4_CDMA基本原理

CDMA关键技术：功率控制 关键技术： 关键技术 FDMA、TDMA是一种维数受限系统( FDMA、TDMA是一种维数受限系统(Dimension limited)
CDMA系统是一种干扰受限系统(Interference limited)， CDMA系统是一种干扰受限系统(Interference limited)， 这种系统链路性能的好坏取决于接收机在干扰中检测信号 的能力。
硬切换 软切换 软切换：在切换过程中，移动台开始与新的基站联系时，并不 中断与原有的基站的通信。软切换会带来更好的话音质量，实现无 缝切换、减少掉话可能。
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CDMA关键技术：分集 关键技术： 关键技术 时间分集
采用符号交织，检错纠错编码等方法。 因为在时间上间隔足够远的两个振幅采样点是非相关的。故将给定 的信号在时间上相隔一定的时间( > 相干时间)重复传输M次，只要时 间间隔大于相干时间，就可以得到M条独立的分集支路 时间分集。
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CDMA 关键技术和特性 扩频技术 RAKE接收机 分集技术 小区呼吸 功率控制 软切换 话音激活和可变速率声码器
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CDMA关键技术：扩频技术 关键技术： 关键技术
定 义：扩 频 技 术 就 是 将 信 息 的 频 谱 展 宽 后 进 行传 输 的 技 术。 理论基础（香农公式） 理论基础（香农公式）： 在白噪声干扰的条件下，信道容量
频率
业务信道在不同 时间分配给不同用户 如：DAMPS、GSM 、
用户1 用户2 用户3 用户 用户 用户
频率
业务信道在不同 频段分配给不同用户 如：AMPS、TACS 、
4
什么是CDMA 什么是CDMA ？
5
在同一个房间里，多对人使用不同的语言 符号代码 符号代码)同 在同一个房间里，多对人使用不同的语言(符号代码 同 时对话，每对音量足够小时互相之间不影响正常通话。 时对话，每对音量足够小时互相之间不影响正常通话。
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CDMA关键技术：RAKE接收 关键技术： 关键技术 接收
单径接收电路 单径接收电路 接收机 单径接收电路 搜索器
计算信号强 度与时延
合 并
合并后 的信号
s(t)
s(t)
t
t
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RAKE 接收技术有效地克服多径衰落，提高接收性能 接收技术有效地克服多径衰落，
CDMA关键技术：软切换 关键技术： 关键技术
频率分集
通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩展到整个 1.23M上。由于衰落具有频率选择性，当两个频率间隔大于信道相关 带宽时，它们受到的衰落是非相关的。市区与郊区的相关带宽一般分 别为50kHz和250KHz左右，而CDMA系统的信号带宽为1.25MHz, 故可以 实现频率分集。
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C = Bw × log 2 (1 + S /N ) ≈ 1.44 Bw × S/N
当S/N ≤ 0.1
Bw－信道带宽；S － 信号平均功率; N －噪声平均功率 提高信道容量的方法有两种： (1)提高信噪比S/N；(2)加大信道带宽Bw 结 论： 对于给定的SNR，可以通过增大传输系统的带宽的方式在较低信噪比的 条件下获得比较满意的传输质量。
六、CDMA网络的建设成本低 六、CDMA网络的建设成本低
CDMA系统的覆盖范围大、同样覆盖范围下需求基站数量少、系统 CDMA系统的覆盖范围大、同样覆盖范围下需求基站数量少、系统 容量大、频谱利用率高、频率规划简单等优势，可大大降低系统的建 设成本和运营成本。
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第二部分 I25 MHz
1.25 MHz
10 KHz
DATA
WIDEBAND SPECTRUM BPF
Channel
Channel
BPF
CORRELATOR DIGITAL FILTER
DEINTERLEAVE & DECODE
DATA (9.6 Kbps)
ENCODING & INTERLEAVING
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一、CDMA的频谱利用率高，容量大： 一、CDMA的频谱利用率高，容量大：
CDMA系统本身所固有的码分扩频技术加上先进的内、外环功 CDMA系统本身所固有的码分扩频技术加上先进的内、外环功 率控制，话音激活技术等，容量明显大于GSM系统。 率控制，话音激活技术等，容量明显大于GSM系统。
二、CDMA的话音品质好： 二、CDMA的话音品质好：
三、CDMA的覆盖范围大： 三、CDMA的覆盖范围大：
CDMA的无线链路预算比GSM高出3 dB， CDMA的无线链路预算比GSM高出3～6dB，同等条件下，覆 盖半径大于同频段的GSM系统（和具体无线传播环境有关）。 盖半径大于同频段的GSM系统（和具体无线传播环境有关）。
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四、CDMA的掉话率低 四、CDMA的掉话率低
10
编码原理－ 编码原理－正交
两个序列的相关 性为0，称两个 序列正交。
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编码原理－ 编码原理－正交序列生成
12
编码原理－ 编码原理－正交信号生成
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编码原理－ 编码原理－信号的接收
14
编码原理－ 编码原理－信号的接收
15
编码原理－ 编码原理－正交序列信道区分
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在用户A的接收端接 收到的信号，和A用 户的正交码相乘。结 果各位相加后用位数 平均。
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IS95A的网络结构 IS95A的网络结构
无线部分 BTS BSC 核心网电路域 BTS PCF MSC/ SSP VLR HLR/AC 智能网 IP SCP PSTN/ ISDN
短消息 BTS BSC PCF MC WAP 网关
IP
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1.5 CDMA中的码 CDMA中的码
CDMA 系统中常用的几种码： 系统中常用的几种码：
1、PN码（m序列）： PN码（m序列）： 共两种：长度为2 共两种：长度为242-1的PN码和长度为215-1的PN码 。 PN码和长度为2 PN码
2、 Walsh码： Walsh码： IS95使用64阶Walsh码，cdma2000使用128阶Walsh码。 IS95使用64阶Walsh码，cdma2000使用128阶Walsh码。
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CDMA关键特性：小区呼吸 关键特性： 关键特性
空载覆盖范围 基站
轻载覆盖范围
重载覆盖范围
CDMA为干扰受限系统，容量、质量和覆盖相辅相成。
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当相邻小区的负荷不相同时，负荷重的小区降低发射 功率，使本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现 负载控制。 “小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增 加系统容量
数 据 业 务
GPRS
宽 带 业 务
WCDMA CDMA 2000 TDSCDMA
CDMA1X
移动通信发展简史
3
多址接入技术 多址接入技术
时间
码
CDMA
时间
用户3 用户
TDMA
用户3 用户 用户2 用户
用户2 用户 用户1 用户
频率
FDMA
用户1 用户
所有用户在同 一时间、 一时间、同一 频段上、 频段上、根据 编码获得业务 信道
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WCDMA)采用5MHz的无线载波
信息流 信源 编码 卷积 交织 加扰 扩频 调制 射频 发射
信源 解码
译码
反交织
解扰
解扩
解调
射频 接收
信息流 CDMA系统框图 系统框图
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编码原理－ 编码原理－与和异或
9
编码原理－ 编码原理－相关性
码字的互相关系数为：
N提同 －N采同 Zij= N总方高总
上面a图中的两个序列为最大相关，即相关系数为100％ 上面b图中的两个序列不相关，即相关系数为0
CDMA基本原理 CDMA基本原理
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1
第一部分 CDMA系统介绍 CDMA系统介绍
2
第一代 80年代 模拟
第二代 90年代 数字
第2.5代21世纪初 数据
第三代 IMT-2000
AMPS
DAMPS
TACS NMT 其它 模 拟 技 术 数 字 技 术 语 音 业 务
GSM CDMA IS95
54导频信道qpsk24kbps48kbps48kbps调制符号码符号重复的码符号12kbps卷积编码符号重复块交织同步信道比特walsh32寻呼信道比特192kbps96kbps192kbps192kbps调制符号码符号重复的码符号96kbps48kbps卷积编码码符号重复块交织寻呼信道p的长码掩码长码发生器抽取器12288mcpswalshqpsk55i信道序列12288mcpspn码片12288mcps重复的码符号重复的码符号192kbps码符号192kbps96kbps12kbps06kbps86kbps40kbps20kbps08kbps96kbps48kbps24kbps12kbps增加帧质量指示比特12800bitsframe每帧增加8bit编码尾比特卷积编码符号重复前向业务信道信息比特1728040或16bitsframe块交织192kbps64阶正交扩频复用器长码发生器功率控制比特q信道序列12288mcps基带滤波基带滤波cos2f抽取器抽取器192kbps800bps56i信道序列12288mcps48ksps3072kbpspn码片12288mcps调制符号walsh码片重复的码符号重复的码符号288kbps码符号144kbps44kbps48kbps每帧增加8bit编码尾比特卷积编码符号重复接入信道信息比特80bitsframe块交织288kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生帧数据速率q信道序列12288mcps长码掩码12pn码片时延4069ns基带滤波基带滤波cos2fi信道序列12288mcps48ksps3072kbpspn码片12288mcps调制符号walsh码片重复的码符号重复的码符号288kbps码符号288kbps144kbps72kbps36kbps86kbps40kbps20kbps08kbps96kbps48kbps24kbps12kbps增加帧质量指示比特12108或6bitsframe每帧增加8bit编码尾比特卷积编码符号重复反向业务信道信息比特1728040或16bitsframe块交织288kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率q信道序列12288mcps长码掩码12pn码片时延4069ns基带滤波基带滤波cos2f58地址码用途示意图前向信道walsh函数1712288mbits12288mbits同步信道导频信道寻呼信道421
DATA (9.6 Kbps)
1.25 MHz PN SOURCE 1.2288 Mbps CARRIER
1.25 MHz 1.228 Mbps CARRIER PN SOURCE
= –169 dB/Hz
BACKGROUND NOISE
EXTERNAL INTERFERENCE
OTHER USER NOISE (ISC)
CDMA由于采用了各种软切换技术，因此使得移动环境中因为越 CDMA由于采用了各种软切换技术，因此使得移动环境中因为越 区切换的掉话率大大降低。
五、数据业务
在数据通信方面，CDMA传送单位比特的成本比在GSM平台上使 在数据通信方面，CDMA传送单位比特的成本比在GSM平台上使 用GRPS，EDGE等补充技术都要低，因此更适合作为无线高速分组数 GRPS，EDGE等补充技术都要低，因此更适合作为无线高速分组数 据业务或实时数据业务的接入手段，为移动/无线Internet的融合提供了 据业务或实时数据业务的接入手段，为移动/无线Internet的融合提供了 更好的技术条件。
扩频后的信号频谱
S（f）
S（f）
干扰噪声 信号
f0
信号 干扰噪声
f
f0
f
解扩频前的信号频谱
解扩频后的信号频谱
信号
脉冲干扰
白噪声 22
扩频通信系统的主要特点 隐蔽性和保密性 抗干扰和抗多径衰落能力强 增 加 容 量、提 高 频 率 复 用 率。 占 用 频 带 较 宽，系 统 复 杂 性增 加。
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空间分集/多径分集 空间分集 多径分集 1、在基站采用双接收天线。 2、在手机和基站采用RAKE接收，合并不同传输延时的 信号 3、软切换的时候，多个基站和移动台同时联系，BSC从 中选出最好的帧送给交换机。
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2.3 IS95A的关键技术和特性 IS95A的关键技术和特性
CDMA关键技术：可变速率声码器与话音激活技术 关键技术： 关键技术 采用可变速率声码器和话音激活技术可提高频谱效率。 从通话时的全速率到非通话时的1/8速率。 改进话音质量 提升基站的覆盖范围与容量
经实际试验，CDMA系统的话音质量明显优于GSM和模拟系 经实际试验，CDMA系统的话音质量明显优于GSM和模拟系 统，特别是强背景噪声环境中，由于采用了伪随机序列进行扩频/ 统，特别是强背景噪声环境中，由于采用了伪随机序列进行扩频/ 解扩，话音质量不亚于固定网电话（前提是网络负载较小，负载 增加时由于干扰增加，话音质量将下降）。
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CDMA关键技术：功率控制 关键技术： 关键技术
CDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰，当 达到以下条件，系统容量最大 在可接受的信号质量下，功率最小 基站从各个移动台接收到的功率相同
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功率控制的目的与手段 目的： 目的： 用来克服诸如阴影效应、平均路径损耗、地形地貌所引起 的信号变化、远近效应等。以保持设定的话音质量，误帧率 ，同时获得最大的频谱效率。 手段： 手段： 设定和控制前、反向发射功率以控制误帧数量 尽量减少手机的发射功率(反向) 尽量减少基站的发射功率(前向) 提供方法使运营商可以平衡系统容量与话音质量的需求
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CDMA的技术优势 CDMA的技术优势
技术 特点 容量高 话音质量高 覆盖大 网络频率 规划简单 增强安全性 减少掉话 延长电池寿命 减少对其他 电子系统干扰 处理 增益 无需复杂 频率规划 伪随机序 列扩频 扩频/ 扩频/编码 功率控制 软切换 可变速率声码 更软切换 器和语音激活 为运营者 带来的好处 节省投资 提高频率利用率 提高服务质量 节省投资 减少工程设计工 作量， 作量，扩容方便 提高网络安全性 提高服务质量 方便用户 提高通话可靠性 “绿色”手机 绿色” 绿色
扩频系统框图
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比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip) 输入含有信息的数据称为比特（bit） 在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被 称为符号(symbol) 经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)
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S（f） 信号
S（f）
信号
f0
扩
f0
f
f
频 过 程
扩频前的信号频谱
“私はあなたが好きです ” はあなたが好 “Ich liben Sie” “I’m crazy for you”
“我喜欢你”
如果某个用户音量过大将导致所有其它用户的通话均 无法正常进行。 无法正常进行。
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码分多址(Code Division Multiple Access)技术： 是一种数字扩频技术 “窄带”CDMA(cdma2000)采用1.23MHz的无线载波间 隔 “宽带” CDMA( 间隔 多个用户可同时占用1.23/5MHz无线载波 同一载波资源内不同的用户通过分配不同的码区分 相同的载波能在相邻小区或扇区使用