CDMA1X空口基本原理課件

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1、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,2008年7月,CDMA1X空口基本原理阿爾卡特朗訊中國,CDMA的發(fā)展主要歷程,CDMA技術標準的演進路線,CDMA技術標準的演進路線,IMT-2000,IMT-2000,是第三代移動通信系統(tǒng)的統(tǒng)稱,第三代移動通信系統(tǒng)能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務，能實現(xiàn)全球無 縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類通信。,第三代移動通信系統(tǒng)最早由國際電信聯(lián)盟（

2、,ITU,）,1985,年提出，考慮到該系統(tǒng)將于,2000,年左右進入商用市場，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,全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標準，全球無縫覆蓋,高效的頻譜效率,更高的服務質(zhì)量、保密性和可靠性,易于從,2G,系統(tǒng)平滑演進與過渡，并反向兼容,2G,系統(tǒng),提供多媒體業(yè)務，速率最高可達,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,IM

3、T-2000標準化組織,IMT-2000標準化組織,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,前向鏈路采用64位WALSH碼區(qū)分信道，共有導頻、尋呼、同步、前向業(yè)務等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個相位（相鄰相位之間相差64個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，同時采用了64進制調(diào)制方式。,此標準規(guī)定的系統(tǒng)是

4、同步CDMA系統(tǒng)（信道、基站區(qū)分采用PN碼相位），因此，必須有一個時間參考源，標準規(guī)定采用GPS定時。,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，用于移動臺的閉環(huán)功率控制；二是采用了可變速率聲碼器，實現(xiàn)話音激活；三是移動臺采用非連續(xù)發(fā)送方式。,CDMA系統(tǒng)主要特點,CDMA系統(tǒng)主要特點,首次在蜂窩移動通信系統(tǒng)中提出軟切換、更軟切換概念，并在實際系統(tǒng)中實現(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。,實現(xiàn)了“軟容量”，即當系統(tǒng)滿負載工作時，再增加少數(shù)用戶，系統(tǒng)性能會稍有下降。,實現(xiàn)了路徑分集（RAKE接收），由于CDMA系統(tǒng)傳輸帶寬較寬，信號傳輸帶寬大于相關帶

5、寬時，就可以用1W的（時間）分辨率分辨出多徑分量，再進行分集合并，從而改善接收性能。,可以與其他窄帶系統(tǒng)共存，因為擴頻之后，信號功率譜展寬，功率譜密度降低，對其他窄帶系統(tǒng)影響很小，IS-95A系統(tǒng)信號對窄帶信號而言近似白噪聲。,實現(xiàn)了高保密通信，鑒權、數(shù)字格式、寬帶信令可由受話人指定的密碼進行保護,CDMA系統(tǒng)主要特點,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-RAKE接收技術,在移動通信中，移動臺與基站之間的環(huán)境復雜，到達接收信號不會是一條路徑來的信號，而是多徑合成信號。對于采用其他技術的移動通信系統(tǒng)，只能采用復雜的抵抗技術，減少影響。而對采用CDMA技術的移動通信系統(tǒng)，由于CDMA的相關特性，只要路徑之間

6、的時延差大于一個PN碼片寬度，就可以利用多徑信號加強接收效果，此種技術稱為RAKE分集接收技術（俗稱路徑分集）。一般RAKE接收機由搜索器（Searcher）、解調(diào)器（Finger）、合并器（Combiner）3個模塊組成。搜索器完成路徑搜索，主要原理是利用碼的自相關及互相關特性。解調(diào)器完成信號的解擴、解調(diào)，解調(diào)器的個數(shù)決定了解調(diào)的路徑數(shù)，通常CDMA基站系統(tǒng)一個RAKE接收機由4個Finger組成，移動臺由3個Finger組成。合并器完成多個解調(diào)器輸出的信號的合并處理，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。合并后的信號輸出到譯碼單元，進行信道譯碼處理。,CDMA系統(tǒng)主要

7、技術特點-RAKE接收技術,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-軟切換,在CDMA數(shù)字移動系統(tǒng)中，切換的標準主要為導頻信號的強度，導頻信號強度為接收到的導頻能量與全部接收到的能量的比值。導頻信號是每個基站連續(xù)發(fā)射的未經(jīng)調(diào)制的、直接序列擴頻的信號，它主要用于使所有在基站覆蓋區(qū)中工作的移動臺進行同步和切換?；纠靡恢芷跒?（15次方）=32 768的最大長度偽隨機序列（PN）的時間偏置來標識每個前向CDMA信道（由基站到移動臺），此序列PN也稱為導頻序列。不同前向信道使用不同相位的m序列進行調(diào)制，其相位至少相差64bit，因此導頻PN序列可使用的相位為512個。在CDMA系統(tǒng)中所有CDMA小區(qū)都采用同一個

8、頻率，移動臺根據(jù)接收到的基站導頻信號的不同偏置來區(qū)分各個基站。每個小區(qū)的導頻要與其同一CDMA信道中的正向業(yè)務信道相配合才有效，當移動臺檢測到一個足夠強度的導頻而它未與任何一正向業(yè)務信道相配合時，就向基站發(fā)送一導頻強度測量報告，基站根據(jù)此報告決定是否切換。在CDMA的切換技術中一個顯著的優(yōu)點是可以使用軟切換。所謂軟切換是指當移動臺需要跟一個新的基站通信時，并不先中斷與原先基站的聯(lián)系,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-軟切換,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-軟切換,由于CDMA系統(tǒng)中移動臺獨特的RAKE接收機可以同時接收兩個或兩個以上基站發(fā)來的信號，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

9、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”以及切換引入的噪聲。,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-軟切換由于CDMA系統(tǒng)中移動,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-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，因為，反向是依靠準正交碼區(qū)分的，因此，用戶之間存在相互間干擾，只有保證到達基站各用戶間功率一致（防止遠近效應），才能保證用戶容量及質(zhì)量。進行反向功率控制，指在移動臺接收并測量基站發(fā)來的導頻信號，根據(jù)導頻信號強弱估計正確的傳輸損耗，并根據(jù)這種估計來調(diào)節(jié)移動臺的反向發(fā)射功率。接收信號增強就降低其發(fā)射功率，接收信號減弱就增強其發(fā)射功率。,功率控制的原則是

10、：當信道的傳播條件突然改善時，功率控制應作出快速反應（例如幾微秒），以防止信號突然增強而對其他用戶產(chǎn)生附加干擾，相反，當傳播條件突然變壞時，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些。也就是說，寧愿單個用戶的信號質(zhì)量短時間惡化，也要防止許多用戶因為單個用戶的信號電平突然變大而增大背景干擾。,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-功率控制,CDMA系統(tǒng)主要技術特點-功率控制,這種功率控制辦法簡單、直接，不需要在移動臺和基站之間交換信息，因而控制速度快并節(jié)省開銷。對于某些情況，例如車載移動臺快速駛入或駛出地形起伏區(qū)或高大建筑物遮蔽區(qū)而引的信號強度變化是十分有效的，但是對于信號因多徑傳播而引起的瑞利衰落變化則效果不好。因為前

11、向傳輸和反向傳輸使用的頻率不同，通常兩個頻率的間隔大大超過信息的相干帶寬，因而不能認為移動臺在前向信道上測得的衰落特性，就等于反向信道上的衰落特性。為了解決這個問題，可以由基站檢測來自移動臺的信號強度，并根據(jù)測得的結果，形成功率調(diào)整指令，通知移動臺，使移動臺根據(jù)此調(diào)整指令來調(diào)節(jié)其發(fā)射功率。實現(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)主要技術特點-功率控制,CDMA概念,CDMA以一個窄帶信號開始，采用擴頻技術擴展到1.2288MHz的寬帶信號,接收時，從寬帶信號中恢復信號,CDMA系統(tǒng)干擾主要來自相鄰小

12、區(qū)和同小區(qū)其他用戶,CDMA概念,CDMA中應用的分集技術,時間分集,采用符號交織，檢錯糾錯編碼等方法。頻率分集將能量擴展到寬帶中實現(xiàn)。IS-95將信號擴展到整個1.25M上。,空間分集,在基站采用雙接收天線。在手機和基站采用RAKE接收，合并不同傳輸延時的信號軟切換的時候，移動臺和多個基站同時聯(lián)系，從中選出最好的幀送給交換機,CDMA中應用的分集技術時間分集,Walsh碼概念,完全正交：互相關系數(shù)為0,相關,相關是衡量兩個信號之間相似性的一個手段。將兩個信號相乘再積分即得出相關值。兩個完全一樣的信號其相關值為1。兩個信號若互不相關，則它們互不干擾。,其用途：,前向信道中用于擴頻和碼分信道反向

13、信道中用于64階正交調(diào)制，每6個碼符號作為一個調(diào)制符號使用64階Wash函數(shù)中的一個進行調(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”。相關相關是衡量兩個信號之間相似性的一個手段。將兩個信號相乘再積分即得出相關值。兩個完全一樣的信號其相關值為1。兩個信號若互不相關，則它們互不干擾。,Walsh碼概念,長碼,長碼為一周期為242-1的m-序列,自相關特性,PN碼的自相關函數(shù)是一個二值函數(shù)，只要移位超過一個chip，相關值都很小。,移位相加特性：,輸出序列Ck和Ck+t(Ck延時t)相加后的序列仍然是序列Ck的一個時移序列.PN碼的移位是通過掩膜碼來實現(xiàn)的

14、。不同的掩膜對應于不同的移位。在cdmaOne系統(tǒng)的業(yè)務碼信道中，用戶的電子序列號即用作掩膜碼。,長碼的作用,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,長碼長碼為一周期為242-1的m-序列,短碼,短碼為一周期215的M-序列,在m-序列中增加了一個全0狀態(tài),PNi,PNq,導頻偏置,IS-95系統(tǒng)中，從周期為215的M-序列中取出512個相位（步長為64），此即基站的512種導頻偏置。,導頻偏置用于區(qū)別小區(qū),短碼,IS-95A技術特點,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

15、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技術特點碼片速率：1.2288 Mcps,IS-95A信道類型,前向,導頻信道,同步信道,尋呼信道,業(yè)務信道（含功率控制子信道）,反向,接入信道,業(yè)務信道,IS-95A信道類型,前向CDMA信道,前向CDMA信道,導頻信道作用,全0信息，用Walsh 0擴展。直接用PN短碼進行調(diào)制,導頻信道作用,BTS連續(xù)發(fā)射,提供給手機相位參考，相干解調(diào)用,幫助手機捕獲系統(tǒng)，進行信道估計、多徑搜索,切換時手機測量導頻信道，進行導頻強度比較,導頻信道作用,同步信道作用,手機通過同步信道獲得與系統(tǒng)的長

16、碼同步：,導頻偏置PILOT_PN,系統(tǒng)時間SYS_TIME,長碼狀態(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,指配業(yè)務信道,尋呼信道速率為9600bps或4800bps,尋呼信道幀長為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,反向鏈路特點,由于移動臺距離基站的遠近不同，其路徑損耗不同，差別可達80dB，“遠近效應”,不同移動臺信道條件不同,反向功率控制要求高，控制動態(tài)范圍大，靈敏度高，以補償快速環(huán)境變化,前向鏈路特點,信道相同,一個基站發(fā)射的所有信道經(jīng)過相同路徑到達移動臺，信號會同時衰減,前向信道正交性好,移動站利用導頻信號作相干解調(diào),CDMA鏈路特點反向鏈路特點,CDMA中的功率控制,CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，限