3G原理

1.   什麼是CDMA技術

答覆:

CDMA直譯爲碼分多址,是在數字通信技術的分支擴頻通信的基礎上發展起來的一種技術。所謂擴頻,簡單地說就是把頻譜擴展。

碼分多址(CDMA)技術是移動通信系統中所採用的多址方式之一。在移動通信系統中,由於許 多移動臺要同時通過一個基站和其它移動臺進行通信,因此必須對不同的移動臺和基站發出的信號賦予不同的特徵,以使基站能從衆多的移動臺信號中分辨出是哪個移動臺發出的信號,同時各個移動臺也能識別出基站發出的多個信號中哪一個是屬於自己的,解決該問題的辦法稱爲多址方式。多址方式的基礎是信號特徵上的差異。有了差異才能進行識別,能識別了才能進行選擇。一般情況下,信號的這種差異可以體現在某些參數上,如信號的工作頻率、信號的出現時間以及信號所具有的特定波形等。因此就產生了以下幾種多址方式:

FDMA(頻分多址)-不同用戶分配在時隙(出現時間)相同、工作頻率不同的信道上;

TDMA(時分多址)-不同用戶分配在時隙不同、頻率相同的信道上;

CDMA(碼分多址)-各個用戶分配在時隙和頻率均相同的信道上,以僞隨機正交碼(PN碼)序列來區分各用戶。

對於移動通信網絡而言,由於用戶數和通信業務量激增,一個突出的問題是在頻率資源有限的條件下,如何提高通信系統的容量。由於多址方式直接影響到移動通信系統的容量,所以採用何種多址方式,更有利於提高這種通信

系統的容量,一直是人們非常關心的問題,也是當前研究和開發移動通信的熱門課題。經過多年的理論和實踐證明,三種多址方式中:FDMA方式用戶容量最小,TDMA方式次之,而CDMA方式容量最大。

CDMA對每個用戶信號實現帶寬擴展。CDMA技術的最早應用是在軍事通信領域,而對其在移動通信中應用的重視,始於80年代末期。理論表明CDMA系統擴頻信號的強抗擾特性,可用來提高系統容量。此外功率控制、話音激活、無線分區、糾錯編碼也可用在CDMA系統中以增加系統容量,其容量將比現有的FDMA方式大20倍,比TDMA方式大4倍,進而爲CDMA技術在移動通信領域開闢了廣闊的應用前景。1993年7月16日美國電信工業協會正式通過了美國QUALCOMM公司提議,制定了世界上第一個CDMA蜂窩通信系統標準(IS-95)。隨後,又陸續指定了IS-95B,隨着3GPP2的成立,推出了CDMA2000 1X,以及EV DO/DV等標準。3G的另外兩種制式WCDMA/TD-SCDMA的空口主要方式也採取了CDMA的原理。

2.   CDMA技術的起源

答覆:

擴頻技術的起源要追溯到二戰時期,這種思想的初衷是防止敵方對己方通訊的干擾。我們知道,由於窄帶通訊採用的帶寬只有幾十kHz,只需要使用一個具有相同發射頻率及足夠大功率的發射機就可以非常容易地干擾對方的通信。因爲無論調幅、調頻技術都很難從惡劣的信噪比環境中恢復原始信息。

CDMA這種新穎的想法就是通過特殊的碼型處理,把信號能量擴散到一個很寬的頻帶上,湮沒在噪聲裏,在接收端只有通過相同的碼型才能把信號恢復出來(整個過程就像加密、解密一樣),我們稱之爲直接序列擴頻。由於信號湮沒在噪聲裏,故很難敵方偵測到。因此,這種技術在軍事領域中有着廣泛應用。

3.   CDMA的軟容量是指什麼

答覆:

按上面對CDMA系統的類比,房間裏可能不斷有新的交談者進入。當然交談者總數有一定限度,這與房間大小、人的音量、交談者之間的距離都有密切的關係。這裏我們又引入了幾處新類比:房間的大小對於CDMA系統來說就是單載波的容量;而交談者之間的音量則相當於CDMA系統中手機的發射功率;音量控制即對應着CDMA中一個非常重要的技術---功率控制;交談者的距離即對應手機與基站的距離。通過這個例子,我們可以總結出CDMA系統的一些特點:CDMA系統是一個自干擾系統;CDMA系統單載頻的容量不像FDMA、TDMA那樣是固定的,這也就是我們常提到的"軟容量";因此功率控制在CDMA系統中起着重要作用,它直接影響着系統容量。

4.   CDMA短碼和長碼

答覆:

CDMA系統使用了兩種僞隨機機碼序列,即短碼和長碼。

短碼:短碼是長度爲215-1的週期序列。

在CDMA系統的前向信道(從基站指向手機方向)中,短碼用於對前向信道進行調製,使前向信道帶上本基站的標記,不同的基站使用不同相位的短碼,從而互相區別開來。

在反向信道中(從手機指向基站方向),短碼用於對反向業務信道進行調製,作用與短碼在前向信道中相同。

長碼:長碼是長度爲242-1的週期序列。

在CDMA系列的前向 信道(從基站指向手機方向)中,長碼用於對業務信道進行擾碼(作用類似於加密)。在反向信道中(從手機指向基站方向)。長碼用來直接進行擴頻,由於區分不同的接入手機。

沃爾什(WALSH)碼,CDMA系統中還使用64位長沃爾什碼(Walsh Code)。沃爾什碼在數學上具有很好的正交性。所謂正交性,就是講不同語言且不懂對方語言的人,相互之間無法用語言進行交流。用沃爾什碼可以區分開不同的前向信道。

5.   爲什麼功率控制在CDMA系統中非常重要

答覆:

前面提到,CDMA系統的功率控制尤爲重要,功率控制被認爲是所有CDMA關鍵技術核心。要解釋功率控制的重要性,我們首先要了解"遠近效應"這個概念。我們可以設想,如果小區中的所有用戶均以相同的功率發射信號,則靠近基站的手機到達基站的信號就強,而遠離基站的手機到達基站的信號就弱,這樣將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。因爲所有用戶共同使用同一頻率(載波),所以"遠近效應"問題更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服"遠近效應",使系統既能維持高質量通信,又不對佔用同一信道的其它用戶產生不應有的干擾。

6.   爲什麼CDMA手機能保持低的發射功率

答覆:

這是由於CDMA系統有一套精確的功率控制方法。CDMA系統中的功率控制分爲前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分爲僅有手機參與的開環控制和手機、基站同時參與的閉環功率控制。反向開環功率控制由手機獨立完成,手機根據它本身在小區中所接收功率的變化,迅速調節手機發射功率。正是由於這些精確的功率控制,才使CDMA手機能保持適當的發射功率。

7.   什麼是CDMA軟切換?它與硬切換有什麼分別

答覆:

移動通訊是建立在移動之中的。有了頻率的複用,必然帶來移動中的頻率切換問題,一個網絡質量的好壞在無線方面主要表現在掉話、頻率丟失等指標上,切換方式將對這些指標產生影響。通過下面軟切換和硬切換方法的比較,孰優孰劣,我們能得出結論。

硬切換:在FDMA和TDMA系統中,所有的切換都是硬切換都是硬切換。當切換髮生時,手機總是先釋放原基站的信道,然後才能獲得新基站分配的信道,是一個"釋放-建立"的過程,切換過程發生在兩個基站過度區域或扇區之間,兩個基站或扇區是一種競爭的關係。如果在一定區域裏兩基站信號強度劇烈變化,手機就會在兩個基站間來回切換,產生所謂的"乒乓效應"。這樣一方面給交換系統增加了負擔,另一方面也增加了掉話的可能性。

軟切換:在CDMA系統中,切換的情況有所不同。當一部手機處於切換狀態下同時將會有兩個甚至更多的基站對它進行監測,系統中的基站控制器將逐幀比較來自各個基站的有關這部手機的信號質量報告,並選用最好的一幀。可見CDMA的切換是一個"建立-比較-釋放"的過程,我們稱這種切換爲軟切換,以區別與FDMA、TDMA中的切換。軟切換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間發生的切換。

8.   什麼是CDMA的"更軟切換"

答覆:

在CDMA系統中還有一種切換稱爲"更軟切換"。它指發生在同一基站具有相同頻率的不同扇區間的切換。另外,CDMA系統中還可以提供導頻引導(PilotBeacon)的不同載波間的切換,以及軟件控制的一些切換。所有這些切換措施都爲CDMA系統帶來了更可靠的無線通路。

現有的蜂窩系統分級接收,與CDMA的分級接收有什麼分別?

在CDMA系統中,由於採用了Rake接收機,克服了多徑效應,使得不利變爲了有利,這是CDMA中獨有的路徑分級技術。

路徑分級接收的遠離是這樣的:在基站處,每一個反向信道都有四個數字解調器,而每個數字解調器又包含有搜索單元和解調單元,搜索單元負責搜索不同的多徑信號,並交由各解調單元解調。這樣每個基站都可以同時解調四路多徑信號,並進行矢量合併,通過這樣恢復出的信號比任何一路的信號都要好。在手機裏,有三個數字解調單元、一個搜索單元,這樣手機也能同時解調三路多徑信號並進行矢量合併。由於採用了多徑接受機,使得基站、手機均能有穩定的接受信號。

1.   CDMA系統的UIM卡介紹

答覆:

目前CDMA終端在全球絕大多數地區仍採用機卡合一的方式,即所有的信息都是存儲在CDMA終端的NAM(Name Address Module)存儲區中,運營商可通過OTA(Over The Air)技術進行NAM數據的更改。

中國聯通在推廣CDMA時,首次採用了機卡分離技術,把NAM中的信息和手機終端的信息都剝離到一個UIM(User Identification Module)卡中,當進行業務處理時,手機從UIM卡中獲得相關的信息。可以看出,UIM卡與GSM的SIM卡的功用是一樣的。

UIM卡中包含的主要參數有IMSI(MIN),ESN(手機的電子序列號)和鑑權參數A-KEY等。ESN在某些時候也被稱爲UIMID.

IMSI,ESN,MDN存儲在不同的網絡實體中. MDN(Mobile Directory Number)是每個用戶的個人號碼,在中國聯通這個號碼是以133打頭的,MDN存儲在HLR中。 IMSI是系統內部對每個用戶的標識,存儲在UIM卡中。用戶購買了一張UIM卡,並選擇了一個號碼,就建立了IMSI和MDN的對應關係,這個對應關係存儲在HLR中。

網絡參數的基本交互過程如下圖:

1)手機在開機或者撥打電話時,把IMSI和ESN上報給MSC.

2)MSC以IMSI爲索引檢測數據庫,發現沒有相關記錄,MSC發送登記請求到HLR,試圖獲取相關信息。

3)HLR以IMSI爲索引,進行數據查詢,如果數據有效,就把查到的MDN,用戶簽約信息等下發給MSC,否則,直接拒絕。

4)MSC獲得了MDN和其他一些簽約信息,就可以進行相關的業務處理,這個MDN可以作爲主叫號碼顯示給被叫用戶,或者填寫在話單中。

5)在用戶做被叫時,GMSC將通過被叫的MDN到HLR中去查詢當前用戶在哪個MSC下.當前爲用戶服務的MSC最終會以IMSI作爲標識下發尋呼消息(paging),從而找到用戶。

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