CAD2000关键技术

1、西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院毕业设计（论文）题目： CDMA2000关键 系 别： 专业（班级）： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2010年6月 11摘 要CDMA是码分多址(Code-Division Multiple Access)技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容 量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。 CDMA最早由美国高通公司推出，与GSM相同

2、，CDMA也有2代、2.5代和3代技术。CDMA被认为是第3代移动通信技术的首选，目前的标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。 CDMA2000 是 TIA 标准组织用于指代第三代 CDMA 的名称。适用于 3G CDMA 的 TIA 规范称为 IS-2000，该技术本身被称为 CDMA2000。 CDMA2000 的第一阶段也称为 1x，其使拥有现有 IS-95 系统的通信公司能将其整体系统容量增加一倍，并可将数据速率增加到高达 614kbps。比 1x 更高的 CDMA2000 技术进展包括 1xEV (高速数据速率)。高效的信道编译码技术 在系统中，由于传输信道的容量远大

3、于单个用户的信息量，所以特别适于采用高冗余度的前向纠错编码技术。其上行链路和下行链路中均采用了比系统中码率更低的卷积编码，同时采用交织技术将突发错误分散成随机错误，两者配合使用，从而更加有效地对抗移动信道中的多径衰落。 关键词：CDMA；关键技术；移动通信目 录摘 要I目 录II引 言11 概述21.1 移动通信的发展21.2 CDMA技术标准的演进32 多径分集接收技术52.1 多径分集接收的概念52.2 分集接收技术的具体实现方法53 前向发射分集技术63.1 采用前向发射分集技术的原因63.2 前向发射分集技术具体实现方法63.3 我国移动电子商务迅速发展的原因64 功率控制技术74.1

4、  采用功率控制技术的原因74.2 功率控制技术的种类及其比较74.3 功率控制技术的意义75 同步技术85.1 采用同步技术的原因85.2 同步技术的具体方法与实现86 高效的信道编译码技术96.1 编译码技术实现的方法96.2 采用码的意义9结 论10致 谢11参考文献12引 言年以来，第三代移动通信逐渐成为移动通信领域的研究热点，宽带 技术因其独特的软容量、软切换、宏分集、同频覆盖、灵活的变速率传输和多径分集等技术特点 ，成为第三代移动无线网中的主流空中接口解决方案。在提交到 的各种关于地面移动通信无线传输技术的候选方案中，北美提出的和欧洲提出的 是第三代移动通信系统

5、采用的主要技术。本文主要介绍移动通信系统的关键技术。与其它通信信道相比，移动通信信道是最为复杂的一种。多径衰落和复杂恶劣的电波环境是移动通信信道的特征，这是由运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。在典型的城市环境中，一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无线电信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落深度可达 。这种衰落现象将严重降低接收信号的质量，影响通信的可靠性。为了有效地克服衰落带来的不利影响，必须采用各种抗衰落技术，包括：分集接收技术、均衡技术和纠错编码技术等。分集接收技术是指接收机能够同时接收到多个输入信号，这些输入信号荷载相同的信息而且遭受的衰落互不相关。接收机分别解调这些信号，

6、并且按照一定的规则进行合并，从而大大减小对信道衰落的影响。1 概述1.1 移动通信的发展移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。1897年，M.G马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的，距离为18海里。 现代移动通信技术的发展始于本世纪20年代，大致经历了五个发展阶段 第一阶段从本世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。 第二阶段从40年代中

7、期至60年代初期。在此期间内，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。当时使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工，随后，西德(1950年)、法国(1956年)、英国(1959年)等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过 渡，接续方式为人工，网的容量较小。 第三阶段从60年代中期至70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统(1MTS)，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量

8、，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同技术水平的B网。可以说，这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。 第四阶段从70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1983年，首次在芝加哥投入商用。同年12月，在华盛顿也开始启用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。到1985年3月已扩展到47个地区，约10万移动用户。其它工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于197

9、9年推出800MHz汽车电话系统(HAMTS)，在东京、大胶、神户等地投入商用。西德于1984年完成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统(TACS)，首先在伦敦投入使用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。法国开发出450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统MTS。瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT450移动通信网，并投入使用，频段为450MHz。 第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题。例如，频谱利用率低，移动设备复杂，费用较

10、贵，业务种类受限制以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处于开发阶段时，一些发达国家就着手数字蜂窝移动通信系统的研究。 1.2 CDMA技术标准的演进在第三代移动通信的无线接口国际提案中，最广泛受到注意的是W-CDMA和cdma2000。这两种宽带CDMA方案，除了码片速率、同步方式、导频方式等有所不同外，其它如功率、软切换等基本技术并无大的区别。本讲座介绍

11、的cdma2000-1X属cdma2000系列方案之一，鉴于有关CDMA的名词术语既多又乱，即使是业内人士，也往往分不清，先对系列名词缩语作一个简短清晰的描述，对读者是有帮助的。1、IS-95A和IS-95B - 第二代CDMA技术标准 IS-95A - 是1995年美国TIA正式颁布的窄带CDMA(N-CDMA)标准。 IS-95B - 是IS-95A的进一步发展，于1998年制定的标准。主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求，IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/s，实际只能实现64kbit/s。IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。2、cdma

12、one - 第二代CDMA技术标准cdma one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于cdma one技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。3、cdam2000和IS-2000 -第三代CDMA技术 cdma2000是美国向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案，这是一种宽带CDMA技术。cdma2000室内最高数据速率为2Mbit/s以上，步行环境时为384kbit/s，车载环境时为144kbit/s以上。 IS-2000则是采用cdma2000技术的正式标准总称。IS-2000系列标准有六部分，定义了移动台和基地

13、台系统之间的各种接口。4、cdma2000-1X/cdma2000-3X/cdma2000-1XEV cdma2000-1X原意是指cdma2000的第一阶段(速率高于IS-95，低于2Mbit/s)，可支持308kibit/s的数据传输、网络部份引入分组交换，可支持移动IP业务。 cdma2000-3X有人称为cdma2000第二阶段，实际上并不准确。它与cdma2000-1X的主要区别是前向CDMA信道采用3载波方式，而cdma2000-1X用单载波方式。因此它的优势在于能提供更高的速率数据，但占用频谱资源也较宽，在较长时间内运营商未必会考虑cdma2000-3X，而会考虑cdma2000

14、-1XEV。 cdma2000-1XEV是在cdma2000-1X基础上进一步提高速率的增强体制，采用高速率数据(HDR)技术，能在1.25MHz(同cdma2000-1X带宽)内提供2Mit/s以上的数据业务，是cdma2000-1X的边缘技术。3GPP已开始制定cdma2000-1XEV的技术标准，其中用高通公司技术的称为HDR，用摩托罗拉和诺基亚公司联合开发的技术称为1XTREME，中国的LAS-CDMA也属此列。与GSM不同，由GSM演进的GPRS为第二代半产品，CDMA并无第二代半产品。IS-95为第二代，IS-2000(包括cdma2000-1X、cdma2000-3X、cdma2

15、000-1XEV等)均属第三代产品。当然，各系列产品之间的业务性能、功能还是有明显的差别的。2 多径分集接收技术2.1 多径分集接收的概念由电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段)，常有许多时延不同的传输路径，称为多径现象。所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。分集有两重含义：1、分散传输：使接收端能获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号。2、集中处理：即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。2.2 分集接收技术的具体实

16、现方法在 系统中，所传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移动信道的相干带宽，因而可以采用具有良好自相关特性的扩频信号，在时间上分辨出较细微的多径分量。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。相应地把最佳接收机称为 接收机，它是系统中实现多径分集接收的核心部件。 RAKE接收机所作的就是： 通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。基带输入的数字化信号，通过相关器和本地码产生器完成对用户数据符号的解扩和积分。 信道估计器使用导频符号估计信道状态；相位旋转器根据其估计的信道状态将信道造成的相位影响从接收符

17、号中去除；延迟估计的作用是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布，识别具有较大能量的多径位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。 而延迟均衡器就是为了补偿每一个路径中的符号到达时间差。最后，RAKE合并器把经过信道补偿后的符号相加，由此提供了抵抗衰落的多径分集。 从实现的角度而言，RAKE接收机的处理包括码片级和符号级。相关器、本地码产生器和匹配滤波器属于码片级处理，一般用ASIC器件实现；信道估计，相位旋转和合并相加属于符号级的处理，用DSP实现。用户设备和基站间的RAKE接收机的实现方法和功能尽管有所不同，但其原理是完全一样的3 前向发射分集技术3.1 采用前

18、向发射分集技术的原因通信系统应该综合利用各种分集接收方法（包括时间分集、频率分集和空间分集等）来抵抗衰落对信号的影响，以保证高质量的通信性能。但是，实际情况并非总是如此。例如：在慢衰落信道中，时间分集技术在对时延敏感的应用场合下就不再适用；当时延扩展很小时，频率分集技术也将不再适用。目前，基站可以采用双天线或多天线实现空间分集接收，但这对于移动台是难以实现的。由于移动台的尺寸所限，多天线之间的电磁兼容和多路射频转换等问题将难以解决。基于以上原因，系统采用了前向发射分集技术，以改善在室内单径瑞利衰落环境和慢速移动环境下系统的性能。 3.2 前向发射分集技术具体实现方法在下行链路中，有两条信道专门

19、用于前向发射分集，即：发射分集导频信道和辅助发射分集导频信道。系统中具体采用的发射分集技术有两种：方式（ ，正交发射分集）和方式（ ，空时扩展分集）。在方式下，两根天线上发送的信号采用相互正交的 码加以隔离；在 方式下，两根天线上发送的信号采用不同的空时编码方案，以实现信号的隔离。 3.3 我国移动电子商务迅速发展的原因a.社会化大生产和市场经济以及全球经济一体化的发展，需要电子商务尤其是不受地点和时间、不受气候和环境限制的移动电子商务。b.中国经济持续稳定增长，人民收入水平提高，使安装移动电话有了一定的物质基础。c.国家的扶植政策，使移动电子商务迅速发展成为可能。d.复杂的自然地理环境和多发

20、的自然灾害使我国发展移动电子商务比发展有线的电子商务更有意义。我国地域辽阔，地质条件复杂，2/3为山地、丘陵和高原，在这样的地区，尤其在人员稀少的地方，架设有线线路和铺设光缆成本高、组网难，形成规模经营更难。而这些地区经济正在启动，资源有待开发，产品需要外销，因而移动电子商务比较适用。此外，蜂窝移动技术的不断进步以及手机功能和风格的不断多样化、有线电子商务面临的困难都是促进我国移动电子商务发展的原因。4 功率控制技术4.1  采用功率控制技术的原因在系统中，一方面，许多移动台公用相同的频段发射和接收信号，近地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，称为“远近效应”；另一方面，各用

21、户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容量才能相应地达到最大， 系统的主要优点才能得以实现。因此，功率控制是系统中最为重要的关键技术之一。 4.2 功率控制技术的种类及其比较系统中采用的功率控制技术可分为三种类型：开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。开环功率控制未考虑到上、下行链路电波功率的不对称性，因而其精

22、确性难以得到保证。 闭环功率控制可以较好地解决上述问题，通过对接收功率的测量值与信干比门限值的比较，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大小。 外环功率控制通过对接收误帧率的计算，调整闭环功率控制所需的信干比门限，通常需要采用变步长方法，以加快信干比门限的调整速度。4.3 功率控制技术的意义在系统中，上行链路采用开环、闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决“远近效应”问题，保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率；下行链路则采用闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好的通信质量，减小对其它

23、移动台的干扰。 5 同步技术5.1 采用同步技术的原因同步技术历来是数字通信系统中的关键技术。同步电路如果失效，将严重影响系统的误码性能，甚至导致整个系统瘫痪5.2 同步技术的具体方法与实现系统采用与 系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕获建立 码的同步和符号同步，通过对同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。 码的同步过程分为两个阶段： 码的捕获（粗同步）和码的跟踪（细同步）。码的捕获是使本地产生的 码与接收到的 码之间的定时误差小于一个码片间隔，可以采用基于滑动相关的串行捕获方案或者基于时延估计问题的并行捕获方案。 码的跟踪将进一步缩小定时误差，使之小于几分之一的码片间隔。典型的 码

24、跟踪环路有两类：一类是基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环，另一类是 抖动环。在通信开始之后，这一定时误差应该进一步被调整并使之趋近于零。另外，由于基站和移动台之间的相对运动以及时钟频率的不稳定，对 码定时的校正工作必须不断进行。6 高效的信道编译码技术6.1 编译码技术实现的方法在系统中，由于传输信道的容量远大于单个用户的信息量，所以特别适于采用高冗余度的前向纠错编码技术。其上行链路和下行链路中均采用了比 系统中码率更低的卷积编码，同时采用交织技术将突发错误分散成随机错误，两者配合使用，从而更加有效地对抗移动信道中的多径衰落。 为了适应高速数据业务的要求，在系统中还采用了 编码技术。 cdm

25、a2000信道编码 - Turbo码编码器组成:a.两个分量码编码器(递归系统卷积码)b.一个交织器c.输出符号复用与抽取Turbo码的特点:a. 对输入的信息序列进行两次编码，译码时可相互交换信息b.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c.Turbo码性能明显优于卷积码，可以达到逼近信道极限的效果目前 码用于系统的主要困难体现在以下几个方面：（）由于交织长度的限制，无法用于速率较低、时延要求较高的数据（包括语音）传输； （）基于软输出 的译码算法所需的计算量和存储量较大，而基于软输出 的译码算法所需的迭代次数往往难以保证； （） 码在衰落信道下的性

26、能还有待于进一步研究。 6.2 采用码的意义Turbo 码。它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。仿真结果表明，在AWGN 信道下，码率为1 2 的Turbo 码在达到误比特率(BER) 105时， 0 E N b 仅为约0.7dB (这种情况下达到信道容量的理想0 E N b 值为0db)，远远超过了其他的编码方式结 论CDMA2000是TIA标准组织用于指代第三代 CDMA 的名称。适用于 3G CDMA 的 TIA 规范称为 IS-2000，该技术本身被称为 CDMA2000。 CDMA2000 的第一阶段也称为 1x，其使拥有现有 IS-95 系统的通信公司能将其整体系统容量增加一倍，并可将数据速率增加到高达 614kbps。比 1x 更高的 CDMA2000 技术进展包括 1xEV (高速数据速率)。 由QCT推出的 MSM5000 芯片组 CDMA2000 解决方案向下兼容 cdmaOne (IS-95 CDMA)。 CDMA2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release 0、Release A、EV-DO和EV-DV，Release 0