第三代移动通信讲义(专业硕士)20140508

1、2第三代移动通信第三代移动通信p第三代移动通信概述第三代移动通信概述p移动通信技术基础移动通信技术基础pcdma2000cdma2000技术技术pWCDMAWCDMA技术技术pTD-SCDMATD-SCDMA技术技术pLTE/4GLTE/4G技术简介技术简介3移动通信的发展移动通信的发展AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模拟第二代 90年代数字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA4p模拟蜂窝移动通信系统模拟蜂窝移动通信系统 1978年：

2、美国贝尔实验室开发成功AMPS系统 1987年：中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用 国际主要标准： 美国AMPS、 欧洲TACS、NMT450/900、日本NTT/JTACS等。 主要技术特点 频分多址接入方式，以频段区分用户； 调制方式：FM 业务种类单一：话音业务 保密性较差 设备成本高、体积、重量大第一代移动通信系统第一代移动通信系统5p数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统-GSM-GSM 1982年，第一个数字蜂窝移动通信系统-GSM在欧洲投入商用，目前是全球最大的蜂窝移动通信系统 1994年，中国第一个全数字移动电话GSM系统建成开通p主要技术特点：主要技术特点： 频分

3、多址结合时分多址接入方式，以频段和时隙区分用户 数字调制方式：GMSK、QPSK等 宏蜂窝/微蜂窝小区架构 业务种类逐渐丰富：话音业务、数据业务 通信安全保密性高 频谱效率高，系统容量大第二代移动通信系统第二代移动通信系统6p数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统-CDMA-CDMA 1995年，美国高通公司（Qualcomm）提出的码分多址技术的数字蜂窝移动通信系统cdma IS-95在中国香港投入运营 2002年，中国联通CDMA移动通信网正式开通 使用地区：北美、韩国、中国等地区p主要技术特点主要技术特点 码分多址接入方式 软容量、软切换 话音激活、功率控制等技术 通信安全保密性高 频

4、谱效率高、系统容量大、终端功耗低第二代移动通信系统第二代移动通信系统7第三代移动通信系统第三代移动通信系统q3G3G基本概念基本概念第三代移动通信系统是一种采用宽带码分多址（CDMA），能提供多种类型、高质量的移动宽带多媒体业务；第三代移动通信系统能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与因特网相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。q3G3G主流标准主流标准WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMax8q3G3G主要特点主要特点宽带CDMA技术支持移动多媒体业务高频谱效率FDMA/TDMA/CDMA从电路交换到分组交换从媒体（media）到多媒体（Mult

5、i-media）高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构第三代移动通信系统第三代移动通信系统9q全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游.q满足各种运动状态（静止、步行和车载）下的多媒体满足各种运动状态（静止、步行和车载）下的多媒体业务需求业务需求q更高的频谱利用率更高的频谱利用率q提供提供QoSQoS保障的业务保障的业务q降低终端功耗、成本降低终端功耗、成本q保密性能进一步提高保密性能进一步提高q保证一定后向兼容保证一定后向兼容3G目标与基本要求目标与基本要求10时延误码率后台类会话类流媒体交互类q根据根据QoSQoS的不同，的不同，3G3G可以支持

6、不同种类的业务，也可可以支持不同种类的业务，也可以支持不同种类业务的组合以支持不同种类业务的组合3G业务类型业务类型语音业务和视频电话业务，要求实时性强，端到端时延小视频流和音频流等单向且无交互业务，要求实时性，时延抖动小WEB浏览、网络游戏，下载和即使通信类业务，要求低丢包率。后台Email接收、SMS、多媒体彩信和FTP等背景类业务，对丢包率要求高。11p支持多媒体数据业务支持多媒体数据业务 室内环境至少室内环境至少2Mbps2Mbps 室内外步行环境至少室内外步行环境至少384kbps384kbps 室外车辆运动中至少室外车辆运动中至少144kbps144kbps 卫星移动环境至少卫星移

7、动环境至少9.6kbps9.6kbpsp支持可变速率语音支持可变速率语音 AMR: 4.7Kb/s - 12.2Kb/sAMR: 4.7Kb/s - 12.2Kb/sp传输速率能够按需分配传输速率能够按需分配p满足不同业务的延时要求满足不同业务的延时要求p适应上下行链路不对称需求适应上下行链路不对称需求3G 对无线传输技术提出的要求对无线传输技术提出的要求123G标准化历程标准化历程q19851985年，年，ITUITU提出提出FPLMTS-Future Public Land Mobile FPLMTS-Future Public Land Mobile Telecommunication

8、SystemTelecommunication System（第三代移动通信系统）（第三代移动通信系统）q世界无线电大会世界无线电大会WRC92WRC92在在2GHz2GHz频段分配了频段分配了230MHz230MHz频段频段1885 MHz 2025 MHz1885 MHz 2025 MHz2110 MHz 2200 MHz2110 MHz 2200 MHzq19961996年，年，FPLMTSFPLMTS正式更名为正式更名为IMT-2000(3G)IMT-2000(3G)工作在工作在2000MHz2000MHz左右频段左右频段最高数据速率最高数据速率2000 Kbps2000 Kbps预期

9、预期20002000年左右商用年左右商用q19981998年年6 6月月3030日前，日前，ITUITU收到收到IMT-2000IMT-2000的的1010种种RTTRTT提案提案q19991999年年1111月月5 5日，日，ITUITU在赫尔辛基会议通过在赫尔辛基会议通过5 5种种RTTRTT技术。技术。13IS-136DECTIMT-DS CDMA DSCDMA 2000TD-SCDMAIMT-TD CDMA TDDIMT-MC CDMA MCWCDMAUMTS FDDUMTS TDDIMT-SC TDMA SCIMT-FT FDMA/TDMAIMT 2000 无线接口标准无线接口标准W

10、imaxIEEE802.16x14三种主要技术体制比较三种主要技术体制比较制式制式WCDMAcdma2000TD-SCDMA采用国家欧洲，日本美国，韩国中国继承基础GSM窄带CDMAGSM同步方式异步同步同步码片速率3.84 McpsN1.2288 Mcps1.2288 Mcps信号带宽5 MHzN1.25 MHz1.6 MHz空中接口WCDMACdma200兼容IS-95TD-SCDMA核心网GSM MAPANSI-41GSM MAP15第四代移动通信系统第四代移动通信系统qLTELTE与与4G4G概念概念LTE(Long Term Evolution,LTE(Long Term Evolu

11、tion,长期演进长期演进) 3G) 3G的演进的演进; ;20042004年年1111月月3GPP3GPP多伦多会议启动多伦多会议启动LTELTE项目。项目。LTELTE是是3G3G与与4G4G技术之间的一个过渡，是技术之间的一个过渡，是3.9G3.9G的全球标准的全球标准, ,它改进并增它改进并增强了强了3G3G的空中接入技术的空中接入技术; ;采用采用OFDMOFDM和和MIMOMIMO作为其无线网络演进的唯一标准作为其无线网络演进的唯一标准; ;4G4G：IMT-AdvanceIMT-Advance或或LTE-ALTE-A1616增强小区覆盖峰值速率DL: 100MbpsUL: 50M

12、bps减少时延CP: 100msUP: 5ms更低的OPEX和CAPEX支持不同带宽增强频率效率LTE特征LTE特征特征17p在在20MHz20MHz频谱带宽频谱带宽: :下行下行100Mbps100Mbps、上行、上行50Mbps50Mbps峰值速率；峰值速率；p改善小区边缘用户的性能；改善小区边缘用户的性能；p提高小区容量；提高小区容量；p降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms5ms，控，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms50ms，从驻，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于留状态到激活状态

13、的迁移时间小于100ms100ms；p支持支持100Km100Km半径的小区覆盖；半径的小区覆盖；p能够为能够为350Km/h350Km/h高速移动用户提供高速移动用户提供100kbps100kbps的接入服务；的接入服务；p支持成对或非成对频谱，灵活配置支持成对或非成对频谱，灵活配置1.4-20MHz1.4-20MHz多种带宽。多种带宽。 LTE主要性能目标主要性能目标18LTE关键技术关键技术p频谱灵活频谱灵活 支持更多的频段（支持更多的频段（ 1.1.4 4 MHz, MHz, 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10

14、 MHz, 15 MHz and 20 MHz MHz, 15 MHz and 20 MHz ） 灵活的带宽灵活的带宽 灵活的双工方式（灵活的双工方式（TDD/FDDTDD/FDD）p先进的天线解决方案先进的天线解决方案 分集技术分集技术 MIMOMIMO技术技术 BeamformingBeamforming技术技术p新的无线接入技术新的无线接入技术 OFDMAOFDMA SC-FDMASC-FDMA19ITU 日本日本 韩国韩国 中国中国 美国美国 欧洲欧洲 美国美国移动通信标准化组织移动通信标准化组织20移动通信标准化组织移动通信标准化组织p标准化组织标准化组织 3GPP3GPP和和3GP

15、P23GPP2两个标准化组织推动制定和实施移动通信国际标准两个标准化组织推动制定和实施移动通信国际标准p3GPP (3th Generation Partner Project)3GPP (3th Generation Partner Project) 成立于成立于19981998年年1212月，总部在欧洲月，总部在欧洲 研究制定基于研究制定基于UMTSUMTS的移动通信标准的移动通信标准 成员单位包括：欧洲成员单位包括：欧洲ETSIETSI、日本、日本ARIBARIB和和TTC TTC 、韩国、韩国TTATTA、美国的、美国的T1P1T1P1及中国的及中国的CCSACCSA等等p3GPP23

16、GPP2 成立于成立于19991999年年1 1月，总部在美国月，总部在美国 研究制定基于研究制定基于ANSI-41ANSI-41的的3G/4G3G/4G标准；标准； 成员单位包括：欧洲成员单位包括：欧洲ETSIETSI、日本、日本ARIBARIB和和TTCTTC、韩国、韩国TTATTA、美国的、美国的TIATIA及中国的及中国的CCSACCSA（中国通信标准化协会）等。（中国通信标准化协会）等。21中国的中国的3G/4G频段频段q20022002年中国无线电委员会根据年中国无线电委员会根据ITUITU的建议，结合本国国情，颁布了用的建议，结合本国国情，颁布了用于于3G3G及未来及未来4G4G

17、频段：频段：60 MHz30 MHz FDDTDD100 MHz15MHz 40 MHz 155MHz178518501755188019201980201020252110217022002400 Satellite Empty Satellite 2300q中国移动：中国移动：1880-1900MHz1880-1900MHz和和2010-2025MHz2010-2025MHz（TD-SCDMATD-SCDMA）；）；q中国电信：中国电信：1920-1935MHz1920-1935MHz（上行）和（上行）和2110-2125MHz2110-2125MHz（下行）；（下行）；q中国联通：中国联

18、通：1940-1955MHz 1940-1955MHz （上行）和（上行）和2130-2145MHz 2130-2145MHz （下行）；（下行）；q中国移动获中国移动获130M TD-LTE130M TD-LTE频谱，含频谱，含1900MHz 1900MHz （F F频段）、频段）、 2300MHz 2300MHz （E E频段）频段） 及及D D频段（频段（25002500 2690MHz2690MHz）的）的60M60M频谱。频谱。q中国电信和中国联通各获得中国电信和中国联通各获得40M TD-LTE40M TD-LTE频谱，其中用于室内覆盖的频谱，其中用于室内覆盖的E E频频段各段各2

19、0M20M，D D频段各频段各20M20M。 22运营商移动频谱分配运营商移动频谱分配23移动宽带化，宽带移动化移动宽带化，宽带移动化IMT-Advanced(4G):高速移动环境，支持100Mbps; 低速移动环境，支持约1Gbps趋势：趋势：移动化、宽带化、移动化、宽带化、 IPIP化化24我们的移动通信需要有我们的移动通信需要有F 更高的频谱效率更高的频谱效率F 更高的业务质量更高的业务质量F 多种多样的业务多种多样的业务F 支持移动多媒体支持移动多媒体需求需求移动通信发展的源动力移动通信发展的源动力25第三代移动通信第三代移动通信p第三代移动通信概述第三代移动通信概述p移动通信技术基础

20、移动通信技术基础pcdma2000cdma2000技术技术pWCDMAWCDMA技术技术pTD-SCDMATD-SCDMA技术技术pLTE/4GLTE/4G技术简介技术简介26移动通信技术基础移动通信技术基础p移动通信业务处理流程移动通信业务处理流程p语音编码语音编码p信道编码信道编码p调制技术调制技术p双工技术双工技术p多址技术多址技术pCDMACDMA通信原理通信原理27语音语音编码编码信道信道编码编码功率功率放大放大射频射频发射发射调制调制接收接收放大放大业务的处理流程业务的处理流程解调解调语音语音解码解码信道信道解码解码射频射频接收接收语音数据语音数据28语音编码语音编码p概念 语音编

21、码是将模拟话音信号转换为适于数字系统中传输的数字信号的过程，是移动通信数字化的基础 。p语音编码的意义 提高通话质量（数字化+信道编码纠错）； 提高频谱利用率和系统容量（低码率，语音激活技术） ；p移动通信对语音编码的要求 编码速率低，语音质量好； 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能； 编译码延时小，总延时在 65ms 以内； 编译码器复杂度低，便于大规模集成化； 功耗小，便于应用于手持机。29语音编码类型语音编码类型p波形编码器 根据话音信号的波形，采取抽样、量化、编码。其逼真程度好、速率高、但占用带宽大，不适于直接用于移动通信。 例子：PCM64kb/s, ADPCM32kb/sp声源编码器

22、 在发端提取产生话音信号的特征参数，在收端由编码参数重新获得话音。 比特速率可以压缩的很低，但语音质量较差；p混合编码 综合波形编码和声源编码方式形成的编码器。 适于编码速率中等的场合（适于移动通信） GSM ：RPE-LTP CDMA：CELP/EVRC30CDMA语音编码语音编码 pQCELP Qualcomm公司的码激励线性预测编码（Qualcomm Code Excited Linear Predictive Coding，QCELP）8-kbps 声码器, 简称Qcelp8k。 Qcelp8k 语音编码采用可变速率的编码算法，可用速率有全速率、半速率、1/4速率和 1/8 速率，分别

23、对应 9600bps、4800 bps、2400bps 和 1200bps 的帧速率。 Qcelp8k 性能较为优异，成为 IS-95 CDMA 系统的语音服务标准选项 1，也是 CDMA2000 的语音编解码器标准之一。pEVRC 1996 年 9 月正式推出的 EVRC（Enhanced Variable Rate Codec）声码器（IS-127），具有良好的抗干扰能力,以 8kbps 的比特速率获得了接近于 Qcelp13k 的语音质量，从而成为CDMA IS-95 的可选服务标准 3（Service Option 3），进而也和 Qcelp8k 同时成为 CDMA2000 的语音服务

24、标准。31信道编码信道编码p定义定义 对一个具有确定长度的数字信号序列对一个具有确定长度的数字信号序列m m，人为地按一，人为地按一定规则加进非定规则加进非信息数字序列，以构成一个码字，然后经调制器变换为适合信道传输的信息数字序列，以构成一个码字，然后经调制器变换为适合信道传输的信号的过程。信号的过程。p功能功能 显著改善数字信息在数字移动变参信道传输过程中由于各种噪显著改善数字信息在数字移动变参信道传输过程中由于各种噪声和干扰而造成的误码，提高系统的可靠性。声和干扰而造成的误码，提高系统的可靠性。32信道编码信道编码p数字传输差错概念 随机错误：每个码元错误概率与前后码元无关，是独立错误；

25、突发错误：一个码元错误往往影响前后码元的错误概率。p差错控制方式 前向纠错（FEC） 发端发送具有纠错性能的码，如果在传输过程中产生的错误属于该纠错码能纠的类型，则收端译码器不仅能检错，而且能自动纠错。在移动通信系统中，几乎都采用FEC方法，实现方法：线性分组码：BCH、FIRE、RS非线性码：卷积码（纠随机错误） 反馈重传（ARQ） 混合纠错33信道编码信道编码p信道编码的基本原理 根据一定的规律，在待发送的信息码元中加入一些冗余的码元，以换取信息码元在传输中的可靠性突发错误： 冗余码元：监督（校验）码元 信道编码的目的：以加入最少的冗余码元为代价，换取提高最大的可靠性； 按照加入冗余码元的

26、规律，信道编码可以分为线性和非线性两大类，分别称为线性码和非线性码； 按照监督位完成的功能可划分为仅具发现差错功能的检错码和具有纠正差错功能的纠错码两类。34信道编码类型信道编码类型p线性分组码 按照代数规律构造，故又称为代数编码。一般可记为（n, k）码，其中 k 为信息码长度，n 为码组长度，而监督位长度为 n-k。编码时按每 k个信息码元一组进行。p卷积码 一种非线性的有记忆编码，是以编码规则遵从卷积运算而得名； 卷积码可记为（n, k, m）码，其中 k 表示输入信息的路数，n 表示码元输出的路数， m 表示编码器中寄存器得节数。输出码元 n 不仅与输入信息位 k有关，而且与编码器中记

27、忆的 m 位有关，通常称 K = m+1 为约束长度（记忆长度）。p数字移动通信信道编码 GSM 和 IS-95：卷积码 3G：话音采用卷积码，数据既可采用卷积码也可采用 TURBO 码。35调制调制技术技术p调制的概念 数字调制与检测，就是基本的信息符号与适合信道传输的波形之间的转换。目的是为了使待传输信号的特性与传输信道特性匹配。p移动通信对调制的要求 可靠性：即抗干扰性能，要求选择误码率低的调制方式 有效性：要求选择功率谱密度集中在主瓣内、且频谱效率高的调制方式； 易于工程实现：要求实现简单可靠、体积小、成本低。36调制的基本性能调制的基本性能p抗干扰特性 调制最主要的特性，一般用误码率

28、 Pe 来衡量；p频谱效率（系统有效性） 调制的另一个主要特性，采用单位频带在单位时间内传输的信息量 （bps/Hz）来衡量；p功率效率（系统可靠性） 可用已调信号的平均功率、及其与峰值功率的比值（峰均比）来衡量，直接影响高功率放大器的线性度要求和动态范围要求等工程实现性能。37BPSK 和和 QPSK 调制调制p二相相移（BPSK）p四相相移（QPSK）串并变换串并变换 cos( ct)sin( ct)+-anS(t)TbI支路支路Q支路支路cos( ct)S(t)an38BPSK 和和 QPSK 调制调制pQPSK 信号可以看成是两个BPSK 信号之和，具有 BPSK 信号的频谱特征和误码

29、率。pBPSK和QPSK 信号的星座图QPSK+1BPSK-1QI+1+1-10-139IQPNi1.2288McpsPNq1.2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)A9595前向前向IS-95 调制方式：调制方式：QPSK40p95反向采用OQPSK调制pOQPSK阻止信号过零，大大减小调制信号动态范围，降低输出功率峰均比p降低对移动台功放的线性要求IQPNi1.2288McpsPNq1.2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)A1/2chip9595反向反向IS-95 调制方式：调制方

30、式：OQPSK41移动通信的双工技术移动通信的双工技术f收信收信f发信发信f收发信收发信T收信收信T发信发信tttFDDTDD42p什么是多址技术？许多移动用户共用一个宽带信道。即其中任意两用户通过在射频信道上的复用即共用一个载频，从而建立各自的信道，实现相互通信，不影响其他用户的通信方式。为了实现多址通信所采用的技术措施叫多址技术。p 多址技术实现的条件多址技术是建立在信号可以分割的理论上的，它包括在发射端信号的复合，接收端信号的有效分离有效分离。保证接收端信号的有效分离的条件是：确保已混合的信号内的各个已调信号必须相互线性无关相互线性无关，且相互正交相互正交线性无关：指各个已调信号在信道中

31、互相叠加时不会发生相互抵 消而使接收端所需信号为零。相互正交：表示信号仅与本信号点积时有输出，而与其他信号点 积时输出为零。多址技术多址技术43p技术要点：每个用户占用一个频率技术要点：每个用户占用一个频率p用户识别：频道号用户识别：频道号p主要技术特点：主要技术特点： 频分多址接入方式，以频段区分用户 简单，容易实现，适用于模拟和数字信号 以频率复用为基础，以频带划分各种小区 需要严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统 以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路 对功率控制的要求不严，硬件设备取决于频率规划和频道设置 基站由多部不同载波频率的发射机同时工作 不适宜大容量系统使用p典

32、型应用：模拟典型应用：模拟/ /数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统频分多址（频分多址（FDMA）技术）技术44p技术要点：每个用户占用一个时隙技术要点：每个用户占用一个时隙p用户识别：时隙用户识别：时隙p主要技术特点：主要技术特点： 系统要求严格的系统定时同步 以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户 每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置 对功率控制的要求不严 是时隙受限和干扰受限系统 TDD模式下，上下行信道可以共享p典型应用：典型应用：GSMGSM系统系统时分多址（时分多址（TDMA）技术）技术45pCDMACDMA属于二维（时、频域）划分属于二维（时、频域）划分p用户识别：码

33、字用户识别：码字p技术要点：每个用户使用一个码字，时间技术要点：每个用户使用一个码字，时间/ /频率共享频率共享p主要技术特点：主要技术特点： 每个基站只需一个射频系统 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 是一个多址干扰受限系统 需要严格的功率控制 需要定时同步 软容量、软切换，系统容量大 抗衰落、抗多径能力强p典型应用：典型应用： IS-95 CDMAIS-95 CDMA系统、系统、TD-SCDMATD-SCDMA系统、系统、WCDMAWCDMA系统、系统、 cdma2000cdma2000系统系统码分多址（码分多址（CDMA）技术）技术46qCDMA (Code Divisio

34、n Multiple AccessCDMA (Code Division Multiple Access，码分多址，码分多址) ) 利用不同的编码序列识别不同用户，即使用不同的信号波形利用不同的编码序列识别不同用户，即使用不同的信号波形区分不同的用户。区分不同的用户。q扩频通信扩频通信 发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽息必须的带宽 收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传信息数据。传信息数据。CDMA通信原理通信原理发端发端接收端接收端扩频序列扩

35、频序列扩频序列扩频序列输入数据输入数据( (基带基带) )恢复出的数据恢复出的数据( (基带基带) )扩频后的数据流扩频后的数据流 ( (基带信号基带信号 + + 扩频序列扩频序列) )47Shanon公式 C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W结论结论l 在信道容量在信道容量C C不变的情况下，信号频带宽度不变的情况下，信号频带宽度B B与信噪比与信噪比S/NS/N完全完全可以互相交换可以互相交换l可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获

36、得比较满意的传输质量较满意的传输质量扩频通信理论基础扩频通信理论基础48扩频通信系统快速扩频序列快速扩频序列发送的慢速信息发送的慢速信息TX接收的慢速信息接收的慢速信息RX快速扩频序列快速扩频序列宽带信号宽带信号CDMA直接序列扩频直接序列扩频49User 1 Code 1CompositeTimeFrequency+=Direct Sequence CDMA单元二 CDMA基本原理扩频、解扩中频域时域的变化扩频、解扩中频域时域的变化50扩频抗干扰原理扩频抗干扰原理p扩频解调器利用本地地址码的相关性作解扩处理，有用信号频谱被恢复为窄带谱; 窄带干扰信号则在解扩过程中被扩展成为宽带谱。解调后有用

37、信号为窄带谱，无用信号和干扰为宽带谱，可以借助于解调后滤波器去除带外的无用信号，带内的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干扰和无用信号的目的。扩频调制扩频调制信道信道扩频解调扩频解调d (t)d (t)c (t)c (t)-Rb (t)-Rb (t)Rb (t)Rb (t)-Rc (t)Rc (t)干扰干扰-Rc (t)Rc (t)AABBCCDDy (t)yr (t)干扰干扰51q扩频增益扩频增益 扩频系统的抗干扰性能 Bw / Bs 定义：GP=Bw / Bs 扩频系统的处理增益，反映了扩频系统信噪比的改善程度。q抗干扰容限抗干扰容限 M = Gp L + (S / N0)o 物理意义：正常

38、通信条件下，系统能承受的干扰高出信号的分贝数； CDMA数字蜂窝移动通信系统正常工作的最低信噪比要求为7 dB。扩频增益与抗干扰容限扩频增益与抗干扰容限52p隐蔽性和保密性p抗干扰和抗多径衰落能力强p实现多址技术、增加容量、提高频率复用 率。p占用频带较宽，系统复杂性增加。扩频通信系统的主要技术特点扩频通信系统的主要技术特点53CDMA 多址方式多址方式qCDMACDMA多址方式的特征多址方式的特征 不同的高速扩频码作为不同用户的地址码序列 地址码相互正交 CDMA信号在频率、时间和空间上重叠不同用户使用不同用户使用不同的扩频码不同的扩频码54码道码道时间时间频率频率CDMAFDMA码道码道时

39、间时间频率频率CDMAFDMATDMACDMA 多址方式多址方式（a） cdma2000 / WCDMA 多址方式结构多址方式结构（b） TD-SCDMA多址方式结构多址方式结构55q具有抗干扰和抗多径衰落的能力q系统容量大q覆盖广q小区呼吸功能q软容量q不需要复杂的频率分配和管理q软切换q无需均衡器q安全、保密q存在多址干扰和远近效应CDMA码分多址技术特点码分多址技术特点继续继续56p地址码类型地址码类型 用户地址：区分不同的移动用户用户地址：区分不同的移动用户 用户地址码的数量要求用户地址码的数量要求 各用户间地址的正交（准正交）性能要求各用户间地址的正交（准正交）性能要求 多速率（多媒

40、体）业务地址：用于多媒体业务中区分不同类多速率（多媒体）业务地址：用于多媒体业务中区分不同类型速率的业务；型速率的业务； 质量的要求，满足不同速率业务之间的正交性能；质量的要求，满足不同速率业务之间的正交性能； 信道地址：用于区分每个小区的不同信道；信道地址：用于区分每个小区的不同信道； 质量的要求，各信道之间正交、互不干扰；质量的要求，各信道之间正交、互不干扰； 基站地址：用于区分不同基站与扇区基站地址：用于区分不同基站与扇区 数量上有一定的要求，要求各基站间正交减少基站间干扰。数量上有一定的要求，要求各基站间正交减少基站间干扰。CDMA地地址码类型址码类型57pm m序列序列pGolden

41、Golden序列序列pWalshWalsh函数列函数列 固定序列长度的固定序列长度的walshwalsh序列；序列； 变长序列长度的变长序列长度的walshwalsh序列；序列；p正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSFOVSF）常用常用CDMA地地址码址码58pm序列：最长线性反馈移位寄存器序列。pm序列组成：n 级移位寄存器、适当抽头反馈和模2加法器；pN 级移位寄存器产生的最大长度的码序列：P = 2n 1位n级移位寄存器： 2n 1个状态（除去全零状态）p生成多项式Gn(x) = C0X0 + C1X1 + C2X2 + + CnXnm 序列概念序列概念D1 D2 D3 Dn

42、P = 2n 1 59Out001110p 长码发生器组成最大移位寄存器序列+掩码 p 输出序列周期为242-1 （没有全0状态）p 当掩码不同时，输出相位不同p长码的作用 长码在前向用作扰码加密 控制功率控制比特的插入 长码在反向提供信道化m- 序列序列IS-95 长码序列的产生长码序列的产生60p 短码短码为一周期215 的M-序列 在m-序列中增加了一个全0状态 每个基站在短码中指配一个时间偏置 系统利用PN短码的时间偏置来区别小区 可允许所有Walsh码在各小区复用 系统规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个时间偏置来作小区识别p导频偏置 每个基站利用导频信号PN序列的时

43、间偏置来识别一个前向CDMA信道 相同的导频信号PN序列在一个基站用于所有CDMA信道。PNaPNcPNbIS-95 短码与导频偏置短码与导频偏置61p一种一种m m序列的复合码序列的复合码 将周期相等，并经过优选的两个m序列进行模2加组合形成新的序列；p2 2n n + 1 + 1个个GoldGold序列序列 两个m序列共有2n 1不同的相对位移 两个产生Gold序列的m序列优选对pWCDMAWCDMA使用使用GoldGold序列作为扰码（上行序列作为扰码（上行2525阶，下行阶，下行1818阶）阶）Gold 序列序列码发生器 1码发生器 2时钟62q一种非正弦的完备正交函数系一种非正弦的完

44、备正交函数系 两种取值（-1、+1或0、1） 沃尔什函数族中，两两之间的互相关函数为“0”，它们之间是完全正交的。q哈达码矩阵H与沃尔什函数沃尔什函数 +l和 -l元素构成的正交方阵 H中任意两行或两列这些函数互相正交 一般关系式Walsh（沃尔什）函数（沃尔什）函数 2NNNNNHHHHH1000 111122HH或，WALSH CODES # - 64-Chip Sequence - 0 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 1 01010101010101010101010101010101010

45、10101010101010101010101010101 2 0011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011 3 0110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110 4 0000111100001111000011110000111100001111000011110000111100001111 5 0101101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010 6

46、0011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100 7 0110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101001 8 0000000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111 9 010101011010101001010101101010100101010110101010010101011010101010 00110011110011000011001111001100

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53、0010110101010010110100101101001011010010138 001111000011110000111100001111001100001111000011110000111100001139 011010010110100101101001011010011001011010010110100101101001011040 000000001111111100000000111111111111111100000000111111110000000041 0101010110101010010101011010101010101010010101011010101

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55、1100110000111100001100111100110000110011110047 011010011001011001101001100101101001011001101001100101100110100148 000000000000000011111111111111111111111111111111000000000000000049 010101010101010110101010101010101010101010101010010101010101010150 0011001100110011110011001100110011001100110011000011

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58、11001101001100160 000011111111000011110000000011111111000000001111000011111111000061 010110101010010110100101010110101010010101011010010110101010010162 001111001100001111000011001111001100001100111100001111001100001163 011010011001011010010110011010011001011001101001011010011001011063Walsh 001020304

59、05060IS-95 CDMA Walsh码码Walsh 6364pIS-95前向链路采用64阶Walsh函数作为扩频函数，Walsh码是正交码；pIS-95在反向链路上采用Walsh码作为正交多进制调制； 由编码器输出的数据每六个比特对应一个Walsh码（6符号变换到64个符号） 数据由28.8kbps扩展到307.2kbps6 symbol64*64矩阵64iw2012345DDDDDDi 01010164 阶正交阶正交Walsh 函数函数Walsh函数函数65全正交可变长度扩频码（全正交可变长度扩频码（OVSF） WCDMAWCDMA系统为了支持多速率、多业务，只有通过可变扩频比才能达到

60、系统为了支持多速率、多业务，只有通过可变扩频比才能达到同一要求的信道速率。同一要求的信道速率。 同一小区中，各移动用户可在相同频段同时发送不同的多媒体业务同一小区中，各移动用户可在相同频段同时发送不同的多媒体业务（速率不一样），为防止多用户信道之间的干扰，必须设计一类适（速率不一样），为防止多用户信道之间的干扰，必须设计一类适合于多速率业务和不同扩频比的正交信道地址码，即合于多速率业务和不同扩频比的正交信道地址码，即OVSFOVSF码。码。 OVSFOVSF码是码是WCDMAWCDMA系统的地址码，用于扩频操作。系统的地址码，用于扩频操作。 OVSFOVSF码是一组长短不同的码，低速率的扩频比