TZBT01C11移動(dòng)通訊基本原理35.ppt

TZ_BT01_C1_1 移動(dòng)通訊基本原理,中興通訊學(xué)院 TD&W&PCS 無(wú)線團(tuán)隊(duì),第二代 90年代,數(shù)字,第三代,IMT-2000,寬,帶,業(yè),務(wù),TD-SCDMA,移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展,移動(dòng)通訊基本原理,WCDMA,CDMA2000,HSDPA,EVDO,多址技術(shù),用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的需求是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的根本驅(qū)動(dòng)力！,移動(dòng)通訊基本原理,多址技術(shù),多址技術(shù)是指把處于不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶接入一個(gè)公共傳輸媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)各 用戶之間通信的技術(shù)。,移動(dòng)通訊基本原理,雙工技術(shù),上行數(shù)據(jù),下行數(shù)據(jù),時(shí)分/ TDD 頻分/ FDD,對(duì)于數(shù)字移動(dòng)通信而言，雙向通信可以以頻率或時(shí)間分開(kāi)，前者稱為 FDD（頻分雙工），后者稱為T(mén)DD（時(shí)分雙工）。,移動(dòng)通訊基本原理,雙工技術(shù),時(shí)分雙工的優(yōu)勢(shì),移動(dòng)通訊基本原理,雙工技術(shù),頻分雙工FDD的優(yōu)勢(shì),移動(dòng)通訊基本原理,各種制式的對(duì)比,移動(dòng)通訊基本原理,第一代無(wú)線通信系統(tǒng),蜂窩的概念 每載波帶寬: 25kHz 基本物理層技術(shù) 復(fù)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(duì)信道,上行 下行,帶寬 25kHz/每載波,移動(dòng)通訊基本原理,FDMA 頻分多址接入,移動(dòng)通訊基本原理,第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM,蜂窩的概念 每載波帶寬: 200kHz 基本物理層技術(shù) 復(fù)用方式: TDMA + FDMA 每載波8個(gè)時(shí)隙 網(wǎng)絡(luò)功能 電路交換 硬切換 2.5G: GPRS 2.75G : EDGE,一對(duì)信道 200kHz 帶寬/每載波,時(shí)間,頻率,上行 下行,890 915 935 960MHz,移動(dòng)通訊基本原理,TDMAFDMA 時(shí)分頻分多址接入,移動(dòng)通訊基本原理,第三代移動(dòng)通信 FDD（WCDMA）,移動(dòng)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(shù) 復(fù)用方式: CDMA + FDMA 數(shù)字調(diào)制 (QPSK),一對(duì)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(dòng)通訊基本原理,第三代移動(dòng)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(shù) 復(fù)用方式: TDMA+CDMA+FDMASDMA 每時(shí)隙有16個(gè)碼道 數(shù)字調(diào)制 (QPSK),1,6MHz /每載波,f,t,下行,上行,移動(dòng)通訊基本原理,TDMACDMAFDMASDMA,0,上行+下行 頻點(diǎn) F1,時(shí)隙 16,TDMA CDMA FDMA SDMA,TDD,Dw,GP,Up,1,2,3,4,5,6,碼樹(shù),移動(dòng)通訊基本原理,擴(kuò)頻通信的定義,擴(kuò)頻通信技術(shù):在發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)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(lái)解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。 CDMA采用的是直接序列擴(kuò)頻，即將需要傳送的信號(hào)與速率遠(yuǎn)大于信息速率的偽隨機(jī)序列編碼（擴(kuò)頻碼）直接混合，這樣調(diào)制信號(hào)的頻譜寬度遠(yuǎn)大于原來(lái)信息的頻譜寬度。,移動(dòng)通訊基本原理,擴(kuò)頻通信就是將信號(hào)的頻譜展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。 其理論基礎(chǔ)為Shannon定理： C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，單位b/s B：信號(hào)頻帶寬度，單位Hz S：信號(hào)平均功率，單位W N：噪聲平均功率，單位W,結(jié)論：在信道容量C不變的情況下，信號(hào)頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過(guò)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(zhì)量.,擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ),移動(dòng)通訊基本原理,f,S（f）,f0,擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜,信號(hào),S（f）,f,f0,擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜,信號(hào),S（f）,f,f0,解擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜,信號(hào),干擾噪聲,f,S（f）,f0,解擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜,信號(hào),干擾噪聲,信號(hào),窄帶干擾,寬帶干擾,擴(kuò)頻通信示意圖,移動(dòng)通訊基本原理,擴(kuò)頻碼速率：1.28Mc/s； 擴(kuò)頻碼：OVSF碼。,直接序列擴(kuò)頻通信,移動(dòng)通訊基本原理,直接序列擴(kuò)頻示意,用戶數(shù)據(jù),-1+1-1-1+1-1,擴(kuò)頻碼,+1-1-1+1-1+1+1-1,擴(kuò)頻信號(hào),用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼,解擴(kuò)數(shù)據(jù),用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解擴(kuò),擴(kuò)頻,移動(dòng)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(dòng)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(dá)瑪矩陣H通過(guò)遞推關(guān)系構(gòu)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(lái)表達(dá)和處理數(shù)字信號(hào)。 Walsh函數(shù)具有理想的互相關(guān)特性。在Walsh函數(shù)中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為“0”，亦即它們之間是正交的。,信道化碼,CDMA擴(kuò)頻碼是由Walsh函數(shù)生成，叫做OVSF碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼），OVSF碼互相關(guān)為零，相互完全正交。,移動(dòng)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(kuò)頻因子,移動(dòng)通訊基本原理,擴(kuò)頻通信的特點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng) 保密性高 低發(fā)射功率 易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信 占用頻帶寬,移動(dòng)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(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn)離基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)弱，導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)，這就是移動(dòng)通信中的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題。 因?yàn)镃DMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題更加突出。CDMA系統(tǒng)中某個(gè)用戶信號(hào)的功率較強(qiáng)，對(duì)該用戶被正確接受是有利的，但卻會(huì)增加對(duì)共享的頻帶內(nèi)其它的用戶的干擾，甚至淹沒(méi)有用信號(hào)，結(jié)果使其它用戶通信質(zhì)量劣化，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降。為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，必須根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)射機(jī)所需的功率，這就是“功率控制”。,移動(dòng)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(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相互干擾，所以如果每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到最小所需的信噪比，系統(tǒng)容量將會(huì)達(dá)到最大值。CDMA功率控制的目的就是既維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)占用同一信道的其它用戶產(chǎn)生不應(yīng)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(guò)調(diào)整用戶發(fā)射機(jī)功率，使信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)的功率相同，且剛剛達(dá)到信干比要求的門(mén)限值，同時(shí)滿足通信質(zhì)量要求。通過(guò)調(diào)整，各用戶不論在基站覆蓋區(qū)的什么位置和經(jīng)過(guò)何種傳播環(huán)境，都能保證各個(gè)用戶信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)具有相同的功率。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于用戶的移動(dòng)性，使用戶信號(hào)的傳播環(huán)境隨時(shí)變化，致使每時(shí)每刻到達(dá)基站時(shí)所經(jīng)歷的傳播路徑、信號(hào)強(qiáng)度、時(shí)延、相移都隨機(jī)變化，接受信號(hào)的功率在期望值附近起伏變化。,移動(dòng)通訊基本原理,切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于移動(dòng)狀態(tài)中通訊從一個(gè)基站或信道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站或信道的過(guò)程,上、下行鏈路質(zhì)量，上、下行鏈路信號(hào)的測(cè)量，距離或業(yè)務(wù)的變化，更優(yōu)的蜂窩出現(xiàn)，操作和管理的干涉，業(yè)務(wù)流量情況等,切換原因,切換概念,在蜂窩結(jié)構(gòu)的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè) 小區(qū)時(shí)，為保持移動(dòng)用電話不中斷 通信需要進(jìn)行的信道切換稱為 切換,切換,無(wú)線測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)判決和系統(tǒng)執(zhí)行,切換步驟,切換,移動(dòng)通訊基本原理,硬切換,硬切換： 在早期的頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法。當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，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(dòng)通訊基本原理,軟切換,而在軟切換過(guò)程中，UE先建立與Node B2的信令和業(yè)務(wù)連接之后，再斷開(kāi)與Node B1的信令和業(yè)務(wù)連接，即UE在某一時(shí)刻與2個(gè)基站同時(shí)保持聯(lián)系。,移動(dòng)通訊基本原理,軟切換,優(yōu)點(diǎn)： 軟切換過(guò)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(wèn)題, 減少了干擾。 缺點(diǎn)： 軟切換的基礎(chǔ)是宏分集，因此軟切換實(shí)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(dòng)通訊基本原理,接力切換概念,接力切換(Baton Handover)是TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。 其設(shè)計(jì)思想是利用智能天線獲取UE的位置距離信息，同時(shí)使用上行預(yù)同步技術(shù)，在切換測(cè)量期間，使用上行預(yù)同步的技術(shù)，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時(shí)間、功率信息，從而達(dá)到減少切換時(shí)間，提高切換的成功率、降低切換掉話率的目的。,移動(dòng)通訊基本原理,UE收到切換命令前的場(chǎng)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(chǎng)景：利用開(kāi)環(huán)預(yù)計(jì)同步和功率控制，首先只將上行鏈轉(zhuǎn)移到目標(biāo)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(chǎng)景：經(jīng)過(guò)N個(gè)TTI后，下行鏈路轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)，完成接力切換,接力切換工作流程,移動(dòng)通訊基本原理,接力切換優(yōu)點(diǎn),接力切換優(yōu)點(diǎn) ： 與通常的硬切換相比，接力切換除了要進(jìn)行硬切換所進(jìn)行的測(cè)量外，還要對(duì)符合切換條件的相鄰小區(qū)的同步時(shí)間參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和保持。接力切換使用上行預(yù)同步技術(shù)，在切換過(guò)程中，UE從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送上行數(shù)據(jù)，即上下行通信鏈路先后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)。上行預(yù)同步的技術(shù)在移動(dòng)臺(tái)在與原小區(qū)通信保持不變的情況下與目標(biāo)小區(qū)建立起開(kāi)環(huán)同步關(guān)系，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時(shí)間，從而達(dá)到減少切換時(shí)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(dòng)通訊基本原理,接力切換優(yōu)點(diǎn)