1、CDMA基本技术1-1CDMA基本技术培训内容vCDMA概 论vCDMA理论基础vCDMA关键技术vCDMA系统容量vCDMA系统特点CDMA基本技术1-2CDMA基本技术培训目标v掌握CDMA基本概念v了解CDMA系统存在的特殊问题v明确选择CDMA技术的原因CDMA基本技术1-3引言v无线通信系统结构v无线传播环境CDMA基本技术1-4无线通信系统结构（1）BSCBSCMSCPSTNHLRVLRAUCBTSBTSMSBSCCDMA基本技术1-5无线通信系统结构（2）vMS移动台vBSC基站控制器vBTS基站收发信台vMSC移动业务交换中心vHLR归属位置寄存器vVLR访问位置寄存器vAUC
2、鉴权中心vPSTN公共交换电话网络CDMA基本技术1-6无线传播环境快衰落阴影衰落多径效应多普勒频移信号衰落CDMA基本技术1-7无线传播环境（续）多径效应v信号发生时延扩展v媒介随着时间变化多径信道特征多径信道特征CDMA基本技术1-8无线传播环境（续）多普勒频移速度Vl多普勒频移多普勒频移相关时间相关时间CDMA基本技术1-9无线传播环境（续）阴影衰落快衰落时间信号强度CDMA基本技术1-10时延扩展与相关带宽Multipath intensity profileSpaced frequency correlation functionCDMA基本技术1-11瑞利分布和莱斯分布瑞利分布莱斯
3、分布CDMA基本技术1-12第一部分CDMA概论CDMA基本技术1-13CDMA定义CDMA是以宽带是以宽带为基础的为基础的方式方式CDMA基本技术1-14多址接入概念 在在 一对多，多对一的通信系统中，为一对多，多对一的通信系统中，为区分不同的用户，实现双边通信的连区分不同的用户，实现双边通信的连接称为接称为。CDMA基本技术1-15多址接入概念（续）基站不同不同CDMA基本技术1-16多址方式v无线信号是时间、频率、码型的函数v信号的正交分割原理是实现不同多址接入方式的数学基础。正交信号可以相互区分正交信号可以相互区分CDMA基本技术1-17多址方式（续）v频分多址：FDMAv时分多址：T
4、DMAv码分多址：CDMACDMA基本技术1-18频分多址FDMA v定义：以传输信号的载波频率不同区分信道建立多址接入的方式v方法：每个移动台占用一部分频率中的全部时隙，在通信过程中，其他用户不占用这部分频率CDMA基本技术1-19频分多址FDMA（续）FDMA信道分配图解基站CDMA基本技术1-20时分多址TDMAv定义：以传输信号存在时间不同区分信道，建立多址接入的方式v方法：在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙每个时隙就是一个通信信道CDMA基本技术1-21时分多址TDMA（续）TDMA系统工作示意图基站11iiNN帧时隙CDMA基本技术1-22码分多址
5、CDMAv定义：以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入的方式v方法：为每个用户分派特定的地址码，用以区别信道，同时每用户可以占用系统全部频率和时隙资源CDMA基本技术1-23码分多址CDMA（续）CDMA信道分配图解基站CDMA基本技术1-24两码字的相关性 v设编码长度为n，码元只取+1和-1。vx和y是其中两个码字，x和y间相关系数定义为 x=(x1,x2,x3,xn)y=(y1,y2,y3,yn)v相关系数为0，则称x,y正交。CDMA基本技术1-25码信道举例v两个正交的码字：S1(t)(+1,+1,+1,+1)S2(t)(+1,+1,-1,-1)v假设A用户和B用户的数据分别为a
6、、b.CDMA基本技术1-26码信道举例（续）CDMA基本技术1-27三种多址方式图解比较信道1 信道2ftc信道NTDMA信道2信道1ftc FDMA信道1tc CDMA信道 2信道 1信道 Nff:频率c:码字t:时间CDMA基本技术1-28双工通信定义：通信过程中可定义：通信过程中可进行双向通信。进行双向通信。基站反向信道前向信道CDMA基本技术1-29双工方式和多址方式v多址方式解决不同用户同时建立信道时，如何区分信道的问题v双工方式解决同一个用户通信的过程中前反向信道相互区分的问题 CDMA基本技术1-30双工方式和多址方式（续）v双工方式时分双工（TDD）频分双工(FDD)码分双工
7、(CDD)v接入方式：多址方式+双工方式GSM采用 TDMA/FDDIS-95采用 CDMA/FDD CDMA基本技术1-31第二部分CDMA理论基础CDMA基本技术1-32扩频通信基础v扩频概念v扩展频谱的方式 v直接序列扩频 v扩频通信的理论基础v扩频通信的特点CDMA基本技术1-33扩频概念v扩展频谱技术 用比信号带宽宽得多的频带传输信息的技术v 扩频通信的基本特点：占用频带宽度(W)信号带宽(F)，CDMA基本技术1-34扩展频谱方式 v直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)直扩(DS)v跳变频率扩频(Frequency Hopping)跳频(F
8、H)v跳变时间(Time Hopping)跳时(TH)v宽带线性调频(Chirp Modulation)Chirp CDMA基本技术1-35直接序列扩频v发端：用具有高速率扩频码序列扩展信 号的频谱。v收端：用相同扩频码序列解扩，展宽的 扩频信号还原成原始信息。CDMA基本技术1-36直接序列扩频图解CDMA基本技术1-37直扩系统小结v频谱扩展直接由调制高速率扩频码序列得到。v扩频调制方式多采用BPSK或QPSK等幅调制。v扩频码序列多采用伪随机码(PN)序列。v接收端多采用产生本地伪随机码序列进行相关解扩，或采用匹配滤波器来解扩信号。v扩频和解扩的伪随机码序列需严格同步。CDMA基本技术1
9、-38扩频通信的理论基础v仙农(Shannon)定理 v信息传输差错概率公式 CDMA基本技术1-39仙农定理v条件：AWGN信道v结论：CDMA基本技术1-40信息传输差错概率公式 Powj-差错概率 Eb-每比特信号能量 N0-噪声功率谱密度 柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式CDMA基本技术1-41信息传输差错概率公式（续）v信号功率 SEbT （T：信息比特持续时间）v噪声功率 NWN0 （W为信号频带宽度）v信息带宽 FlT CDMA基本技术1-42扩频通信主要性能指标 v处理增益G-又称扩频增益(Spreading Gain)-反映了扩频通
10、信系统信噪比的改善程度GWF v抗干扰容限 Mj -反映了扩频通信系统抗干扰的能力 Mj=G (S/N)out+Ls CDMA基本技术1-43性能指标应用举例v一个扩频系统的处理增益为35dB，要求误码率小于 l05的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out 10 dB，系统损耗Ls3dB，则干扰容限Mj 35 (10+3)22dBv说明：该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高22dB的范围内正常工作，即该系统能够在接收输入信噪比大于或等于22dB的环境下正常工作 CDMA基本技术1-44扩频通信特点（1）v抗干扰性强，误码率低 传输时所占有的带宽相对较宽 收端采用相关检测来解扩
11、窄带滤波技术提取有用的信号 基带解调器端信噪比高扩频通信是目前商用的通信系统中唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式 CDMA基本技术1-45抗干扰性图解CDMA基本技术1-46扩频通信的特点（2）v抗多径干扰采用分集接收技术 v利用扩频码的自相关特性，从多径信号中提取和分离出最强有用信号，将其波形相加合成采用梳状滤波器的方法CDMA基本技术1-47扩频通信的特点（3）v具有多址能力，易于实现码分多址 不同码型的扩频码序列之间具有优良的自相关特性和互相关特性 分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号 CDMA基本技术1-48扩频通信的特点（4）v频谱利用率高，容量大 v隐蔽性好，对各种
12、窄带系统的干扰很小 v能精确的定时和测距 CDMA基本技术1-49CDMA基本理论小结vCDMA以扩频技术为基础，常用扩频多址（SSMA）来表征。v具有扩频通信系统的特点，抗干扰性强，频谱利用率高，容量大。v第三代移动通信主要的空中接口技术。CDMA基本技术1-50第三部分CDMA基本技术1-51单元学习目标v了解CDMA系统中特有问题的产生机制v了解CDMA系统中特有问题的解决方法CDMA基本技术1-52单元学习内容vCDMA中扩频码的选择vCDMA系统中远近效应问题的解决 vCDMA的切换策略 vCDMA中分集技术的应用 v在CDMA中如何利用语音的断续性 CDMA基本技术1-53CDMA
13、关键技术v地址码的选择v功率控制v软切换vRAKE接收机v语音编码技术CDMA基本技术1-54地址码技术CDMA基本技术1-55码字的相关函数 v自相关函数 v互相关函数 CDMA基本技术1-56自相关函数 v自相关函数va()的大小表征了f(t)与自身延迟f(t)相关性的大小 CDMA基本技术1-57随机噪声的自相关性)(自相关函数)(tf)(tfCDMA基本技术1-58伪随机序列（PN码）v平衡性在每个序列周期内“0”与“1”的数目最多差1v游程性连续出现长度为n的出现概率为1/2nv随机性CDMA基本技术1-59随机噪声的自相关性)()(tf)(tfCDMA基本技术1-60互相关函数 v
14、定义：v反映两不同信号波形f(t)与g(t)之间的相似性CDMA基本技术1-61m序列 v最长线性移位寄存器序列 v伪随机序列v周期：，n：移位寄存器的级数。CDMA基本技术1-62m序列的产生CDMA基本技术1-63m序列的自相关性CDMA基本技术1-64Walsh函数 完全的正交性连续Walsh函数的波形 对应的矩阵 CDMA基本技术1-65Walsh函数矩阵的递推关系 CDMA基本技术1-66扩频码选择原则 v码序列自相关函数特性尖锐减小多径干扰v码序列相关函数特性尖锐减小用户间相互干扰CDMA基本技术1-67扩频码选择原则（续）v码序列数量足够多保证多址能力v码序列长短应保证码捕获时间
15、适当保证通信的实时性CDMA基本技术1-68IS-95中码字使用举例v6464正交Walsh序列vPN码长码（周期242-1）短码（周期215-1）CDMA基本技术1-69IS-95中码字使用举例（续）前向信道前向信道 反向信道反向信道Walsh序列序列（64阶）阶）标志不同信道标志不同信道对业务数据对业务数据64进制进制正交调制正交调制长长 码码（2 24242-1-1）对业务信道加扰对业务信道加扰不同相位标志不同不同相位标志不同的移动台的移动台短短 码码（2 21515-1-1）不同相位标志不同基不同相位标志不同基站（扇区）站（扇区）零相位用于对反向零相位用于对反向信道进行正交调制信道进行
16、正交调制CDMA基本技术1-70导频v码序列v不同相位标示不同基站v移动台用以获得同基站的同步CDMA基本技术1-71前向链路结构CDMA基本技术1-72反向链路结构CDMA基本技术1-73功率控制技术CDMA基本技术1-74移动通信系统中的远近效应CDMA基本技术1-75功率控制v目的：控制发射功率，维持一定通信质量，降低发射功率，降低对其他用户的干扰。v前向功率控制控制基站的发射功率，在保证移动台可以解调信号的前提下，发射功率最低。v反向功率控制 控制移动台的发射功率，保证在基站处每用户的接收功率基本上相等。CDMA基本技术1-76功率控制（续）CDMA基本技术1-77IS-95中的功率控
17、制v反向开环功率控制移动台根据接收功率变化，调整发射功率 v反向闭环功率控制 移动台根据接收到的功率控制比特调整平均输出功率v前向功率控制 根据移动台测量报告，基站调整对移动台的发射功率CDMA基本技术1-78软切换技术CDMA基本技术1-79切换Handover 切换：处于通话状态的移动台转移到 新的业务信道上的过程。CDMA基本技术1-80切换策略v硬切换在载波频率不同的小区之间的信道切换 切换过程中存在短暂的通信中断 v软切换 载波频率相同的小区之间的信道切换。软切换没有通信中断的现象 CDMA特有的切换方法CDMA基本技术1-81硬切换过程CDMA基本技术1-82软切换过程CDMA基本
18、技术1-83更软切换v软切换的一种v一个小区内扇区之间的切换v小区基站完成，不经移动交换中心处理 CDMA基本技术1-84软切换小结v主要优点无缝切换降低移动台发射功率提高反向容量v主要缺点硬件设备增加降低前向容量CDMA基本技术1-85RAKE接收机技术CDMA基本技术1-86分集技术v分集接收采用几个信号的合成提高系统的抗多径性能。分离接收的多径信号，使其互不相关。合并分离出的多径信号，获得最大信噪比。v分集发送 发送几个信号，使其经历的信道影响不相关 CDMA基本技术1-87分集的种类v依分集的目的宏观分集微观分集v依信号的传输方式 显分集 隐分集 v依获得独立路径信号的方法 空间分集
19、频率分集角度分集极化分集时间分集CDMA基本技术1-88合并技术v选择性合并 在多支路（子信道）接收信号中，选择信噪比最高的支路的信号作为输出信号 v切换合并 设置门限电平，当一支路信号低于门限电平时，接收另一支路，若所有支路都低于门限电平时，停止切换，进入保持状态 CDMA基本技术1-89合并技术（续）v最大比合并 每一支路有一个权重（放大器增益）权重依各支路信噪比来分配v信噪比大的支路权重大，v信噪比小的支路权重小。v等增益合并最大比合并中加权系数为1 CDMA基本技术1-90RAKE接收机QualcommRAKE接收机结构CDMA基本技术1-91RAKE接收机（续）v时间分集方法v用伪随
20、机序列的不同延时分离多径。在CDMA中，当多径信号之间相差一个chip时信号不相关CDMA基本技术1-92RAKE接收机在IS-95中的应用v移动台的RAKE接收机三个并行相关器和一个搜索器构成利用系统中基站发送的导引信号得到它们的估值采用了相关最大比合并准则v基站中的RAKE接收机4个并行相关器和一个搜索相关器构成采用非相关最大比合并准则CDMA基本技术1-93语音编码技术CDMA基本技术1-94数字语音编码v数字语音编码技术提取模拟语音信号特征将特征量数字化v数字语音解码技术接收数字信息恢复语音波形CDMA基本技术1-95数字语音编码（续）目的v降低数据量v保证一定的语音质量分类v波形编码
21、v声源编码v混合编码CDMA基本技术1-96波形编码v以再现波形为目的，利用波形相关性，采用线性预测技术忠实地恢复原始波形v特点话音质量高硬件实现容易比特率高时延大CDMA基本技术1-97声源编码v将语音信息用特定的声源模型表示提取语音模型参数并进行编码传输模型参数代替传送以波形为基础的语音信息对模型参数译码，混合出语音信号v特点比特率低自然度差信号质量差CDMA基本技术1-98CDMA中的语音编码技术vQCELP码激励线性预测（CELP）v码表矢量量化差值信号v基于语音激活程度产生可变输出数据速率门限值决定所需速率门限值随背景噪声变化CDMA基本技术1-99第四部分CDMA系统容量CDMA基
22、本技术1-100单元学习目标v掌握CDMA系统的容量特征v了解CDMA系统容量基本估算方法v了解影响CDMA系统容量的因素CDMA基本技术1-101单元学习内容vCDMA系统容量计算基本容量计算话音激活技术对容量的影响扇区化技术对容量的影响相邻扇区干扰对容量的影响vCDMA、FDMA和TDMA系统容量比较CDMA基本技术1-102CDMA系统容量计算CDMA基本技术1-103CDMA系统容量概述v自干扰是CDMA系统容量的基本特征。vCDMA系统容量是一个动态过程CDMA基本技术1-104CDMA基本容量计算假设v功控理想v所收到的每个用户的信号功率为Psv用户数为mv背景噪声可忽略v目标接收
23、归一化信噪比为Eb/I0CDMA基本技术1-105CDMA基本容量计算（续）v每个用户解调器所接收的干扰功率Iv每个用户解调器所收到的干扰密度I0v每比特接收的能量CDMA基本技术1-106CDMA基本容量计算（续）容量信道/小区CDMA基本技术1-107CDMA基本容量计算（续）提高系统容量途径v降低热噪声功率，v减小归一化信噪比（可能引起误码率升高）v增大系统的处理增益 CDMA基本技术1-108话音激活v在典型的全双工通话中，每次通话中话音存在时间小于35%。v在话音停顿时停止信号发射，对CDMA系统，直接减少对其他用户的干扰。v话音激活因子：话音存在的时间比例。CDMA基本技术1-10
24、9话音激活提高系统容量v话音激活因子为dv每用户产生的干扰降低为原来的d倍v可容纳用户数增加为原来的1/d倍vCDMA系统的容量公式修正为信道/小区 CDMA基本技术1-110利用扇区划分提高系统容量 CDMA基本技术1-111利用扇区划分提高系统容量 v理想扇区容量约提高3倍v实际由于相邻天线覆盖区之间重叠，容量提高G=2.55倍左右v CDMA系统的容量公式修正为CDMA基本技术1-112其它扇区用户的干扰其它小区干扰存在，容量降低 通常所有其它小区产生的干扰总和约等于本小区所有其它用户产生干扰的3/5 CDMA基本技术1-113CDMA系统容量信道信道/小区小区CDMA基本技术1-114
25、影响CDMA系统容量的其它因素v功率控制v软切换前向链路：减小前向链路容量反向链路：增大反向链路容量CDMA基本技术1-115三种系统容量比较CDMA基本技术1-116FDMA系统容量v蜂窝系统的无线容量定义为信道/小区 v小区制蜂窝网 CDMA基本技术1-117FDMA系统容量（续）信道/小区 附注推导过程：附注推导过程：l蜂窝通信系统的载干比蜂窝通信系统的载干比其中其中为传播损耗的倾斜率，一般为（为传播损耗的倾斜率，一般为（25）l在式在式 中取中取=4，推出，推出FDMA系统容量如上式系统容量如上式 CDMA基本技术1-118TDMA系统容量 信道/小区 BC：载波间隔为 M：每载波时隙
26、数 为等效带宽，CDMA基本技术1-119三种系统容量比较举例v条件：模拟TACS系统，采用FDMA方式 分配给系统的总频宽Bt=1.25MHz 信道带宽Bc=25kHz 频率再用因子N=7 v容量：信道/小区CDMA基本技术1-120三种系统容量比较举例（续）v条件：数字GSM系统，采用TDMA方式 分配给系统的总频宽Bt=1.25MHz 载频间隔Bc=200kHz 每载频时隙数为8 频率再用因子N=4 v容量：信道/小区CDMA基本技术1-121三种系统容量比较（续）v条件：数字CDMA系统 分配给系统的总频宽Bt=1.25MHz 话音编码速率Rb=9.6kbit/s 话音占空比d=0.3
27、5 扇形分区系数G=2.55 信道复用效率F=0.625 目标信噪比Eb/N0=7dB v容量：信道/小区CDMA基本技术1-122容量比较小结CDMA基本技术1-123第五部分CDMA基本技术1-124低发射功率v扩频技术为基础，用带宽换取低信噪比v采用功控技术，降低降低平均发射功率CDMA基本技术1-125软容量CDMA是自干扰系统，容量受干扰限制 v提高误帧率降低接收机的接收的目标门限 v小区呼吸减小负荷重的小区导频发射功率，缩减小区半径CDMA基本技术1-126大容量v采用扩频技术，Eb/N0低v提高处理增益，提高容量v话音激活提高容量v频率复用效率几乎为1，相同带宽容量大v扇区化提高容量CDMA基本技术1-127可变速率可变速率语音编码语音编码话音激活提高容量提高容量链路平均利用率链路平均利用率降低干扰降低干扰CDMA基本技术1-128CDMA系统特点小结v导频序列v功率控制v软切换v可变速率声码器v低发射功率v软容量v大容量v话音激活CDMA基本技术1-129
