾遠(yuǎn)近效應(yīng)功率控制軟容量軟切換15-6一、多址干擾概念：指在CDMA通信系統(tǒng)中，共用頻帶用戶的DS信號在時域和頻域上互相重疊，這些非理想正交的信號互相之間的干擾。多址干擾產(chǎn)生的原因PN碼不是理想正交的同步不理想多徑影響CDMA蜂窩系統(tǒng)內(nèi)的多址干擾表現(xiàn)上行信道下行信道問題：如何減小多址干擾？15-7二、遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)概念：近地強(qiáng)信號壓制遠(yuǎn)地弱信號的現(xiàn)象。即近地強(qiáng)信號的功率電平會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)地弱信號的功率電平。 GSM系統(tǒng)有遠(yuǎn)近效應(yīng)嗎？每200kHz劃分一個頻段，如果一個手機(jī)發(fā)射功率過大，只是干

3、擾同頻或鄰頻的手機(jī)。主要發(fā)生在IS-95上行信道。如果移動臺功率是固定的，按照最大通信距離設(shè)計(jì)，則當(dāng)移動臺接近基站時，產(chǎn)生過量的功率輻射。 15-8遠(yuǎn)近效應(yīng)示意圖反向d2d1前向S1S2MS2MS1若d2/d1=100，則S1/S2將達(dá)近80dB ! 強(qiáng)抑弱！問題：如何減小遠(yuǎn)近效應(yīng)？15-9三、功率控制概念：根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時調(diào)整發(fā)射機(jī)所需功率，使得接收電平剛剛達(dá)到信干比門限。 功率控制是個重要的命題 資源有限-復(fù)用-干擾-功控先談?wù)凣SM系統(tǒng)的功控在GSM系統(tǒng)中，無論是基站還是手機(jī)的發(fā)射功率都是由BSC來進(jìn)行控制的，劃分為進(jìn)入連接模式之前和進(jìn)入連接模式之后。15-10三、功率控制在連接

4、模式之前，手機(jī)基本跟收音機(jī)差不多，收聽系統(tǒng)消息，基本上不會對網(wǎng)絡(luò)造成干擾 但是BSC還是盡責(zé)的告訴手機(jī)，第一次接入系統(tǒng)時最大的信道發(fā)射功率。手機(jī)以隨機(jī)接入信道接入網(wǎng)絡(luò)時，就以上面提到的最大功率接入，如果手機(jī)本身能提供的功率低于這個值，就以后者功率接入。15-11三、功率控制一旦進(jìn)入了專用模式，功控就很重要了，基站對上行鏈路的接收電平和接收質(zhì)量進(jìn)行測量，并傳送給BSC 。 手機(jī)當(dāng)前的發(fā)送功率，通過慢輔助控制信道SACCH傳給BTS，由BTS給BSC，BSC對以上因素加以考慮，決定如何調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率。15-12三、功率控制BSC如果要調(diào)整功率，那么就在下行的SACCH信道中設(shè)置改變手機(jī)功率的命

5、令。手機(jī)收到后，就按該值傳輸。有沒有什么問題？如果功率需要改變幅度太大，還是需要時間的，手機(jī)功率最大變化速率是每13幀（60ms）以2dB的速率變化。上行功控范圍20-30dB。15-13三、功率控制除了上行，下行鏈路也是需要調(diào)整功率的，在GSM系統(tǒng)中，這是一個可選項(xiàng)。問題：對于下行鏈路是不是所有的載頻都可以參加功率控制？ 廣播控制信道BCCH的載頻不參加功率控制，因?yàn)樾^(qū)內(nèi)的手機(jī)需要檢測其電平來完成小區(qū)選擇和重選，功率的變化會讓手機(jī)在選擇小區(qū)上無所適從。15-14三、功率控制功率控制是個重要的命題 資源有限-復(fù)用-干擾-功控對于GSM通過SACCH信道來發(fā)送手機(jī)功率，每480ms一次，每秒也

6、就能修改兩次發(fā)射功率，這個頻率通常也就夠用了。 問題：碼分復(fù)用方式下，能不能采用GSM系統(tǒng)的功控，為什么？15-15三、功率控制CDMA系統(tǒng)功率控制的目的克服遠(yuǎn)近效應(yīng)減少多址干擾手機(jī)的低功耗分類反向功率控制正向功率控制問題：為什么分反向、正向，它們功率控制的目的有何不同？15-16三、功率控制反向功率控制使移動臺無論處于什么位置，其信號在到達(dá)基站的接收機(jī)時，都有相同的電平門限。正向功率控制調(diào)整基站向移動臺發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于小區(qū)的什么位置，收到基站的信號電平都剛剛達(dá)到信干比要求的門限。15-17三、功率控制結(jié)構(gòu)： 開環(huán)：通過測量接收的信號強(qiáng)度，調(diào)節(jié)自己的發(fā)射功率。有什么缺點(diǎn)？當(dāng)前向

7、和反向信道的衰落特性不一致時，基于前向信道的信號測量是不能反映反向信道傳播特性的，調(diào)節(jié)精度不高。因此，開環(huán)功率控制發(fā)生在移動臺初始接入階段，只能粗略估計(jì)發(fā)射功率，僅是一種對移動臺平均發(fā)射功率的調(diào)節(jié)。15-18三、功率控制結(jié)構(gòu)： 開環(huán)：通過測量接收的信號強(qiáng)度，調(diào)節(jié)自己的發(fā)射功率。有什么優(yōu)點(diǎn)？直接、簡單，不需要在移動臺和基站之間交換控制信息，控制速度快而且節(jié)省開銷。15-19三、功率控制結(jié)構(gòu)：閉環(huán)：收方依據(jù)接收信號強(qiáng)度，形成功率調(diào)整指令，通知發(fā)方調(diào)節(jié)發(fā)射功率。有什么優(yōu)點(diǎn)？閉環(huán)功率控制發(fā)生在移動臺接入過程中，能夠較精確地估計(jì)發(fā)射功率，調(diào)節(jié)精度高。有什么缺點(diǎn)？但是復(fù)雜，需要在移動臺和基站之間交換控制信

8、息，功率控制速度比較慢，開銷較大。15-20三、功率控制閉環(huán)： 收方依據(jù)接收信號強(qiáng)度，形成功率調(diào)整指令，通知發(fā)方調(diào)節(jié)發(fā)射功率。封閉的環(huán)路15-21三、功率控制閉環(huán)內(nèi)環(huán)&外環(huán)： 外環(huán)調(diào)整SIR目標(biāo)值，內(nèi)環(huán)調(diào)整功率外環(huán)內(nèi)環(huán)15-22三、功率控制功率控制的參數(shù)功控速率（多長時間功控一次）功控步長（每次功控調(diào)整的步長）15-23三、功率控制功率控制的速率設(shè)置功控時間間隔過長，會導(dǎo)致無線信號的電平跟不上無線環(huán)境的變化，突然的衰落和干擾會導(dǎo)致掉話；功控時間越短越有利于無線信號應(yīng)對無線環(huán)境的變化，但會增加對系統(tǒng)計(jì)算能力和復(fù)雜性的要求。15-24三、功率控制問題：功控的速率和什么有關(guān)？15-25三、功率控制功

9、率控制的速率設(shè)置理想的功率控制是剛好跟上信道的變化速率，但跟上的程度是和干擾的程度有關(guān)的。干擾程度越高越希望能跟上信道的變化速率，因此對3G主流標(biāo)準(zhǔn)的功率控制頻率滿足以下關(guān)系： WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA 15-264、功率控制1、3G概述3G系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)的技術(shù)比較15-27三、功率控制功率控制的步長設(shè)置如果每次功控調(diào)整的步長過小，就跟不上無線環(huán)境的變化；如果每次調(diào)整步長過大，例如增加功率過大，會導(dǎo)致功率供給大于功率需求，造成資源浪費(fèi)，引起干擾；降低功率過大，會導(dǎo)致信號電平降低過快，引起通話質(zhì)量下降甚至掉話。15-28三、功率控制功率控制的步長設(shè)置功控的步長一般采用“快

10、升慢降”原則例如，如果需要增大功率，功率每次增加0.5dB，如果需要降低功率，每次只降低0.2dB。為什么？若無線環(huán)境突然變壞，為了保證通話質(zhì)量，避免掉話，應(yīng)迅速把功率升上去；當(dāng)不需要這么大功率時，慢慢降下來。15-29第八章講述內(nèi)容8.5 功率控制8.6軟切換8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量15-30一、軟容量軟容量可在短時間內(nèi)增加用戶數(shù)，超過系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的負(fù)荷，以話音質(zhì)量的下降獲取容量，而不是硬阻塞。如何增加？15-31二、軟切換軟切換CDMA系統(tǒng)獨(dú)特的切換功能。FDMA、TDMA系統(tǒng)均采用硬切換。15-32二、軟切換硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接。軟切換：維持舊

11、的連接，又同時建立新的連接，并利用新舊連接的分集合并來改善通信質(zhì)量，當(dāng)與新基站建立可靠連接之后再中斷舊連接。如何同時建立連接？GSM為什么不可以？軟切換僅僅用于具有相同頻率的CDMA信道之間。硬切換的缺點(diǎn)？軟切換的優(yōu)點(diǎn)？15-33二、軟切換硬切換的缺點(diǎn)：如果切換不成功，例如找不到空閑信道，切換就失敗。此外，在兩個小區(qū)交界邊緣，信號電平都很弱且起伏變化，可能導(dǎo)致移動臺在兩個基站之間反復(fù)切換，增加系統(tǒng)負(fù)荷。軟切換的優(yōu)點(diǎn)：不改變頻率，減小通信中斷的概率?！跋绒D(zhuǎn)換后中斷”，而硬切換是“先中斷后轉(zhuǎn)換”。為分集接收提供了條件。15-34硬切換與軟切換的示意圖15-35硬切換的示意圖硬切換先斷后連，易產(chǎn)生切

12、換掉話、乒乓切換15-36軟切換的示意圖軟切換先連后斷15-37第八章講述內(nèi)容8.5 功率控制8.6軟切換8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量15-388.7 系統(tǒng)接口和信令協(xié)議一、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（與TDMA類似）網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)移動臺15-398.7 系統(tǒng)接口和信令協(xié)議二、系統(tǒng)接口B15-408.7 系統(tǒng)接口和信令協(xié)議 三、信令協(xié)議結(jié)構(gòu)1、物理層基帶調(diào)制、編碼、成幀、射頻調(diào)制等 2、鏈路層3、控制處理層物理層、復(fù)用子層、信令2層、尋呼及接入信道2層、同步信道2層、移動控制處理3層是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)。15-41第八章講述內(nèi)容8.5 功率控制8.6軟切換8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量15-42蜂窩系統(tǒng)提高頻譜利用率的根本原因：頻率再用技術(shù)1、 系統(tǒng)容量的計(jì)算頻道再用距離受載干比限制頻率資源的利用效率FFDMA：1/7TDMA：1/4CDMA：1？系統(tǒng)容量