详解CDMA蜂窝移动通信1.

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1、CDMA蜂窝移动通信蜂窝移动通信袁超伟 陈德荣 冯志勇 编著n第章 概述n第章 CDMA技术基础n第章 CDMA码序列n第章 CDMA通信原理n第章 窄带CDMA通信系统n第章 IS-95 CDMA呼叫处理n第章 IS-95 CDMA中信令的应用n第章 IS-95 CDMA 系统中的软切换和功率控制n第章 宽带CDMA蜂窝移动通信简介目录1.1 蜂窝网通信概论 1.1.1 移动通信的发展历史 1.1.2 我国移动通信的发展状况 1.1.3 蜂窝技术 1.1.4 蜂窝网移动通信概论1.2 多址接入技术1.3 CDMA的过去、现在和将来第一章第一章 概述概述1.1蜂窝网通信概论1.1.1移动通信的

2、发展历史移动通信的发展，大致经历了五个发展阶段: 第一阶段是从世纪20年代至40年代，为早期发展阶段;第二阶段是从世纪40年代中期到60年代中期;第三阶段是从世纪60年代中期至70年代中期，这时出现并推广自动交换式的三级结构;第四阶段是从世纪70年代中期到80年代末，主要是解决用户增加而频道有限的问题;第五阶段是从世纪80年代中期开始至今。这是数字移动通信系统的发展和成熟时期。以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题，主要表现如下：1 现有的模拟式蜂窝系统体制混杂，不能实现国际漫游。2 模拟蜂窝网不能提供数据业务。3 模拟系统

3、设备价格高、手机体积大、电池充电后有效工作时间短， 给用户带来不便。4 模拟系统网用户容量受到限制，在人口密度很大的城市，系统扩容 困难。为了克服第一代蜂窝系统的局限性，以满足移动通信网发展的需要，北美、欧洲和日本自世纪80年代中期起相继为第二蜂窝系统制定了三种不同的标准，即北美的IS、欧洲的GSM和日本的JDC。表1-2 几种典型的模拟蜂窝状移动电话系统年代体制名称国家或地区1979年HCMTS日本1981年NMT-450北欧1984年AMPS美国1985年TACS英国1986年NMT-900北欧1987年C-900德国1988年ETACS/AMPS美国，英国1991年GSM.8CH.TDM

4、A欧洲1992年CADN.3CH.TDMA美国，日本1.1.2 我国移动通信的发展状况1987年我国第一个模拟网在广东珠江三角洲开通，采用的体制为TACS。随后北京、秦皇岛、上海相继组建模拟移动电话系统，年增长率一直超过100%；1994年11月开始组建GSM数字网；1998年模拟用户开始下降；2001年7月关闭模拟网；到2001年11月底，移动用户约达到1.4亿户，其中中国联通用户约达4000万。年份199419951996199719981999200020012002中国移动总用户数156.78362.94684.8113252357432485261410020037中国移动模拟用户数

5、150.04347.27520.7640.3626.8459250中国移动数字用户数6.7415.67164.116831729.8782964001005012929.8中国联通GSM移动用户数31040141521182539305400中国联通CDMA移动用户数120701.2表1-5 中国蜂窝移动用户发展情况。（单位：万）年份200320042005中国移动总用户数230002800034000中国移动数字用户数150001830021200中国联通GSM移动用户数610063006400中国联通CDMA移动用户数190034005400表1.6中国蜂窝移动电话用户预测结果（单位：万）

6、图1.1 数字移动通信的演进过程1.1.3 蜂窝技术 蜂窝的概念在处理覆盖区问题上与大区制是不同的。它放弃了中心广播的方法，而将整个服务区划分为许多较小的区域，用许多小功率的发射机来覆盖每个小的区域，这样的区域称为蜂窝小区（cell），许多小区就可以覆盖整个服务区了。从理论上讲，我们可以给每个小区分配不同的频率，但这样需要大量的频率资源，并且频谱利用率很低，为了减小对频率资源的需求和提高频谱利用率，我们需将相同的频率在相隔一定距离的小区中重复使用，只要使用相同频率的小区之间干扰足够小即可。 链状网链状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等，如图1-2所示。图1-2 链状网 基站天线若用全向辐射，覆盖

7、区形状是圆形的。链状网宜采用有向天线，使每个小区是扁圆形。链状网可进行频率再用。若以采用不同信道的两个小区组成一个区群，如图-（）所示，称为二频组。若以采用不同信道的三个小区组成一个区群，如图-（）所示，称为三频组。若以采用不同信道的四个小区组成一个区群，如图-（）所示，称为四频组。从造价和频率资源的利用而言，当然二频组最好；但从抗同频道干扰方面而言，二频组最差，还应考虑多频组。设n频组的链状网如图1-3所示图1-3 链状网的同频道干扰每个小区的半径为r，相邻小区的交叠宽度为a，第n+1区与第1区为同频道小区。据此，可以算出信号传输距离 和同频道干扰传输距离 之比。SdId/SIdd二频组三频

8、组N频组r/(3r-2a)r/(5r-3a)r(2n-1)r-naI/Sa=0-19db-28db40lg1/(2n-1)a=r0db-12db40lg1/(n-1)表1-7 同频道干扰蜂窝网a. 无线小区的形成全向小区辐射的覆盖区是个圆形。为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。小区形状如图1-4所示。图1-4 小区的形状可以证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域，可取的形状只有这三种。那么这三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如表1-8所示。小区形状正三角形正方形

9、正六边形邻区距离小区面积交叠区宽度交叠区面积a21.3a21.2 aa2a3a22a22.6a0.59a0.27a20.73 a20.35 a表1-8 三种形状小区的比较b. 区群的组成单位无线区群的构成应满足以下两个条件：一是单位无线区群之间彼此邻接；二是相邻单位无线区群的同频小区中心间隔距离是一样的。满足以上两个条件的关系式如下：22Naabb中N为构成单位无线区群的正六边形的数目，简称区群数。及b均为非负整数，但、b不能同时为零。c. 同频（信道）小区的距离设小区的辐射半径（即六边形外接圆的半径）为R,则从图1-5可以算出同信道小区中心之间的距离为：22223(/2)( 3 /2)3()

10、3DRbaaaabbRNR图1-5 面状覆盖d. 中心激励与顶点激励在每个小区中，基站可放在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，这就是所谓的“中心激励”方式，如图1-6（a）所示。也可以将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120扇形天线共同覆盖，这就是所谓的“顶点激励”，如图1-6（b）所示。图1-6 激励与频率复用采用定向天线后，所接收的同频干扰功率下降，因而可以减少系统的同道干扰。另外，在不同地点采用多副定向天线可以消除小区内障碍物的阴影区。若要用定向天线，建议采用43复用方式，即N=4，每个基站3个120扇区或60三叶草形小区。见图1-6 （c）、（d）、（e）、（

11、f）。e. 小区的分裂在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，但这只能适应用户密度均匀的情况。在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些。小区一般分为巨区、宏区、微区、微微区几类。具体指标及大体关系分别见表1-9和图1-7所示。蜂房类型巨区宏区微区蜂房半径(km)100500351终端速度(km/h)1500500100运行环境所有乡村郊区市区业务量密度低低到中中到高适用系统卫星蜂窝蜂窝/无绳表1-9 小区分类图1-7 小区分类图示当一个特定小区的话务量增加时，小区可以被分裂为更小的小区。通过小区数的增加来增加信道的再用数，这样来增加用户容量，如图1-