2CDMA技术基础

1、二二 CDMACDMA技术基础技术基础UMTS系统技术在在3G中最核心的技术就是：中最核心的技术就是：CDMA！那么！那么CDMA技术有什么样的特色？技术有什么样的特色？CDMA究竟能给移动究竟能给移动通信带来怎样的好处？今天我们就一起来熟悉一下通信带来怎样的好处？今天我们就一起来熟悉一下CDMA！问题问题引入引入模块二模块二 CDMA技术基础技术基础本模块系统介绍本模块系统介绍CDMA系统基本原理和系统基本原理和TD关键技术：关键技术： 扩频通信；扩频通信；CDMA码序列；码序列；CDMA编码技术；编码技术；CDMA切换技术；切换技术；CDMA功率控制技术功率控制技术;CDMA接收技术接收技

2、术内容内容简介简介模块二模块二 CDMA技术基础技术基础重点掌握：重点掌握：扩频通信、扩频通信、CDMA切换、切换、CDMA功率控制功率控制难点是难点是:扩频通信、扩频通信、CDMA切换、切换、CDMA功率控制。功率控制。重点重点难点难点模块二模块二 CDMA技术基础技术基础一、一、 扩频通信扩频通信“”技术技术起源？起源？海蒂海蒂.拉玛拉玛一、一、 扩频通信扩频通信l1940年，美国女演员海蒂年，美国女演员海蒂.拉玛和作曲家丈夫乔治拉玛和作曲家丈夫乔治.安赛儿提出安赛儿提出“Spectrum”.-展布频谱技术展布频谱技术（也成码分扩频技术）（也成码分扩频技术）-3G技术的根本基础原理技术的根

3、本基础原理l最初，帮助美国军方制造电波干扰最初，帮助美国军方制造电波干扰/防窃听军事系防窃听军事系统统-德国，二战后，被美国军方封存。德国，二战后，被美国军方封存。l1985年，年，“高通高通”利用美国军方解禁的利用美国军方解禁的“展布频展布频谱技术谱技术”-的诞生的诞生的基础原理是的基础原理是“展布频谱技术展布频谱技术”（扩频技术，（扩频技术，Spread Spectrum）这项技术现在被广泛应用手机，可以说是手机的基础原理。所以这个大美这项技术现在被广泛应用手机，可以说是手机的基础原理。所以这个大美人正是我们今天使用的手机的鼻祖！人正是我们今天使用的手机的鼻祖！ 扩频通信技术，即扩展频谱通

4、信（扩频通信技术，即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），），光纤通信、卫星通信光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时，一同被誉为进入信息时代的代的三大高技术通信传输方式三大高技术通信传输方式。1 1 扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础扩频通信的基本思想和理论依据是扩频通信的基本思想和理论依据是香农（香农（Shannon）公式）公式。香农在信息论的研究中得出了香农在信息论的研究中得出了信道容量信道容量的公式：的公式： C：信道容量，单位：信道容量，单位bit/s；B：信号频带宽度，单位：信号频带宽度，单位Hz；S：信号平均功率，单位：信号平均功率，单位

5、W；N：噪声平均功率，单位：噪声平均功率，单位W。如果信道容量如果信道容量C不变，则信号带宽不变，则信号带宽B和信噪比和信噪比S/N是可以互换的。是可以互换的。只要增加信号带宽，就可以在较低的只要增加信号带宽，就可以在较低的信噪比的情况下，信噪比的情况下，以相同的信息速率来可靠地传输信息以相同的信息速率来可靠地传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，。甚至在信号被噪声淹没的情况下，也可以可靠的传输信息。也可以可靠的传输信息。1 1）多址技术）多址技术u码分多址（码分多址（CDMA）包含两个基本技术：一个是）包含两个基本技术：一个是码分技术码分技术(扩扩频通信频通信)；一个是；一个是多址技术多址

6、技术。2 2、CDMACDMA扩频通信原理扩频通信原理u多址技术多址技术使众多的用户使众多的用户共用公共的通信线路共用公共的通信线路。u常用的多址技术分别采用常用的多址技术分别采用频率、时间或代码分隔频率、时间或代码分隔的多址连接方的多址连接方式，即人们通常所称的式，即人们通常所称的频分多址（频分多址（FDMA）、时分多址（时分多址（TDMA）和和码分多址（码分多址（CDMA）三种接入方式。三种接入方式。FDMA是以不同的是以不同的频率信道频率信道实现通信的，实现通信的，TDMA是以不同的是以不同的时隙时隙实现通信的，实现通信的，CDMA是以不同的是以不同的代码序列代码序列实现通信的。实现通信

7、的。三种多址方式概念示意图三种多址方式概念示意图2 2）CDMACDMA扩频系统组成扩频系统组成码分多址码分多址是一种利用是一种利用扩频技术扩频技术所形成的所形成的不同的码序列不同的码序列实现的多址方式实现的多址方式。它不像它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从那样把用户的信息从频率和时间频率和时间上进行分离上进行分离，它可，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，也就是说，允许用户之允许用户之间的相互干扰间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。

8、信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为有多少个互为正交的码序列正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。通信。每个发射机都有自己唯一的每个发射机都有自己唯一的代码代码（伪随机码伪随机码），同时接收机也知道要），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩解扩）扩频通信系统模型扩频通信系统模型3 3）CDMACDMA扩频方式扩频方式CDMA扩频通信系统有三种实现

9、方式：扩频通信系统有三种实现方式：直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS）、跳）、跳频扩频（频扩频（FHSS）和和跳时扩频（跳时扩频（THSS）。三种三种CDMA扩频方式示意图扩频方式示意图4 4）CDMACDMA直接序列扩频技术直接序列扩频技术CDMA采用直接序列扩频通信采用直接序列扩频通信技术，使用一组正交（或准正交技术，使用一组正交（或准正交）的伪随机噪声（）的伪随机噪声（PN）序列，通过相关处理来实现多个用户共享）序列，通过相关处理来实现多个用户共享空间传输的空间传输的频率频率资源和资源和同时同时入网接续的功能。入网接续的功能。4 4）CDMACDMA直接序列扩频技术直接序列扩频技术在发

10、端，在发端，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽有用信号经扩频处理后，频谱被展宽；在终接端，利；在终接端，利用伪码的相关性作用伪码的相关性作解扩解扩处理后，有用信号频谱被恢复成处理后，有用信号频谱被恢复成窄带谱窄带谱。宽带无用信号宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号被本地伪码扩展为宽带谱。由于无用的干扰信号；窄带无用信号被本地伪码扩展为宽带谱。由于无用的干扰信号为宽带谱，而有用信号为窄带谱，我们可以用一个为宽带谱，而有用信号为窄带谱，我们可以用一个窄带滤波器窄带滤波器排排除带外的干扰电平，于是除带外的干扰电平，于是窄带内的信

11、噪比窄带内的信噪比就大大提高了。就大大提高了。4 4）CDMACDMA直接序列扩频技术直接序列扩频技术多次连续扩频多次连续扩频，解扩顺序与，解扩顺序与扩频相反扩频相反码分复用码分复用 CDM CDM n常用的名词是码分多址常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。干扰。（时域重合、频域重合）（时域重合、频域重合）n这种系统发送的信号有很强的这种系统发送的信号有很强的抗干扰抗干扰能力，其频谱类似于能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现

12、。白噪声，不易被敌人发现。 n每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m 个短的间隔个短的间隔，称为，称为码片码片(chip)。 （这里假设（这里假设m为为8） 补充知识点：补充知识点：&码片序列码片序列(chip sequence) n每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。n如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。n如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 n例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。n发送比特 1 时，就发送序列 00011011，n发送比特 0 时，就发送序列 11100100。nS 站的码片序列：(1 1 1 +1 +

13、1 1 +1 +1) S站要发送信息的数据率是站要发送信息的数据率是Xbit/s，实际发送信息率提高到，实际发送信息率提高到mXchip/s.频带宽度提高到原来的频带宽度提高到原来的m倍倍.扩频：直接序列扩频扩频：直接序列扩频（DS-CDMA） 跳频跳频（FH-CDMA）CDMA 的重要特点的重要特点n每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相必须互相正交正交(orthogonal)。n在实用的系统中是使用在实用的系统中是使用伪随机码序列伪随机码序列。 i码片序列的正交关系码片序列的正交关系 n令向量令向量 S 表示站表示站 S 的码片向量

14、，令的码片向量，令 T 表示其他任表示其他任何站的码片向量。何站的码片向量。 n两个不同站的码片序列正交，就是向量两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和和T 的规的规格化格化内积内积(inner product)都是都是 0： 011miiiTSmTS(3-4)码片序列的正交关系举例码片序列的正交关系举例 n令向量令向量 S 为为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量，向量 T 为为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 n把向量把向量 S 和和 T 的各分量值代入的各分量值代入(3-4)式就可看出这式就可看出这两个码片序列是正交的。两个码片序列是正交的。 n任何一个码片向

15、量和该码片向量自己的规格任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是化内积都是1 。n一个码片向量和该码片反码的向量的规格化一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是内积值是 1。 &正交关系的另一个重要特性正交关系的另一个重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSiCDMA 的工作原理的工作原理 S 站的码片序列站的码片序列 S110ttttttm 个码片tS 站发送的信号站发送的信号 SxT 站发送的信号站发送的信号 Tx总的发送信号总的发送信号 Sx + Tx规格化内积规格化内积 S Sx规格化内积规格化内积 S Tx数据码元比特数据码元比特发

16、发送送端端接接收收端端3 3、直序列扩频的信号分析、直序列扩频的信号分析直接序列扩频的码序列时域分析：直接序列扩频的码序列时域分析：扩频扩频解扩解扩码片码片符号符号数据数据扩频码扩频码扩频信号扩频信号=数据数据码字码字扩频码扩频码数据数据=扩频信号扩频信号码字码字1-11-11-11-11-1直接序列扩频的频域分析：直接序列扩频的频域分析：从扩频通信系统频谱变换过程中，可知：从扩频通信系统频谱变换过程中，可知：（1）在发送端）在发送端信息数据信息数据经过信息调制器后输出的是经过信息调制器后输出的是窄带信号窄带信号，经过，经过扩频调制（加扩）扩频调制（加扩）后频谱被扩展变成后频谱被扩展变成宽带信

17、号宽带信号。(窄带窄带-宽带宽带)（2）在接收端，在接收机的输入的宽带信号中加有）在接收端，在接收机的输入的宽带信号中加有噪声信号噪声信号，经过，经过扩频扩频解调（解扩解调（解扩）后）后有用信号变成窄带信号有用信号变成窄带信号，而噪声信号变成宽带信号，而噪声信号变成宽带信号，再经过，再经过窄带滤波器窄带滤波器，滤掉有用信号，滤掉有用信号带外带外的噪声信号，从而降低了噪声的噪声信号，从而降低了噪声干扰信号的强度，干扰信号的强度，改善了信噪比改善了信噪比。直接序列扩频的频域分析：直接序列扩频的频域分析：CDMACDMA系统的相关知识点：系统的相关知识点：（1 1）扩频通信）扩频通信 通常所说的扩频

18、系统需要满足以下几个条件：通常所说的扩频系统需要满足以下几个条件：l 扩频信号占用的扩频信号占用的带宽带宽远远超出发送信息所需要的最小带宽。远远超出发送信息所需要的最小带宽。l 扩频是由扩频是由扩频信号扩频信号实现的，扩频信号与要传输的数据无关。实现的，扩频信号与要传输的数据无关。l 接收端接收端解扩解扩（恢复原始信号）是将接收到的扩频信号与扩频（恢复原始信号）是将接收到的扩频信号与扩频信号的同步副本通过相关完成。信号的同步副本通过相关完成。 CDMACDMA系统通信模型系统通信模型采用扩频的目的主要有以下几点：采用扩频的目的主要有以下几点：u 提高抗窄带干扰的能力提高抗窄带干扰的能力，特别是

19、对付有意的干扰，例如敌，特别是对付有意的干扰，例如敌对的电台的有意干扰。这些干扰信道的功率都集中在较窄的频对的电台的有意干扰。这些干扰信道的功率都集中在较窄的频带内所以对于宽带的扩频信号影响不大。带内所以对于宽带的扩频信号影响不大。u 将发射信号掩藏在背景噪声中将发射信号掩藏在背景噪声中，以防止窃听以防止窃听。扩。扩频信号的发射功率虽然不是很小，但是功率谱密度频信号的发射功率虽然不是很小，但是功率谱密度可以很小，使之低于噪声的功率谱密度，所以使侦可以很小，使之低于噪声的功率谱密度，所以使侦听者很难发现。听者很难发现。u 提高抗多径传输效应的能力提高抗多径传输效应的能力。由于扩谱调制采用。由于扩

20、谱调制采用的扩谱码可以用来分离多径信号，所以有可能提高的扩谱码可以用来分离多径信号，所以有可能提高抗多径传输的能力抗多径传输的能力。u 提供多个用户共用同一频带的能力。提供多个用户共用同一频带的能力。在一个很宽的频带在一个很宽的频带中，可以容纳多个用户的扩谱信号，这些信号采用不同的中，可以容纳多个用户的扩谱信号，这些信号采用不同的扩频码扩频码，因此可以用码分多址的原理，区分各个用户的信，因此可以用码分多址的原理，区分各个用户的信号。号。（2）扩频通信的术语： Bit：经过信源编码的含有信息的数据称为“比特“ Symbol：经过信道编码、交织后和数字调制后的复值数据称为“符号“。 Chip：经过

21、最终扩频得到的数据称为“码片”。 Chip Rate：码片传输速率称为“码片速率”。对于TD-SCDMA系统而言，码片速率为1.28Mcps。 Spreading Factor：每个数据符号内的码片数称为“扩频因子”。 码片速率符号速率扩频因子 码片速率symbol rateSF比特，符号，扩频比特，符号，扩频usymbol rate和bit rate的对应关系要看调制方式了。如果是BPSK调制，那么1bit可以代表0，1两种信息，此时bit rate=symbol rate。如果是QPSK调制，星座图中的4个信息就需要2bit来表示，此时bit rate=2 symbol rate。同理HS

22、DPA若用16QAM调制的话，bit rate=4 symbol rate，这也是物理层速率能够提高的原因之一。 uBit对应的是有用信息（Information），是进入物理层进行基带信号处理前的信息位，它的速率称为比特速率；Symbol是在空中接口发送之前，对信息进行基带信号处理（信道编码）如交织、循环冗余校验位的添加、速率适配等之后，在进入扩频调制之前的信号，所以Symbol对应的是基带信号处理之后的信号，它的速率称为Symbol速率；Chip是空中接口上经过扩频调制之后的信息单位，用于体现能量（energy）的承载。由此，Symbol Rate x SFChip Rate。符号速率、比

23、特速率：符号速率、比特速率：直接序列扩频基本原理直接序列扩频基本原理 SFSF8 8 扩频码和扰码lOVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor）正交可变扩频因子。lScrambing code：扰码 在扩频通信系统中，我们一般采用两种类型的序列，一种是用于区分用户或基站，而另一种则是用于区分每个用户占用的信道。为了正确的分离不同的用户和不同的信道，我们利用不同的伪随机序列的自相关性和互相关性。 扰码尖锐的自相关特性；尽可能小的互相关值；足够多的序列数；尽可能大的序列复杂度； 可见，在CDMA系统中，扰码具有良好的自相关特性而被用于区分用户或基站，而互相关

24、性良好（正交性）的OVSF码被用于区分每个用户占用的信道。 TD-SCDMA系统中的扩频码和扰码 在TD-SCDMA系统中使用Walsh 码做为扩频码，在系统同步时，码之间完全正交，正交的目的是减少用户之间的干扰。 在TD-SCDMA系统中，OVSF码定义了SF1，2，4，8，16 共五种。其中： 上行用到 SF1，2，4，8，16 五种； 下行用到SF1和16两种。TD-SCDMATD-SCDMA系统中用到的扩频因子系统中用到的扩频因子 在TD-SCDMA系统中，扩频码的作用是用来区分同一时隙中的不同用户。扩频码可以区分同一时隙内不同用户扩频码可以区分同一时隙内不同用户 在TD-SCDMA中

25、，扰码长度固定为16bit，共有128个扰码序列。采用扰码来标识小区属性。TD-SCDMATD-SCDMA系统扰码系统扰码 TD-SCDMA系统中的资源单元（Resource Unit） 基本资源单元（Basic RU）：TD系统中的基本资源单元由时隙、频率、信道化码和扩频因子SF=16组成。TD-SCDMATD-SCDMA系统中的资源单元系统中的资源单元（3）CDMA系统存在的问题 前面介绍了很多CDMA系统的优点，但CDMA系统依然存在一些问题呢？占用带宽较大自干扰系统系统内用户互相干扰技术实现难度大，需要采用快速功率控制技术、负载控制等技术CDMACDMA的多用户之间存在干扰的多用户之间

26、存在干扰u 多址干扰多址干扰CDMA CDMA 的远近效应的远近效应u 远近效应：在：在CDMACDMA系统中，不同用户发射的信号由于距基站系统中，不同用户发射的信号由于距基站的距离不同，到达时的功率也不同。距离近的信号功率大，距的距离不同，到达时的功率也不同。距离近的信号功率大，距离远的功率小，相互形成干扰离远的功率小，相互形成干扰, ,这种现象称为远近效应。这种现象称为远近效应。u 呼吸效应： 用户数的增加使覆盖半径收缩用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应，的现象称之为呼吸效应，每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发生变化每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发

27、生变化。其主要原因是。其主要原因是CDMACDMA是一个自干扰系统，当用户数显著增加时是一个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的自干扰呈指数增加。，用户产生的自干扰呈指数增加。4、扩频通信的特点 1）抗干扰能力强 2）提高了频率利用率 3）保密性好 4）可以实现码分多址 5）抗衰落、抗多径干扰 6）软容量 7）能精确定时和测距5、扩频通信的主要技术指标衡量扩频通信系统的主要性能指标是系统的处理增益抗干扰扰容限。 1 1）扩频处理增益）扩频处理增益 （1）扩频处理增益的定义 扩频处理增益（Spread Process Gain）或称为处理增益，是指扩频信号的带宽（即扩展后的信号带宽）与信息

28、带宽（即扩展前的信息带宽）之比。GGp扩频通信系统的处理增益，单位为扩频通信系统的处理增益，单位为dB；W扩频信号的带宽，单位为扩频信号的带宽，单位为Hz；B信息带宽，单位为信息带宽，单位为Hz； （S/N）in扩频解调前的信噪比；扩频解调前的信噪比； （S/N）out扩频解调后的信噪比。扩频解调后的信噪比。（2）扩频处理增益）扩频处理增益 的实际意义的实际意义 扩频处理增益扩频处理增益 正是反映了扩频通信系统对信噪比的改善程度。正是反映了扩频通信系统对信噪比的改善程度。2 2）抗干扰容限）抗干扰容限（1）抗干扰容限的定义）抗干扰容限的定义抗干扰容限抗干扰容限Mj是在保证系统正常工作的条件下，

29、接收机输入端能承受是在保证系统正常工作的条件下，接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝（的干扰信号比有用信号高出的分贝（dB）数。）数。即扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为即扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为 Mj=Gp-(S/N)out+Ls式中：式中： Mj 系统的抗干扰容限，单位为系统的抗干扰容限，单位为dB； Gp系统的处理增益，单位为系统的处理增益，单位为dB； (S/N)out接收机的输出信噪比，单位为接收机的输出信噪比，单位为dB； Ls系统的损耗，单位为系统的损耗，单位为dB。（2）抗干扰容限的实际意义）抗干扰容限的实际意义抗干扰容

30、限直接反映了扩频通信系统接收机允许的抗干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强度极限干扰强度，它，它往往能比处理增益更确切地表征系统的抗干扰能力。往往能比处理增益更确切地表征系统的抗干扰能力。二、二、 CDMA代码序列代码序列1、PN序列 (1)PN序列的定义伪随机码又称为伪随机序列，随机序列具有以下三个基本伪随机码又称为伪随机序列，随机序列具有以下三个基本特性：特性：（1 1）在序列中）在序列中“0”0”和和“1”1”出现的相对概率各为出现的相对概率各为1/21/2。（2 2）序列中连）序列中连0 0或连或连1 1称为称为游程游程，连，连0 0或连或连1 1的个数称为游的个数称为

31、游程的长度。序列中长度为程的长度。序列中长度为1 1的游程数占游程总数的的游程数占游程总数的1/21/2；长；长度为度为2 2的游程数占游程总数的的游程数占游程总数的1/41/4；长度为；长度为3 3的游程数占游程的游程数占游程总数的总数的1/8;1/8;长度为长度为n n的游程数占游程总数的的游程数占游程总数的 1/21/2n n（对于所（对于所有有限的有有限的n n）。）。（3 3）如果将给定的随机序列位移任何个元素，则所得序）如果将给定的随机序列位移任何个元素，则所得序列和原序列的对应元素有一半相同，一半不同。列和原序列的对应元素有一半相同，一半不同。如果确定序列近似满足以上三个特性，则

32、称此确定序列为如果确定序列近似满足以上三个特性，则称此确定序列为伪随机序列（伪随机序列（PNPN序列序列）。）。 （2）移位寄存器 移位寄存器用于产生各种码序列。下面以1个三级移位寄存器构成的码序列发生器讨论其组成和工作原理。它由移位器、模2加法器及反馈线构成。移位寄存器的作用是移位和寄存数据信息，移位是在时钟脉冲控制下进行的。时钟脉冲D1D3D2输出1110010（a）电路组成图2-4 三级移位寄存器构成的码序列发生器011101010001100110111321DDD（b） D1 、 D2和D3状态 为了直观地描述上述含有反馈的移位寄存器的状态变换，可用状态转移图来反映，如下图所示。图中

33、箭头表示转移的方向，由于该移位寄存器输出的序列具有周期性，所以状态转移图呈圆圈状，即状态变化是周期性重复的。 由n级移位寄存器可产生 的码序列最长周期 为P=2n-1。101010100001011111110 2、m序列（1）m序列的产生 m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由多级移位寄存器或其延迟元件通过线性反馈产生的最长码序列。在二进制移位寄存器中，若n为移位寄存器的级数，除去全0状态，则能产生的最大长度码序列为2n-1，其周期P 2n-1 。在CDMA蜂窝系统中，使用了两种m序列，一种n15，称作短码m序列；另一种n42，称作长码m序列。（2）m序列产生原理 图中C0、 C1

34、、 Cn均为反馈线，其中C0 Cn 1，表示反馈连接。因为m序列是由循环序列发生器产生的，所以C0和Cn肯定为1，即参与反馈；而其它反馈系数C1、 C2、 Cn-1若为1，参与反馈，若为0，则表示断开反馈线，即开路。一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列，决定于它的反馈系数Ci 。D1D2D3Dn输出时钟C0 =1C1C2Cn-1Cn =1图213 n级循环序列发生器的模型 eg：根据表中n=4，反馈系数Ci 23(八进制)，将它化成二进制数为10011，即相应的反馈系数依次为C0 1； C1 0； C2 0； C3 1； C4 1。根据所得反馈系数，可画出n=4的m序列发生器的电路原理图如下：

35、D1D2D3D4输出时钟图214 n4,Ci 23,m序列发生器原理图根据上图，其周期P=2n-1= 24-1=15，假设其初始状态为0001，即可产生相应的码序列：D1D2D3D4 (输出)D3 D4 010011010111100001001101011110000100110101111100010011010111100110101111000由表可知，经过15个时钟脉冲，又回到起始状态。从D4输出的码序列为： 100010011010111n=4,Ci=23m序列发生器状态表 (3)m序列的特性 m序列的随机性一个周期P=2n-1内，码元为“1”的出现2n1次，码元为“0”的出现2n

36、1-1次，即“0” 比“1”少出现1次。这是由于在m序列中不允许出现全“0” 状态的缘故。一般m序列中，游程总数为2n-1 ，n为移位寄存器级数。游程长度为K的游程出现的比例为2-K 1/2K（1K n-2）；此外，还有1个长度为n的“1”游程，1个长度为(n-1)的“0”游程 。一个周期长的m序列与其循环移位序列逐位比较，相同码的位数与不相同码的位数相差1位。3、Gold序列Gold码是m序列的复合码，由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对模2加组成。每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列。因为总共有2n-1个不同的相对位移，加上原来的两个m序列本身，所以两个n级移位寄存

37、器可以产生2n+1个Gold序列。这样，Gold序列数比m序列数多得多。n=5，m序列数只有6个，而Gold序列数有25+1 33个。 序列可构成优选对。产生的两个和分析可知，和图所以，根据表，则例子：序列可构成优选对。则这两个的倍数）为偶数（但不是为奇数数满足以下条件：序列，它们的互相关函如果两个mCCRnmnnRmiinn8832221)75()45(17282,912521241212Gold序列产生4、Walsh（沃尔什）码（1）Walsh函数含义 Walsh函数是一种非正弦的完备正交函数系。由于它仅有可能的取值：1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。 Walsh函数具

38、有理想的互相关特性。在Walsh函数族中，两两之间的互相关函数为0，亦即它们之间是正交的。 因而在码分多址通信中， Walsh函数可以作为地址码使用。在IS-95中，正向信道使用64阶Walsh函数主要是用于复用目的，用来区分各信道；而反向信道使用64阶Walsh函数则是用作正交码。在WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA系统中均以Walsh码来划分信道。（2）Walsh函数产生 Walsh函数可用Hadamard矩阵H表示，利用递推关系很容易构成Walsh函数序列族。在此先说说Hadamard矩阵H的概念。 Hadamard矩阵H是由1 1和和1 1元素构成的正交方阵。而正交方阵指它

39、的任意两行或两列都是互相正交的，即任意两行或两列对应位相乘之和等于0，互相关函数为0。其一般关系式为：NNNNN2100101100011110001011010111100000110011011001100101010100000000001101100101000001000111144448222242HHHHHHHHHHH1 1）OVSFOVSF码的定义码的定义OVSF（Orthogonal Spreading Factor）可变扩频比正交码，是可变扩频比正交码，是一类适合于满足一类适合于满足不同速率多媒体业务不同速率多媒体业务和不同扩频比的正交码。和不同扩频比的正交码。5、码2 2

40、）引入）引入OVSFOVSF码的原因码的原因3G系统中为了支持系统中为了支持多速率、多业务多速率、多业务，只有通过可变扩频比才，只有通过可变扩频比才能达到同一要求的信道速率。在同一小区中，多个移动用户可以能达到同一要求的信道速率。在同一小区中，多个移动用户可以在在相同频段同时发送不同的多媒体相同频段同时发送不同的多媒体（速率不一样），为了防止多（速率不一样），为了防止多用户业务信道之间的干扰，所以引入了适合于多速率业务和不同用户业务信道之间的干扰，所以引入了适合于多速率业务和不同扩频比的扩频比的正交信道地址码正交信道地址码，即，即OVSF码。码。图图2-13 2-13 OVSFOVSF码码树形

41、树形结构图结构图4 4）OVSFOVSF码的应用码的应用例：例：设用户甲信息速率为设用户甲信息速率为76.8kbit/s；用户乙信息速率为；用户乙信息速率为153.6kbit/s；用户丙信息速率为；用户丙信息速率为307.2kbit/s。经扩频后。经扩频后3个用户扩个用户扩展到同一个码片速率展到同一个码片速率1.2288Mbit/s。不同周期长度即不同扩频比的不同周期长度即不同扩频比的Walsh正交设计的树形结构图如正交设计的树形结构图如图图2-10所示：所示：4 4）OVSFOVSF码的应用码的应用当当 （4位）被采用做为速率位）被采用做为速率307.2kbit/s的扩频码，即的扩频码，即3

42、07.2kbit/s 41.2288Mbit/s，则其后面的所有分支，也就是，则其后面的所有分支，也就是 后后面所有延长码面所有延长码 就不能再作为扩频码；就不能再作为扩频码；当当 （8位）被采用做为速率位）被采用做为速率153.6kbit/s的扩频码，即的扩频码，即153.6kbit/s 81.2288Mbit/s，则其后面的所有分支，也就是，则其后面的所有分支，也就是 后后面所有延长码面所有延长码 就不能再作为扩频码；就不能再作为扩频码；当当 （16位）被采用做为速率位）被采用做为速率76.8kbit/s的扩频码，即的扩频码，即76.8kbit/s16 1.2288Mbit/s，则其后面的

43、所有分支，也就是，则其后面的所有分支，也就是 后后面所有延长码就不能再作为扩频码。面所有延长码就不能再作为扩频码。14W28W316W三、三、 CDMA编码技术编码技术纠纠错错码码随随机机误误码码纠纠错错码码突突发发误误码码纠纠错错码码分分组组码码卷卷积积码码分分组组码码交交织织码码线性码线性码非线性码非线性码系统卷积码系统卷积码非系统卷积码非系统卷积码比特交织码比特交织码字节交织码字节交织码循环码循环码非循环码非循环码BCHBCH码码RSRS码码奇偶校验码奇偶校验码汉明码汉明码纠错码分类纠错码分类纠错码分类纠错码分类交织技术交织技术为什么要采用交织技术呢？为什么要采用交织技术呢？原因有两个：

44、原因有两个：（1）无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影）无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲。响连续的几个突发脉冲。（2）如果把话音桢内的比特顺序按一定的规则错开，使原来）如果把话音桢内的比特顺序按一定的规则错开，使原来连续的比特分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连连续的比特分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变成若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量续的长误码变成若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量。交织技术交织技术图图2-17 交织技术交织技术信道编码和交织实例信道编码和交织实例四、四、 CDMA切换技术切

45、换技术1 1 切换过程切换过程什么是切换？一个正在进行的呼叫从一个小区转移到另一个小区的过程切切换换过过程程2 2 切换切换技术技术 软切换软切换 更软切换更软切换 硬切换硬切换1 1）硬切换）硬切换硬切换硬切换：先断开与旧的小区的联系，再和新的小区建立联系的先断开与旧的小区的联系，再和新的小区建立联系的切换过程切换过程。 同一同一MSC中的不同频道之间；中的不同频道之间； 不同不同MSC之间之间相同频率相同频率频率间频率间CDMA系统中的切换技术系统中的切换技术硬切换硬切换2 2）软切换（）软切换（Soft HandoffSoft Handoff）软切换是软切换是CDMA移动通信系统所特有移

46、动通信系统所特有的。的。软切换是指移动台在软切换是指移动台在与新的基站建立联系之前并不断开与原基站的联系，而是同时保与新的基站建立联系之前并不断开与原基站的联系，而是同时保持与两个以上基站连接的切换过程持与两个以上基站连接的切换过程。其基本原理如下：当移动台处于其基本原理如下：当移动台处于同一个同一个BSC控制下的相邻控制下的相邻BTS之间区域时，移动台在维持与原之间区域时，移动台在维持与原BTS无线连接同时，又与目标无线连接同时，又与目标BTS建立无线连接，之后再释放与原建立无线连接，之后再释放与原BTS的无线连接。发生在同的无线连接。发生在同一个一个BSC控制下的控制下的同一个同一个BTS

47、间的不同扇区间间的不同扇区间的软切换又称为的软切换又称为更更软切换软切换。2 2）软切换（）软切换（Soft HandoffSoft Handoff）软切换有以下几种软切换方式：软切换有以下几种软切换方式：l同一同一BTS内内不同扇区相同载频之间的切换，也就是通常说不同扇区相同载频之间的切换，也就是通常说的的更软切换（更软切换（Softer Handoff）；）；l同一同一BSC内内不同不同BTS之间相同载频的切换；之间相同载频的切换；l同一同一MSC内内，不同，不同BSC的之间相同载频的切换。的之间相同载频的切换。2 2）软切换（）软切换（Soft HandoffSoft Handoff）软

48、切换的实现软切换的实现：所谓所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系中断与原基站的联系。软切换只能在相同频率的软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行信道间进行。它在两个基站覆。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可大大减少由于切换造成的掉话。因为据以往对模拟系统切换造成的掉话。因为据以往对模拟系统TDMA的测试统计，无的测试统计，无线信道上线信道上90%的掉话是在切换过程中发生的。的掉话是在切换过程中发生的。实现软切换以后，实现软切换以

49、后，切换引起掉话的概率大大降低，保证了通信的可靠性切换引起掉话的概率大大降低，保证了通信的可靠性。硬切换硬切换&软切换软切换图图2-20 硬切换和软切换示意图硬切换和软切换示意图3 3）更软切换）更软切换l更软切换更软切换：移动台在同一个小区具有相同频率的两个扇区之间移动台在同一个小区具有相同频率的两个扇区之间的切换。的切换。l更软切换发生在一小区中移动台从一个扇区移动到另一扇区。更软切换发生在一小区中移动台从一个扇区移动到另一扇区。 l 因不需要在基站之间的转换，扇区之间切换的建立比软切换因不需要在基站之间的转换，扇区之间切换的建立比软切换为快。为快。！注意：优先考虑软！注意：优先考

50、虑软切换，无法进行软切换切换，无法进行软切换时才考虑硬切换时才考虑硬切换4 4）三种切换方式的比较）三种切换方式的比较三种切换方式的比较三种切换方式的比较五、五、 CDMACDMA功率控制技术功率控制技术功控功控：根据通信距离的远近，实时调整发射机所需功率：根据通信距离的远近，实时调整发射机所需功率- - -克服远近效应克服远近效应远近效应：远近效应：如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强；远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩台到达基站的信号强；远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信

51、号。盖弱信号。1 1 功率控制功率控制定义定义uCDMA系统中某个用户信号的功率较强，对该用户的信号被正系统中某个用户信号的功率较强，对该用户的信号被正确接收是有利的，但却会增加对共享频带内其它的用户的干扰，确接收是有利的，但却会增加对共享频带内其它的用户的干扰，甚至淹没有用信号，结果使其它用户通信质量劣化，导致系统容甚至淹没有用信号，结果使其它用户通信质量劣化，导致系统容量下降。量下降。u为了克服远近效应，必须根据通信距离的不同，实时地调整发为了克服远近效应，必须根据通信距离的不同，实时地调整发射机所需的功率，这就是射机所需的功率，这就是“功率控制功率控制”。按照通信的上下行链路方向，功率控制按照通信的上下行链路方向，功率控制可以分为