传输与接入考试CDMA蜂窝系统的特点

1.CDMA蜂窝系统的特点

CDMA数字蜂窝移动通信系统有以下主要特点。

(1)频谱利用率高，系统容量较大

以往的FDMA与TDMA系统容量主要受带宽的限制，为提高频谱利用率、增大容量，必须进行频率复用（如7x3,4x3等）。CDMA系统所有小区可采用相同的频谱，因而频谱利用率很高，其容量仅受干扰的限制，任何在干扰方面的减少将直接地、线性地转变为容量的增加。

根据扩频通信原理，在CDMA数字蜂窝移动通信系统中，由于在同一蜂窝小区中，或在相邻小区乃至所有蜂窝小区中，所有的用户在通信过程中都使用同一载波、占用相同的带宽，即共享同一个无线频道，所以其中任意一个用户的通信信号对其他用户的通信都是一个干扰(称之为多址千扰)，通话的用户数越多，相互间的多址干扰越大，解调器输入端的信噪比就越低?当多址干扰大到一定的限度时，系统将不能正常工作。这就限制了同时通话的用户数炖，即系统的容《。由此可以看出，在保持系统性能一定的前提下，任何一种消除干扰的方法都可以直接提高系统的容量，这也是CDMA数字蜂窝移动通信系统的优越性之一。在CDMA数字蜂窝移动通信系统中，采用了话音潋活、功率控制、扇区划分等技术来减少系统内的干扰，从而提高系统容量。

①话音激活

统计结果表明，人们在通话过程中，只有35%的时间在讲话，另外65%的时间处于听对方话、话句间停顿或其他等待状态。为此在CDMA数字蜂窝移动通信系统中采用了话音激活技术，使用户发射机所发射的功率根据用户话音编码器的输出速率来做调整。CDMA系统的话音编码采用了可变速率声码器（0.8?8kbit/s),当用户讲话时声码器的输出速率高，发射机所发射的平均功率就大：当用户不讲话时语音编码器输出速率很低，发射机所发射的平均功率就很小。在CDMA蜂窝移动通信系统中，采用语音激活技术可以使各用户之间的干扰平均减少约65%。也就是当系统容量较大时，采用语音激活技术可以使系统容量增加约3倍，但当系统容量较小时，系统容量的增加值要稍低。

②功率控制

在CDMA数字移动通信系统中，在同一小区（或扇区〉的各用户使用的是同一频率，共享一个无线频道。由于路径衰耗的原因，距基站近的移动台所发射的信号有可能将距基站远(例如处于小区边缘）的移动台所发送来的信号完全淹没，这就是“远近效应'如果不采取有力的措施，这将使基站无法正常接收远距离移动台所发送来的信号。同时，从系统容景的角度考虑，如果每个移动台的信号到达基站时都能达到最小所需的信噪比.系统内的多址干扰将降到最小，系统容量将达到最大。CDMA系统功率控制的目的就是既要维持每个用户的高质量通信，而又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。

功率控制技术是CDMA数字移动通信系统中的最关键技术之一,其控制的范围和精度直接影响到整个系统的性能，如偏差过大，不仅系统容最迅速下降，而且通信质量也急剧下降。.在IS-95系统中反向链路采用了控制速率达800次/秒、调整步长精确到ldB的快速闭环功率控制。而在cdma2000系统中，则同时采用了快速前向及反向闭环功率控制，以进一步提高系统容量和通信质量。

③扇区划分技术

扇区划分技术是指位于蜂窝小区中心的基站利用天线的定向特性把蜂窝小区分成不同的扇面，常用的方法是利用三付120°扇形覆盖的定向天线组成的三叶草形基站覆盖区或利用六付60°扇形覆盖的定向天线组成的基站覆盖区。

在频分多址和时分多址制式中，在每个蜂窝小区中采用分扇区天线通常只能起到减少干扰的作用，不能增加系统容量。而在码分多址制蜂窝移动通信系统中，利用120°扇形覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分成三个扇区时，平均处于每个扇区中的移动用户是该蜂窝的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也减少为原来的三分之一左右，从而系统的容ft将增加约3倍（实际上，由于邻扇区之间有重叠，一般能提高至2.55倍)。

由于上述特点，CDMA系统的系统容量比TDMA方式大4~6倍，约为模拟的FM/FDMA方式的20倍。

(2)通话质景好，近似有线电话的语音质量

QualcommCDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线性预测（CELP)编码算法，也称为QCELP算法,其基本速率是8kbit/s，但是可随输入话音的特征而动态地变为8kbit/s、4kbit/s、2kbit/s或0.8kbit/s。现阶段又改进采用增强型可变速率声码器（EVRC)，这种声码器能降低背景噪声而提高通话质量，特别适合移动环境使用。同时，CDMA系统的特有分集形式也大大提高了系统性能，主要包括：频率分集和路径分集。

①频率分集

在CDMA系统中，由于采用了宽带传输，使它具有了特有的频率分集特性，即当信道具有选频特性时，对CDMA系统中信息传输影响较小。

②路径分集

CDMA系统有分离多径的能力，可以实现路径分集。由于移动通信环境的复杂和移动台的不断运动，接收到的信号往往是多个反射波的叠加，会形成多径衰落。在模拟FDMA系统和数字TDMA系统中，为了解决多径衰落对通信带来的不利影响,采取了包括增加发射功率、交织编码等一系列措施。在CDMA系统中，采用了特有的RAKE接收技术，将多径信号分离出来：分别接收多条路径的信号（IS-95系统最多为3条路径，cdma2000系统最多可达6条路径)，这样不但克服了多径衰落对通信带来的不利影响，还等效增加了接收有用信号的功率（或者说等效增加了发射信号的功率），由于这两种特有的分集形式以及其他措施，使CDMA系统的发射功率相对很低。

当然，除了这两种特有的分集形式外，CDMA系统还采用其他分集技术，如空间分集、极化分集等，以使CDMA系统的性能进一步提高，因而其通话质量较模拟系统和其他数字系统要好，几乎可达到一般有线电话的话音质量。

(3)采用软切换技术，切换成功率髙

当移动用户从一个小区（或扇区）移动到另一个小区（或扇区）时，通信网的控制系统为了不中断用户的通信就要做一系列的调整，包括通信链路的转换、位置的更新等，这个过程称为越区切换。越区切换实现了小区（或扇区）间的信道转换，保证一个正在处理或进行中的呼叫不中断..

在模拟FDMA系统和数字TDMA系统中，移动用户在越区切换时，需要在另一个小区(或扇区）寻找空闲信道，当该区有空闲信道时才能切换。这时移动台的收、发频率等都要作相应的改变，称为硬切换。这种切换过程是首先切断原通话通路，然后再与新的基站接通新的通话链路。这种先断后通的切换方式势必引起通信的短暂间断。另外，由于通信环境的影响，在两个小区的交叠区域内，移动台接收到的两个基站发来的信号的强度有时会出现大小交替变化，从而导致越区切换的“乒乓”效应，用户会听到“咔嘈”声，对通信产生不利的影响。此外切换时间也较长。

在CDMA系统中，由于所有的小区（或扇区）都使用相同的频率，小区（或扇区）之间是以码型的不同来区分的。当移动用户从一个小区（或扇区）移动到另一个小区（或扇区）时，不需要移动台的收、发频率切换，只需在码序列上作相应地调整，利用Rake接收机的多路径接收能力，可在切换前先与新小区（扇区）建立新的通话连接，之后再切断先前的连接，这种切换称为软切换。

这种先通后断的切换方式不会出现“乒乓”效应，并且切换时间也很短。另外，由于CDMA系统的“软容量”特点，越区切换的成功率远大于模拟FDMA系统和TDMA系统，尤其是在通信的髙峰期。

软切换与硬切换的示意图如图12-15所示。

(4)具有“软容量”特性

在模拟频分系统和数字时分系统中，通信信道是以频带或时隙的不同来划分的，每个蜂窝小区提供的信道数一旦固定，就很难改变。当没有空闲信道时，移动用户不可能再呼叫其他用户或接收其他用户的呼叫。当移动用户越区切换时，也很容易出现因目标小区拥塞而造成的切换掉话现象。在码分系统中，信道是靠不同的码型来划分的，其标准的信道数是以一定的输入、输出信噪比为条件的，当系统中增加一个通话的用户时，所有用户的输入、输出信噪比都略有所下降，但不会出现因没有信道而不能通话的现象。CDMA蜂窝系统的这种特征，使系统容量与用户数之间存在一种“软”的关系。在业务高峰期间，可以稍微降低系统的误码性能，以适当增多系统的用户数目，即短时间内提供稍多的可用信道数。同时，它对提高用户越区切换的成功率无疑是非常有益的。

　　(5)CDMA系统以扩频技术为基础，抗干扰、抗多径、抗衰落能力强，保密性好

(6)发射功率低，移动台的电池使用寿命长

由于在CDMA数字移动通信系统中，可以采用许多特有的技术（如各种分集技术、功率控制技术等）来提高系统的性能，大大降低了所要求的发射功率，从而对电池的体积减小和使用寿命增长都是非常有益的，对移动台整机的体积减小和成本的降低也是有利的。

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