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1、第五章 CDMA基本原理1所谓CDMA，即在发送端使用各不相同的、相互（准）正交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。800M CDMA频段是： 移动台：825MHz835MHz 基 站：870MHz880MHz一、一、CDMACDMA的基本概念的基本概念2CDMA通信模型信源 解码信源 编码Interleavingdeinterleaving信道 编码 交织去交织 信道解 码加扰解扰扩频解扩调制解调射频 发射射频 接收无线信道3扩频优点为什么要进行扩频，扩频通信有何好处？ 隐蔽性和保密性好； 抗干扰能力强； 抗衰落； 抗多径； 多个
2、用户可以同时占用相同频带，实现码 分多址。4香农公式的含义：要达到一定的信道容量，既可以 通过较大的信号带宽和较小的信噪比来实现，又可 以通过较小的信号带宽和较大的信噪比来实现；当 信噪比保持一定时，增大带宽可以提高信道容量。扩频通信就是利用上述原理，用高速的扩频码来扩 展待传输的数字信息带宽，从而在相同信噪比条件 下，获得较强的抗干扰能力和更大的系统容量。扩频为什么会带来上述好处？5扩频干扰抑技术原理p 数据信号在发射端被扩 谱（第一次XOR）fS（f）f0解扩频前的信号频谱fS（f）f0 扩频前的信号频谱信号信号干扰噪声fS（f）f0扩频后的信号频谱信号fS（f）f0 解扩频后的信号频谱信
3、号干扰噪声信号脉冲干扰白噪声(在接收端数据信号备恢 复（第二次XOR）(干扰信号在接收端被扩 谱（第一次XOR）6XXXXUser AUser BUser CUser DUser AUser BUser CUser DWalsh 0Walsh 1Walsh 2Walsh 3Walsh 0Walsh 1Walsh 2Walsh 3A + 0B + 1C + 2D + 3输入信号 #1 #2扩频编码解扩频功率合成输出信号 #1 #2空中 接口CDMA 多用户通信原理示意图7码分多址信道划分前向CDMA信道(基站到用户站的码分 多址信道)划分为：导频信道同步信道寻呼信道业务信道反向CDMA信道划分为
4、：接入信道反向业务信道8二、二、CDMACDMA的特点的特点 特点： 1、覆盖范围大 2、容量大 3、通话质量高 4、手机发射功率小 5、频率规划简单 6、干扰受限系统91、覆盖范围大p覆盖半径是标准GSM的2倍。 p覆盖1000 km2： GSM需要200个基 站，CDMA只需50 个基站。 p在相同覆盖条件下，基站数量大为 减少，投资将相应减小。10决定CDMA系统容量的主要参数有：处理增 益、所需的信噪比、话音激活系数、频率复 用系数和扇区数目等。CDMA系统容量高的原因是由于它的频率 复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统，频 谱利用率高，另一主要因素是它使用了话音 激活技术。 2、容量大
5、11软容量：小区呼吸功能软容量：小区呼吸功能1、用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活 确定。 2、小区的呼吸功能：当相邻两个小区负荷一轻一重时， 负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由 于导频强度不够，切换到相邻的小区，使负荷分担，即相当于 增加了系统容量。 一个小区内，其他手机对于某一个手机来说，它们发射的信号 都是干扰。如果用户数越多，干扰越大，此时这个手机就会增 大发送功率（功率控制实现）来达到反向的解调门限。而对于 前向而言，基站为了防止更多的用户接入系统，造成当前的手 机无法解调，也会减小发生功率（也是功率控制实现），此时 小区的覆盖面积就会减小。所以，CDMA的
6、系统就会出现，业 务量增大时，小区面积减小的情况。称作呼吸效应。 121.提高误帧率可增加可用信道数,这时通话质量降低。 2.呼吸功能：调整基站导频值来调整小区覆盖大小。导频16导频214软容量133、通话质量高p声码器可以动态地调整数据传输速率，并根 据适当的门限值选择不同的电平级发射。门限 值根据背景噪声的改变而改变，可以得到较好 的通话质量。 p系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这 样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。144、软切换：掉话少CDMA 小区/扇区切换采用软/更软切换，切换是先接续再中断，服 务质量高,有效减低掉话。 其他无线系统 小区/扇区切换采用硬切换，切换是先中断再接
7、续，容易产 生掉话。更软切换：同一基站、相同频率、 不同扇区的CDMA信道间。15话音质量64k PCM现有的 GSM8k的 CDMA13k的 CDMA8k的EVRC CDMA8K8K等于等于GG网的网的13K13K，13K13K相当于有线相当于有线通话质量高对比165、手机发射功率小pCDAM技术，功率控制，语音激活176、频率规划简单p网络规划简单、配置灵活工程设计简单，扩容方便1 3243242 44123142314GSM：N4 频率复用1 111 11 11 11111111111CDMA：N1 频率复用1 11187、干扰受限系统p所有移动用户都占用相同带宽和频率， CDMA是一个
8、自扰系统，用户的增加要提 高整个背景噪声。控制住用户的信号强度, 在保持高质量通话的同时,就可以容纳更多 的用户。 p有远近效应，需功率控制。 19三、关键技术三、关键技术1、地址码的选择：m序列的PN码作为地址码2、分集技术：空间、时间与频率分集3、功率控制：前向与反向功率控制4、语音编码技术：采用码激励线形预测编码技术（Q- CELP）5、RAKE接收技术：克服多径衰落6、切换： 软切换、更软切换与硬切换201、地址码的选择p 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 p 地址码提供的PN码序列应接近白噪声特性，自相关性 要好，互相关性要弱，实现和编码方
9、案简单等。 p 长度为215 的PN序列用于区分不同的基站信号 p 长度为2421 的PN序列在前向信道用于信号的保密，在反向信道用于区 分不同的移动台 p Walsh序列：在前向信道用于区分同一基站的不同信道，在反 向信道中用于对信号进行正交调整。212、分集技术p分集技术是指系统能同时接收两个或更多个 输入信号，这些输入信号的衰落互不相关。系 统分别解调这些信号然后将它们相加，这样可 以接收到更多的有用信号，克服衰落。p分集技术包括空间分集、时间分集和频率分 集。pCDMA协调综合利用分集技术来抵抗衰落对信 号的影响，获得高质量的通信性能。22分集方式瑞利衰落：快衰落，慢衰落。快衰落反映的
10、是瞬时值，慢衰落 反映的是瞬时值加权平均后的中值。 分集技术：多个接收信号(互相独立)合并处理，是克服衰落的 主要办法。 CDMA采用的分集技术：空间、时间(RAKE)和频率分集技术。 CDMA频率分集：一般情况下，衰落是200到300kHz宽，CDMA系 统使用1.23MHz带宽，因此，只减少了CDMA信号的部分功率。 CDMA空间分集： 1：两个接收天线 ( 天线间隔 10l,l为波长） 2：两个基站(用在软切换时)。接收天线接收天线基站1基站223p CDMA时间分集：利用RAKE接收机。两条路径时延 为1ms时，RAKE接收机可分别把它们提取出来而不混 淆。p 极化分集：在移动环境下，
11、空中的水平路径和垂直路 径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。这 就可在发射和接收端各装两付天线，一个水平极化天线 ，一个垂直极化天线，这就可以得到两个不相关的信号 。接收窗口1 接收窗口224v 陆地移动通讯具有复杂的通讯环境 多移动台多信道造成同频互调干扰远近效应等问题； 复杂地形及传播环境造成多径衰落阴影效应等； 还有一直存在的有限频率资源与用户数的矛盾需要解决 ；v 功率控制技术是CDMA关键技术的核心 自干扰系统影响通讯质量和系统容量； 其它许多特色性能如软容量和小区呼吸等；3、功率控制25CDMA功率控制简介v 功率控制的作用克服远近效应、阴影效应针对不同用户需求，提供合适
12、的发射功率提高系统的容量v 功率控制的目标在维持通话质量的前提下，降低发射功率v 功率控制的意义控制保证通话质量提高系统容量降低移动台发射功率环保26CDMA功率控制综述vCDMA系统采用了前向和反向相结合的功率控制技术v前向功率控制：前向功率控制是一种闭环控制，受控对象是基站的发射功率，移动台起辅助作用。v反向功率控制：反向功率控制是一种精确的控制，包括开环、闭环和外环，受控对象是移动台的发射功率，基站起辅助作用。27p开环功率控制n假设前向路径与反向路径的衰耗类似n接收功率+发射功率=-73(dbm)移动台BTS反向开环功率控制28p反向闭环功率控制 n基站检测信噪比SNR，与门限值比较，
13、产生对移动 台的功率控制命令 n每1.25 ms更新一次（每秒重复800次） n1dB的步长 n校正开环功率控制未消除的、与前向链路相独立的 损耗移动台BTS信号强度测量预设值或反向闭环功率控制29FER移动台BTSBSC反向外环 功率控制信号强度测量预设值或反向外环功率控制FER误帧率30p前向链路功率控制n基站系统缓慢地减少对每一移动台的前向链路发射功率 n当移动台检测到 FER 增大，就请求基站系统增大前向链路发射 功率FER移动台BTSBSC功率调整前向链路功率控制314、语音编码p编码与解码 p语音编码的目标是既能维持一定的语音 质量，又能较大程度的降低数据量。包括 波形编码和声源编
14、码。 p自适应多速率（AMR）语音编码：在通话过程中，当用户说话时，手机处于高度激活状态，编码速 率为9600bps；而当用户停顿或静听时，手机降低编码速率到 1200bps。这时，手机处于间断发射状态，就减小了其平均发射功 率，减小了干扰。从而增加了系统容量。 采用码激励线形预测编码技术（Q-CELP） 。325、RAKE接收技术p移动通信信道是一种多径衰落信道， RAKE接收技术就是分别接收每一路的信 号进行解调，然后叠加输出达到增强接 收效果的目的，这里多径信号不仅不是 一个不利因素，而且在CDMA系统变成一 个可供利用的有利因素。在CDMA系统 中，增加了一个搜索器，可动态地测量 各径
15、信号的幅度和延迟，然后才有选择 地进行合并，因此是一个抽头可变的接 收机。336、软切换p 切换技术 p 1.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。 p 2.更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同 扇区之间。 p 3.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。34切换技术：软切 换/更软切换 上行信号的合并 ： 软切换上行在 BSC帧处理板 中进行帧选择。 更软切换上行 在BTS信
16、道板中 进行多径合并。BSC帧处理板Abis链路BTS BBTS A35切换技术：切换流程 导频信道：CDMA系统用于引导接入和切换信道， 手机在网络中不间断测量周围小区的导频信号强 度。不同扇区载频的导频信道使用不同的PN来标 识。 导频集：导频的集合，分为：激活集、候选集、 相邻集、剩余集。 激活集： Acitive Set，当前手机正在保持连接 的业务信道所对应的导频集合。 候选集： Candidate Set，导频信号强度足够、 手机可以成功解调、随时可以 接入的导频集合。 相邻集： Neighbor Set，当前不在有效或候选 集里，但可能会进入候选集的 导频集合。 剩余集：所有其余导频的集合。36切换技术：切换流程相邻集候选集激活集相邻集T_ADDT_DROP时间12345 67导频强度1. 导频强度超过T_ADD，手机发送PSMM导频强度测量消息，并将该导频加入侯选集。2. BSC发送切换指示消息HDM，要求将
