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1、CDMA通信原理课程目标n n了解移动通信发展历史n n掌握CDMA系统的技术：n n信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调制制n n关键技术：功控、软切换、呼吸、关键技术：功控、软切换、呼吸、RAKERAKE接收机接收机n n信道结构：导频、同步、寻呼、业务、接入信道结构：导频、同步、寻呼、业务、接入n n长码、短码和长码、短码和WalshWalsh码在码在CDMACDMA系统中的作用系统中的作用n n掌握CDMA 1X的技术特点n nWalshWalsh码、码、TurboTurbo码码课程内容移动通信发展历程多址技术IMT-2000技术规范体制3G
2、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n n长码为一周期为242-1的m-序列n n移位相加特性：移位相加特性：输出序列输出序列CkCk和和Ck+t(CkCk+t(Ck时移时移t)t)的相加后的序列的相加后的序列仍然是序列仍然是序列CkCk的一个时移序列的一个时移序列n n自相关特性：自相关特性：不同相位的不同相位的m-m-序列的相关值为序列的相关值为-1-1n n长码的作用：n n长码在前向用作扰码加密长码在前向用作扰码加密n n控
3、制功率控制比特的插入控制功率控制比特的插入n n长码在反向提供信道化长码在反向提供信道化扩频扩频调制短码n n短码为一周期215 的M-序列n n在在M-M-序列中增加了一个全序列中增加了一个全0 0状态状态n n每个扇区在短码中指配一个时间偏置每个扇区在短码中指配一个时间偏置n n系统利用系统利用PNPN短码的时间偏置来区别扇区短码的时间偏置来区别扇区n n可允许所有可允许所有WalshWalsh码在各扇区复用码在各扇区复用n n系统规定系统规定PNPN码最小偏移值为码最小偏移值为64chips64chips，可以有，可以有512512个个时间偏置来作扇区识别时间偏置来作扇区识别(2(215
4、15/64=512)/64=512)n n同一扇区内所有CDMA信道的短码相同n n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n nCDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰n n当达到以下条件，系统容量最大n n当在可接受的信号质量下，功率最小当在可接受的信号质量下，功率最小n n基站从各个移动台接收到的功率相同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n n移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节。n n前向功率控制是一
5、种慢速功率调节。CDMA中的切换类型n n 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。n n 更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同扇区之间。n n 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。n n不同频率间的切换不同频率间的切换n n到其它系统的切换到其它系统的切换软切换/更软切换软切换过程（A）n n导频集：具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合n n有效集：与正在联系的基站对应的导频
6、集合。n n候选集：当前不在有效集中，但是已有足够的强度表明与该n n 导频对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导n n 频集合。n n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n n 的导频集合。n n剩余集：其它导频集合。软切换过程（B）分集技术n n时间分集 采用符号交织，检错纠错编码等方法。n n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。n n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
7、统特色小区呼吸目录IS95A技术调制方式IS95系统时间n n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n n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n n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）.n n使用GPS定时的好处：切换快，同步简单。IS95A信道类型n n前向n n 导频信道导频信道n n 同步信道同步
8、信道n n 寻呼信道寻呼信道n n 业务信道（含功率控制子信道）业务信道（含功率控制子信道）n n反向n n 接入信道接入信道n n 业务信道业务信道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n n(1)寻找CDMA频点，捕获导频信道，实现短码同步n n(2)接收同步信道消息，获取LC_STATE,SYS_TIME P_RAT等系统信息n n(3)定时改变，实现长码同步n n(4)守候在基本寻呼信道，接收系统消息n n(5)可进行登记、始呼或被呼IS-95A信道总结IS95A技术小结n n 码
9、片速率：1.2288 Mcpsn n 调制 前向：前向：QPSKQPSK 反向：反向：OQPSKOQPSKn n 信道编码：卷积码n n 功率控制 前向：消息方式的慢速功率控制前向：消息方式的慢速功率控制 反向：开环功率控制；快速功率控制（反向：开环功率控制；快速功率控制（800Hz800Hz）切换：软切换切换：软切换/更软切换、硬切换更软切换、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：n n增加速率集2：14.4k、7.2k、3.6k与1.8kbps，n n增加EIB方式的前向功率控制n n增加增补码分信道以提高数据传输能力。单个用户可最
10、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）n n软切换相对门限n n接入过程中的切换n n移动台辅助的硬切换n nBSS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n n反向功率控制n n开环功率控制开环功率控制n n闭环功率控制闭环功率控制n n内环功率控制：内环功率控制：800 Hz800 Hzn n外环功率控制外环功率控制n n前向功率控制n n闭环功率控制闭环功率控制n n消息报告方式：周期报告、门限报告消息报告方式：周期报告、门限报告n nEIBEIB方式（方式（Erasure I
11、ndicator BitErasure Indicator Bit）：）：50 Hz50 Hzn nEIBEIB用于速率集用于速率集2 2。MSMS在反向业务信道向在反向业务信道向BSBS发送发送EIBEIB。其中，如果收到的是一坏帧，则置。其中，如果收到的是一坏帧，则置EIB=1EIB=1；收到的是一好帧，则置；收到的是一好帧，则置EIB=0EIB=0。n n功率控制速率：功率控制速率：50Hz50Hz。软切换“动态”门限 切换过程：n n(1)手机将有效集中的导频按强度排序为：PS1PS2PSnn n(2)导频P2强度超过T_ADD，手机将其加入候选集n n(3)导频P2强度超过(SOFT
12、_SLOPE/8)*10*log10(PSi)+ADD_INTERCEPT/2，手机向BS上报导频强度测量消息n n(4)BS命令MS将P2加入有效集软切换“动态”门限n n(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n n(6)T_DROP定时器超时，手机上报导频测量消息n n(7)BS命令MS将P1从有效集中删除n n(8)导频P1强度小于T_DROP，启动定时器n n(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n
13、nTurbo码在大数据包时使用n nTurbo码的特点n n对输入的信息序列进行两次编码，译码时可相互交换信息n n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n nTurbo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n nCDMA 1X前向采用QPSK调制，类似IS95的QPSK,反向采用HPSK调制。n nHPSK(Hybrid PSK)，亦称为OCQPSK(Orthogonal Complex QPSK)，其作用在于：n n减少信号过零率减少信号过零率n n降低对移动台功放的
14、线性要求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n nCDMA2000 1X前向支持多种发射模式前向支持多种发射模式n nTDTD（Transmit DiversityTransmit Diversity发射分集）发射分集）发射分集）发射分集）n nOTDOTD（Orthogonal Transmit DiversityOrthogonal Transmit Diversity）通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来完成完成完成完成n n
15、STSSTS（Space Time Spreading Space Time Spreading）在多天线上发射所有前向信道在多天线上发射所有前向信道在多天线上发射所有前向信道在多天线上发射所有前向信道 以互补的以互补的以互补的以互补的WalshWalsh码或伪随机码扩频码或伪随机码扩频码或伪随机码扩频码或伪随机码扩频n nNon-TDNon-TDCDMA 1X技术特点发射分集CDMA 1X技术特点功率控制n n 反向n n 开环功率控制开环功率控制n n 闭环功率控制闭环功率控制n n 内环功率控制：内环功率控制：800 Hz800 Hzn n 外环功率控制外环功率控制n n 前向n n 闭
16、环功率控制闭环功率控制n n 消息报告方式：周期报告、门限报告消息报告方式：周期报告、门限报告n n EIB EIB方式：方式：50 Hz50 Hzn n QIB QIB方式：方式：50 Hz50 Hzn n 快速功率控制：快速功率控制：800 Hz800 HzCDMA 1X技术特点功率控制n nIS-95系统在前向信道中应用慢速功率控制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速功率控制技技术，在反向信道中应用快速功率控制技术。术。n nCDMA1X在前向信道也应用了快速功率控在前向信道也应用了快速功率控制技术。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
17、，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n n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，从而降低每次的发射功率。n n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
18、道的总体容量。前向信道类型快速寻呼信道n n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n n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n n 公共导频信道公共导频信道F-PICHn n 系统向所有的用户提供连续导频信息系统向所有的用户提供连续导频信息系统向所有的用户提供连续导频信息系统向所有的用
19、户提供连续导频信息n n 提供信道增益和相位估计提供信道增益和相位估计提供信道增益和相位估计提供信道增益和相位估计n n 检测多径信号检测多径信号检测多径信号检测多径信号n n 小区捕获和切换小区捕获和切换小区捕获和切换小区捕获和切换n n 发射分集导频信道发射分集导频信道F-TDPICHn n 支持发射分集，与支持发射分集，与支持发射分集，与支持发射分集，与F-PICHF-PICH配合配合配合配合n n 辅助导频信道辅助导频信道F-APICH、F-ATDPICHn n 波束成形波束成形波束成形波束成形n n 支持智能天线的应用支持智能天线的应用支持智能天线的应用支持智能天线的应用前向信道类型
20、业务信道 基本业务信道基本业务信道F-FCHn n 5ms 5ms和和和和20ms20ms帧，帧，帧，帧，20ms20ms用于语音业务，用于语音业务，用于语音业务，用于语音业务，5ms5ms帧帧帧帧用于控制信令的快速传送用于控制信令的快速传送用于控制信令的快速传送用于控制信令的快速传送n n 灵活的可变速率数据传输灵活的可变速率数据传输灵活的可变速率数据传输灵活的可变速率数据传输 补充业务信道补充业务信道F-SCHn n 用于高速的数据传输用于高速的数据传输用于高速的数据传输用于高速的数据传输n n 由基站规定数据传输速率，因此不需要速率检由基站规定数据传输速率，因此不需要速率检由基站规定数据
21、传输速率，因此不需要速率检由基站规定数据传输速率，因此不需要速率检测测测测n n 支持多个补充信道的组合来完成不同的业务支持多个补充信道的组合来完成不同的业务支持多个补充信道的组合来完成不同的业务支持多个补充信道的组合来完成不同的业务n n 支持高速电路数据传输和分组数据传输支持高速电路数据传输和分组数据传输支持高速电路数据传输和分组数据传输支持高速电路数据传输和分组数据传输 n n独立设置独立设置独立设置独立设置FERFER，可以灵活的根据业务要求和资，可以灵活的根据业务要求和资，可以灵活的根据业务要求和资，可以灵活的根据业务要求和资源使用情况进行控制源使用情况进行控制源使用情况进行控制源使
22、用情况进行控制n n 支持突发数据模式支持突发数据模式支持突发数据模式支持突发数据模式前向信道类型专用信道n n专用控制信道专用控制信道F-DCCHn nF-DCCHF-DCCH用于在呼叫过程中传送用户特定的信令用于在呼叫过程中传送用户特定的信令信息信息n n 每个前向业务信道可以有一个每个前向业务信道可以有一个F-DCCHF-DCCHn n 支持支持5ms5ms帧帧n n 支持非连续传输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RCRC组合规则目录CDMA 1X技术特点总结CDMA1X技术特点带来的优势（
23、1）CDMA1X技术特点带来的优势（2）总结n n移动通信发展简史n n模拟数字码分模拟数字码分n n3G3G的目标以及三种体制的比较的目标以及三种体制的比较n nCDMA的技术特点n n关键技术：功控、软切换、关键技术：功控、软切换、RAKERAKE接收机、小区接收机、小区呼吸呼吸n n其它技术：信源编码、信道编码、交织、加扰、其它技术：信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调制扩频、调制n n信道结构：导频、同步、寻呼、接入、业务信道结构：导频、同步、寻呼、接入、业务n nCDMA2000 1X技术特点n nWalshWalsh、TurboTurbo码码思考题n nCDMA 1X系统中，功控方式都有哪些？它们是如何实现的？n n请描述软切换过程？n n请描述小区呼吸的过程及作用？n n请描述业务信道的实现过程（前向和反向）？n n请描述CDMA 1X的技术特点？n n请描述手机初始化过程？n n长码、短码和Walsh码在CDMA系统中的作用？