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1、1CDMA & 3G简介主讲：刘琨主讲：刘琨办公地点：图书馆三楼信软学院办公室办公地点：图书馆三楼信软学院办公室办公电话：办公电话：6126732603E-mail:2思考题思考题nCDMA与与GSM技术比较。技术比较。nWimax是什么？它和是什么？它和Wi-Fi，3G是什么关是什么关系？系？nWCDMA、cdma2000、TD-SCDMA的技的技术特点分别是什么？术特点分别是什么？3主要内容主要内容nCDMA原理原理n3G简介简介4CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信
2、道的信道nCDMA的系统构成的系统构成5CDMA的发展的发展nCDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用。广泛应用。n1989年年11月，月，Qualcomm在美国的现场试验证在美国的现场试验证明明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大。用于蜂窝移动通信的容量大。n1995年香港和美国的年香港和美国的IS-95CDMA系统开始投入系统开始投入商用。商用。n1998年年2月，美国高通公司宣布将月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用标准用于于CDMA基础平台上。其后，基础平台上。其后，cdma2000成为窄成为窄带带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。系统向第
3、三代系统过渡的标准。n1999年年CDMA在日本和美国形成增长的高峰期，在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达全球的增长率高达250%，用户已达，用户已达2000万。万。ncdma2000在标准研究的前期，高通提出了在标准研究的前期，高通提出了1X和和3X的发展策略。的发展策略。目前目前6CDMA在中国的发展在中国的发展n1994年年Qualcomm首先在天津建技术试验网。首先在天津建技术试验网。n1998年具有年具有14万容量的长城万容量的长城CDMA商用试验网商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始小部份在北京、广州、上海、西安建成，并开始小部份商用。商用。n2000年年2月
4、月16日，中国联通以运营商的身份与美日，中国联通以运营商的身份与美国高通公司签署了国高通公司签署了CDMA知识产权框架协议，为知识产权框架协议，为中国联通中国联通CDMA的建设打清了道路。的建设打清了道路。n2000年年10月，中国联通副总裁王建宙宣布将启月，中国联通副总裁王建宙宣布将启动动CDMA网络建设，于该年年底正式开始了筹备网络建设，于该年年底正式开始了筹备工作。工作。7CDMA在中国的发展在中国的发展n2001年年12月月22日，联通新时空日，联通新时空CDMA网络网络建成。建成。n2002年年1月月8日，联通新时空日，联通新时空CDMA开通放开通放号。号。n2003年年1月月28日
5、，上海联通率先开通日，上海联通率先开通CDMA1X网络，中国联通网络，中国联通CDMA全面进入全面进入了了2.5G。n2008年年2月月CDMA用户已经达到用户已经达到2256万户。万户。n中国电信将中国电信将CDMA网络从网络从1X升级到升级到EV-DORev.A，数据传输能力提高，数据传输能力提高n2010年年1月，月，EV-DORev.B广州预商用广州预商用8CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成9扩频的概念扩频的概念n扩频通信的
6、定义扩频通信的定义信号的频谱被展宽了信号的频谱被展宽了采用扩频码序列调制的方式来展宽信号采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱频谱在接收端用相关解调来解扩在接收端用相关解调来解扩fPfP10扩频的概念扩频的概念n扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础香农公式香农公式:C=B*log2(1+SNR)(bps)n结论：结论：可通过增加频带宽度的方法，在较可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。低的信噪比情况下，传输信息。在强干扰条件下保证可靠安全地通在强干扰条件下保证可靠安全地通信。信。11CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类型扩频技术基本类
7、型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成12扩频技术的基本类型扩频技术的基本类型n扩频技术的基本类型：扩频技术的基本类型：直接序列扩频直接序列扩频(DS-DirectScquency)跳频跳频(FHFrequencyHopping)跳时跳时(THTimeHopping)混合扩频混合扩频(DSFH、DSTH、DSFHTH)nCDMA蜂窝通信系统主要采用的扩频蜂窝通信系统主要采用的扩频技术为：技术为：直接序列扩频直接序列扩频(DS)或简称直扩或简称直扩.13CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类
8、型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成14CDMA工作原理工作原理15CDMA工作原理工作原理nCDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到术扩展到1.25MHz的宽带信号。的宽带信号。n接收时，从宽带信号中恢复信号。接收时，从宽带信号中恢复信号。nCDMA系统干扰主要来自系统干扰主要来自:相邻小区和同小区其他用户相邻小区和同小区其他用户16CDMA几个常见术语几个常见术语n比特比特(bit)、符号、符号(Symbol)与码片与码片(Chip)信息数据单位称为比特（信息数据单位称
9、为比特（bit）经过卷积编码器、交织与符号重复后的经过卷积编码器、交织与符号重复后的数据被称为符号数据被称为符号(symbol)经过最终扩频后得到的数据被称为码片经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)图图17CDMA几个常见术语几个常见术语n理解理解symbol和和chip的关系的关系扩频扩频解扩解扩码片码片符号符号数据数据扩频码扩频码扩频信号扩频信号=数据数据码字码字扩频码扩频码数据数据=扩频信号扩频信号码字码字1-11-11-11-11-118CDMA几个常见术语几个常见术语期望信号期望信号其他用户信号其他用户信号期望的扩频信号期望的扩频信号扩频码扩频码解扩后的数据解扩后的数据其他
10、扩频信号其他扩频信号积分后的其他信号积分后的其他信号1-11-11-18-81-18-8解扩后的其他信号解扩后的其他信号相关接收机的基本操作相关接收机的基本操作积分后的数据积分后的数据处理增益处理增益19CDMA几个常见术语几个常见术语n比特比特(bit)、符号、符号(Symbol)与码片与码片(Chip)信息数据单位称为比特（信息数据单位称为比特（bit）经过卷积编码器、交织与符号重复后的经过卷积编码器、交织与符号重复后的数据被称为符号数据被称为符号(symbol)经过最终扩频后得到的数据被称为码片经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)n处理增益处理增益(ProcessingGain
11、)扩频后最终速率与信息速率的比率扩频后最终速率与信息速率的比率在在IS-95中处理增益为：中处理增益为：n1.2288M/9.6k=128，即，即21dB图图20CDMA几个常见术语几个常见术语n处理增益处理增益Gp(ProcessingGain)n系统的抗干扰容限系统的抗干扰容限MJn式中：（式中：（S/N）。）。=输出端的信噪比输出端的信噪比n结论：结论：扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。21CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本
12、类型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成22CDMA地址码的选择地址码的选择n地址码的重要影响地址码的重要影响直接影响到直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰系统的容量、抗干扰能力、接入等性能。能力、接入等性能。n对地址码的要求对地址码的要求地址码数量足够地址码数量足够相关函数特性尖锐相关函数特性尖锐近似白噪声特性近似白噪声特性编码方案简单编码方案简单23CDMA系统中采用的地址码系统中采用的地址码n伪随机噪声序列（伪随机噪声序列（PNPseudoNoise）目前主要使用的是目前主要使用的是m序列序列.PNsho
13、rtcode(PN短码短码)PNlongcode(PN长码长码)nWalshcode24M序列的特性序列的特性nm序列一个周期内序列一个周期内1和和0的码元数大致的码元数大致相等。相等。nm序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，加，所得的序列还是所得的序列还是m序列，只是相位不同。序列，只是相位不同。nM序列发生器中的移位寄存器的各种状序列发生器中的移位寄存器的各种状态态,除全除全0外，其他状态在一个周期内只外，其他状态在一个周期内只出现一次出现一次.25M序列的自相关性序列的自相关性n对于周期为对于周期为P=2n-1的的m序列序列M序列的自相关性序列的自相关性26自相关性
14、：一个序列和该序列的任意移自相关性：一个序列和该序列的任意移位的序列相关性度量位的序列相关性度量A：对应位相同数目：对应位相同数目D：对应位不同的数目：对应位不同的数目-27伪随机码伪随机码(PNCODE)的生成的生成01000111004010210151106111701130011142567328PN序列的产生序列的产生三级移位寄存器构成的三级移位寄存器构成的m序列发生器序列发生器29n包含两部分包含两部分（1）最大移位寄存器序列）最大移位寄存器序列（2）掩码）掩码n输出序列周期为输出序列周期为2N-1（没（没有全有全0状态）状态）n当掩码不同时，输出相位当掩码不同时，输出相位不同不同
15、nIS-95系统中用手机的系统中用手机的ESN来计算出标识不同用户的来计算出标识不同用户的掩码掩码MM序列的产生序列的产生序列的产生序列的产生30nPN短码由短码由15位移位寄存器加反馈形成位移位寄存器加反馈形成的。的。n长度为长度为215-1的序列的序列（在（在M序列中增加一序列中增加一全零状态，所以其周期为全零状态，所以其周期为215）。n码片的速率为码片的速率为1.2288Mcps，每，每26.67ms重复一次。重复一次。nPN短码在短码在IS-95空中逻辑信道中的作用空中逻辑信道中的作用是：是：n前向信道上区分基站或扇区。前向信道上区分基站或扇区。n反向信道用于正交调制。反向信道用于正
16、交调制。CDMA系统中采用的编码系统中采用的编码-PN 短码短码31nPN长码由长码由42位移位寄存器加反馈及掩位移位寄存器加反馈及掩码形成的。码形成的。n周期为周期为242-1，产生码片的速率为，产生码片的速率为1.2288Mchip/s，每，每41天重复一次。天重复一次。nPN长码在长码在IS95空中逻辑信道中的作用空中逻辑信道中的作用是：是：n前向信道上用于扰码。前向信道上用于扰码。n反向信道上用于区分各个用户。反向信道上用于区分各个用户。CDMA系统中采用的编码系统中采用的编码-PN长码长码32CDMA系统中采用的编码系统中采用的编码-Walsh 码码n在在CDMA系统中，空中逻辑信道
17、采用系统中，空中逻辑信道采用64阶阶Walsh码码n64维维Walsh矩阵的每一行作为一个矩阵的每一行作为一个Walsh码，故而每个码，故而每个Walsh码有码有64个码元，分别为个码元，分别为w(0)到到w(63)。W2n=WnWnWnWnW1=0W2=0001W4=0 0 0 00 1 0 10 0 1 10 1 1 0338阶阶Walsh码码W00 0 0 0 0 0 0 0W10 1 0 1 0 1 0 1W20 0 1 1 0 0 1 1W30 1 1 0 0 1 1 0W40 0 0 0 1 1 1 1W50 1 0 1 1 0 1 0W60 0 1 1 1 1 0 0W70 1
18、1 0 1 0 0 134Walsh码的正交性码的正交性n64阶阶Walsh码符合以下正交性：码符合以下正交性：n1i=jnw(i)*w(j)=n0ijnWalsh码在码在IS-95空中逻辑信道中的作用是：空中逻辑信道中的作用是：用于前向逻辑信道中用于前向逻辑信道中,以区分同一小区的以区分同一小区的逻辑信道逻辑信道.反向信道上以反向信道上以6个码元对应一个个码元对应一个Walsh序序列作列作64阶正交调制。阶正交调制。35CDMA系统地址码的作用系统地址码的作用nPN长码长码前向信道上用于扰码加密。前向信道上用于扰码加密。反向信道上用于区分各个用户。反向信道上用于区分各个用户。nPN短码短码前
19、向信道上，以前向信道上，以64个码片为一个偏置单位，个码片为一个偏置单位，区分基站或扇区。区分基站或扇区。反向信道上用于正交调制。反向信道上用于正交调制。nWalsh码码前向信道上用于区分逻辑信道。前向信道上用于区分逻辑信道。反向信道上以反向信道上以6个码元对应一个个码元对应一个Walsh序列作序列作64阶正交调制。阶正交调制。3664 chips32,768 chips / 64 = 512 PN offsets.PN chipsPN短码偏置短码偏置cdma扩频序列扩频序列38CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作
20、原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成39CDMA的信道的信道n前向信道前向信道导频信道导频信道同步信道同步信道寻呼信道寻呼信道业务信道（含功率控制子信道）业务信道（含功率控制子信道）n反向信道反向信道接入信道接入信道业务信道业务信道40前向信道前向信道n导频信道导频信道pilotchannel发送导频信号发送导频信号,供移动台识别基站并引导供移动台识别基站并引导移动台入网移动台入网.n同步信道同步信道synchronizingchannel发送同步信息发送同步信息,与系统定时与系统定时,同步同步n寻呼信道寻呼信道pagingchannel（最多可以
21、有（最多可以有7个）个）n若干个业务信道若干个业务信道trafficchannel41前向信道结构前向信道结构前向CDMA信道(基站发送的1.25 MHz 信道)导引信道同步信道寻呼信道1寻呼信道7业务信道1业务信道25业务信道55W0W32W1W7W8W31W63业务信道24W33移动台功率控制子信道业务数据W：编码信道43CDMACDMA前向信道结构前向信道结构前向信道结构前向信道结构由移动台由移动台ESN生生成的长码掩码成的长码掩码44反向信道反向信道n接入信道接入信道发起同基站的通信发起同基站的通信,响应基站发来的响应基站发来的寻呼寻呼,信道消息进行系统注册信道消息进行系统注册,在没有
22、在没有业务时接入系统和对系统进行实时情业务时接入系统和对系统进行实时情况的回应况的回应n反向业务信道反向业务信道用来在建立呼叫期间传输用户信息用来在建立呼叫期间传输用户信息和信令信息和信令信息45CDMA反向信道结构反向信道结构47CDMACDMA反向信道结构反向信道结构反向信道结构反向信道结构由移动台由移动台ESN生生成的长成的长码掩码码掩码48CDMA原理原理nCDMA的发展的发展n扩频的概念扩频的概念n扩频技术基本类型扩频技术基本类型nCDMA工作原理工作原理nCDMA的地址码的地址码nCDMA的信道的信道nCDMA的系统构成的系统构成49CDMA系统构成系统构成MCMC503G简介简介
23、n3G发展历史发展历史n什么是什么是IMT2000n为什么要发展为什么要发展3G系统系统n3G系统的特征系统的特征nIMT2000标准化组织介绍标准化组织介绍n3G演进策略演进策略n3G标准简介标准简介513G发展历史发展历史53什么是什么是IMT2000nIMT2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)是第三代移动是第三代移动通信系统的统称。通信系统的统称。n提供多种类型高质量的多媒体业务高质量提供多种类型高质量的多媒体业务高质量移动通信服务。移动通信服务。nITU1985年预计该系统将于年预计该系统将于2000年左右进年左右进入商用市场并
24、且其工作的频段在入商用市场并且其工作的频段在2000MHz，数据速率，数据速率2000kbps。nIMT2000体制类型：体制类型：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMAWimax(2007年年10月月17日日ITU投票通过投票通过)54为什么要发展为什么要发展3G系统系统n市场呼唤中高速数据和多媒体业务市场呼唤中高速数据和多媒体业务n2G无线频率资源紧张无线频率资源紧张n移动通信竞争日趋激化丰富的业务类型和移动通信竞争日趋激化丰富的业务类型和服务质量成为竞争焦点服务质量成为竞争焦点553G系统的特征系统的特征n灵活的业务：大容量话音、高速数据、可灵活的业务：大容量话音、高速数据、可传
25、输图象等。传输图象等。n平滑过渡的网络：从平滑过渡的网络：从2G网络平滑过渡网络平滑过渡CDMA-GSM技术。技术。n先进的无线传送技术：复杂的编译码及调先进的无线传送技术：复杂的编译码及调制解调算法、快速功率控制、多址干扰对制解调算法、快速功率控制、多址干扰对消、智能天线等。消、智能天线等。56IMT2000标准化组织介绍标准化组织介绍n3GPP：欧洲牵头，制定：欧洲牵头，制定WCDMA标准。标准。n3GPP2：美日韩牵头，指定：美日韩牵头，指定cdma2000标标准。准。nTD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织标准由中国无线通信标准组织CWTS提出目前已经融合到了提出目前已经融合到了3
26、GPP关于关于WCDMA-TDD的相关规范中。的相关规范中。nIEEE802.16工作组和工作组和WiMAX论坛：制定论坛：制定Wimax标准。标准。573G演进策略演进策略n3GPP和和3GPP2制定的演进策略总体上都制定的演进策略总体上都是渐进式的。是渐进式的。n在空中接口则有所不同：在空中接口则有所不同：WCDMA是革命式的与是革命式的与GSM完全不同；完全不同；CDMA2000兼顾与兼顾与IS95在空中接口兼容。在空中接口兼容。58WCDMA的发展历程的发展历程60cdma2000发展历程发展历程62TD-SCDMA发展历程发展历程4G？64黑马黑马Wimaxn一种无线接入技术，一种无
27、线接入技术，802.16a/e65Wimax会代替会代替3G吗？吗？nWimax单链路的数据传输速度、频谱效率单链路的数据传输速度、频谱效率优于优于3G，主要应用于城域网宽带接入市场，主要应用于城域网宽带接入市场，也可用于也可用于3G系统基站到核心网络的数据传系统基站到核心网络的数据传输。输。n3G在移动台高速和大范围移动、基站广域在移动台高速和大范围移动、基站广域覆盖和高质量的语音及中低速数据业务的覆盖和高质量的语音及中低速数据业务的支持方面优于支持方面优于Wimax。nWimax的目标在于实现宽带接入的无线化，的目标在于实现宽带接入的无线化，3G的目标是实现无线移动通信的宽带化，的目标是实
28、现无线移动通信的宽带化，两者的初衷和设计目标不同。两者的初衷和设计目标不同。66Wimax的野心的野心n英特尔布局台湾英特尔布局台湾WiMAX拟入股大同电信拟入股大同电信n台湾大同电信集团董事长林蔚山台湾大同电信集团董事长林蔚山09年年6月月2日在日在WiMAX会场表示，大同电信将增资至会场表示，大同电信将增资至少少10亿元新台币办理增资业务，而英特尔亿元新台币办理增资业务，而英特尔(博客博客)将会入股大同电信，并进一步促成威将会入股大同电信，并进一步促成威迈思与大同电信的结盟合作。迈思与大同电信的结盟合作。673G向向4G演进演进68LTEnLTE(LongTermEvolution)，是，
29、是3G公认的公认的演进方向，演进方向，“准准4G”技术。技术。n改进并增强了改进并增强了3G的空中接入技术。的空中接入技术。n在在20MHz频谱带宽下能够提供下行频谱带宽下能够提供下行100Mbps与上行与上行50Mbps的峰值速率。的峰值速率。n改善了小区边缘用户的性能，提高小区容改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。量和降低系统延迟。n中国三大运营商均已经确定未来将采用中国三大运营商均已经确定未来将采用LTE技术升级网络。技术升级网络。69LTE与与Wimax谁打败谁？谁打败谁？nWiMax有没有前途有没有前途？n台湾力推的台湾力推的WiMAX，中国两大电信运营商，中国两大电信运营商却均表示不看好。却均表示不看好。n香港四家运营商将部署香港四家运营商将部署LTE,WiMAX正式死正式死亡亡70本章小结本章小结nCDMA的概念，地址码，逻辑信道与结构的概念，地址码，逻辑信道与结构n3G标准及其发展趋势标准及其发展趋势71思考题思考题n请简述请简述Wimax。它和。它和Wi-Fi，3G是什么关是什么关系系?nWCDMA、cdma2000、TD-SCDMA的技的技术特点分别是什么？术特点分别是什么？
