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博客

3G原理1

已有 532 次阅读2010-12-22 14:50 |个人分类:IT| 关键词:

1.   什么是CDMA技术

答复:

CDMA直译为码分多址,是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频,简单地说就是把频谱扩展。

码分多址(CDMA)技术是移动通信系统中所采用的多址方式之一。在移动通信系统中,由于许 多移动台要同时通过一个基站和其它移动台进行通信,因此必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征,以使基站能从众多的移动台信号中分辨出是哪个移动台发出的信号,同时各个移动台也能识别出基站发出的多个信号中哪一个是属于自己的,解决该问题的办法称为多址方式。多址方式的基础是信号特征上的差异。有了差异才能进行识别,能识别了才能进行选择。一般情况下,信号的这种差异可以体现在某些参数上,如信号的工作频率、信号的出现时间以及信号所具有的特定波形等。因此就产生了以下几种多址方式:

FDMA(频分多址)-不同用户分配在时隙(出现时间)相同、工作频率不同的信道上; 

TDMA(时分多址)-不同用户分配在时隙不同、频率相同的信道上; 

CDMA(码分多址)-各个用户分配在时隙和频率均相同的信道上,以伪随机正交码(PN码)序列来区分各用户。 

对于移动通信网络而言,由于用户数和通信业务量激增,一个突出的问题是在频率资源有限的条件下,如何提高通信系统的容量。由于多址方式直接影响到移动通信系统的容量,所以采用何种多址方式,更有利于提高这种通信 

系统的容量,一直是人们非常关心的问题,也是当前研究和开发移动通信的热门课题。经过多年的理论和实践证明,三种多址方式中:FDMA方式用户容量最小,TDMA方式次之,而CDMA方式容量最大。 

CDMA对每个用户信号实现带宽扩展。CDMA技术的最早应用是在军事通信领域,而对其在移动通信中应用的重视,始于80年代末期。理论表明CDMA系统扩频信号的强抗扰特性,可用来提高系统容量。此外功率控制、话音激活、无线分区、纠错编码也可用在CDMA系统中以增加系统容量,其容量将比现有的FDMA方式大20倍,比TDMA方式大4倍,进而为CDMA技术在移动通信领域开辟了广阔的应用前景。1993716日美国电信工业协会正式通过了美国QUALCOMM公司提议,制定了世界上第一个CDMA蜂窝通信系统标准(IS-95)。随后,又陆续指定了IS-95B,随着3GPP2的成立,推出了CDMA2000 1X,以及EV DO/DV等标准。3G的另外两种制式WCDMA/TD-SCDMA的空口主要方式也采取了CDMA的原理。

2.   CDMA技术的起源

答复:

扩频技术的起源要追溯到二战时期,这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道,由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz,只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。

CDMA这种新颖的想法就是通过特殊的码型处理,把信号能量扩散到一个很宽的频带上,湮没在噪声里,在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来(整个过程就像加密、解密一样),我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里,故很难敌方侦测到。因此,这种技术在军事领域中有着广泛应用。

3.   CDMA的软容量是指什么

答复:

按上面对CDMA系统的类比,房间里可能不断有新的交谈者进入。当然交谈者总数有一定限度,这与房间大小、人的音量、交谈者之间的距离都有密切的关系。这里我们又引入了几处新类比:房间的大小对于CDMA系统来说就是单载波的容量;而交谈者之间的音量则相当于CDMA系统中手机的发射功率;音量控制即对应着CDMA中一个非常重要的技术---功率控制;交谈者的距离即对应手机与基站的距离。通过这个例子,我们可以总结出CDMA系统的一些特点:CDMA系统是一个自干扰系统;CDMA系统单载频的容量不像FDMATDMA那样是固定的,这也就是我们常提到的"软容量";因此功率控制在CDMA系统中起着重要作用,它直接影响着系统容量。 

4.   CDMA短码和长码

答复:

CDMA系统使用了两种伪随机机码序列,即短码和长码。

短码:短码是长度为215-1的周期序列。

CDMA系统的前向信道(从基站指向手机方向)中,短码用于对前向信道进行调制,使前向信道带上本基站的标记,不同的基站使用不同相位的短码,从而互相区别开来。

在反向信道中(从手机指向基站方向),短码用于对反向业务信道进行调制,作用与短码在前向信道中相同。

长码:长码是长度为242-1的周期序列。 

CDMA系列的前向 信道(从基站指向手机方向)中,长码用于对业务信道进行扰码(作用类似于加密)。在反向信道中(从手机指向基站方向)。长码用来直接进行扩频,由于区分不同的接入手机。

沃尔什(WALSH)码,CDMA系统中还使用64位长沃尔什码(Walsh Code)。沃尔什码在数学上具有很好的正交性。所谓正交性,就是讲不同语言且不懂对方语言的人,相互之间无法用语言进行交流。用沃尔什码可以区分开不同的前向信道。

5.   为什么功率控制在CDMA系统中非常重要

答复:

前面提到,CDMA系统的功率控制尤为重要,功率控制被认为是所有CDMA关键技术核心。要解释功率控制的重要性,我们首先要了解"远近效应"这个概念。我们可以设想,如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号,则靠近基站的手机到达基站的信号就强,而远离基站的手机到达基站的信号就弱,这样将导致强信号掩盖弱信号,这就是移动通信中的"远近效应"问题。因为所有用户共同使用同一频率(载波),所以"远近效应"问题更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"远近效应",使系统既能维持高质量通信,又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。

6.   为什么CDMA手机能保持低的发射功率

答复:

这是由于CDMA系统有一套精确的功率控制方法。CDMA系统中的功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分为仅有手机参与的开环控制和手机、基站同时参与的闭环功率控制。反向开环功率控制由手机独立完成,手机根据它本身在小区中所接收功率的变化,迅速调节手机发射功率。正是由于这些精确的功率控制,才使CDMA手机能保持适当的发射功率。

7.   什么是CDMA软切换?它与硬切换有什么分别

答复:

移动通讯是建立在移动之中的。有了频率的复用,必然带来移动中的频率切换问题,一个网络质量的好坏在无线方面主要表现在掉话、频率丢失等指标上,切换方式将对这些指标产生影响。通过下面软切换和硬切换方法的比较,孰优孰劣,我们能得出结论。

硬切换:在FDMATDMA系统中,所有的切换都是硬切换都是硬切换。当切换发生时,手机总是先释放原基站的信道,然后才能获得新基站分配的信道,是一个"释放-建立"的过程,切换过程发生在两个基站过度区域或扇区之间,两个基站或扇区是一种竞争的关系。如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化,手机就会在两个基站间来回切换,产生所谓的"乒乓效应"。这样一方面给交换系统增加了负担,另一方面也增加了掉话的可能性。

软切换:在CDMA系统中,切换的情况有所不同。当一部手机处于切换状态下同时将会有两个甚至更多的基站对它进行监测,系统中的基站控制器将逐帧比较来自各个基站的有关这部手机的信号质量报告,并选用最好的一帧。可见CDMA的切换是一个"建立-比较-释放"的过程,我们称这种切换为软切换,以区别与FDMATDMA中的切换。软切换可以是同一基站控制器下的不同基站或不同基站控制器下不同基站之间发生的切换。

8.   什么是CDMA"更软切换"

答复:

CDMA系统中还有一种切换称为"更软切换"。它指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区间的切换。另外,CDMA系统中还可以提供导频引导(PilotBeacon)的不同载波间的切换,以及软件控制的一些切换。所有这些切换措施都为CDMA系统带来了更可靠的无线通路。

现有的蜂窝系统分级接收,与CDMA的分级接收有什么分别? 

CDMA系统中,由于采用了Rake接收机,克服了多径效应,使得不利变为了有利,这是CDMA中独有的路径分级技术。

路径分级接收的远离是这样的:在基站处,每一个反向信道都有四个数字解调器,而每个数字解调器又包含有搜索单元和解调单元,搜索单元负责搜索不同的多径信号,并交由各解调单元解调。这样每个基站都可以同时解调四路多径信号,并进行矢量合并,通过这样恢复出的信号比任何一路的信号都要好。在手机里,有三个数字解调单元、一个搜索单元,这样手机也能同时解调三路多径信号并进行矢量合并。由于采用了多径接受机,使得基站、手机均能有稳定的接受信号。

9.   CDMA系统的UIM介绍

答复:

目前CDMA终端在全球绝大多数地区仍采用机卡合一的方式,即所有的信息都是存储在CDMA终端的NAM(Name Address Module)存储区中,运营商可通过OTA(Over The Air)技术进行NAM数据的更改。

中国联通在推广CDMA时,首次采用了机卡分离技术,把NAM中的信息和手机终端的信息都剥离到一个UIM(User Identification Module)卡中,当进行业务处理时,手机从UIM卡中获得相关的信息。可以看出,UIM卡与GSMSIM卡的功用是一样的。

UIM卡中包含的主要参数有IMSI(MIN)ESN(手机的电子序列号)和鉴权参数A-KEY等。ESN在某些时候也被称为UIMID.

IMSIESNMDN存储在不同的网络实体中. MDN(Mobile Directory Number)是每个用户的个人号码,在中国联通这个号码是以133打头的,MDN存储在HLR中。 IMSI是系统内部对每个用户的标识,存储在UIM卡中。用户购买了一张UIM卡,并选择了一个号码,就建立了IMSIMDN的对应关系,这个对应关系存储在HLR中。

网络参数的基本交互过程如下图:

1)手机在开机或者拨打电话时,把IMSIESN上报给MSC.

2MSCIMSI为索引检测数据库,发现没有相关记录,MSC发送登记请求到HLR,试图获取相关信息。

3HLRIMSI为索引,进行数据查询,如果数据有效,就把查到的MDN,用户签约信息等下发给MSC,否则,直接拒绝。

4MSC获得了MDN和其他一些签约信息,就可以进行相关的业务处理,这个MDN可以作为主叫号码显示给被叫用户,或者填写在话单中。

5)在用户做被叫时,GMSC将通过被叫的MDNHLR中去查询当前用户在哪个MSC.当前为用户服务的MSC最终会以IMSI作为标识下发寻呼消息(paging),从而找到用户。  

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