TZBT01C11移動通訊基本原理35.ppt

TZ_BT01_C1_1 移動通訊基本原理,中興通訊學院 TD&W&PCS 無線團隊,第二代 90年代,數(shù)字,第三代,IMT-2000,寬,帶,業(yè),務,TD-SCDMA,移動通信技術發(fā)展,移動通訊基本原理,WCDMA,CDMA2000,HSDPA,EVDO,多址技術,用戶對網(wǎng)絡容量的需求是移動通信技術發(fā)展的根本驅動力！,移動通訊基本原理,多址技術,多址技術是指把處于不同地點的多個用戶接入一個公共傳輸媒質實現(xiàn)各 用戶之間通信的技術。,移動通訊基本原理,雙工技術,上行數(shù)據(jù),下行數(shù)據(jù),時分/ TDD 頻分/ FDD,對于數(shù)字移動通信而言，雙向通信可以以頻率或時間分開，前者稱為 FDD（頻分雙工），后者稱為TDD（時分雙工）。,移動通訊基本原理,雙工技術,時分雙工的優(yōu)勢,移動通訊基本原理,雙工技術,頻分雙工FDD的優(yōu)勢,移動通訊基本原理,各種制式的對比,移動通訊基本原理,第一代無線通信系統(tǒng),蜂窩的概念 每載波帶寬: 25kHz 基本物理層技術 復用方式: FDMA,AMPS: American mobile Phone system NMT: Nordic mobile telephone System TACS: Total Access Communication System,890 915 935 960MHz,1對信道,上行 下行,帶寬 25kHz/每載波,移動通訊基本原理,FDMA 頻分多址接入,移動通訊基本原理,第二代移動通信系統(tǒng)GSM,蜂窩的概念 每載波帶寬: 200kHz 基本物理層技術 復用方式: TDMA + FDMA 每載波8個時隙 網(wǎng)絡功能 電路交換 硬切換 2.5G: GPRS 2.75G : EDGE,一對信道 200kHz 帶寬/每載波,時間,頻率,上行 下行,890 915 935 960MHz,移動通訊基本原理,TDMAFDMA 時分頻分多址接入,移動通訊基本原理,第三代移動通信 FDD（WCDMA）,移動通訊基本原理,蜂窩的概念 每載波帶寬: 5Mhz 相鄰小區(qū)可以使用相同頻率 基本物理層技術 復用方式: CDMA + FDMA 數(shù)字調制 (QPSK),一對信道， 5MHz 帶寬/每載波,上行 下行,f,CDMAFDMA 碼分頻分多址接入,碼1,碼2,碼3,碼4,移動通訊基本原理,第三代移動通信 TDD (TD-SCDMA),蜂窩的概念 每載波帶寬: 1.6MHz 相鄰小區(qū)可以使用相同頻率 基本物理層技術 復用方式: TDMA+CDMA+FDMASDMA 每時隙有16個碼道 數(shù)字調制 (QPSK),1,6MHz /每載波,f,t,下行,上行,移動通訊基本原理,TDMACDMAFDMASDMA,0,上行+下行 頻點 F1,時隙 16,TDMA CDMA FDMA SDMA,TDD,Dw,GP,Up,1,2,3,4,5,6,碼樹,移動通訊基本原理,擴頻通信的定義,擴頻通信技術:在發(fā)端采用擴頻碼調制，使信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在收端采用相同的擴頻碼進行相關解調來解擴以恢復所傳信息數(shù)據(jù)。 CDMA采用的是直接序列擴頻，即將需要傳送的信號與速率遠大于信息速率的偽隨機序列編碼（擴頻碼）直接混合，這樣調制信號的頻譜寬度遠大于原來信息的頻譜寬度。,移動通訊基本原理,擴頻通信就是將信號的頻譜展寬后進行傳輸?shù)募夹g。 其理論基礎為Shannon定理： C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，單位b/s B：信號頻帶寬度，單位Hz S：信號平均功率，單位W N：噪聲平均功率，單位W,結論：在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質量.,擴頻通信的理論基礎,移動通訊基本原理,f,S（f）,f0,擴頻前的信號頻譜,信號,S（f）,f,f0,擴頻后的信號頻譜,信號,S（f）,f,f0,解擴頻后的信號頻譜,信號,干擾噪聲,f,S（f）,f0,解擴頻前的信號頻譜,信號,干擾噪聲,信號,窄帶干擾,寬帶干擾,擴頻通信示意圖,移動通訊基本原理,擴頻碼速率：1.28Mc/s； 擴頻碼：OVSF碼。,直接序列擴頻通信,移動通訊基本原理,直接序列擴頻示意,用戶數(shù)據(jù),-1+1-1-1+1-1,擴頻碼,+1-1-1+1-1+1+1-1,擴頻信號,用戶數(shù)據(jù)擴頻碼,解擴數(shù)據(jù),用戶數(shù)據(jù)擴頻碼,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解擴,擴頻,移動通訊基本原理,碼序列的正交 累加為0表示正交,碼序列的正交性,移動通訊基本原理,Walsh函數(shù)是一種非正弦波的完備正交函數(shù)系統(tǒng)，可用哈達瑪矩陣H通過遞推關系構成。由于它僅有可能的取值是1和1（或0和1），比較適合于用來表達和處理數(shù)字信號。 Walsh函數(shù)具有理想的互相關特性。在Walsh函數(shù)中，兩兩之間的互相關函數(shù)為“0”，亦即它們之間是正交的。,信道化碼,CDMA擴頻碼是由Walsh函數(shù)生成，叫做OVSF碼（正交可變擴頻因子碼），OVSF碼互相關為零，相互完全正交。,移動通訊基本原理,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-正交可變擴頻因子,移動通訊基本原理,擴頻通信的特點,抗干擾能力強 保密性高 低發(fā)射功率 易于實現(xiàn)大容量多址通信 占用頻帶寬,移動通訊基本原理,功率控制,如果小區(qū)中的所有用戶均以相同功率發(fā)射，則靠近基站的移動臺到達基站的信號強，遠離基站的移動臺到達基站的信號弱，導致強信號掩蓋弱信號，這就是移動通信中的“遠近效應”問題。 因為CDMA是一個自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠近效應”問題更加突出。CDMA系統(tǒng)中某個用戶信號的功率較強，對該用戶被正確接受是有利的，但卻會增加對共享的頻帶內其它的用戶的干擾，甚至淹沒有用信號，結果使其它用戶通信質量劣化，導致系統(tǒng)容量下降。為了克服遠近效應，必須根據(jù)通信距離的不同，實時地調整發(fā)射機所需的功率，這就是“功率控制”。,移動通訊基本原理,功率控制,CDMA系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內移動臺的相互干擾，所以如果每個移動臺的信號到達基站時都達到最小所需的信噪比，系統(tǒng)容量將會達到最大值。CDMA功率控制的目的就是既維持高質量通信，又不對占用同一信道的其它用戶產生不應有的干擾。因此，在CDMA系統(tǒng)的反向鏈路中引入了功率控制，通過調整用戶發(fā)射機功率，使信號到達基站接收機的功率相同，且剛剛達到信干比要求的門限值，同時滿足通信質量要求。通過調整，各用戶不論在基站覆蓋區(qū)的什么位置和經(jīng)過何種傳播環(huán)境，都能保證各個用戶信號到達基站接收機時具有相同的功率。在實際系統(tǒng)中，由于用戶的移動性，使用戶信號的傳播環(huán)境隨時變化，致使每時每刻到達基站時所經(jīng)歷的傳播路徑、信號強度、時延、相移都隨機變化，接受信號的功率在期望值附近起伏變化。,移動通訊基本原理,切換是指當移動臺處于移動狀態(tài)中通訊從一個基站或信道轉移到另一個基站或信道的過程,上、下行鏈路質量，上、下行鏈路信號的測量，距離或業(yè)務的變化，更優(yōu)的蜂窩出現(xiàn)，操作和管理的干涉，業(yè)務流量情況等,切換原因,切換概念,在蜂窩結構的無線移動通信系統(tǒng)中， 當移動臺從一個小區(qū)移動到另一個 小區(qū)時，為保持移動用電話不中斷 通信需要進行的信道切換稱為 切換,切換,無線測量、網(wǎng)絡判決和系統(tǒng)執(zhí)行,切換步驟,切換,移動通訊基本原理,硬切換,硬切換： 在早期的頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）移動通信系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法。當用戶終端從一個小區(qū)或扇區(qū)切換到另一個小區(qū)或扇區(qū)時，先中斷與原基站的通信，然后再改變載波頻率與新的基站建立通信。,移動通訊基本原理,軟切換,而在軟切換過程中，UE先建立與Node B2的信令和業(yè)務連接之后，再斷開與Node B1的信令和業(yè)務連接，即UE在某一時刻與2個基站同時保持聯(lián)系。,移動通訊基本原理,軟切換,優(yōu)點： 軟切換過程不丟失信息，不中斷通信，由于減少了同頻干擾，增加系統(tǒng)容量。 解決了終端在相同頻率的小區(qū)或扇區(qū)間切換的問題, 減少了干擾。 缺點： 軟切換的基礎是宏分集，因此軟切換實現(xiàn)的增加系統(tǒng)容量被它本身所占用的系統(tǒng)容量所抵消。,移動通訊基本原理,接力切換概念,接力切換(Baton Handover)是TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的核心技術之一。 其設計思想是利用智能天線獲取UE的位置距離信息，同時使用上行預同步技術，在切換測量期間，使用上行預同步的技術，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時間、功率信息，從而達到減少切換時間，提高切換的成功率、降低切換掉話率的目的。,移動通訊基本原理,UE收到切換命令前的場景： 上下行均與源小區(qū)連接,UE收到切換命令后執(zhí)行接力切換的場景：利用開環(huán)預計同步和功率控制，首先只將上行鏈轉移到目標小區(qū)，而下行鏈路仍與源小區(qū)通信,UE執(zhí)行接力切換完畢后的場景：經(jīng)過N個TTI后，下行鏈路轉移到目標小區(qū)，完成接力切換,接力切換工作流程,移動通訊基本原理,接力切換優(yōu)點,接力切換優(yōu)點 ： 與通常的硬切換相比，接力切換除了要進行硬切換所進行的測量外，還要對符合切換條件的相鄰小區(qū)的同步時間參數(shù)進行測量、計算和保持。接力切換使用上行預同步技術，在切換過程中，UE從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標小區(qū)發(fā)送上行數(shù)據(jù)，即上下行通信鏈路先后轉移到目標小區(qū)。上行預同步的技術在移動臺在與原小區(qū)通信保持不變的情況下與目標小區(qū)建立起開環(huán)同步關系，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時間，從而達到減少切換時間，提高切換的成功率、降低切換掉話率的目的。接力切換是介于硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。,移動通訊基本原理,接力切換優(yōu)點