cdma系统基本原理

东信网络内部资料第1页CDMA系统基本原理•CDMA基础知识•CDMA原理及技术指标东信网络内部资料第2页CDMA的发展历史•CDMA是Code-DivisionMultipleAccess的缩写，这是一种采用扩频（spread-spectrum）的数字蜂窝技术。•1989年，美国蜂窝电信工业协会（CTIA）提出了对下一代无线业务的用户性能要求•1989年，美国高通（QUALCOMM）公司提出了一套符合CTIA要求的CDMA系统，1991年12月发布了现场试验结果•1992年，CTIA要求TIA（电信工业协会）准备框架性文件，TIA建议TR45委员会从事宽带扩频数字技术有关的标准化工作•1993年7月，TIA投票接受了IS-95作为CDMA空中接口标准•IS-95是将IS-553AMPS和CDMA功能集合在一起的一个双模式技术标准•2019年，第一个商用CDMA网络在香港开始运行•2019年，TIA投票通过了一个修订版标准IS-95A，该标准为CDMA增加了附加的功能，增加了新的语音编解码器和扩展消息东信网络内部资料第3页第三代移动通信标准•IS-95A只是窄带CDMA,本质上和GSM一样属于第二代移动通信。•第三代移动通信都是宽带通信注重于数据传输和多媒体应用。•第三代移动通信标准主要有以下几种：•美国高通公司提出的CDMA2000标准，可以从IS-95平滑过渡。•欧洲厂商(爱立信、诺基亚等)提出的WCDMA(widebandCDMA），注重同GSM的兼容性。•中国大唐电信集团提出的TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)标准。•一项由我国科学家自主研发的第三代移动通信系统技术——ＬＡＳ－ＣＤＭＡ（大区域同步码分多址接入技术），日前在１．６兆的带宽上实现了上行６４Ｋbps、下行３８４Ｋbps的数据传输速度，不仅领先于其它第三代移动通信技术，而且在性能上完全满足并大大超过国际电联规定的指标。（值得关注！）东信网络内部资料第4页CDMA（IS-95）基础知识•CDMA的优点•CDMA的理论基础•CDMA使用的各种码•CDMA的信道种类•CDMA信道的生成东信网络内部资料第5页TDMA和FDMA的缺点以往多址方式的缺点：无论是FDMA还是TDMA都是在有限的时间隙或频点上通信，容量受限。频谱利用率低，相同频率在相邻小区不能使用。东信网络内部资料第6页CDMA的优点•同一时间，同一频率，不同的码。•频谱利用率高，无须频率规划，频率复用系数为1。•宽带扩频通信，所传信号带宽远大于所传信息带宽，具有抗干扰，保密性好的特点。•是一个自扰系统，软容量，可以通过降低通话质量来加大容量。•采用了一系列新技术，如软切换、可变速率语音编码器、先进的功率控制、RAKE接收机等。东信网络内部资料第7页扩频通信•扩频通信（SpreadSpectrumCommunication)是将待传送的信息数据被伪随机编码（扩频序列：SpreadingSequence)调制，实现频谱扩展后再传送，接受端则用同样的编码进行解扩及相关处理，恢复原始数据。也就是说发射信道带宽远大于基带数字信号带宽。基带数字信道带宽基带数字信道带宽东信网络内部资料第8页扩频通信系统，接收信号载干比：C/I==Rb是信息的比特率，W是总频段宽度，相当于扩频宽度。扩频增益Gp=Bw/Bs=W/Rb故而Gp越大，Eb/No要求越小。RbEbNoWEb/NoW/Rb东信网络内部资料第9页CDMA的理论基础•香侬定理：C=W*log2（1+S/N），由此可以得出：只要有足够的带宽W，就可以在很低的信噪比下通信，有用信号完全可以淹没在噪声中，抗干扰、保密。•“CHIP”为码片，扩频码的每个bit可称为一个chip。•相关系数：描述两个信号相似程度的函数，为零就是不相关。αX+βY=0,只有α、β全为0时成立，不相关。•正交调制：利用一组互相正交的码或信号对原始信号进行调制的方法。东信网络内部资料第10页扩频码的产生•Pesudo-RandomNoiseSequence:伪随机噪声序列（编码）IS-95标准。CR(τ)=ΣC(t)C(t-2)001⊕01001110+1-1+1+1-1-1-1+1东信网络内部资料第11页随机的相关性•R（τ）=1(R0)-1/N(R(t)≠R0)图形表示：N1/N1东信网络内部资料第12页对信息码扩频•码序列通过模2加的方式加到信道上MS1接收：[d1(t)•c(t-t1)+d2(t)•c(t-t2)]c(t-t1)=d1(t)+d2(t)(-1/N)≈d1(t)BTSABTSBMS1MS2东信网络内部资料第13页扩频和解扩在TACS中一个信道宽30KHz，GSM的物理信道宽200KHz，而CDMA中是1.25MHz。东信网络内部资料第14页CDMA使用的码•WalshCode•LongCode•Shortcode东信网络内部资料第15页WalshCode及其作用•WalshCode由HADAMARD函数产生。•WalshCode是正交码，也就是他们任意两个码互相正交，互相关函数为零。•优点是容易生成，使用方便。•缺点是存在很大的自相关旁瓣，且分布不均匀，而且需极其严格的同步。•WalshCode的作用：在前向信道用来作扩频码(9.6kto1.2288M).•WalshCode用来标识信道。其中0#用于PilotChannel，1到7用于PagingChannel•32#用于SyncChannel，其余用于TrafficChannel。•在反向信道用来作正交调制。东信网络内部资料第16页HADAMARD函数HADAMARD函数由法国数学家HADAMARD提出。用来产生WALSHCODE。IS-95中用的是64位长的WALSHCODE.东信网络内部资料第17页Pseudo-RandomNoiseSequence•又叫PN序列通常由m序列产生。•m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。是由n级的移位寄存器加上线性反馈组成：如果是n个移位寄存器，则长度为2n-1且一直循环下去。PN的意义：•关系到系统的抗干扰和多径衰落的能力•关系到信息数据的隐蔽和保密•关系到对码分信道的检测，即捕获和同步系统的实现•直接影响到小区信道容量东信网络内部资料第18页掩码（Mask）•掩码用来使PN序列产生时间上的移位或叫偏置。东信网络内部资料第19页LongCodeWithMask42414021•长码由42个移位寄存器加反馈电路产生31长码的周期为242-1，约41天重复一次，所以安全，很难破译。数据率：1.2288Mchip/sec长码的掩码有42位，其中32位由用户的手机ESN而来，所以长码用来标识用户,所有移动台的长码只有一个，只是掩码不同。作用：反向信道用来扩频，正向信道用来扰码。MASKoutput东信网络内部资料第20页ShortCodeWithMask•短码是由15个移位寄存器加反馈形成的。•周期为215-1，每2667ms重复一次。•短码加上掩码用来标识基站或基站中的扇区。•CDMA完全是通过各种码来实现多址接入的。•只有用相关的码才能解调出有用信号，别的正交码只能解调出噪声。•CDMA中的扩频和解扩都用到正交码。东信网络内部资料第21页码在CDMA中的作用•在CDMA中依靠各种不同类型的码来实现通信。•WALSH码用来标识信道。在CDMA中一个1.25MHz宽的物理信道被分成64个逻辑信道。如导频信道用WALSH0#码，同步信道用WALSH32#码。•长码用来区别不同的用户。•短码则用来区别不同的基站。•CDMA系统中使用相关器，只有相关的码才可以解调出有用信息。东信网络内部资料第22页CDMA（IS-95A）中的信道•在CDMA中分为前向和反向信道•前向是从基站到移动台•反向是从移动台到基站东信网络内部资料第23页前向信道•前向链路有四种，用来传送语音和命令。它们是:•导频信道Pilotchannel•同步信道Syncchannel•寻呼信道Pagingchannel•业务信道Trafficchannel东信网络内部资料第24页导频信道Pilotchannel•是所有信道中最强的，一直发送。•是有无CMDA系统的标志，手机开机后首先搜索它。•导频信道给手机提供时隙。•是开环功率控制的依据。•移动台通过检测周围不同基站发出的导频来进行越区切换。•使用WALSHCODE0#。东信网络内部资料第25页同步信道（Syncchannel）•使用WALSHCODE32#，不含长码。•在导频PN的零时刻，移动台利用WALSHCODE32#解调同步信道。•同步信道包含以下信息：PNOFFSET（引导PN序列偏移），系统时间，LONGCODESTATE（长码状态），PAGINGCHANNELDESCRIPTION（寻呼信道描述，例如：数据速率），SYSTEM/NETWORKID（SID/NID）东信网络内部资料第26页寻呼信道（Pagingchannel）•寻呼信道使用WALSHCODE1~7#，不用时可作业务信道。•从同步信道得到PNOFFSET后，移动台就可以解调出寻呼信道。•寻呼信道包含：ChannelList（信道列表消息），Neighbornetworkslist（邻列消息），Access（接入参数消息）等东信网络内部资料第27页前向业务信道•业务信道用来传送语音和控制命令。前向和反向业务信道间隔为45MHz。•通话结束后，业务信道被释放，移动台重新回到寻呼信道等待命令和寻呼。东信网络内部资料第28页反向信道•反向链路有两种，用来传输语音和控制信息。两种信道是：:•接入信道accesschannel•反向业务信道reversetrafficchannel东信网络内部资料第29页接入信道（Accesschannel）当移动台未分配业务信道时，守候在寻呼信道上。接入信道用来：•向网络注册•发起呼叫•对基站的寻呼和命令发出响应•向基站发送overheadmessages东信网络内部资料第30页反向业务信道（Reverselinktrafficchannel）•反向业务信道只在通话中使用，用来传输语音和overheadcontrolinformation。东信网络内部资料第31页几个基本概念•IS-95A中有两种可变速率声编码器8k和13k，对应的输出速率为RATESET1和RATESET2，数据率随语音活性而定，每20ms为一帧。•使用可变速率声编码器的原因是在通话过程中语音是断续的。•RATESET1:9600/4800/2400/1200Bps•RATESET2:14400/7200/3600/1800Bps•卷积编码是一种产生冗余的编码，使输出的码具有纠错能力。•交织使相邻的比特有规律地分散开，避免整块连续的坏码。•声编码器可参考IS-127东信网络内部资料第32页ForwardTrafficChannelGeneration东信网络内部资料第33页ReverseTrafficChannelGeneration东信网络内部资料第34页功率控制功率控制的目的：克服远近效应，使每个用户发的信号到达基站处的Eb/No不超过可接受的最小值，使系统容量最大。东信网络内部资料第35页为什么要用功率控制•由于信道地址码的互相关作用，将产生多址效应和远近效应•多址效应指任何一个信道将受到其它不同地址码干扰•远近效应指距离接收机近的信道将严重干扰距离接收机远的信道的接收，使近端强信号掩盖远端弱信号，所以必须根据距离自动地精确调整移动台的发射功率东信网络内部资料第36页功率控制的实现•功率控制有三种方式•反向开环功率控制•反向闭环功率控制•前向功率控制•开环和闭环功率控制同时进行东信网络内部资料第37页反向开环功率控制•完全是MS自己进行的功率控制•根据接收功率的变化，估计下行传输损耗，迅速调节自身发射功率•只是MS对发送电平的粗略估计，因此动态范围大东信网络内部资料第38页反向闭环功率控制•由于上下行传输损耗通常相差较大，因此反向开环功率控制不精确，因此有必要引入一种补充手段•反向