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1、CDMA通信原理,课程目标,了解移动通信发展历史掌握CDMA系统的技术：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、呼吸、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Walsh码、Turbo码,课程内容,移动通信发展历程,多址技术,多址技术,3G的目标,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 提供多媒体业务，速率最高可达2Mbps 车速环境：144kbps 步行环境：384kbps 室内环境：2M
2、bps,IMT-2000技术规范体制,3G三种制式的比较（1),3G三种制式的比较（2）,CDMA的发展历程,目录,扩频过程,解扩过程,频域信号带宽的扩展和解扩,频域信号带宽的扩展和解扩,目录,常用术语,目录,CDMA系统模型,信源编码,信道编码,交织,加扰M序列,加扰长码,长码为一周期为242-1的m-序列移位相加特性：输出序列Ck和Ck+t(Ck时移t)的相加后的序列仍然是序列Ck的一个时移序列自相关特性：不同相位的m-序列的相关值为-1长码的作用：长码在前向用作扰码加密控制功率控制比特的插入长码在反向提供信道化,扩频,扩频,调制短码,短码为一周期215 的M-序列在M-序列中增加了一个全
3、0状态每个扇区在短码中指配一个时间偏置系统利用PN短码的时间偏置来区别扇区可允许所有Walsh码在各扇区复用系统规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个时间偏置来作扇区识别(215 /64=512)同一扇区内所有CDMA信道的短码相同不同扇区内的CDMA信道的短码不同,调制QPSK,目录,CDMA的关键技术,功率控制的原理,CDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰当达到以下条件，系统容量最大当在可接受的信号质量下，功率最小基站从各个移动台接收到的功率相同,功率控制类型,反向开环功率控制,反向闭环功率控制,前向功率控制,移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限
4、方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节。前向功率控制是一种慢速功率调节。,CDMA中的切换类型,软切换：在切换过程中，移动台开始与新的基站联系时，并不中断与原有的基站的通信。软切换会带来更好的话音质量，实现无缝切换、减少掉话可能，且有利于增加反向容量。 更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同扇区之间。 硬切换：在切换过程中，移动台与新的基站联系前，先中断与原基站的通信，再与新基站建立联系。硬切换过程中有短暂的中断，容易掉话。不同频率间的切换到其它系统的切换,软切换/更软切换,软切换过程（A）,导频集：具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合有效集：与正在联系
5、的基站对应的导频集合。候选集：当前不在有效集中，但是已有足够的强度表明与该 导频对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导 频集合。相邻集：当前不在有效集或候选集中但是有可能进入候选集 的导频集合。剩余集：其它导频集合。,软切换过程（B）,分集技术,时间分集 采用符号交织，检错纠错编码等方法。频率分集 通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩 展到整个1.23MHz上。空间分集 1：在基站采用双接收天线。 2：在手机和基站采用RAKE接收，合并不同传输延时的信号。 3：软切换的时候，移动台和多个基站同时联系，从中选出最好的帧。,RAKE 接收机原理,CDMA系统特色小区呼吸,目录,I
6、S95A技术,调制方式,IS95系统时间,系统零时：定义1980年1月6日0时整为系统起始时间。偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态所有基站将在GPS时间的每个偶秒起始时刻（或在此之后80ms整数倍处）作为0偏置PN码（周期为80/3 ms）的初态，即在此之前恰好输出了1个“1”和连续15个“0”这样的PN码片所有基站需将1980年1月6日零时（GPS起始时间）作为m序列长码的初态（在此之前恰好输出了一个“1”码片和41个连续的“0”码片）.使用GPS定时的好处：切换快，同步简单。,IS95A信道类型,前向 导频信道 同步信道 寻呼信道 业务信道（含功率控制子信道）反向 接入信道 业务信道
7、,前向信道类型导频信道,前向信道类型同步信道,前向信道类型寻呼信道,前向信道类型业务信道,反向信道类型接入信道结构,反向信道类型业务信道结构,移动台初始化过程,(1) 寻找CDMA频点，捕获导频信道，实现短码同步(2) 接收同步信道消息，获取LC_STATE, SYS_TIME P_RAT等系统信息(3) 定时改变，实现长码同步(4) 守候在基本寻呼信道，接收系统消息(5) 可进行登记、始呼或被呼,IS-95A信道总结,IS95A技术小结,码片速率：1.2288 Mcps 调制 前向：QPSK 反向：OQPSK 信道编码：卷积码 功率控制 前向：消息方式的慢速功率控制 反向：开环功率控制；快速
8、功率控制（800Hz） 切换：软切换/更软切换、硬切换,目录,IS95B的变化,IS-95B从IS-95A演化而来，完全兼容IS-95A 主要变化：增加速率集2：14.4k、7.2k、3.6k与1.8kbps，增加EIB方式的前向功率控制增加增补码分信道以提高数据传输能力。单个用户可最多使用8个码分信道（1 FCH + 7 SCCH），最大数据传输速率可达 76.8（速率集1） / 115.2kbps（速率集2）软切换相对门限接入过程中的切换移动台辅助的硬切换BSS间的软切换,IS95B反向业务信道结构 - 速率集,IS-95B功率控制类型,反向功率控制开环功率控制闭环功率控制内环功率控制：8
9、00 Hz外环功率控制前向功率控制闭环功率控制消息报告方式：周期报告、门限报告EIB方式（Erasure Indicator Bit）：50 HzEIB用于速率集2。MS在反向业务信道向BS发送EIB。其中，如果收到的是一坏帧，则置EIB=1；收到的是一好帧，则置EIB=0。功率控制速率：50Hz。,软切换“动态”门限,切换过程：(1) 手机将有效集中的导频按强度排序为： PS1PS2PSn(2) 导频P2强度超过T_ADD，手机将其加入候选集(3) 导频P2强度超过(SOFT_SLOPE/8) * 10 * log10(PSi) + ADD_INTERCEPT/2，手机向BS上报导频强度测量
10、消息(4) BS命令MS将P2加入有效集,软切换“动态”门限,(5) 导频P1强度小于(SOFT_SLOPE/8) * 10 * log10(PSi) + DROP_INTERCEPT/2，手机启动T_DROP定时器(6) T_DROP定时器超时，手机上报导频测量消息(7) BS命令MS将P1从有效集中删除(8) 导频P1强度小于T_DROP，启动定时器(9) 定时器超时，MS将P1从候选集中删除,移动台辅助的硬切换,目录,目录,目录,CDMA 1X概述,CDMA 1X技术特点Turbo码,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
11、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Turbo码性能明显优于卷积码，可以达到逼近信道极限的效果,CDMA 1X技术特点Walsh码,CDMA 1X技术特点反向HPSK调制,CDMA 1X前向采用QPSK调制，类似IS95的QPSK,反向采用HPSK调制。HPSK ( Hybrid PSK )，亦称为OCQPSK ( Orthogonal Complex QPSK )，其作用在于：减少信号过零率降低对移动台功放的线性要求,CDMA 1X技术特点多种发射模式,CDMA2000 1X前向支持多种发射模式TD（Transmit Diversity发射分集）OTD（O
12、rthogonal Transmit Diversity）通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来完成STS（ Space Time Spreading）在多天线上发射所有前向信道以互补的Walsh码或伪随机码扩频Non-TD,CDMA 1X技术特点发射分集,CDMA 1X技术特点功率控制,反向 开环功率控制 闭环功率控制 内环功率控制：800 Hz 外环功率控制 前向 闭环功率控制 消息报告方式：周期报告、门限报告 EIB方式：50 Hz QIB方式：50 Hz 快速功率控制：800 Hz,CDMA 1X技术特点功率控制,IS-95系统在前向信道中应用慢速功率控制技术，在反向信道中应用快
13、速功率控制技术。CDMA1X在前向信道也应用了快速功率控制技术。 在移动台通话过程中，移动台测量接收到的业务信道的Eb/Nt，并与门限值进行比较，然后根据比较结果，向基站发出升高或降低发射功率的指令，以维持接收到的全速率业务信道的Eb/Nt不变。,CDMA 1X技术特点功率控制,目录,CDMA1X前向信道类型,CDMA1X前向信道类型,前向信道类型公用信道,前向信道类型广播控制信道,特点： 基站用它来发送系统开销信息（例如原来在F-PCH上发送的开销信息），以及需要广播的消息（例如短消息）。 F-BCCH可以工作在非连续方式。当F-BCCH工作在较低的数据速率时，可以重复多次发射，从而降低每次
14、的发射功率。作用： F-BCCH重复发射，移动台通过对重复信息进行合并来获得时间分集的增益，使基站可以把发射功率降低，从而提高前向信道的总体容量。,前向信道类型快速寻呼信道,特点： 快速寻呼信道F-QPCH采用了OOK调制方式，移动台对它解调可以非常简单迅速。另外，它采用80ms为一个QPCH时隙，每个时隙又划分成了寻呼指示符,配置改变指示符和广播指示符来通知移动台是否需要在下一个F-CCCH或F-PCH的时隙上接收寻呼消息、广播消息、系统配置参数作用： 使移动台解调迅速，并且不必长时间地连续监听F-PCH，从而达到延长MS待机时间的目的。,前向信道类型导频信道,公共导频信道F-PICH 系统
15、向所有的用户提供连续导频信息 提供信道增益和相位估计 检测多径信号 小区捕获和切换 发射分集导频信道F-TDPICH 支持发射分集，与F-PICH配合 辅助导频信道F-APICH、F-ATDPICH 波束成形 支持智能天线的应用,前向信道类型业务信道,基本业务信道F-FCH 5ms和20ms帧，20ms用于语音业务，5ms帧用于控制信令的快速传送 灵活的可变速率数据传输 补充业务信道F-SCH 用于高速的数据传输 由基站规定数据传输速率，因此不需要速率检测 支持多个补充信道的组合来完成不同的业务 支持高速电路数据传输和分组数据传输 独立设置FER，可以灵活的根据业务要求和资源使用情况进行控制
16、支持突发数据模式,前向信道类型专用信道,专用控制信道F-DCCHF-DCCH用于在呼叫过程中传送用户特定的信令信息 每个前向业务信道可以有一个F-DCCH 支持5ms帧 支持非连续传输,前向无线配置RC,目录,CDMA 1X反向信道类型,CDMA 1X反向信道类型,反向信道类型导频信道,反向信道类型,反向无线配置RC,RC组合规则,目录,CDMA 1X技术特点总结,CDMA1X技术特点带来的优势（1）,CDMA1X技术特点带来的优势（2）,总结,移动通信发展简史模拟数字码分3G的目标以及三种体制的比较CDMA的技术特点关键技术：功控、软切换、RAKE接收机、小区呼吸其它技术：信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调制信道结构：导频、同步、寻呼、接入、业务CDMA2000 1X技术特点Walsh、Turbo码,思考题,CDMA 1X系统中，功控方式都有哪些？它们是如何实现的？请描述软切换过程？请描述小区呼吸的过程及作用？请描述业务信道的实现过程（前向和反向）？请描述CDMA 1X的技术特点？请描述手机初始化过程？长码、短码和Walsh码在CDMA系统中的作用？,