CDMA通信技术基本原理扫盲篇

GSM
AMPS
TACS NMT OTHERS CDMA IS95 TDMA IS-136
UMTS WCDMA 语音业务
宽带业务 CDMA 2000 TDSCDMA
3G为运营商提供了完善的解决方案
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模拟技术
数字技术
PDC
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长码
CDMA 核心技术
长码是周期为242-1的M-序列 长码的功能：
加扰前向CDMA信道 控制功率控制比特的插入 在反向，区分出不同的MS
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短码
CDMA 核心技术
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 5 2 5 3 5 4 5 5 6 5 7 5 8
6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7
1 2 3 4 5 6 7 8
数据的传送反向
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Valid Valid Valid Valid
825.030-834.330 835.680-844.320 845.670-845.820 847.170-848.310
870.030-879.330 880.680-889.320 890.670-890.820 892.170-893.310
频率计算公式
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Page 22
信道编码
CDMA 核心技术
信道编码采用卷积码或者TURBO码。 对于卷积码：
约束长度：移位寄存器数+1。
编码效率：输入bit数 / 输出bit数。
Input (bits)
Output (symbols)
?
0110 0101 0011
?
0110 0101 0011
?
1001 0101 1100
?
1001 0101 1100
?
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扩频与解扩
CDMA 核心技术
信号速率的提高，意味着信号带宽的展宽
S（f） S（f）
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在接收端的信号恢复
CDMA 核心技术
接收数据 解扩序列
1001 0110 1111
1 +1 -1
0110 0110 0000
0
0110 0110 0000
0
1001 0110 1111
1
1001 0110 1111
1
接收数据 不相关扩频序列
1001 0101 1100
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CDMA通信模型
CDMA核心技术
信源 编码
Interleaving
信道 编码 交织
加扰
扩频
调制
射频 发射
信源 解码
去交织 deinterleaving 解扰 信道解 码
解扩
解调
射频 接收
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信源编码
CDMA 核心技术
话音编码器
8K QCELP 13K QCELP EVRC
特点
支持语音激活
在典型的双工通话中，通话的占空比大于 35%,不通话的 时候降低发射速率，有效提高系统容量。
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多址接入技术
用户信息 1 正交扩频序列 1 扩频后的信号 1 用户信息 2 正交扩频序列 2
扩频后的信号 2
混合用户信号 1+2
码分多址技术原理
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多址接入技术
混合用户信号1+2
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3G的标准
概述
CDMA2000 3GPP2
FDD mode
WCDMA 3GPP
FDD mode
TD-SCDMA
3G system
CWTS
TDD mode
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8 8 8 8 8 8 8 8
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加扰－M序列
CDMA 核心技术
0 1
0 1
1
0
包含两部分：
Out
移位寄存器序列
掩码
输出序列的周期是 2N-1 bits，N为寄存器个数
当掩码不同时，输出的移位寄存器序列相位不同
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BTS: 基站 MSC: 移动交换中心 VLR: 拜访位置寄存器 PDSN: 分组数据控制节点 FA: 外地代理 Radius: 远程认证拨入用户业务
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第一章: 概述
第二章: CDMA 核心技术
Internal
ORA000003 CDMA2000 通信原理
ISSUE 3.2
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学习目标
学习完本课程，您应该能够：
了解CDMA通信技术的基本原理
以IS-95为例，掌握CDMA相关技术：
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正交函数
CDMA 核心技术
正交函数具有0相关性。如果两个二进制序列的异或结果具有相
同个数的0和1，那么，这两个序列不相关。
例子:
不相关：
相关：
0000
1010
0101
0101
0101
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1111
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3G的目标
概述

全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖


高效的频谱效率
更高的服务质量、保密性和可靠性 易于从2G系统平滑演进与过渡，并反向兼容2G系统

能提供多种业务，数据业务速率最高可达2Mbps
车速环境：144kbps 步行环境：384kbps 室内环境：2Mbps
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多址技术
概述
CDMA
Power
同一时间同一频段上 根据不同的扩频码进 行区分业务信道
TDMA
Power
同频段的业务信道以不同 的时隙进行区分
FDMA
Power
不同的业务信道占用不同的频段
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第三章: CDMA 空中接口
第五章: CDMA 编号计划
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相关性
CDMA 核心技术
+1 -1 +1 -1 相关（相关性100％ ）
(a)
+1 -1 +1 不相关（0相关）
(b)
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信号 信号
f0
扩频前的信号频谱
f
f0
扩频后的信号频谱
f
S（f）
S（f）
信号 信号 噪声 噪声
f0
解扩前的信号频谱
信号
f
f0
解扩后的信号频谱
f
突发干扰
白噪声
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S(f) is the energy density. All rights reserved
F=870+N*0.03 N: CDMA信道号（频点）
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CDMA2000 1X网络结构
概述
Abis
A1(信令) A2(业务) A3(信令&业务) A7(信令)
A11(信令) A10(业务)
MS: 移动台 BSC: 基站控制器 HLR :归属位置寄存器 PCF: 分组数据控制功能 HA: 家乡代理 SCP: 业务控制点

Turbo码性能明显优于卷积码
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交织
CDMA 核心技术 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 交 织 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4
正交解扩频序列 1
解扩后的信号 1
电路判决输出
第一个用户信号的恢复过程
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多址接入技术
混合用户信号1+2
正交解扩序列 2
解扩频后的信号 2
电路判决输出
第二个用户信号的恢复过程
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CDMA发展历程
概述
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CDMA2000系统中的频率分配
概述
波段0，扩频速率1
Transmit Frequency Band (MHz) Block Designator A(10MHz) B(10MHz) A’(1.5MHz) B’(2.5MHz) CDMA Channel Validity CDMA Channel Number 1-311 356-644 689-694 739-777 Mobile Station Base Station
卷积码编码器
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Turbo 码
CDMA 核心技术

Turbo码在大数据包时使用 Turbo码的特点 对输入的信息序列进行两次编码，译码时可相互交换信息 交织器的引入使得信息比特不仅受邻近校验比特的保护，而且受 距离很远的校验比特的保护
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发送端以正交函数为扩频码进行扩频
CDMA 核心技术
+1 -1 用户输入信息
1
0
0
1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1
正交扩频序列 （正交函数） 扩频后的发送数据
+1 -1
0110 1001
0110 0110
0110 0110
0110 1001
0110 1001
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第一章: 概述 第二章: CDMA 核心技术
第三章: CDMA 空中接口
第四章: CDMA 编号计划
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移动通信发展历程
概述
第一代移动通信 1980s 第二代移动通信 1990s 第三代移动通信 现在
常用术语
CDMA核心技术
比特（Bit），符号(Symbol) ，码片 (Chip)
输入的含有信息的数据称为比特 经过信道编码和交织后的数据成为符号 经过最终扩频得到的数据成为码片
处理增益
最终扩频速率和比特速率的的比 在IS95A系统中，处理增益为128，也就是21dB
前向（下行）：从BTS到MS 反向（上行）：从MS到BTS
PNc
短码为一周期215 的M-序列
PNb
每个扇区在短码中指配一个时间偏置（相位）
系统利用PN短码的时间偏置来区别（BTS）扇区 − 可允许所有Walsh码在各（BTS）扇区复用
PNa
− 系统规定PN码最小偏移值为64chips，共有512个时间偏 置（215 /64=512）
同一（BTS）扇区内所有CDMA信道的短码相同 不同（BTS）扇区内的CDMA信道的短码时间偏置不同
信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调制
关键技术：功控、软切换、RAKE接收机
信道结构：导频、同步、寻呼、业务、接入 长码、短码和Walsh码在CDMA系统中的作用
掌握CDMA 1X的技术特点
CDMA 1X系统和IS95系统的区别
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