傳輸與接入考試CDMA蜂窩系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.CDMA蜂窩系統(tǒng)的特點(diǎn)

CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)有以下主要特點(diǎn)。

(1)頻譜利用率高，系統(tǒng)容量較大

以往的FDMA與TDMA系統(tǒng)容量主要受帶寬的限制，為提高頻譜利用率、增大容量，必須進(jìn)行頻率復(fù)用（如7x3,4x3等）。CDMA系統(tǒng)所有小區(qū)可采用相同的頻譜，因而頻譜利用率很高，其容量僅受干擾的限制，任何在干擾方面的減少將直接地、線性地轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘康脑黾印?/p>

根據(jù)擴(kuò)頻通信原理，在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于在同一蜂窩小區(qū)中，或在相鄰小區(qū)乃至所有蜂窩小區(qū)中，所有的用戶在通信過程中都使用同一載波、占用相同的帶寬，即共享同一個(gè)無線頻道，所以其中任意一個(gè)用戶的通信信號對其他用戶的通信都是一個(gè)干擾(稱之為多址千擾)，通話的用戶數(shù)越多，相互間的多址干擾越大，解調(diào)器輸入端的信噪比就越低?當(dāng)多址干擾大到一定的限度時(shí)，系統(tǒng)將不能正常工作。這就限制了同時(shí)通話的用戶數(shù)燉，即系統(tǒng)的容《。由此可以看出，在保持系統(tǒng)性能一定的前提下，任何一種消除干擾的方法都可以直接提高系統(tǒng)的容量，這也是CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)越性之一。在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用了話音瀲活、功率控制、扇區(qū)劃分等技術(shù)來減少系統(tǒng)內(nèi)的干擾，從而提高系統(tǒng)容量。

①話音激活

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，人們在通話過程中，只有35%的時(shí)間在講話，另外65%的時(shí)間處于聽對方話、話句間停頓或其他等待狀態(tài)。為此在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了話音激活技術(shù)，使用戶發(fā)射機(jī)所發(fā)射的功率根據(jù)用戶話音編碼器的輸出速率來做調(diào)整。CDMA系統(tǒng)的話音編碼采用了可變速率聲碼器（0.8?8kbit/s),當(dāng)用戶講話時(shí)聲碼器的輸出速率高，發(fā)射機(jī)所發(fā)射的平均功率就大：當(dāng)用戶不講話時(shí)語音編碼器輸出速率很低，發(fā)射機(jī)所發(fā)射的平均功率就很小。在CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用語音激活技術(shù)可以使各用戶之間的干擾平均減少約65%。也就是當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，采用語音激活技術(shù)可以使系統(tǒng)容量增加約3倍，但當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，系統(tǒng)容量的增加值要稍低。

②功率控制

在CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，在同一小區(qū)（或扇區(qū)〉的各用戶使用的是同一頻率，共享一個(gè)無線頻道。由于路徑衰耗的原因，距基站近的移動(dòng)臺所發(fā)射的信號有可能將距基站遠(yuǎn)(例如處于小區(qū)邊緣）的移動(dòng)臺所發(fā)送來的信號完全淹沒，這就是“遠(yuǎn)近效應(yīng)'如果不采取有力的措施，這將使基站無法正常接收遠(yuǎn)距離移動(dòng)臺所發(fā)送來的信號。同時(shí)，從系統(tǒng)容景的角度考慮，如果每個(gè)移動(dòng)臺的信號到達(dá)基站時(shí)都能達(dá)到最小所需的信噪比.系統(tǒng)內(nèi)的多址干擾將降到最小，系統(tǒng)容量將達(dá)到最大。CDMA系統(tǒng)功率控制的目的就是既要維持每個(gè)用戶的高質(zhì)量通信，而又不對占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。

功率控制技術(shù)是CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中的最關(guān)鍵技術(shù)之一,其控制的范圍和精度直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，如偏差過大，不僅系統(tǒng)容最迅速下降，而且通信質(zhì)量也急劇下降。.在IS-95系統(tǒng)中反向鏈路采用了控制速率達(dá)800次/秒、調(diào)整步長精確到ldB的快速閉環(huán)功率控制。而在cdma2000系統(tǒng)中，則同時(shí)采用了快速前向及反向閉環(huán)功率控制，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量。

③扇區(qū)劃分技術(shù)

扇區(qū)劃分技術(shù)是指位于蜂窩小區(qū)中心的基站利用天線的定向特性把蜂窩小區(qū)分成不同的扇面，常用的方法是利用三付120°扇形覆蓋的定向天線組成的三葉草形基站覆蓋區(qū)或利用六付60°扇形覆蓋的定向天線組成的基站覆蓋區(qū)。

在頻分多址和時(shí)分多址制式中，在每個(gè)蜂窩小區(qū)中采用分扇區(qū)天線通常只能起到減少干擾的作用，不能增加系統(tǒng)容量。而在碼分多址制蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，利用120°扇形覆蓋的定向天線把一個(gè)蜂窩小區(qū)劃分成三個(gè)扇區(qū)時(shí)，平均處于每個(gè)扇區(qū)中的移動(dòng)用戶是該蜂窩的三分之一，相應(yīng)的各用戶之間的多址干擾分量也減少為原來的三分之一左右，從而系統(tǒng)的容ft將增加約3倍（實(shí)際上，由于鄰扇區(qū)之間有重疊，一般能提高至2.55倍)。

由于上述特點(diǎn)，CDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)容量比TDMA方式大4~6倍，約為模擬的FM/FDMA方式的20倍。

(2)通話質(zhì)景好，近似有線電話的語音質(zhì)量

QualcommCDMA蜂窩系統(tǒng)開發(fā)的聲碼器采用碼激勵(lì)線性預(yù)測（CELP)編碼算法，也稱為QCELP算法,其基本速率是8kbit/s，但是可隨輸入話音的特征而動(dòng)態(tài)地變?yōu)?kbit/s、4kbit/s、2kbit/s或0.8kbit/s?，F(xiàn)階段又改進(jìn)采用增強(qiáng)型可變速率聲碼器（EVRC)，這種聲碼器能降低背景噪聲而提高通話質(zhì)量，特別適合移動(dòng)環(huán)境使用。同時(shí)，CDMA系統(tǒng)的特有分集形式也大大提高了系統(tǒng)性能，主要包括：頻率分集和路徑分集。

①頻率分集

在CDMA系統(tǒng)中，由于采用了寬帶傳輸，使它具有了特有的頻率分集特性，即當(dāng)信道具有選頻特性時(shí)，對CDMA系統(tǒng)中信息傳輸影響較小。

②路徑分集

CDMA系統(tǒng)有分離多徑的能力，可以實(shí)現(xiàn)路徑分集。由于移動(dòng)通信環(huán)境的復(fù)雜和移動(dòng)臺的不斷運(yùn)動(dòng)，接收到的信號往往是多個(gè)反射波的疊加，會(huì)形成多徑衰落。在模擬FDMA系統(tǒng)和數(shù)字TDMA系統(tǒng)中，為了解決多徑衰落對通信帶來的不利影響,采取了包括增加發(fā)射功率、交織編碼等一系列措施。在CDMA系統(tǒng)中，采用了特有的RAKE接收技術(shù)，將多徑信號分離出來：分別接收多條路徑的信號（IS-95系統(tǒng)最多為3條路徑，cdma2000系統(tǒng)最多可達(dá)6條路徑)，這樣不但克服了多徑衰落對通信帶來的不利影響，還等效增加了接收有用信號的功率（或者說等效增加了發(fā)射信號的功率），由于這兩種特有的分集形式以及其他措施，使CDMA系統(tǒng)的發(fā)射功率相對很低。

當(dāng)然，除了這兩種特有的分集形式外，CDMA系統(tǒng)還采用其他分集技術(shù)，如空間分集、極化分集等，以使CDMA系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，因而其通話質(zhì)量較模擬系統(tǒng)和其他數(shù)字系統(tǒng)要好，幾乎可達(dá)到一般有線電話的話音質(zhì)量。

(3)采用軟切換技術(shù)，切換成功率髙

當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)小區(qū)（或扇區(qū)）移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)（或扇區(qū)）時(shí)，通信網(wǎng)的控制系統(tǒng)為了不中斷用戶的通信就要做一系列的調(diào)整，包括通信鏈路的轉(zhuǎn)換、位置的更新等，這個(gè)過程稱為越區(qū)切換。越區(qū)切換實(shí)現(xiàn)了小區(qū)（或扇區(qū)）間的信道轉(zhuǎn)換，保證一個(gè)正在處理或進(jìn)行中的呼叫不中斷..

在模擬FDMA系統(tǒng)和數(shù)字TDMA系統(tǒng)中，移動(dòng)用戶在越區(qū)切換時(shí)，需要在另一個(gè)小區(qū)(或扇區(qū)）尋找空閑信道，當(dāng)該區(qū)有空閑信道時(shí)才能切換。這時(shí)移動(dòng)臺的收、發(fā)頻率等都要作相應(yīng)的改變，稱為硬切換。這種切換過程是首先切斷原通話通路，然后再與新的基站接通新的通話鏈路。這種先斷后通的切換方式勢必引起通信的短暫間斷。另外，由于通信環(huán)境的影響，在兩個(gè)小區(qū)的交疊區(qū)域內(nèi)，移動(dòng)臺接收到的兩個(gè)基站發(fā)來的信號的強(qiáng)度有時(shí)會(huì)出現(xiàn)大小交替變化，從而導(dǎo)致越區(qū)切換的“乒乓”效應(yīng)，用戶會(huì)聽到“咔嘈”聲，對通信產(chǎn)生不利的影響。此外切換時(shí)間也較長。

在CDMA系統(tǒng)中，由于所有的小區(qū)（或扇區(qū)）都使用相同的頻率，小區(qū)（或扇區(qū)）之間是以碼型的不同來區(qū)分的。當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)小區(qū)（或扇區(qū)）移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)（或扇區(qū)）時(shí)，不需要移動(dòng)臺的收、發(fā)頻率切換，只需在碼序列上作相應(yīng)地調(diào)整，利用Rake接收機(jī)的多路徑接收能力，可在切換前先與新小區(qū)（扇區(qū)）建立新的通話連接，之后再切斷先前的連接，這種切換稱為軟切換。

這種先通后斷的切換方式不會(huì)出現(xiàn)“乒乓”效應(yīng)，并且切換時(shí)間也很短。另外，由于CDMA系統(tǒng)的“軟容量”特點(diǎn)，越區(qū)切換的成功率遠(yuǎn)大于模擬FDMA系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)，尤其是在通信的髙峰期。

軟切換與硬切換的示意圖如圖12-15所示。

(4)具有“軟容量”特性

在模擬頻分系統(tǒng)和數(shù)字時(shí)分系統(tǒng)中，通信信道是以頻帶或時(shí)隙的不同來劃分的，每個(gè)蜂窩小區(qū)提供的信道數(shù)一旦固定，就很難改變。當(dāng)沒有空閑信道時(shí)，移動(dòng)用戶不可能再呼叫其他用戶或接收其他用戶的呼叫。當(dāng)移動(dòng)用戶越區(qū)切換時(shí)，也很容易出現(xiàn)因目標(biāo)小區(qū)擁塞而造成的切換掉話現(xiàn)象。在碼分系統(tǒng)中，信道是靠不同的碼型來劃分的，其標(biāo)準(zhǔn)的信道數(shù)是以一定的輸入、輸出信噪比為條件的，當(dāng)系統(tǒng)中增加一個(gè)通話的用戶時(shí)，所有用戶的輸入、輸出信噪比都略有所下降，但不會(huì)出現(xiàn)因沒有信道而不能通話的現(xiàn)象。CDMA蜂窩系統(tǒng)的這種特征，使系統(tǒng)容量與用戶數(shù)之間存在一種“軟”的關(guān)系。在業(yè)務(wù)高峰期間，可以稍微降低系統(tǒng)的誤碼性能，以適當(dāng)增多系統(tǒng)的用戶數(shù)目，即短時(shí)間內(nèi)提供稍多的可用信道數(shù)。同時(shí)，它對提高用戶越區(qū)切換的成功率無疑是非常有益的。

　　(5)CDMA系統(tǒng)以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)，抗干擾、抗多徑、抗衰落能力強(qiáng)，保密性好

(6)發(fā)射功率低，移動(dòng)臺的電池使用壽命長

由于在CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，可以采用許多特有的技術(shù)（如各種分集技術(shù)、功率控制技術(shù)等）來提高系統(tǒng)的性能，大大降低了所要求的發(fā)射功率，從而對電池的體積減小和使用壽命增長都是非常有益的，對移動(dòng)臺整機(jī)的體積減小和成本的降低也是有利的。

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