《cdma通信原理》ppt课件

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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

2、室内环境：2Mbps,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

3、-序列 在M-序列中增加了一个全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

4、控制,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。 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

5、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

6、最好的帧。,RAKE 接收机原理,CDMA系统特色小区呼吸,目录,IS95A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

7、 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,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

8、 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

9、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：800 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 Hz EIB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(S

10、OFT_SLOPE/8) * 10 * log10(PSi) + ADD_INTERCEPT/2，手机向BS上报导频强度测量消息 (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,CDM

11、A 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

12、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（Orthogonal 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：

13、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-

14、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。 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

15、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

16、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 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-DCCH F-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 W