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1、第七章 CDMA数字移动通信系统,移动通信系统,主 要 内 容,7.1扩频通信与 CDMA特点（复习） 7.2 地址码的选择 7.3 IS-95CDMA系统概述 7.4 IS-95CDMA系统无线接口 7.5 IS-95CDMA系统网络结构 7.6 IS-95CDMA系统关键技术 7.7 IS-95CDMA系统呼叫处理,5） 扩频调制技术（P103） 定义：用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式,问题的提出： 在传统的通信系统中， 我们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。那么为什么还要用宽频带信号来传输窄带信息呢?,问题的回答： 利用扩频实
2、现码分多址方式。在传统的TDMA和FDMA之外又提供了一种新的多址方式,香农(Shanon)公式 扩频通信是以香农公式的理论发展起来的一种通信方式 香农公式： C = B log2 (1+ S/N) = 1.44 B ln (1+ S/N) C为信道容量， 单位为b/s；B为传输的信号频带宽度，单位为Hz；S为信号平均功率， N为噪声平均功率 香农公式反映的重要结论： 频带B和信噪比可以互换 增加信号的频带宽度，可在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息 采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处,信息传输差错概率的公式 (1) Pe f（Eb / N0）
3、 信号能量Eb，噪声功率谱密度N0 (2) 输入信号的信噪比，信号带宽与信息带宽之比 再次说明信噪比和带宽可以互换，通过增加带宽可换取信噪比的好处,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,Rs,Rc,R0,原始：Rs 1 0 1 1 PN： Rc 101110 010111 0110011 011101 发/收：R0 010001 010111 1001100 100010 R0是Rs的6倍,1,为什么扩频信号能够有效地抑制窄带干扰
4、？ 答：扩频系统将干扰功率扩展到很宽的频带上去，接收端通过相关解扩时，有用的数字信号转换为窄带谱信号，宽带无用信号不能解扩，仍为宽带谱，因此进入信号频带内的干扰功率大大降低，提高了解调器输入端的信干比，从而提高系统的抗干扰性能。,什么是CDMA Code Division Multiple Access （码分多址）,CDMA是一种采用先进无线扩频技术的数字通信多址接入方式。 CDMA多址实现是给每一个信号分配一个伪随机二进制序列（PN码）进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列；在接收机中，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱。,伪随机（或伪噪声，Pse
5、udo-random Noise，PN）码序列是一种常用的地址码。伪随机码序列具有类似于随机序列的基本特性，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。如果发送数据序列经过完全随机性的加扰，接收机就无法恢复原始序列。在实际系统中使用的是一个足够随机的序列，一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的，另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步地产生这个随机序列。,7.1 扩频通信与CDMA特点（复习）,扩频通信：用来传输信息的信号带宽Bw远远大于信息 本身带宽Bs的一种通信。 扩频增益：Gp=Bw/Bs 理论依据：C=Blog2(1+S/N) 扩频方式：DS-SS（直接序列扩频） FH-S
6、S（跳频扩频） 解扩： 利用接收信号和一个与发端同步的扩频码 进行相关处理完成。 多址干扰：多用户干扰。,CDMA的主要特点,1.大容量 处理增益 QCDMA为21dB，远高于其他系统，使其抗干扰好。 Eb/N0 CDMA需求为6dB，模拟系统的C/I值18dB。 通话占空比 约为35，由于CDMA采用了话音激活技术，使其容量翻倍。 频率复用系数 由于CDMA的宽带信道在每个小区都可以复用，所以CDMA的频率复用系数几乎为1，而模拟系统的复用系数约为1/7。 扇区化 在CDMA系统中，由于不同的扇区可以使用相同的频率，所以小区容量将随扇区数量增大而增大。 理论上使用相同频率资源的情况下，CDM
7、A移动网比模拟网容量大20倍，实际IS-95 CDMA蜂窝系统的容量可达到模拟系统的10倍，达到现有GSM系统的45倍,2. 高质量服务 CDMA可变速率声码器(CELP) 8k速率编码可提供与GSM 13k编码(RPE-LTP)同等的话音质量，而其13k速率编码则可以提供接近或超过有线电话的质量。 良好的抗干扰、抗衰落性能 各种分集技术的采用，大大地改善了信号传输的性能，降低了系统对衰落的敏感性。 软切换技术 软切换技术大大降低了切换掉话的可能性，实现了无缝切换，非 常有利于数据移动通信的实现。 3. 可靠的保密性能 CDMA信号本身扰频方式提供了高度的保密性；多种加密、鉴权 算法的引入使系
8、统的保密性能进一步完善。,4.软容量 CDMA是受干扰限制的系统，如果用户数超过了容量，只会使系统性能下降，而不会出现阻塞。这样，CDMA系统中某一局部区域的短期过载对性能影响不大，增加了系统运行的灵活性。 5.严格的功率控制 功率控制技术不但能减少相互干扰，同时还能改善慢速率变化的衰落，还使CDMA电话发射功率低，实现大容量、高质量。 6.电磁污染小 CDMA信号在空中传播时，由于扩展了频谱，使空中的信号功率谱密度低，这样造成的电磁污染小，对使用者人体和其它电子设备的影响小。所以，有时人们称CDMA手机为“绿色手机”。 7.组网方便、建网经济 CDMA可以单频组网，组网方便。CDMA的基站覆
9、盖面大, 在同一地区,CDMA组网的小区数比GSM少三分之一, 成本下降三分之一。,CDMA的关键技术,完善的功率控制 地址码的选择 软切换 分集技术 语音编码 其他技术,7.2 地址码的选择（P137）,地址码选择的要求 地址码就是指能区分不同用户的码序列，地址码实际上也具有扩展频谱的作用。地址码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能 地址码应当具有尖锐的自相关特性，保证信号经过地址码解扩后具有较高的信噪比，同时互相关性最小（相互正交），保证码序列之间干扰最小 为了克服多径衰落和实现有效可靠的通信，地址码应当逼近白噪声的统计特性（白噪声是指功率谱密度在整个频域内
10、均匀分布的噪声。 所有频率具有相同能量密度的随机噪声称为白噪声） 同时编码方案简单，保证具有较快的同步建立速度,1.伪随机序列 伪随机序列（PN）码具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。常用的有：m序列、gold序列、M序列、R-S码和复合码等。CDMA系统中采用m序列,2. PN码的捕获 CDMA中，PN码的码捕获采用两段搜索算法，实现快速捕获。实现过程如下： a. 在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调PN码的一小段，如果没有超过门限，则表明在该相位无有用信号，将相位后移一段，再作相关解调。 b. 如果超过门限了，在该相位再作更长一段PN码的相
11、关解调，以判定该相位是否有有用信号。 c. 每次移PN码的半个比特的长度。,3. Walsh码,Walsh码是一种非正弦的完备正交函数系，由于它仅有可能的取值+1和-1（或0，1），比较适合用来表达和处理数字信号，它是由递推公式产生，以证明其正交性的数学家Walsh命名的。 递推公式：,Walsh码的正交特性,4. IS-95CDMA中地址码的应用,（1）PN短码 长度为215-1的m序列，用于对前向信道进行正交调制QPSK，不同的基站或扇区使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个比特，这样最多有512个不同的相位可用，码速率为1.2288Mchip/s 1 offset = 64（
12、chip） （ 215-1）+1 /64 = 512（offset） 1 chip 244m （1个码长对应的实际空中距离） 1 offset 15.616km IS-95标准建议扇区间间隔至少为1 offset 在反向信道中，PN短码也用于正交扩频调制OQPSK，其相位偏置为0。,（2）PN长码 在前向信道中，长度为242-1的m序列用于对业务信道进行扰码。 （用一个伪随机码序列对扩频码进行相乘，对信号进行加密，作用类似于加密，不是用作扩频，在前向信道中是使用正交的Walsh码进行扩频） 在反向信道中，长度为242-1的m序列用于直接进行扩频，每个用 户都分配了一个m序列的相位，这个相位是由
13、用户的ESN（移动台的电 子序号）计算出来的，这些m序列的相位是随机分布且不会重复的。 (242-1)/64 69亿 （3）Walsh码（6464） 在前向信道中，正交的Walsh码用于正交扩频，并起着划分逻辑 信道的作用。W(0)导频，W(32) 同步信道，W(1) W(7)寻呼信道， 其余为业务信道。 在反向信道中，Walsh码用于64进制正交调制。,一、关于IS-95系统 IS-95系统的技术基础 基于扩频通信技术（军转民） 是一种支持蜂窝组网的多用户扩频通信技术码分多址（CDMA）技术 与传统扩频技术比，功率控制是它成功的关键 何谓“IS-95” IS-95是Qualcomm公司发明，
14、叫IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne 。1993年，北美电信工业联合会（TIA）给基于CDMA第二代数字移动通信系统的标准代号，即（ Interim Standard 95）。1995年开始商用。 IS-95的地位 是第一个CDMA蜂窝移动通信系统规范 它的CDMA技术框架是后来CDMA蜂窝系统的基础,7.3 IS-95 CDMA系统概述,7.3 IS-95 CDMA系统概述,Qualcomm公司(高通公司)具有几乎所有知识产权 为仅次于GSM发展最快的系统，在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用 韩国最早引进CDMA技术与系统 中国在九十年代中期开始研究CDM
15、A技术 中国与高通公司签了有关许可协议 中国的公司己开始生产有关设备 2000年9月中国联通CDMA网络建设计划正式启动,IS-95CDMA的相关标准(一),IS-95 空中接口， IS-95A、 IS-95B IS-96 CDMA话音业务选择标准 IS-97 CDMA基站最低性能测试标准 IS-98 CDMA/AMPS双模移动台最低性能测试标准 IS-99 CDMA数据业务选择标准 IS-125 CDMA话音业务选择最低性能测试标准 IS-126 移动台环回业务选择标准 IS-127 CDMA话音编码EVRC标准,IS-95CDMA的相关标准(二),IS-634 A接口 IS-41 无线网络 IS-637 短消息 IS-53 补充业务 IS-52 编号计划 IS-93 Ai、Di接口 IS-771 无线智能网 IS-707 数据业务,二、IS-95系统的特点,窄带蜂窝移动通信系统 800MHz频段，信道带宽1.25MHz 频率复用率高 模拟FDMA：1/7，18dB带外抑制； 数字TDMA：1/3，9dB带外抑制； CDMA：约2/3（理论值1），各小区/扇区可同一频率 软切换 软容量 自干扰系统 功率控制很关键 可向3G平滑过渡 从窄带cdmaOne向第三代cdma2000过渡,三、IS-95空中接口参数,运营频段 824 849MHz（反向）； 869 894MHz（前向
