CDMA课堂之移动通信发展和CDMA基本原理

1、CDMA课堂之移动通信发展课堂之移动通信发展和和CDMA基本原理基本原理2移动通信的发展移动通信的发展第一代 80年代模拟模拟技术GSM 第二代 90年代数字需求驱动需求驱动数字技术语音业务第三代 IMT-2000需求驱动需求驱动宽带业务第三代移动通信系统第三代移动通信系统q IMT-2000 2000年在年在2000M频段实现频段实现2000K的数据通信的数据通信q IMT2000推荐的推荐的3种制式种制式 WCDMA 欧洲欧洲 CDMA2000 美国美国 TD-SCDMA 中国中国q 3G对数据通信速率的要求对数据通信速率的要求 室内环境至少室内环境至少2Mbps 室内外步行环境至少室内外

2、步行环境至少384kbps 室外车辆运动中至少室外车辆运动中至少144kbps主流技术主流技术：v WCDMAv CDMA2000v TD-SCDMA 3G的发展概况的发展概况3G的演进的演进CDMA2000标准家族演进标准家族演进CDMA20001xRel 0CDMA20001xRel ACDMA20001xRel BCDMA20001xRel CCDMA2000HRPDRev 0IS-95-ATIA/EIA-95-BCDMA20001xRel DCDMA2000 HRPDRev A“1xEV-DV”“1xEV-DO”CDMA2000 HRPDRev B时间接收信号强度发射信号距离距离(m)

3、接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落无纠错编码： BER10-1 10-2不能满足通信需要卷积编码： BER10-3满足语音通信需要Turbo 码： BER10-6满足数据通信需要纠错编码技术是在发射端按一定规则引入冗余信息，从而使得即使空中传输引入了误码，也能利用冗余信息将此错误纠正回来的技术。在通信系统中，为了减少突发干扰对连续数据造成的大面积差错，常采用交织交织 来将突发干扰造成的连续差错化解为随机独立差错，使其适合于译码器的错误纠正。FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerF

4、DMATDMACDMA多址技术多址技术几种流行的多址技术：几种流行的多址技术： FDMA 频分多址频分多址 每个用户使用不同的频率每个用户使用不同的频率 一个信道对应一个频率一个信道对应一个频率 TDMA 时分多址时分多址 每个用户使用不同的时隙每个用户使用不同的时隙 一个信道就是特定频率的特定时隙一个信道就是特定频率的特定时隙 CDMA 码分多址码分多址 一个信道对应一种独特的码序列。一个信道对应一种独特的码序列。 每个用户使用相同的频率，但采用不同的每个用户使用相同的频率，但采用不同的码序列。码序列。多址技术：多个独立用户同时使用传输介质而互不影响。多址技术：多个独立用户同时使用传输介质而

5、互不影响。扩频通信的定义扩频通信的定义q 扩展频谱（扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩通信简称扩频通信。频通信。q 扩频通信技术扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信在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号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。来解扩以恢复所传信息数据。理论基础Shanon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：在信道容量结论：

6、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完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信完全可以互相交换，即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较满意的传输质量噪比的条件下获得比较满意的传输质量扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础1.25 MHz30 KHzPower is “Spread” Over a Larger BandwidthMany code channels are individually“spread” and then added together tocreate a “compos

7、ite signal”UNWANTED POWERFROM OTHER SOURCESUsing the “right” mathematicalsequences any Code Channelcan be extracted from the receivedcomposite signalInterference SourcesLong & Short CodeSpreadingEncoding &InterleavingLong & Short CodeCorrelatorDecode &DeinterleavingBasebandDataBaseba

8、ndDataBackground NoiseExternal InterferenceOther Cell InterferenceOther User Noise384 kbps1152 kbps4.096 mcps4.096 mcps1152 kbps384 kbpsCDMA TransmitterCDMA Receiver5 MHz BW f fc c5 MHz BW f fc c390 kHz BW0 0390 kHz BW0 05 MHz BW f fc c5 MHz BW f fc cf fc c-100 dB/Hz f fc cSpurious Signals 扩频通信的特点和分

9、类扩频通信的特点和分类q 隐蔽性和保密性好q 多个用户可以同时占用相同频带,实现多址q 抗衰落、抗多径干扰q 抗干扰能力强CDMA扩频码的选择扩频码的选择q扩频码速率：扩频码速率：1.2288Mcps；q扩频码：前向为扩频码：前向为Walsh码和码和PN短码，反向为短码，反向为PN长码。长码。扩频码的使用是扩频通信的关键点扩频码的使用是扩频通信的关键点Walsh码的定义码的定义:Walsh码的定义码的定义q Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。q Walsh函数具有理想的互

10、相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。 Code #23 0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110(Code #23) 1001011010010110011010010110100110010110100101100110100101101001 Code #59 0110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001PARALLELXOR: all 0s相关性: 100%(100% ma

11、tch)ORTHOGONALXOR: half 0s, half 1s相关性: 0%(50% match, 50% no-match)ANTI-PARALLELXOR: all 1s相关性: 100%(100% no-match)#23#23(#23)#23#23#59正交与相关性正交与相关性沃沃尔尔什什码码（walsh code）-Walsh 函函数数, 正正交交,用用于于 CDMA 系系统统前前向向扩扩频频 011011001010000010000 Hn HnH2n = _ Hn HnWALSH CODES # - 64-Chip Sequence - 0 000000000000000

12、0000000000000000000000000000000000000000000000000 1 0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101 2 0011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011 3 0110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110 4 00001111000011110000111100001111000011110000111

13、10000111100001111 5 0101101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010 6 0011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100 7 0110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101001 8 0000000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111 9 010101011010

14、101001010101101010100101010110101010010101011010101010 001100111100110000110011110011000011001111001100001100111100110011 011001101001100101100110100110010110011010011001011001101001100112 000011111111000000001111111100000000111111110000000011111111000013 01011010101001010101101010100101010110101010

15、0101010110101010010114 001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100001115 011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001011016 000000000000000011111111111111110000000000000000111111111111111117 010101010101010110101010101010100101010101010101101010101010101018 001100110

16、011001111001100110011000011001100110011110011001100110019 011001100110011010011001100110010110011001100110100110011001100120 000011110000111111110000111100000000111100001111111100001111000021 010110100101101010100101101001010101101001011010101001011010010122 00111100001111001100001111000011001111000

17、0111100110000111100001123 011010010110100110010110100101100110100101101001100101101001011024 000000001111111111111111000000000000000011111111111111110000000025 010101011010101010101010010101010101010110101010101010100101010126 001100111100110011001100001100110011001111001100110011000011001127 011001

18、101001100110011001011001100110011010011001100110010110011028 000011111111000011110000000011110000111111110000111100000000111129 010110101010010110100101010110100101101010100101101001010101101030 001111001100001111000011001111000011110011000011110000110011110031 01101001100101101001011001101001011010

19、0110010110100101100110100132 000000000000000000000000000000001111111111111111111111111111111133 010101010101010101010101010101011010101010101010101010101010101034 001100110011001100110011001100111100110011001100110011001100110035 011001100110011001100110011001101001100110011001100110011001100136 000

20、011110000111100001111000011111111000011110000111100001111000037 010110100101101001011010010110101010010110100101101001011010010138 001111000011110000111100001111001100001111000011110000111100001139 011010010110100101101001011010011001011010010110100101101001011040 00000000111111110000000011111111111

21、1111100000000111111110000000041 010101011010101001010101101010101010101001010101101010100101010142 001100111100110000110011110011001100110000110011110011000011001143 011001101001100101100110100110011001100101100110100110010110011044 000011111111000000001111111100001111000000001111111100000000111145

22、010110101010010101011010101001011010010101011010101001010101101046 001111001100001100111100110000111100001100111100110000110011110047 011010011001011001101001100101101001011001101001100101100110100148 000000000000000011111111111111111111111111111111000000000000000049 01010101010101011010101010101010

23、1010101010101010010101010101010150 001100110011001111001100110011001100110011001100001100110011001151 011001100110011010011001100110011001100110011001011001100110011052 000011110000111111110000111100001111000011110000000011110000111153 0101101001011010101001011010010110100101101001010101101001011010

24、54 001111000011110011000011110000111100001111000011001111000011110055 011010010110100110010110100101101001011010010110011010010110100156 000000001111111111111111000000001111111100000000000000001111111157 010101011010101010101010010101011010101001010101010101011010101058 00110011110011001100110000110

25、0111100110000110011001100111100110059 011001101001100110011001011001101001100101100110011001101001100160 000011111111000011110000000011111111000000001111000011111111000061 010110101010010110100101010110101010010101011010010110101010010162 0011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000

26、01163 0110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110Walsh码码q CDMA CDMA中中: :用用6464阶阶WalshWalsh函数函数进行前向扩频，区分扇区内进行前向扩频，区分扇区内前向码分信道前向码分信道, ,反向做正交反向做正交调制。调制。WALSH码码PN码发生器码发生器PN短码序列短码序列IQ32,768 chips long26 2/3 ms.(75 repetitions in 2 sec.)IQIQ100%100%相关：所有比特相关：所有比特 = 0= 0Short PN Sequence vs. Itself 0 OffsetIQIQ正交正交: 16,384: 16,384个个1 + 16,3841 + 16,384个个0 0Short PN Sequence vs. Itself Any Offset特性特性:短码序列短码序列I和和Q均为均为32,768chip， 短码序列可以看作具有短码序列可以看作具有I和和Q两种不同两种不同成分序列的二维二进制矢量，每一个成分序列的二维二