Click to edit Master title style,All Rights Reserved Alcatel-Lucent 2008,CDMA1X空口基本原理,阿爾卡特朗訊中國(guó),2008年7月,CDMA1X空口基本原理阿爾卡特朗訊中國(guó),CDMA的發(fā)展主要?dú)v程,CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)路線,CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)路線,IMT-2000,IMT-2000,是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的統(tǒng)稱,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)全球無(wú) 縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)進(jìn)行任何種類通信。,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最早由國(guó)際電信聯(lián)盟（,ITU,）,1985,年提出，考慮到該系統(tǒng)將于,2000,年左右進(jìn)入商用市場(chǎng)，并且其工作的頻段在,2000MHz,，故于,1996,年正式更名為,IMT-2000,（,International Mobile Telecommunication-2000,）。,IMT-2000,IMT-2000的目標(biāo),全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全球無(wú)縫覆蓋,高效的頻譜效率,更高的服務(wù)質(zhì)量、保密性和可靠性,易于從,2G,系統(tǒng)平滑演進(jìn)與過渡，并反向兼容,2G,系統(tǒng),提供多媒體業(yè)務(wù)，速率最高可達(dá),2Mb/s,車速環(huán)境：,144kb/s,步行環(huán)境：,384kb/s,室內(nèi)環(huán)境：,2Mb/s,IMT-2000的目標(biāo),IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)化組織,IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)化組織,三種主要體制比較,三種主要體制比較,CDMA基本原理,CDMA1X空口基本原理課件,CDMA系統(tǒng)主要特點(diǎn),前向鏈路采用64位WALSH碼區(qū)分信道，共有導(dǎo)頻、尋呼、同步、前向業(yè)務(wù)等4類信道，不同基站之間采用2（15次方）PN碼相位區(qū)分，共有512個(gè)相位（相鄰相位之間相差64個(gè)PN碼片），采用了卷積編碼（K=9，R=l2）、交織等信道編碼方式。,后向鏈路共有接入、反向業(yè)務(wù)2類信道，信道及用戶之間采用2（42次方）-1 PN碼相位區(qū)分，采用了卷積編碼（K=9、R=l3,R=l2）、交織等信道編碼方式，同時(shí)采用了64進(jìn)制調(diào)制方式。,此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系統(tǒng)是同步CDMA系統(tǒng)（信道、基站區(qū)分采用PN碼相位），因此，必須有一個(gè)時(shí)間參考源，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用GPS定時(shí)。,為了提高系統(tǒng)容量，一是在前向信道中加入了功率控制子信道，用于移動(dòng)臺(tái)的閉環(huán)功率控制；二是采用了可變速率聲碼器，實(shí)現(xiàn)話音激活；三是移動(dòng)臺(tái)采用非連續(xù)發(fā)送方式。,CDMA系統(tǒng)主要特點(diǎn),CDMA系統(tǒng)主要特點(diǎn),首次在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中提出軟切換、更軟切換概念，并在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了此概念。,前向信道采用相干解調(diào)方式，反向信道采用非相干解調(diào)方式。,實(shí)現(xiàn)了“軟容量”，即當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)載工作時(shí)，再增加少數(shù)用戶，系統(tǒng)性能會(huì)稍有下降。,實(shí)現(xiàn)了路徑分集（RAKE接收），由于CDMA系統(tǒng)傳輸帶寬較寬，信號(hào)傳輸帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)，就可以用1W的（時(shí)間）分辨率分辨出多徑分量，再進(jìn)行分集合并，從而改善接收性能。,可以與其他窄帶系統(tǒng)共存，因?yàn)閿U(kuò)頻之后，信號(hào)功率譜展寬，功率譜密度降低，對(duì)其他窄帶系統(tǒng)影響很小，IS-95A系統(tǒng)信號(hào)對(duì)窄帶信號(hào)而言近似白噪聲。,實(shí)現(xiàn)了高保密通信，鑒權(quán)、數(shù)字格式、寬帶信令可由受話人指定的密碼進(jìn)行保護(hù),CDMA系統(tǒng)主要特點(diǎn),CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-RAKE接收技術(shù),在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)與基站之間的環(huán)境復(fù)雜，到達(dá)接收信號(hào)不會(huì)是一條路徑來的信號(hào)，而是多徑合成信號(hào)。對(duì)于采用其他技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，只能采用復(fù)雜的抵抗技術(shù)，減少影響。而對(duì)采用CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，由于CDMA的相關(guān)特性，只要路徑之間的時(shí)延差大于一個(gè)PN碼片寬度，就可以利用多徑信號(hào)加強(qiáng)接收效果，此種技術(shù)稱為RAKE分集接收技術(shù)（俗稱路徑分集）。一般RAKE接收機(jī)由搜索器（Searcher）、解調(diào)器（Finger）、合并器（Combiner）3個(gè)模塊組成。搜索器完成路徑搜索，主要原理是利用碼的自相關(guān)及互相關(guān)特性。解調(diào)器完成信號(hào)的解擴(kuò)、解調(diào)，解調(diào)器的個(gè)數(shù)決定了解調(diào)的路徑數(shù)，通常CDMA基站系統(tǒng)一個(gè)RAKE接收機(jī)由4個(gè)Finger組成，移動(dòng)臺(tái)由3個(gè)Finger組成。合并器完成多個(gè)解調(diào)器輸出的信號(hào)的合并處理，通用的合并算法有選擇式相加合并、等增益合并、最大比合并3種。合并后的信號(hào)輸出到譯碼單元，進(jìn)行信道譯碼處理。,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-RAKE接收技術(shù),CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-軟切換,在CDMA數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)中，切換的標(biāo)準(zhǔn)主要為導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)度，導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度為接收到的導(dǎo)頻能量與全部接收到的能量的比值。導(dǎo)頻信號(hào)是每個(gè)基站連續(xù)發(fā)射的未經(jīng)調(diào)制的、直接序列擴(kuò)頻的信號(hào)，它主要用于使所有在基站覆蓋區(qū)中工作的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和切換?；纠靡恢芷跒?（15次方）=32 768的最大長(zhǎng)度偽隨機(jī)序列（PN）的時(shí)間偏置來標(biāo)識(shí)每個(gè)前向CDMA信道（由基站到移動(dòng)臺(tái)），此序列PN也稱為導(dǎo)頻序列。不同前向信道使用不同相位的m序列進(jìn)行調(diào)制，其相位至少相差64bit，因此導(dǎo)頻PN序列可使用的相位為512個(gè)。在CDMA系統(tǒng)中所有CDMA小區(qū)都采用同一個(gè)頻率，移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的基站導(dǎo)頻信號(hào)的不同偏置來區(qū)分各個(gè)基站。每個(gè)小區(qū)的導(dǎo)頻要與其同一CDMA信道中的正向業(yè)務(wù)信道相配合才有效，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到一個(gè)足夠強(qiáng)度的導(dǎo)頻而它未與任何一正向業(yè)務(wù)信道相配合時(shí)，就向基站發(fā)送一導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量報(bào)告，基站根據(jù)此報(bào)告決定是否切換。在CDMA的切換技術(shù)中一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以使用軟切換。所謂軟切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要跟一個(gè)新的基站通信時(shí)，并不先中斷與原先基站的聯(lián)系,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-軟切換,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-軟切換,由于CDMA系統(tǒng)中移動(dòng)臺(tái)獨(dú)特的RAKE接收機(jī)可以同時(shí)接收兩個(gè)或兩個(gè)以上基站發(fā)來的信號(hào)，從而保證了CDMA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟切換。軟切換引入大大地改善了切換的性能，消除了切換過程中通信的中斷、小區(qū)邊界處的“乒乓效應(yīng)”以及切換引入的噪聲。,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-軟切換由于CDMA系統(tǒng)中移動(dòng),CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-功率控制,功率控制分為反向功率控制及正向功率控制兩種，其中，反向功率控制尤其重要，因?yàn)?，反向是依靠?zhǔn)正交碼區(qū)分的，因此，用戶之間存在相互間干擾，只有保證到達(dá)基站各用戶間功率一致（防止遠(yuǎn)近效應(yīng)），才能保證用戶容量及質(zhì)量。進(jìn)行反向功率控制，指在移動(dòng)臺(tái)接收并測(cè)量基站發(fā)來的導(dǎo)頻信號(hào)，根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)弱估計(jì)正確的傳輸損耗，并根據(jù)這種估計(jì)來調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的反向發(fā)射功率。接收信號(hào)增強(qiáng)就降低其發(fā)射功率，接收信號(hào)減弱就增強(qiáng)其發(fā)射功率。,功率控制的原則是：當(dāng)信道的傳播條件突然改善時(shí)，功率控制應(yīng)作出快速反應(yīng)（例如幾微秒），以防止信號(hào)突然增強(qiáng)而對(duì)其他用戶產(chǎn)生附加干擾，相反，當(dāng)傳播條件突然變壞時(shí)，功率調(diào)整的速度可以相對(duì)慢一些。也就是說，寧愿單個(gè)用戶的信號(hào)質(zhì)量短時(shí)間惡化，也要防止許多用戶因?yàn)閱蝹€(gè)用戶的信號(hào)電平突然變大而增大背景干擾。,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-功率控制,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-功率控制,這種功率控制辦法簡(jiǎn)單、直接，不需要在移動(dòng)臺(tái)和基站之間交換信息，因而控制速度快并節(jié)省開銷。對(duì)于某些情況，例如車載移動(dòng)臺(tái)快速駛?cè)牖蝰偝龅匦纹鸱鼌^(qū)或高大建筑物遮蔽區(qū)而引的信號(hào)強(qiáng)度變化是十分有效的，但是對(duì)于信號(hào)因多徑傳播而引起的瑞利衰落變化則效果不好。因?yàn)榍跋騻鬏敽头聪騻鬏斒褂玫念l率不同，通常兩個(gè)頻率的間隔大大超過信息的相干帶寬，因而不能認(rèn)為移動(dòng)臺(tái)在前向信道上測(cè)得的衰落特性，就等于反向信道上的衰落特性。為了解決這個(gè)問題，可以由基站檢測(cè)來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度，并根據(jù)測(cè)得的結(jié)果，形成功率調(diào)整指令，通知移動(dòng)臺(tái)，使移動(dòng)臺(tái)根據(jù)此調(diào)整指令來調(diào)節(jié)其發(fā)射功率。實(shí)現(xiàn)這種辦法的條件是傳輸調(diào)整指令的速度要快，處理和執(zhí)行調(diào)整指令的速度也要快。一般情況下，這種調(diào)整指令每毫秒發(fā)送一次就可以了,CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)-功率控制,CDMA概念,CDMA以一個(gè)窄帶信號(hào)開始，采用擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展到1.2288MHz的寬帶信號(hào),接收時(shí)，從寬帶信號(hào)中恢復(fù)信號(hào),CDMA系統(tǒng)干擾主要來自相鄰小區(qū)和同小區(qū)其他用戶,CDMA概念,CDMA中應(yīng)用的分集技術(shù),時(shí)間分集,采用符號(hào)交織，檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼等方法。頻率分集將能量擴(kuò)展到寬帶中實(shí)現(xiàn)。IS-95將信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)1.25M上。,空間分集,在基站采用雙接收天線。在手機(jī)和基站采用RAKE接收，合并不同傳輸延時(shí)的信號(hào)軟切換的時(shí)候，移動(dòng)臺(tái)和多個(gè)基站同時(shí)聯(lián)系，從中選出最好的幀送給交換機(jī),CDMA中應(yīng)用的分集技術(shù)時(shí)間分集,Walsh碼概念,完全正交：互相關(guān)系數(shù)為0,相關(guān),相關(guān)是衡量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間相似性的一個(gè)手段。將兩個(gè)信號(hào)相乘再積分即得出相關(guān)值。兩個(gè)完全一樣的信號(hào)其相關(guān)值為1。兩個(gè)信號(hào)若互不相關(guān)，則它們互不干擾。,其用途：,前向信道中用于擴(kuò)頻和碼分信道反向信道中用于64階正交調(diào)制，每6個(gè)碼符號(hào)作為一個(gè)調(diào)制符號(hào)使用64階Wash函數(shù)中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)制。在正向線路中，Walsh碼用來區(qū)分用戶；在反向信道中，Walsh碼用來區(qū)分“碼元”。相關(guān)相關(guān)是衡量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間相似性的一個(gè)手段。將兩個(gè)信號(hào)相乘再積分即得出相關(guān)值。兩個(gè)完全一樣的信號(hào)其相關(guān)值為1。兩個(gè)信號(hào)若互不相關(guān)，則它們互不干擾。,Walsh碼概念,長(zhǎng)碼,長(zhǎng)碼為一周期為242-1的m-序列,自相關(guān)特性,PN碼的自相關(guān)函數(shù)是一個(gè)二值函數(shù)，只要移位超過一個(gè)chip，相關(guān)值都很小。,移位相加特性：,輸出序列Ck和Ck+t(Ck延時(shí)t)相加后的序列仍然是序列Ck的一個(gè)時(shí)移序列.PN碼的移位是通過掩膜碼來實(shí)現(xiàn)的。不同的掩膜對(duì)應(yīng)于不同的移位。在cdmaOne系統(tǒng)的業(yè)務(wù)碼信道中，用戶的電子序列號(hào)即用作掩膜碼。,長(zhǎng)碼的作用,反向用于提供信道化,前向用作擾碼加密,控制反向功率控制比特的插入,長(zhǎng)碼長(zhǎng)碼為一周期為242-1的m-序列,短碼,短碼為一周期215的M-序列,在m-序列中增加了一個(gè)全0狀態(tài),PNi,PNq,導(dǎo)頻偏置,IS-95系統(tǒng)中，從周期為215的M-序列中取出512個(gè)相位（步長(zhǎng)為64），此即基站的512種導(dǎo)頻偏置。,導(dǎo)頻偏置用于區(qū)別小區(qū),短碼,IS-95A技術(shù)特點(diǎn),碼片速率：1.2288 Mcps,調(diào)制,前向：QPSK；反向：OQPSK,信道編碼：卷積碼,功率控制,前向：消息方式的慢速功率控制,反向：開環(huán)功率控制；快速功率控制（800Hz）,切換：軟切換/更軟切換、硬切換,BTS工作在同步方式,IS-95A技術(shù)特點(diǎn)碼片速率：1.2288 Mcps,IS-95A信道類型,前向,導(dǎo)頻信道,同步信道,尋呼信道,業(yè)務(wù)信道（含功率控制子信道）,反向,接入信道,業(yè)務(wù)信道,IS-95A信道類型,前向CDMA信道,前向CDMA信道,導(dǎo)頻信道作用,全0信息，用Walsh 0擴(kuò)展。直接用PN短碼進(jìn)行調(diào)制,導(dǎo)頻信道作用,BTS連續(xù)發(fā)射,提供給手機(jī)相位參考，相干解調(diào)用,幫助手機(jī)捕獲系統(tǒng)，進(jìn)行信道估計(jì)、多徑搜索,切換時(shí)手機(jī)測(cè)量導(dǎo)頻信道，進(jìn)行導(dǎo)頻強(qiáng)度比較,導(dǎo)頻信道作用,同步信道作用,手機(jī)通過同步信道獲得與系統(tǒng)的長(zhǎng)碼同步：,導(dǎo)頻偏置PILOT_PN,系統(tǒng)時(shí)間SYS_TIME,長(zhǎng)碼狀態(tài)LC_STATE,尋呼信道速率P_RAT等,同步信道速率固定為1200bps,同步信道作用,尋呼信道作用,BTS在尋呼信道上廣播,系統(tǒng)參數(shù)消息,接入?yún)?shù)消息,鄰區(qū)列表,CDMA信道列表,BTS通過尋呼信道,尋呼手機(jī),指配業(yè)務(wù)信道,尋呼信道速率為9600bps或4800bps,尋呼信道幀長(zhǎng)為20ms,尋呼信道作用,CDMA中的信源編碼,可變速率,聲碼器,支持如下的信源編碼,EVRC,支持話音激活,典型的雙工通話中，通話的占空比小于35%,不通話的時(shí)候降低發(fā)射速率，有效提高系統(tǒng)容量。,CDMA中的信源編碼可變速率,CDMA鏈路特點(diǎn),反向鏈路特點(diǎn),由于移動(dòng)臺(tái)距離基站的遠(yuǎn)近不同，其路徑損耗不同，差別可達(dá)80dB，“遠(yuǎn)近效應(yīng)”,不同移動(dòng)臺(tái)信道條件不同,反向功率控制要求高，控制動(dòng)態(tài)范圍大，靈敏度高，以補(bǔ)償快速環(huán)境變化,前向鏈路特點(diǎn),信道相同,一個(gè)基站發(fā)射的所有信道經(jīng)過相同路徑到達(dá)移動(dòng)臺(tái)，信號(hào)會(huì)同時(shí)衰減,前向信道正交性好,移動(dòng)站利用導(dǎo)頻信號(hào)作相干解調(diào),CDMA鏈路特點(diǎn)反向鏈路特點(diǎn),CDMA中的功率控制,CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，限