CDMA基本原理

移动通信发展概述
❖ 第二代GSM，TDMA、CDMA(IS95)技术，20世纪 90年代。
1. 采用时分多址TDMA 或窄带码分多址CDMA 数字系统 2. 代表系统美国的IS 95A CDMA 欧洲的GSM TDMA 日本的JDC 3. 对第一代移动通信系统缺点的改善
������ 频谱利用率提高提高了2倍GSM 或10倍CDMA ������ 业务种类增加提供了较丰富的电信业务 ������ 窄带数据业务提供了低速数据业务最大64Kbit/s ������ 保密性较好具有良好的保密性能 ������ 减小了设备成本设备尤其是终端设备成本大大降低体积重量也
移动通信发展概述-特点
波传播特点： ❖ 直射波 ❖ 反射波 ❖ 绕射波 ❖ 其它如漫反射等
移动通信发展概述-特点
三种损耗： ❖ 路径传播损耗，空间传播产生。 ❖ 慢衰落损耗，信号阻挡产生。 ❖ 快衰落损耗，接受电平起伏变化。
空间选择性快衰落 频率选择性快衰落 时间选择性快衰落
移动通信发展概述-特点
CDMA功率控制
❖ 上行链路(手机至基站)功率控制：一方面通过手机 对其发射功率的开环估计(手机估计从基站到手机的 路径损耗以及根据收到的基站功率发送第一个功率 试验值)，另一方面通过基站辅助闭环控制 (基站检 测从手机来的信噪比，并与系统设置的信噪比进行 比较产生功率校正命令发送给手机)，来保证所有手 机信号到达基站时具有相同功率
关键技术－分集
❖ 时间分集 CDMA利用交织编码、纠错和检错编码
等技术在不同时隙发送信号，利用衰落的时 间选择性来进行时间分集
关键技术-Rake
同时CDMA采用RAKE接受机(基站采用4 finger 接受机，手机采用3 finger接受机)分别 接收时延较大的不同路径强信号然后合并， 采用数字判别恢复信号
CDMA功率控制
❖ 下行链路(基站到手机)采用功率控制技术克服 同频干扰：基站估计下行链路的传输损耗， 分配给每个业务信道一定的初始功率，然后 周期性的减少发射功率直至手机发出增加功 率请求
There can be from one to seven paging channels as determined by capacity needs. They carry pages, system parameters information, and call setup orders
关键技术-Walsh Code
Pilot Paging
Sync
Walsh 0 Walsh 1 Walsh 6 Walsh 11 Walsh 19 Walsh 20 Walsh 32 Walsh 37 Walsh 41 Walsh 42 Walsh 55 Walsh 56 Walsh 60
❖ PILOT: WALSH CODE 0
射和接收信号，采用选择性合成技术总是选 择信号较强的一个输出，降低了地形等因素 对信号的影响。CDMA越区软切率分集 CDMA采用扩频技术，根据宽带信号不会
在使用频率均衰落这一特性，其宽带传输即 为频率分集，克服了因信号传送的多条路径 以及用户的移动性带来的多径衰落
大大减少
移动通信发展概述
❖ 第三代CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA
1. ������ 采用宽带码分多址CDMA 实现移动宽带多媒体通信 2. ������ IMT2000 2000年在2000M频段实现2000K的数据通信 3. ������ 3G对数据通信速率的要求
室内环境至少2Mbps 室内外步行环境至少384kbps 室外车辆运动中至少144kbps 卫星移动环境至少9.6kbps IMT2000推荐的3种制式WCDMA 欧洲CDMA2000 美国TD SCDMA
移动通信及CDMA基 本原理
内容提要
❖ 移动通信发展概述 ❖ CDMA基本原理
学习目的
❖ 移动通信系统的发展过程 ❖ 移动通信系统的关键技术 ❖ CDMA网络结构和基本原理 ❖ 网络优化的方向
移动通信发展概述-区别
❖ 有线通信与移动通信的区别 “有线”－封闭式传输线，信道封闭，质
量优良。交换方式与网络结构比较重要。 “移动”－终端移动、信道移动、移动的
The Pilot is a “structural beacon” which does not contain a character stream. It is a timing source used in system acquisition and as a measurement device during handoffs
四种效应: ❖ 阴影效应，电波受到阻挡 ❖ 远近效应，移动性导致距离变化 ❖ 多径效应，信号源多路径 ❖ 多普勒效应，高速移动（>70km/s)
CDMA基本原理
❖ CDMA发展历程 ❖ CDMA网络拓扑结构 ❖ CDMA码分多址技术 ❖ CDMA功率控制技术 ❖ CDMA切换技术 ❖ CDMA容量预算
CDMA功率控制
❖ 上行功率控制（反向功率控制） ❖ 下行功率控制（前向功率控制）
CDMA功率控制
FDMA和TDMA依靠用户占用不同的频率和时 隙来区分用户，而CDMA依靠地址码来解扩，依据 功率来区分信号。对于移动通信中，假设基站覆盖 小区中所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的 手机信号到达基站的功率较强，而远离基站的手机 信号较弱，强信号掩盖弱信号，称为远近效应。这 对于CDMA影响尤为突出。
速度，质量不稳定。 “静态”和“动态”
移动通信发展概述
❖ 第一代模拟网（TACS)，20世纪80年代
1. 采用频分多址FDMA 模拟系统 2. 代表系统美国的AMPS 欧洲的TACS 3. 主要缺点
• ������ 频谱利用率低采用FDMA所致 • ������ 业务种类有限采用模拟方式所致 • ������ 无数据业务采用模拟方式所致 • ������ 保密性差采用模拟方式所致 • ������ 设备成本高体积重量大采用模拟方式所致
关键技术-PN码
❖ 在反向CDMA信道中，长码被用作直接扩频，每个 用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户 的ESN计算出来的，这些相位是随机分别且不会重 复的，这些用户的反向信道之间基本是正交的。短 码也被用于对反向业务信道进行正交调制，但因为 在反向因为信道上不需要标识属于哪个基站，所以 对于所有移动台而言都使用同一相位的m序列，其 相位偏置是0
AN
New components
关键技术
❖ 直接序列扩频：信息承载信号被一个高码片速率的扩展码相 乘。 CDMA利用自相关性非常大而互相关性小的码序列作为 地址码，对已被原始用户信息信号调制的载频进行二次调制， 扩展其信号频谱。IS-95采用 180度相移键控QPSK。有效的 降低功率谱密度提高信噪比，保密性好， 同时用户共用同一 宽带频谱不存在互调干扰。 CDMA采用三层编码结构：用户码(42比特长码)、基站 码(15比特时间偏移码)、信道的正交码(64正交 walsh码)
关键技术-PN码
❖ 伪随机序列（或称PN码）具有类似于噪声序 列的性质，是一种15 貌似随机但实际4上2 是有规 律的周期性二进制序列
❖ 在CDMA系统中，用到两个m序列，一个长 度是242-1，一个长度是215-1，各自的用处不同, 分别被称为长码、短码.
关键技术-PN码
❖ 在前向信道中，长码被用作对业务信道进行 扰码（注意不是被用作扩频，在前向信道中 使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为 短码被用于对前向信道进行正交调制，不同 的基站采用不同相位的m序列进行调制，其 相位差至少为64个码片，这样最多可有512 个不同的相位可用
中国 TD SCDMA 中国的第一个国际通信标准
移动通信发展概述-趋势
市场角度： ❖ 语音 ❖ 数据 ❖ 多媒体
移动通信发展概述-趋势
技术角度 ❖ 速率，调制技术的改进。 ❖ 寻址，FDMA、TDMA、CDMA。 ❖ 自适应传输
信噪比自适应调整接收机的门限值 信道时变动态特性自适应分配业务、速率、功率、
❖ SYNC: WALSH CODE 32
This carries a data stream of system identification and parameter information used by mobiles during system acquisition
❖ PAGING: WALSH CODES 1 up to 7
CDMA网络优势
软容量 ❖ 在FDMA、TDMA系统中，当小区服务的用户数达到最大信道数，已满载的系
统再无法增添一个信号，此时若有新的呼叫，该用户只能听到忙音。而在 CDMA系统中，用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活确定。例如系 统运营者可以在话务量高峰期将某些参数进行调整，例如可以将目标误帧率 稍稍提高，从而增加可用信道数。同时，在相邻小区的负荷较轻时，本小区 受到的干扰较小，容量就可以适当增加。 ❖ 体现软容量的另外一种形式是小区呼吸功能。所谓小区呼吸功能就是指各个 小区的覆盖大小是动态的。当相邻两个小区负荷一轻一重时，负荷重的小区 通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不够，切换到相 邻的小区，使负荷分担，即相当于增加了容量。 ❖ 这项功能可以避免在切换过程中由于信道短缺造成的掉话。在模拟系统和数 字TDMA系统中，如果没有可用信道，呼叫必须重新被分配到另一条候选信道， 或者在切换时中断。但是在CDMA中，建议可以适当提高用户的可接受的误 比特率直到另外一个呼叫结束
调制和编码方式
移动通信发展概述-趋势
❖ QoS的需求自适应分配带宽、信道、相应的调制与 编码方式
❖ GPS定位技术 ❖ 小区天线->智能小区天线->切换式智能->自适应天
线，抑制干扰、集中信号能量 ❖ IP化网络智能体系，Simple IP, Mobile IP,Ipv6
移动通信发展概述-特点
信道特点： ❖ 传播的开放性 ❖ 环境的复杂性 ❖ 随机移动性
关键技术－分集
❖ 多种分集技术 分集合成技术是指系统提供二个或更多个输入
信号到接收端，这些输入信号的衰落各不相关，系 统分别接收它们再将它们合成处理后进行判决，大 大降低衰落对信号的影响。依据衰落的频率、时间 和空间的选择性，相应有频率分集、时间分集和空 间分集
关键技术－分集
❖ 空间分集。 通过几个独立天线或在不同位置分别发
95A/B MS
OMCR
XC PSI
External IP Network
PDSN
AAA
1X MS
Span Grooming
Packet BTS Split Backhaul
IS95A/B/C
Virtual LAN C6500 10/100 Ethernet C6500
MGX 8800
MGX 8800
❖ TRAFFIC: any remaining WALSH codes
The traffic channels are assigned to individual users to carry call traffic. All remaining Walsh codes are available, subject to overall capacity limited by noise
CDMA网络优势
软切换
所谓软切换是指移动台需要切换时，先 与新的基站连通再与原基站切断联系，而不 是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。 软切换只能在同一频率的信道间进行，因此， 模拟系统、TDMA系统不具有这种功能
CDMA网络拓扑结构
PSTN
MSC
pCBSC MM
Token ring
pBIB
CDMA发展历程
CDMA网络优势
大容量
根据理论计算及现场试验表明，CDMA系统的信道容 量是模拟系统的10~20倍，是TDMA系统的4倍。CDMA系 统的高容量很大一部分因素是因为它的频率复用系数远远 超过其它制式的蜂窝系统，同时CDMA使用了话音激活和 扇区化，快速功率控制等
CDMA系统因为使用了可变速率声码器，在不讲话时 传输速率低，减轻了对其它用户的干扰，这即是CDMA系 统的话音激活技术