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1、CDMA基础原理 第1章 CDMA概述&：知识点l介绍移动通信发展的来龙去脉。l介绍CDMA标准及其演进。1.1 引言通过本章的学习，你会在短时间内，对移动通信的发展有一个全面的认识，为后面的学习铺路。1.2 移动通信发展史及CDMA标准移动通信的历史可以追溯到20世纪初，但在近20年来才得到飞速发展。移动通信技术基本上以开辟新的移动通信频段、有效利用频率和移动台的小型化、轻便化为中心而发展，其中有效利用频率技术是移动通信的核心。20世纪40年代，第一个移动电话系统在美国开通。70年代初，美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论。此后，蜂窝移动通信系统经历了三代演变，见表1.21。表1.21
2、蜂窝移动通信系统的演变第一代第二代第三代模拟数字数字语音语音、数据语音、高速数据AMPSCDMAcdma2000TACSGSM/TDMA GPRSWCDMA80年代1991 19992001 2002AMPS： Advanced Mobile Phone SystemTACS： Total Access Communication SystemGPRS： General Packet Radio Services 1.2.1 第一代蜂窝移动通信系统70年代末，第一代蜂窝移动通信系统诞生于美国贝尔实验室，即著名的先进移动电话系统AMPS。其后，北欧（丹麦、挪威、瑞典、芬兰）和英国相继研制和开发了
3、类似的NMTS（Nordic Mobile Telephone System）和TACS（Total Access Communication System）移动通信系统。中国在1987年开始使用模拟制式蜂窝电话通信。1987年11月，第一个移动电话局在广州开通。仅仅几年后，采用模拟制式的第一代蜂窝移动通信系统就暴露出了容量不足、业务形式单一及语音质量不高等严重弊端，这就促使了对第二代蜂窝移动通信系统的研发。1.2.2 第二代蜂窝移动通信系统第二代蜂窝移动通信系统（2G）采用数字制式，提供了更高的频谱利用率、更好的数据业务和通信质量以及比第一代系统更先进的漫游功能。典型的第二代蜂窝移动通信系统
4、包括：居于主导地位的GSM系统（全球移动通信系统）、美国IS-54/IS-136与IS-95系统、日本PDC（Personal Digital Celluar）系统。其中IS-95是美国电信工业协会TIA于1993年确定的美国蜂窝移动通信标准，它采用了Qualcomm公司推出的CDMA技术规范。1995年，第一个CDMA蜂窝移动通信系统在香港开通，标志着CDMA已经走向商业应用。但是IS-95的发展受到了美国联邦通信委员会FCC的限制，它要求IS-95必须和AMPS相兼容，即带宽限制在AMPS原有的频带框架内。因此，IS-95是一个窄带CDMA系统，只能提供非常有限的服务，还存在很多的不足。最
5、近几年来，由2G提供的面向语音的移动通信业务吸引了越来越多的用户。现在中国有超过1亿的用户使用手机，并且每年还以两千万的速度增长。2G的巨大成功对第三代移动通信系统（3G）的研发起着强劲的推动作用。1.2.3 第三代蜂窝移动通信系统及CDMA标准1985年，国际电信联盟ITU提出未来公共陆地移动通信系统FPLMTS，即第三代移动通信系统。FPLMTS后来被更名为IMT-2000。欧洲电信标准协会ETSI也提出了通用移动通信系统UMTS。IMT-2000和UMTS的概念和目的非常相似，均致力于在全球统一频段，按统一标准，提供功能、质量与固定有线通信系统相当的多种服务。第三代蜂窝移动通信和个人通信
6、系统提供更大的系统容量、更高速的数据传输能力。目前，3G系统数据传输速率在车辆上可以达到144 kbit/s、在室外步行时可以达到384 kbit/s、在建筑物里可以达到2 Mbit/s，在未来这些速率还能进一步提高。3G服务包括视频流、音频流、移动互联、移动商务及电子邮件，并且最终发展到视频邮件和文件传输。真正实现“任何人，在任何地点、任何时间，与任何人”都能便利地通信这样一个目标。1.2.3.1 RTT技术IMT-2000中最关键的是无线传输技术（RTT）。截止1998年6月底，ITU征集到来自欧洲、日本、美国、中国和韩国的10个地面接口RTT标准。尽管ITU在尽最大努力寻求标准的统一，但
7、以欧美为代表的两大区域性标准化组织3GPP和3GPP2，分别以WCDMA和cdma2000为基础形成了两大格局。其中3GPP是由欧洲电信标准研究院ETSI发起的第三代伙伴计划，3GPP2是由美国ANSI（American National Standards Institute）发起的另一个第三代伙伴计划。中国于1999年4月成立了无线通信标准研究组CWTS，并于1999年5月正式加入了3GPP和3GPP2。为了确定IMT-2000 RTT的关键技术，ITU对多种无线接入方案（卫星接入除外）进行了艰难的融合，以尽可能达到形成统一的RTT标准的目的。但是，经过一年多的研究之后，ITU发现要想获得
8、不同RTT技术间的完全融合是根本行不通的。因此，1999年11月，ITU TG8/1在芬兰举行的会议上通过了“IMT-2000无线接口技术规范”，最终确定了IMT-2000可用的5种RTT技术，这些技术覆盖了欧洲与日本的WCDMA、美国的cdma2000和中国的TD-SCDMA。lWCDMA是欧洲和日本提出的宽带CDMA标准，并且双方已经达成一致，彼此间差异很小。其技术特点是：频分双工，可适应多种速率和多种业务；前向链路快速功率控制、反向链路相干解调；支持不同载频间切换，基站之间无须同步，适用于高速环境，是一种很有前途的方案。lcdma2000是北美基于IS-95系统演变而来的。其技术特点是：
9、反向链路相干接收、前向链路发送分集；基站之间由GPS同步；与IS-95兼容性好，技术成熟、风险小，综合经济技术性能好。lTD-SCDMA是中国第一次向ITU提出的拥有自主知识产权的提案，它基于TDMA和同步CDMA技术的标准。其技术特点是：时分双工（TDD），并结合了智能天线和软件无线电等技术，适用于低速接入环境。从提交的IMT-2000 RTT的10种侯选技术看，有8种为CDMA技术，也就是说CDMA技术在第三代通信系统中居于主导地位。2001年3月，日本进行了WCDMA的商用测试，并在同年年底，在全世界率先推出了3G业务。3G从概念化模型到商用的整个过程的成功促使我们去考虑下一代的移动通信
10、系统。虽然现在还没有下一代的移动通信网络（4G）的任何标准，但有一点可以肯定的是下一代移动通信系统应该比3G提供更高的数据传输速率，预计4G提供的数据传输速率可以达到10 Mbit/s100 Mbit/s。1.2.3.2 cdma2000标准演进cdma2000技术的完整演进过程如图1.21所示。图1.21 cdma2000技术的演进过程真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8 k语音编码服务、13 k语音编码服务，其中13 k语音编码服务质量已非常接近有线电话的语音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国Qualcomm公司宣布IS-95B
11、标准用于CDMA基础平台。IS-95B提升了CDMA系统性能，并增加了用户移动通信设备的数据流量，提供对64 kbit/s数据业务的支持。在以下章节中，如不加特殊说明，提到的IS-95就是IS-95A。采用IS-95规范的CDMA系统统称为cdmaOne。对应cdma2000技术的演进过程，CDMA各阶段系统的描述如表1.22所示。表1.22 CDMA系统演进 系统速率业务阶段cdmaOne（IS-95A，IS-95B）14.4 kbit/s，64 kbit/s语音2Gcdma2000 1x153.6 kbit/s语音/数据2.5Gcdma2000 1x EV-DO2.4 Mbit/s数据3G
12、cdma2000 1x EV-DV4 M bit/s以上语音/数据3G1.2.3.3 为什么需要3G随着时代的进步，人们对移动通信提出了更高的需求。2G系统虽然可以比较好地提供移动语音通信，但是对于用户不断增加的需求（例如：在移动中享用数据、多媒体通信）却显得力不从心。此外，在一些人口高度密集的发达地区，2G系统本身的技术瓶颈导致它不能满足不断增长的对用户容量的需求。在这种情况下，3G系统成为大家的热切期望目标。其中，最受瞩目的两种3G方案（WCDMA、cdma2000）中，WCDMA标准不断有新的版本出现，变化多而快，显得稳定性不足。与此形成对比的是，cdma2000是由上一代CDMA系统直
13、接发展而来的。cdma2000从1x走向1x EV-DV的演进则相对较为平滑。cdma2000 1x在向前延伸的过程中，无线子系统只需要在软硬件上作部分的变动，相对来说要平稳一些。下面我们重点介绍cdma2000技术。l在移动电话用户方面，2G和3G网络将在相当长一段时间内共存。和其它新技术一样，3G的普及需要时日。虽然许多移动用户都满足于现有的第二代产品，然而商业用户和高端用户希望享用3G所带来的宽带无线数据产品。移动运营商为了巩固他们目前的用户基础，会通过逐步引进新业务，帮助用户平滑演进。因此，移动运营商必须同时提供第二代和第三代产品业务。l在技术方面，cdma2000能有效地支持现存的I
14、S-634A标准，核心网基于ANSI-41，同时通过网络扩展方式提供基于GSM-MAP核心网上运行的能力。cdma2000 1x是cdma2000第三代无线通信系统的第一个阶段。cdma2000 1x从cdmaOne演化而来，主要特点是与现有的TIA/EIA-95-B标准后向兼容，并可与IS-95A/B系统的频段共享或重叠。通过设置不同的无线配置（RC），cdma2000 1x可以同时支持1x终端和IS-95A/B终端。因此，IS-95A/B和cdma2000 1x可以同时存在于同一载波中。第2章 CDMA基本原理&：知识点l介绍CDMA扩频通信原理。l介绍CDMA系统的语音编码和信道编码技术
15、。2.1 引言码分多址（CDMA）包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频通信技术；一个是多址技术。将这两个基本技术结合在一起，并吸收其它一些关键技术，形成了码分多址移动通信系统的技术支撑。通过对本章的学习，你可以掌握CDMA的基本原理并了解CDMA系统的语音编码和信道编码技术，为理解IS-95系统、cdma2000 1x系统（以下简称1x系统）的原理打下基础。2.2 扩频通信技术扩频通信技术，即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。2.2.1 扩频通信的理论基础扩频通信的基本思想和理论依据是香农（Shannon）公式。香农在信息论的研究中得出了信道容量的公式：C：信道容量，单位bit/s；B：信号频带宽度，单位Hz；S：信号平均功率，单位W；N：噪声平均功率，单位W。这个公式指出：如果信道容量C不变，则信号带宽B和信噪比S/N是可以互换的。只要增加信号带宽，就可以在较低的信噪比的情况下，以相同的信息速率来可靠地传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，仍然能保持可靠的通信。也就是说，可以
