《CDMA基本原理》PPT课件
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时分跳频（TDFH），在一个新的TDMA帧开始时跳到一个新的频率，GSM
各种多址的不同接收方式
频分多址，符号持续时间长，无符号间干扰，直接判决 时分多址，有符号间干扰，无法区分多径，用滤波器进行符号间均衡
自适应均衡器，系数可以调整 每个时隙有导频用以训练系数 直扩码分多址 宽带系统，可以区分多径 多径接收机（RAKE），多径分集
MS
AMR Speech Codec
AMR编解码协商
Node-B
RNC
AMR 模式控制
CN
AMR Speech Codec
Uu
Iub
Iu
下行AMR模式命令
符合AMR模式的下行语音数据
上行AMR模式命令
符合AMR模式的上行语音数据
切换类型
WCDMA系统支持 多种切换技术
软切换： 不同基站NodeB间切换 不同RNC间切换
扩频多址（SSMA）
跳频码分多址（FH－CDMA）
使用窄带FM或FSK，使用能量效率高的恒包络调制，用廉价的接收 机实现FHMA的非相干检测
具有安全性；使用纠错编码和多径技术来防止碰撞的影响
直接扩频码分多址（DS－CDMA）
多用户共享同一频率 CDMA是软容量限制，当用户数目增加时，对所有用户而言，系统
移动信道的表征
时延表征
平均时延（均值） 时延拓展（标准差），信道相关带宽＝1/时延拓展
频谱
多普勒扩展，运动引起信道变化（快、慢衰落），信道相干时间＝ 1/多普勒频率
多径特性（信道带宽），平坦衰落和频率选择性衰落 宽带码分多址是频率选择性慢衰落信道
测试信道的方法
衰落的概率分布 电平通过率－衰落快慢，信道衰落的深度 衰落持续时间（交织深度）
充分满足用户动态调整带宽需求
核心网
Iu 源RNS Iur 目标RNS
RNS迁移
源RNS
核心网 Iu
目标RNS
RNS 无线网络子系统
RNS迁移能够：
有效减少Iur接口的流量 增强系统的适应能力
信道分配
3G业务速率变化大，传统信道分配方式利用率低 3G采用统计复用的信道分配方式
分配的信道带宽总与实际需求接近 节约系统资源，提高系统容量
CDMA原理
➢ 无线传输技术和CDMA原理 ➢ CDMA无线资源管理原理 ➢ 不同体制的3G技术 ➢ 3G无线接入网络形态
无线资源管理目的
CDMA是自干扰系统，提高单个用户的发射功率能改善其 服务质量，但对其他用户的干扰也相应增加!
如何才能优化网络，为最多的 用户提供所需的服务质量?
只有采用先进的
性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射
时分多址（TDMA）
多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙 TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭 不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换
处理 即使使用FDD也无需双工器 需要自适应均衡；需要保护时隙 分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步 按照不同的用户提供不同的带宽 TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比 功率控制频率为2Hz或更低 质量控制通过频率规划来实现
无线资源管理
才能发挥CDMA系统的卓越性能!
无线资源管理策略的主要内容
功率控制 负载控制 AMR控制
小区切换 信道分配
Power f
远近效应
Power f
每个用户对于其他用户都 相当于干扰，远近效应严 重影响系统容量
采用功控技术减少了用 户间的相互干扰，提高 了系统整体容量
前向功率控制
支持软切换和更软切换
支持新技术的应用，如多用户检测
WCDMA有下行发射分集，而GSM没有
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
智能天线
智能天线技术提高系统覆盖范围，降低发射功率
性能下降；相应当用户数目减少时，系统性能提高 CDMA中信道数据速率小于信道的时延扩展，故可以使用RAKE接收
技术 利用宏空间分集，多个基站同时监听，实现软切换，不切换频率；
自干扰系统－多址干扰；远近效应
跳时码分多址（TH－CDMA）
多址技术图示
传统多址技术
频率
频率
码分多址技术
FDMA
时间 频率
智能天线的小区配置
全向小区
三扇区小区
智能天线小区
智能天线的优点
高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波 束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态 调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线
增加系统容量 增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量 提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量 减少发射功率，延长移动台电池寿命 提高系统设计时的灵活性
更软切换： 同基站不同扇区间切换
硬切换： 异频切换 不同系统间切换
切换过程和效果
当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时，移动台执行 切换，－硬切换（FDMA、TDMA）
CDMA系统小区的频率一致，软切换时，移动台同时与多个基站相连接 软切换是为了降低对其他小区的干扰，并通过宏分集来改善性能 当邻近小区的信号强度超过一个门限，但仍然低于当前小区基站的强度
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
无线通信中的几个概念和区别
多址技术 时分多址，频分多址和码分多址
双工技术 时分双工与频分双工
窄带系统与宽带系统 单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致 一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽 宽带系统通常能够带来频率分集的优势
TDMAA
混合扩频技术（HSST）
混合FDMA/CDMA（FCDMA），优点是无需连续带宽，如MC－CDMA在 cdma2000中采用
混合直扩/跳频多址（DS/FHMA），避免远近效应，不适用软切换（Bluetooth 采用）
时分CDMA（TCDMA），在每一小区内仅分配给一个用户一个特定的时隙，避 免远近效应
时，则进入软切换状态 在上行链路，二个或多个基站可以接收同样的信号，在下行链路移动台
可以相干地合并来自不同基站的信号，即宏分集 由于新基站发射额外的信号给移动台，而由于RAKE的Finger数目有限，
移动台不能合并所有的能量。在下行链路， 软切换增加了对系统的干扰 软切换的增益决定于宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失
系统容量 传统信道配置
业务源速率 动态信道配置
多径环境
接收信号 强度
时间
衰落
发射数据
接收数据
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
dB
移动信道的多径特征
电磁传播－反射、散射和绕射 无线环境中的信号衰减分成三部分：
幅度衰减较大的路径损耗 伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化 衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落 两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法 瑞利分布（非视距传播） 莱斯分布（视距传播）
开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率 （误块率）
闭环： 测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率 外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比
负载控制
小区呼吸是负载控制 的主要手段
负载控制的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到 周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率
频分多址（FDMA）
FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有 使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加 共享容量
在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断 地发射
FDMA通常是窄带系统 符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展造成的
符号间干扰低，无需均衡 FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小 FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线） 非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线
软切换
上行软切换在RNC中进行多径 合并； 上行更软切换在NodeB中进行 多径合并； 下行的软切换都在UE中合并
各自小区的接收能量
移动台合并功率
软切换/更软切换
C
C
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
改善话音质量；控制手机干扰 降低掉话率；提高容量与覆盖范围
直接重试
容量充裕小区
容量非饱和小区
减少呼损，合理分布用户负载 充分利用网络资源
AMR控制
通过动态调整AMR语音的速率，保证了在相同 系统容量情况下，尽可能的保证UE的通话质量
AMR语音的变化范围： 4.75Kbps ～ 12.2Kbps (12.2Kbps兼容GSM语音编码)
AMR语音编解码
64Kbpsμ律PCM语音编码转化为AMR编码 降低UE功耗，减少干扰 TrFO（Transcoder Free Operation）,提高网络传输效率和语音质量
CDMA原理
CDMA原理
➢ 无线传输技术和CDMA原理 ➢ CDMA无线资源管理原理 ➢ 不同体制的3G技术 ➢ 3G无线接入网络形态
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
发射信号
小区发射功率
功率控制
反向功率控制
手机发射信号
上报功率控制比特
克服远近效应和多径衰落 减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间
功率控制命令
功率控制效果
决定了DS－CDMA系统的容量； 多址干扰－远近效应 功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）；减少对其他基
站的干扰（下行） 功率控制可以补偿衰落 有三种功率控制原理：开环、闭环和外环
CDMA在无线信道中传输的优势－总 结
采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分 集效应；
宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果
码字的多址传输，利用了多用户分集的效果
信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性 扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传
输
频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM，频率复用系数 WCDMA为1，GSM为1～18。
各种多址的不同接收方式
频分多址，符号持续时间长，无符号间干扰，直接判决 时分多址，有符号间干扰，无法区分多径，用滤波器进行符号间均衡
自适应均衡器，系数可以调整 每个时隙有导频用以训练系数 直扩码分多址 宽带系统，可以区分多径 多径接收机（RAKE），多径分集
MS
AMR Speech Codec
AMR编解码协商
Node-B
RNC
AMR 模式控制
CN
AMR Speech Codec
Uu
Iub
Iu
下行AMR模式命令
符合AMR模式的下行语音数据
上行AMR模式命令
符合AMR模式的上行语音数据
切换类型
WCDMA系统支持 多种切换技术
软切换： 不同基站NodeB间切换 不同RNC间切换
扩频多址（SSMA）
跳频码分多址（FH－CDMA）
使用窄带FM或FSK，使用能量效率高的恒包络调制，用廉价的接收 机实现FHMA的非相干检测
具有安全性；使用纠错编码和多径技术来防止碰撞的影响
直接扩频码分多址（DS－CDMA）
多用户共享同一频率 CDMA是软容量限制，当用户数目增加时，对所有用户而言，系统
移动信道的表征
时延表征
平均时延（均值） 时延拓展（标准差），信道相关带宽＝1/时延拓展
频谱
多普勒扩展，运动引起信道变化（快、慢衰落），信道相干时间＝ 1/多普勒频率
多径特性（信道带宽），平坦衰落和频率选择性衰落 宽带码分多址是频率选择性慢衰落信道
测试信道的方法
衰落的概率分布 电平通过率－衰落快慢，信道衰落的深度 衰落持续时间（交织深度）
充分满足用户动态调整带宽需求
核心网
Iu 源RNS Iur 目标RNS
RNS迁移
源RNS
核心网 Iu
目标RNS
RNS 无线网络子系统
RNS迁移能够：
有效减少Iur接口的流量 增强系统的适应能力
信道分配
3G业务速率变化大，传统信道分配方式利用率低 3G采用统计复用的信道分配方式
分配的信道带宽总与实际需求接近 节约系统资源，提高系统容量
CDMA原理
➢ 无线传输技术和CDMA原理 ➢ CDMA无线资源管理原理 ➢ 不同体制的3G技术 ➢ 3G无线接入网络形态
无线资源管理目的
CDMA是自干扰系统，提高单个用户的发射功率能改善其 服务质量，但对其他用户的干扰也相应增加!
如何才能优化网络，为最多的 用户提供所需的服务质量?
只有采用先进的
性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射
时分多址（TDMA）
多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙 TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭 不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换
处理 即使使用FDD也无需双工器 需要自适应均衡；需要保护时隙 分组发射需要额外的系统开销，如保护数据同步 按照不同的用户提供不同的带宽 TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比 功率控制频率为2Hz或更低 质量控制通过频率规划来实现
无线资源管理
才能发挥CDMA系统的卓越性能!
无线资源管理策略的主要内容
功率控制 负载控制 AMR控制
小区切换 信道分配
Power f
远近效应
Power f
每个用户对于其他用户都 相当于干扰，远近效应严 重影响系统容量
采用功控技术减少了用 户间的相互干扰，提高 了系统整体容量
前向功率控制
支持软切换和更软切换
支持新技术的应用，如多用户检测
WCDMA有下行发射分集，而GSM没有
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
智能天线
智能天线技术提高系统覆盖范围，降低发射功率
性能下降；相应当用户数目减少时，系统性能提高 CDMA中信道数据速率小于信道的时延扩展，故可以使用RAKE接收
技术 利用宏空间分集，多个基站同时监听，实现软切换，不切换频率；
自干扰系统－多址干扰；远近效应
跳时码分多址（TH－CDMA）
多址技术图示
传统多址技术
频率
频率
码分多址技术
FDMA
时间 频率
智能天线的小区配置
全向小区
三扇区小区
智能天线小区
智能天线的优点
高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波 束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态 调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线
增加系统容量 增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量 提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量 减少发射功率，延长移动台电池寿命 提高系统设计时的灵活性
更软切换： 同基站不同扇区间切换
硬切换： 异频切换 不同系统间切换
切换过程和效果
当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时，移动台执行 切换，－硬切换（FDMA、TDMA）
CDMA系统小区的频率一致，软切换时，移动台同时与多个基站相连接 软切换是为了降低对其他小区的干扰，并通过宏分集来改善性能 当邻近小区的信号强度超过一个门限，但仍然低于当前小区基站的强度
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
无线通信中的几个概念和区别
多址技术 时分多址，频分多址和码分多址
双工技术 时分双工与频分双工
窄带系统与宽带系统 单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致 一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽 宽带系统通常能够带来频率分集的优势
TDMAA
混合扩频技术（HSST）
混合FDMA/CDMA（FCDMA），优点是无需连续带宽，如MC－CDMA在 cdma2000中采用
混合直扩/跳频多址（DS/FHMA），避免远近效应，不适用软切换（Bluetooth 采用）
时分CDMA（TCDMA），在每一小区内仅分配给一个用户一个特定的时隙，避 免远近效应
时，则进入软切换状态 在上行链路，二个或多个基站可以接收同样的信号，在下行链路移动台
可以相干地合并来自不同基站的信号，即宏分集 由于新基站发射额外的信号给移动台，而由于RAKE的Finger数目有限，
移动台不能合并所有的能量。在下行链路， 软切换增加了对系统的干扰 软切换的增益决定于宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失
系统容量 传统信道配置
业务源速率 动态信道配置
多径环境
接收信号 强度
时间
衰落
发射数据
接收数据
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
dB
移动信道的多径特征
电磁传播－反射、散射和绕射 无线环境中的信号衰减分成三部分：
幅度衰减较大的路径损耗 伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化 衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落 两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法 瑞利分布（非视距传播） 莱斯分布（视距传播）
开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率 （误块率）
闭环： 测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率 外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比
负载控制
小区呼吸是负载控制 的主要手段
负载控制的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到 周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率
频分多址（FDMA）
FDMA信道每次只能传递一个电话如果一个FDMA信道没有 使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用以增加 共享容量
在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断 地发射
FDMA通常是窄带系统 符号时间比平均时延扩展大很多，故平均时延扩展造成的
符号间干扰低，无需均衡 FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小 FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线） 非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线
软切换
上行软切换在RNC中进行多径 合并； 上行更软切换在NodeB中进行 多径合并； 下行的软切换都在UE中合并
各自小区的接收能量
移动台合并功率
软切换/更软切换
C
C
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
C
C
A
A
B
B
改善话音质量；控制手机干扰 降低掉话率；提高容量与覆盖范围
直接重试
容量充裕小区
容量非饱和小区
减少呼损，合理分布用户负载 充分利用网络资源
AMR控制
通过动态调整AMR语音的速率，保证了在相同 系统容量情况下，尽可能的保证UE的通话质量
AMR语音的变化范围： 4.75Kbps ～ 12.2Kbps (12.2Kbps兼容GSM语音编码)
AMR语音编解码
64Kbpsμ律PCM语音编码转化为AMR编码 降低UE功耗，减少干扰 TrFO（Transcoder Free Operation）,提高网络传输效率和语音质量
CDMA原理
CDMA原理
➢ 无线传输技术和CDMA原理 ➢ CDMA无线资源管理原理 ➢ 不同体制的3G技术 ➢ 3G无线接入网络形态
无线传输技术和CDMA原理
➢ 无线传输环境 ➢ 无线传输技术和多址技术 ➢ CDMA原理和RAKE接收技术 ➢ 分集技术 ➢ 智能天线技术 ➢ 多用户检测技术
发射信号
小区发射功率
功率控制
反向功率控制
手机发射信号
上报功率控制比特
克服远近效应和多径衰落 减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间
功率控制命令
功率控制效果
决定了DS－CDMA系统的容量； 多址干扰－远近效应 功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）；减少对其他基
站的干扰（下行） 功率控制可以补偿衰落 有三种功率控制原理：开环、闭环和外环
CDMA在无线信道中传输的优势－总 结
采用RAKE接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分 集效应；
宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果
码字的多址传输，利用了多用户分集的效果
信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性 扩频因子灵活变换，又助于多媒体等多速率并发业务的传
输
频谱效率高，优于以往的AMPS和GSM，频率复用系数 WCDMA为1，GSM为1～18。