第三代移动通信讲义(专业硕士)5

第三代移动通信2023年2月4日南京邮电大学通信与信息工程学院邵世祥第三代移动通信第三代移动通信概述移动通信技术基础cdma2000技术WCDMA技术TD-SCDMA技术LTE/4G技术简介移动通信的发展AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA模拟蜂窝移动通信系统1978年：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数字蜂窝移动通信系统-GSM1982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系统建成开通主要技术特点：频分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数字蜂窝移动通信系统-CDMA1995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cdmaIS-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谱效率高、系统容量大、终端功耗低第二代移动通信系统第三代移动通信系统3G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。3G主流标准WCDMAcdma2000TD-SCDMAWiMax3G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（Multi-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全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游….满足各种运动状态（静止、步行和车载）下的多媒体业务需求更高的频谱利用率提供QoS保障的业务降低终端功耗、成本保密性能进一步提高保证一定后向兼容3G目标与基本要求时延误码率后台类会话类流媒体交互类根据QoS的不同，3G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3G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。支持多媒体数据业务室内环境至少2Mbps室内外步行环境至少384kbps室外车辆运动中至少144kbps卫星移动环境至少9.6kbps支持可变速率语音AMR:4.7Kb/s-12.2Kb/s传输速率能够按需分配满足不同业务的延时要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3G标准化历程1985年，ITU提出FPLMTS-FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem（第三代移动通信系统）世界无线电大会WRC92在2GHz频段分配了230MHz频段1885MHz―2025MHz2110MHz―2200MHz1996年，FPLMTS正式更名为IMT-2000(3G)工作在2000MHz左右频段最高数据速率2000Kbps预期2000年左右商用1998年6月30日前，ITU收到IMT-2000的10种RTT提案1999年11月5日，ITU在赫尔辛基会议通过5种RTT技术。IS-136DECTIMT-DSCDMADSCDMA2000TD-SCDMAIMT-TDCDMATDDIMT-MCCDMAMCWCDMAUMTSFDDUMTSTDDIMT-SCTDMASCIMT-FTFDMA/TDMAIMT–2000无线接口标准WimaxIEEE802.16x三种主要技术体制比较制式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3.84McpsN1.2288Mcps1.2288Mcps信号带宽5MHzN1.25MHz1.6MHz空中接口WCDMACdma200兼容IS-95TD-SCDMA核心网GSMMAPANSI-41GSMMAP第四代移动通信系统LTE与4G概念LTE(LongTermEvolution,长期演进)3G的演进;2004年11月3GPP多伦多会议启动LTE项目。LTE是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术;采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准;4G：IMT-Advance或LTE-A16增强小区覆盖峰值速率DL:100MbpsUL:50Mbps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特征在20MHz频谱带宽:下行100Mbps、上行50Mbps峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，灵活配置1.4-20MHz多种带宽。LTE主要性能目标LTE关键技术频谱灵活支持更多的频段（1.4MHz,1.6MHz,2.5MHz,5MHz,10MHz,15MHzand20MHz）灵活的带宽灵活的双工方式（TDD/FDD）先进的天线解决方案分集技术MIMO技术Beamforming技术新的无线接入技术OFDMASC-FDMAITU

日本韩国中国美国欧洲美国移动通信标准化组织移动通信标准化组织标准化组织3GPP和3GPP2两个标准化组织推动制定和实施移动通信国际标准3GPP(3thGenerationPartnerProject)成立于1998年12月，总部在欧洲研究制定基于UMTS的移动通信标准成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、韩国TTA、美国的T1P1及中国的CCSA等3GPP2成立于1999年1月，总部在美国研究制定基于ANSI-41的3G/4G标准；成员单位包括：欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、韩国TTA、美国的TIA及中国的CCSA（中国通信标准化协会）等。中国的3G/4G频段2002年中国无线电委员会根据ITU的建议，结合本国国情，颁布了用于3G及未来4G频段：60MHz30

MHzFDDTDD100

MHz15

MHz40

MHz155MHz178518501755188019201980201020252110217022002400

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2300中国移动：1880-1900MHz和2010-2025MHz（TD-SCDMA）；中国电信：1920-1935MHz（上行）和2110-2125MHz（下行）；中国联通：1940-1955MHz（上行）和2130-2145MHz（下行）；中国移动获130MTD-LTE频谱，含1900MHz（F频段）、2300MHz（E频段）及D频段（25002690MHz）的60M频谱。中国电信和中国联通各获得40MTD-LTE频谱，其中用于室内覆盖的E频段各20M，D频段各20M。运营商移动频谱分配移动宽带化，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：移动化、宽带化、IP化我们的移动通信需要有更高的频谱效率更高的业务质量多种多样的业务支持移动多媒体数字化宽带化智能化个人化需求—移动通信发展的源动力第三代移动通信第三代移动通信概述移动通信技术基础cdma2000技术WCDMA技术TD-SCDMA技术LTE/4G技术简介移动通信技术基础移动通信业务处理流程语音编码信道编码调制技术双工技术多址技术CDMA通信原理语音编码信道编码功率放大射频发射调制接收放大业务的处理流程解调语音解码信道解码射频接收语音数据语音数据语音编码概念语音编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。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）；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。语音编码类型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/s声源编码器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；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-LTPCDMA：CELP/EVRCCDMA语音编码QCELPQualcomm公司的码激励线性预测编码（QualcommCodeExcitedLinearPredictiveCoding，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，分别对应9600bps、4800bps、2400bps和1200bps的帧速率。Qcelp8k性能较为优异，成为IS-95CDMA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。EVRC1996年9月正式推出的EVRC（EnhancedVariableRateCodec）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CDMAIS-95的可选服务标准3（ServiceOption3），进而也和Qcelp8k同时成为CDMA2000的语音服务标准。信道编码定义对一个具有确定长度的数字信号序列m，人为地按一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号的过程。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声和干扰而造成的误码，提高系统的可靠性。信道编码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；突发错误：一个码元错误往往影响前后码元的错误概率。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）混合纠错信道编码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。信道编码类型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。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，而且与编码器中记忆的m位有关，通常称K=m+1

为约束长度（记忆长度）。。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。调制技术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。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。调制的基本性能抗干扰特性调制最主要的特性，一般用误码率Pe

来衡量；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；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。BPSK和QPSK调制二相相移（BPSK）四相相移（QPSK）串并变换cos(ct)sin(ct)+-anS(t)TbI支路Q支路cos(ct)S(t)anBPSK和QPSK调制QPSK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率。BPSK和QPSK信号的星座图QPSK+1BPSK-1QI+1+1-10-195前向IS-95调制方式：QPSK95反向采用OQPSK调制OQPSK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降低对移动台功放的线性要求95反向IS-95调制方式：OQPSK移动通信的双工技术f收信f发信f收发信T收信T发信tttFDDTDD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。

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。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，且相互正交线性无关：指各个已调信号在信道中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。多址技术技术要点：每个用户占用一个频率用户识别：频道号主要技术特点：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典型应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统频分多址（FDMA）技术技术要点：每个用户占用一个时隙用户识别：时隙主要技术特点：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典型应用：GSM系统时分多址（TDMA）技术CDMA属于二维（时、频域）划分用户识别：码字技术要点：每个用户使用一个码字，时间/频率共享主要技术特点：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、抗多径能力强典型应用：IS-95CDMA系统、TD-SCDMA系统、WCDMA系统、cdma2000系统码分多址（CDMA）技术CDMA(CodeDivisionMultipleAccess，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区分不同的用户。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，恢复所传信息数据。CDMA通信原理发端接收端扩频序列扩频序列输入数据(基带)恢复出的数据(基带)扩频后的数据流(基带信号+扩频序列)Shanon公式

C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/sB：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C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换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扩频通信理论基础扩频通信系统快速扩频序列发送的慢速信息TX接收的慢速信息RX快速扩频序列宽带信号CDMA直接序列扩频User1Code1CompositeTimeFrequency+=DirectSequenceCDMA单元二CDMA基本原理扩频、解扩中频域时域的变化扩频抗干扰原理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。扩频调制信道扩频解调d(t)d(t)c(t)c(t)-Rb(t)-Rb(t)Rb(t)Rb(t)-Rc(t)Rc(t)干扰-Rc(t)Rc(t)AABBCCDDy(t)yr(t)干扰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。抗干扰容限M=Gp–[L+(S/N0)o]物理意义：正常通信条件下，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7dB。扩频增益与抗干扰容限隐蔽性和保密性抗干扰和抗多径衰落能力强实现多址技术、增加容量、提高频率复用率。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CDMA多址方式CDMA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的扩频码码道时间频率CDMAFDMA码道时间频率CDMAFDMATDMACDMA多址方式（a）cdma2000/WCDMA多址方式结构（b）TD-SCDMA多址方式结构具有抗干扰和抗多径衰落的能力系统容量大覆盖广小区呼吸功能软容量不需要复杂的频率分配和管理软切换无需均衡器安全、保密存在多址干扰和远近效应CDMA码分多址技术特点继续地址码类型用户地址：区分不同的移动用户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；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；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地址码类型m序列Golden序列Walsh函数列固定序列长度的walsh序列；变长序列长度的walsh序列；正交可变扩频因子码（OVSF）常用CDMA地址码m序列：最长线性反馈移位寄存器序列。m序列组成：n级移位寄存器、适当抽头反馈和模2加法器；N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）生成多项式Gn(x)=C0X0+C1X1+C2X2+…+CnXnm序列概念

长码发生器组成最大移位寄存器序列+掩码

输出序列周期为242-1（没有全0状态）当掩码不同时，输出相位不同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IS-95长码序列的产生

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导频偏置每个基站利用导频信号PN序列的时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短码与导频偏置一种m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；2n+1个Gold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WCDMA使用Gold序列作为扰码（上行25阶，下行18阶）Gold序列一种非正弦的完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。哈达码矩阵H与沃尔什函数+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WALSHCODES#64-ChipSequence00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101012001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011001130110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110400001111000011110000111100001111000011110000111100001111000011115010110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101060011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100701101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010018000000001111111100000000111111110000000011111111000000001111111190101010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010100011001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100110110011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001120000111111110000000011111111000000001111111100000000111111110000130101101010100101010110101010010101011010101001010101101010100101140011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011150110100110010110011010011001011001101001100101100110100110010110160000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111111170101010101010101101010101010101001010101010101011010101010101010180011001100110011110011001100110000110011001100111100110011001100190110011001100110100110011001100101100110011001101001100110011001200000111100001111111100001111000000001111000011111111000011110000210101101001011010101001011010010101011010010110101010010110100101220011110000111100110000111100001100111100001111001100001111000011230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110240000000011111111111111110000000000000000111111111111111100000000250101010110101010101010100101010101010101101010101010101001010101260011001111001100110011000011001100110011110011001100110000110011270110011010011001100110010110011001100110100110011001100101100110280000111111110000111100000000111100001111111100001111000000001111290101101010100101101001010101101001011010101001011010010101011010300011110011000011110000110011110000111100110000111100001100111100310110100110010110100101100110100101101001100101101001011001101001320000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111330101010101010101010101010101010110101010101010101010101010101010340011001100110011001100110011001111001100110011001100110011001100350110011001100110011001100110011010011001100110011001100110011001360000111100001111000011110000111111110000111100001111000011110000370101101001011010010110100101101010100101101001011010010110100101380011110000111100001111000011110011000011110000111100001111000011390110100101101001011010010110100110010110100101101001011010010110400000000011111111000000001111111111111111000000001111111100000000410101010110101010010101011010101010101010010101011010101001010101420011001111001100001100111100110011001100001100111100110000110011430110011010011001011001101001100110011001011001101001100101100110440000111111110000000011111111000011110000000011111111000000001111450101101010100101010110101010010110100101010110101010010101011010460011110011000011001111001100001111000011001111001100001100111100470110100110010110011010011001011010010110011010011001011001101001480000000000000000111111111111111111111111111111110000000000000000490101010101010101101010101010101010101010101010100101010101010101500011001100110011110011001100110011001100110011000011001100110011510110011001100110100110011001100110011001100110010110011001100110520000111100001111111100001111000011110000111100000000111100001111530101101001011010101001011010010110100101101001010101101001011010540011110000111100110000111100001111000011110000110011110000111100550110100101101001100101101001011010010110100101100110100101101001560000000011111111111111110000000011111111000000000000000011111111570101010110101010101010100101010110101010010101010101010110101010580011001111001100110011000011001111001100001100110011001111001100590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001600000111111110000111100000000111111110000000011110000111111110000610101101010100101101001010101101010100101010110100101101010100101620011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000011630110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110Walsh00102030405060IS-95CDMAWalsh码Walsh63IS-95前向链路采用64阶Walsh函数作为扩频函数，Walsh码是正交码；IS-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0101……0164阶正交Walsh函数Walsh函数全正交可变长度扩频码（OVSF）WCDMA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，必须设计一类适合于多速率业务和不同扩频比的正交信道地址码，即OVSF码。OVSF码是WCDMA系统的地址码，用于扩频操作。OVSF码是一组长短不同的码，低速率的扩频比大，码组长，而高速率的扩频比小，码组短。在WCDMA中，最短码组为4位，最长码组为256位。但无论码组长度是否一致，各长短码组间仍然保持正交性，避免了不同速率业务信道之间产生相互干扰。OVSF（OrthogonalVariableSpreadingFactorcodes）全正交可变长度扩频码（OVSF）3G系统扩频操作使用的是OVSF码（Walsh函数的一种，变长Walsh码）假设用C表示系统所使用的扩频序列—OVSF信道化码，其两个下标代表码字的长度和序号，OVSF信道化码可表示为：OVSF（OrthogonalVariableSpreadingFactorcodes）OVSF码长为8位的OVSF结构OVSFOVSF码的码树结构形象表现了以上运算关系；为分析方便，将信道化码记作CSF,k，其中SF是该码字的扩频因子，k是码字序号，且有0kSF-1。11-111111111-1-11-11-11-1-11C1,0C2,0C2,1C4,0C4,1C4,2C4,3SF=1SF=2SF=4变长Walsh码64481632129600192003840076800153600307200614400Datarate-bps-cdma20001x系统针对不同的数据速率采用不同的Walsh码W01=1W02=11W12=1-1W04=1111W24=11-1-1W14=1-11-1W34=1-1-11W08=11111111W48=1111-1-1-1-1W28=11-1-111-1-1W68=11-1-1-1-111W18=1-11-11-11-1W58=1-11-1-11-11W38=1-1-111-1-11W78=1-1-11-111-1(W016,W816)(W416,W1216)(W216,W1416)(W616,W1416)(W116,W916)(W516,W1316)(W316,W1116)(W716,W1516)变长Walsh码数学特征长度一定的Walsh码组，包含的码字总数与其长度相等。Walsh码字的长度是2的整数次幂。长度相同或不同的Walsh码字之间相互正交，其相关值为0。Walsh码可变长性质可适应通信中多速率业务，其正交性可减少信道间干扰。变长Walsh码应用限制要求变长Walsh码树每一级都定义了一个扩频因子SF

，但需注意的是并非码树中每一个码都能同时使用；如果码树中某一级某一条树枝被使用，则必须保证该树枝左边直到根节点的所有码都没被使用，并且该树枝右边的所有子树的码也不能再被使用。变长Walsh码第三代移动通信第三代移动通信概述CDMA通信技术基础cdma2000技术WCDMA技术TD-SCDMA技术LTE/4G技术简介cdma2000技术cdma2000标准演进cdma2000网络结构IS-95简介cdma2000物理层技术cdma2000-1xEVDO技术CDMA2000标准演进90年代初，Qualcomm公司首次将CDMA技术引入民用通信领域;1993年，第一个CDMA标准IS95发布；1996年，CDMA标准IS95A发布；2000年，CDMA2000-1X标准IS-2000Release0、ReleaseA出台；2000年，1XEV-DO(DataOnly)与IS-95A、B、cdma20001XRTT同一频段前向峰值数据速率2.4Mbps；反向峰值数据速率153.6bps2003年，1xEV-DV与IS95-A/B以及cdma20001XRTT系统后向兼容前向和反向均高于IMT2000要求的数据速率前向4.8Mbps，反向614KbpsCDMA2000空中接口技术演进CDMA20001xRel0CDMA20001xRelACDMA20001xRelBCDMA20001xRelC199920002002 2003 2004CDMA2000HRPDRel02000IS-95-ATIA/EIA-95-B1995 1999CDMA20001xRelDCDMA2000HRPDRevA“1xEV-DV”“1xEV-DO”CDMA2000HRPDRevB20042006CDMA2000标准家族演进cdma2000-1Xcdma2000-1X（第一阶段）采用扩频速率为SR1SR1指前向信道和反向信道均用码片速率1.2288Mbit/s的单载波直接序列扩频方式。SR1可方便地与IS-95(A/B)后向兼容，实现平滑过渡。在某些需求高速数据业务且容量不够的cdma-IS95蜂窝上，用相同载波部署cdma2000-1X系统，减少了用户和运营商的投资。cdma2000-1X采用了反向相干解调、快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术，其容量比IS-95大为提高。在相同条件下，对普通话音业务而言，容量大致为IS-95系统的两倍。cdma2000系列cdma2000-3Xcdma2000-3X是采用扩频速率SR3的cdma2000系统SR3的技术特点是前向信道采用3个载波的多载波调制方式SR3每个载波均采用1.2288Mbit/s直接序列扩频，其反向信道则采用码片速率为3.6864Mbit/s的直接扩频cdma2000-3X的信道带宽为3.75MHz，最大用户比特率为1.0368Mbit/s。高速数据率HDR(cdma2000-1XEV)cdma2000-1XEV)是一种依托cdma2000-1X的增强型3G系统除基站信号处理部份及用户手持终端不同外，能与cdma2000-1X共享原有的系统资源。可在1.25MHz带宽内，前向链路达到2.4Mbit/s，反向链路上可提供153.6kbit/s的数据业务，支持高速分组业务，适于移动IP。cdma2000系列MS:移动台BTS:基站BSC:基站控制器MSC:移动交换中心HLR:归属位置寄存器VLR:拜访位置寄存器PCF:分组数据控制功能PDSN:分组数据控制节点 HA:归属代理FA:外地代理SCP:业务控制点Radius:远程认证拨入用户业务AbisA1(信令)A2(业务)A11(信令)A10(业务)A3(信令&业务)A7(信令)概述cdma2000网络结构MSC/VLRGMSC

HLR/AuCPDSN

PSTNGPRSIP骨干网SS7

SCPBSSHAA1/A2BSSAPSCCPMTPPhysicallayerIPbackbonenetworkA10/A11InternetCNCDMA核心网络cdma2000-1x网络接口CDMA频谱分配IS95CDMA频点：1.23MHz为一个载频，双工方式：FDD在我国，目前联通占用10M带宽，共7个载频41个AMPS频点为1个CDMA载频（30K*41）IS-95CDMA简介前向信道一个基站共有64个信道，采用正交的Walsh函数划分信道，在完全同步的情况下，64个Walsh函数是完全正交的。IS-95采用FDD方式：上行824-849MHz，下行869-894MHz；下行（前向）信道配置64个码分信道：一个导频信道W0，一个同步信道W32

，7个寻呼信道W1–W7

，其余55个业务信道。IS-95前向信道配置导频信道W0同步信道W32寻呼信道W1业务信道W8寻呼信道W7业务信道W62业务信道W63……下行CDMA信道1.25MHz基站发送全0信息，用Walsh0码扩展，直接用PN短码进行调制

BTS连续发射导频信道导频信道作用

帮助手机捕获系统多径搜索提供相位参考，帮助手机进行信道估计，作相干解调切换时手机测量导频信道，进行导频强度比较前向信道——导频信道

手机通过同步信道获得与系统的同步

同步信道提供导频偏置PILOT_PN

系统时间SYS_TIME

长码状态LC_STATE

寻呼信道速率P_RAT

同步信道速率固定为1200bps

同步信道帧长80/3ms，3帧组成一超帧为80ms前向信道——同步信道

BTS在寻呼信道上广播

系统参数消息接入参数消息邻区列表

CDMA信道列表

BTS通过寻呼信道

寻呼手机指配业务信道

寻呼信道速率为9600bps或4800bps

寻呼信道帧长为20ms前向信道——寻呼信道反向信道上行（反向）信道配置n132，n264，接入信道最多为32个，业务信道最多为64个。IS-95CDMA的主要技术特点CDMA系统所有用户共享同一时隙、同一频段；CDMA采用扩频通信，信道占用1.25MHz，属于宽带通信系统，它具有扩频通信的一系列优点，如抗干扰强，低功率谱密度等；接入信道1接入信道2接入信道3业务信道1接入信道n1业务信道n2-1业务信道n2……上行CDMA信道1.25MHz基站接收IS-95反向信道配置IS-95信道特性

码片速率：1.2288Mcps

调制

前向：QPSK

反向：OQPSK

信道编码：卷积码功率控制

前向：消息方式的慢速功率控制反向：开环功率控制；快速功率控制（800Hz）切换：软切换/更软切换、硬切换

BTS工作在同步方式IS-95A技术特点IS-95B从IS-95A演化而来，完全兼容IS-95A

主要变化：

增加速率集2：14.4k、7.2k、3.6k与1.8kbps，增加EIB方式的前向功率控制增加增补码分信道以提高数据传输能力。单个用户可最多使用8个码分信道（1FCH+7SCCH），最大数据传输速率可达76.8/115.2kbps

软切换相对门限接入过程中的切换移动台辅助的硬切换

BSS间的软切换IS-95B技术特点(1)寻找CDMA频点，捕获导频，实现短码同步(2)接收同步信道消息，获取LC_STATE,SYS_TIME,P_RAT等系统信息(3)定时改变，实现长码同步(4)守候在基本寻呼信道，接收系统消息(5)可进行登记、始呼或被呼ForwardLinkFrequencies(BaseStationTransmit)ReverseLinkFrequencies(MobileTransmit)ADBEFCunlic.dataunlic.voiceADBEFC1850MHz.1910MHz.1990MHz.1930MHz.1900MHz.PCSSpectrum824MHz.835845870880894869849846.5825890891.5Paging,ESMR,etc.ABAB800MHz.CellularSpectrum移动台初始化过程cdma2000技术cdma2000标准演进cdma2000网络结构IS-95简介cdma2000物理层技术cdma2000-1xEVDO技术Cdma2000物理层关键特性多种RF信道带宽快速前向链路功率控制前向链路发送分集Turbo码技术反向链路相干解调灵活的帧长cdma系统时间几个基本概念扩频速率(SpreadingRate,SR)SR1:前向和反向cdma信道在单载波上都是采用码片速率为1.2288Mcps的直接序列扩谱SR3:前向信道有3个载波，每个载波的码片速率为1.2288Mcps，反向信道在单载波上采用码片速率为3.6864Mcps的直接序列扩频无线配置(RadioConfiguration,RC)RC是指一系列前向或反向业务信道的工作模式，每种RC支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括各种调制特性和扩频速率等无线传输技术(RadioTransmissionTechnology,RTT)。多种RF信道带宽RF信道带宽可为N1.25MHz，其中，N=1,3,5,9或12IS-2000的ReleaseA版本仅支持前两种带宽(1.25MHz和3.75MHz)cdma20001x采用单载波

03MHz5MHz4MHz2MHz1MHz

1.25MHzMobilemeasurespowerRxpower>Eb/NtthendecreasepowerPCBsentRxpower<Eb/NtthenincreasepowerPCBsentMobilesends1powercontrolbit(PCB)every1.25msMS根据FER调整Eb/N0

Pilot0Pilot1Pilot0cdma2000-1x引入新的功率控制快速前向链路功率控制移动台在检测了前向链路的Eb/N0与Eb/N0门限比较，送出功率控制比特；功率控制比特与反向导频信道复用；功率控制比特不进行编码，避免编码，成帧和解码等造成的时延；功率控制速率是固定的800次/秒；前向链路快速功率控制，可以达到减少基站发射功率、减少总干扰电平，从而降低移动台信噪比要求，最终可以增大系统容量。

功率控制比特前向链路功率控制前向链路的发送分集前向链路发射分集技术可减少发射功率，抗瑞利衰落，增大系统容量；多载波发送分集(MCTD)对于MC方式，不同的天线采用不同的载波；正交发送分集(OTD)对于DS方式，可以通过分离数据流，用不同正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过两个发射天线发射；空时扩展发送分集(SpaceTimeSpreading,STS)使用空间两根分离天线发射已交织的数据，使用相同原始Walsh码信道。Turbo码技术Turbo编码技术由C.Berrou等在1993年提出；Turbo码具有能接近香农极限的纠错性能，适于高速率对译码时延要求不高的数据传输业务，并可降低对发射功率的要求、增加系统容量；在较高数据速率时，Turbo码比传统的卷积码对Eb/N0的要求低；Turbo码适合于数据块大于360bits/frame

(>19.2kbps)cdma2000-1X中Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。反向链路相干解调IS-95反向链路没有采用相干解调技术cdma2000反向链路采用反向导频实现反向链路相干解调；基站利用反向导频信道捕获移动台的发射，再用Rake接收机实现相干解调，并进行定时跟踪，功率控制，提高了反向链路性能和容量，降低移动台发射功率。灵活的帧长(交织器深度)交织器深度是交织时延，交织器存储量以及所需Eb/N0的折中；cdma2000支持5ms,10ms,20ms,40ms,和80ms的帧长。不同类型信道分别支持不同帧长：前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道、反向专用控制信道采用5ms或20ms帧；前向补充信道、反向补充信道采用20ms、40ms或80ms帧；话音信道采用20ms帧；采用短的帧长，可以减少端到端的时延；采用长的帧长，可以减少信息头开销所占的比例，并且可以降低对发射功率的要求，减少解调所需Eb/N0。cdma系统时间在cdma2000系统中,前向和反向信道的导频PN码，区分用户的Walsh码和长码，以及为了减少用户间的干扰等，都需要精确的时间基准；cdma2000系统中，所有基站的数字传输均同步于全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)并与国际标准时间(UniversalCoordinateTime,UTC)保持同步；GPS和UTC相差整数秒,GPS的时间为UTC时间加上自1980年1月6日开始的跳秒校正数；CDMA系统定时的起始时间为UTC时间1980年1月6日00:00:00，和GPS的起始时间相吻合使用GPS定时具有切换快，同步简单的好处。cdma2000逻辑信道逻辑信道命名约定第1个字母第2个字母第3个字母f=Forward（前向）r=Reverse（反向）d=Dedicated（专用）c=Common（公共）t=Traffic（业务）s=Signaling（信令）Cdma2000物理信道信道名称物理信道F/R-FCHForward/ReverseFundamentalChannel（前向/反向基本信道）F/R-DCCHForward/ReverseDedicatedControlChannel(前向/反向专用控制信道)F/R-SCCHForward/ReverseSupplementalCodeChannel（前向/反向补充码分信道）F/R-SCHForward/ReverseSupplementalChannel（前向/反向补充信道）F-PCHPagingChannel（寻呼信道）F-QPCHQuickPagingChannel（快速寻呼信道）R-ACHAccessChannel（接入信道）F/R-CCCHForward/ReverseCommonControlChannel(前向/反向公共控制信道）F/R-PICHForward/ReversePilotChannel（前向/反向导频信道）Cdma2000物理信道信道名称物理信道F-APICHDedicatedAuxiliaryPilotChannel（专用辅助导频信道）F-TDPICHTransmitDiversityPilotChannel（发送分集导频信道）F-TDPICHAuxiliaryTransmitDiversityPilotChannel（辅助发送分集导频信道）F-SYNCSyncChannel（同步信道）F-CPCCHForwardCommonPowerControlChannel（公共功率控制信道）F-CACHForwardCommonAssignmentChannel（公共指配信道）R-EACHReverseEnhancedAccessChannel（增强接入信道）F-BCCHForwardBroadcastControlChannel（广播控制信道）无线配置(RadioConfiguration)概念无线配置简称为RC,是指一系列前向或者反向信道的工作模式；前向有9种无线配置，反向有6种无线配置；每种无线配置RC支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括调制特性和扩频速率。RadioConfigurationSpreadingRateMaxDataRate*(kbps)EffectiveFECCodeRateOTDAllowedFECEncodingModulation1**19.61/2NoConv.BPSK2**114.43/4NoConvBPSK31153.61/4YesConvandTurboQPSK41307.21/2YesConvandTurboQPSK51230.43/8YesConvandTurboQPSK63307.21/6YesConvandTurboQPSK73614.41/3YesConvandTurboQPSK83460.81/4or1/3YesConvandTurboQPSK931036.81/2or1/3YesConvandTurboQPSKCDMA空中接口前向无线配置(RadioConfiguration)RC1~RC2：IS-95A/BRC3~RC5：cdma20001xRC6~RC9：cdma20003x反向无线配置(RadioConfiguration)RC1~RC2：IS-95A/BRC3~RC4：cdma20001xRC5~RC6：cdma20003xRC1RC2RC3RC4RC5RC1RC2RC3RC4RC5RC3RC4RC4RC3F-FCHRCsR-DCCH/SCHRCsF-DCCH/SCHRCsR-FCHRCsRC1，RC2兼容IS95A/BCDMA20001X前向RC:RC1~RC5反向RC:RC1~RC4组合规则前向RC1,反向RC1前向RC2,反向RC2前向RC3或RC4,反向RC3前向RC5,反向RC4无线配置组合规则CDMA2000前向信道F-CACHF-CPCCHF-PICHF-CCCHF-DCCHF-FCHF-PCF-SCCHF-SCHF-PICHF-TDPICHF-APICHF-ATDPICHF-SYNCHF-TCHF-BCHF-PCHF-QPCHsubchannel(RC1~2)(RC3~9):常用的信道cdma2000-1X前向信道公共物理信道前向导频信道(F-PICH)前向同步信道(F-SYNC）前向寻呼信道(F-PCH)前向广播控制信道(F-BCCH)前向快速寻呼信道(F-QPCH)前向公共控制信道(F-CCCH)前向公共功率控制信道(F-CPCCH)前向公共指配信道(F-CACH)专用物理信道前向专用控制信道(F-DCCH)前向基本信道(F-FCH)前向补充信道(F-SCH)cdma2000-1X前向信道CDMA2000系统中采用不同的信道速率和信道捆绑方式.使得CDMA2000整体性能优于IS-95.兼容IS95信道CDMA2000新引入的信道

公共导频信道F-PICH

系统向所有的用户提供连续导频信息提供信道增益和相位估计检测多径信号小区捕获和切换导频信道加入新成员，支撑cdma20001X的新特性F-TDPICH（发射分集导频信道）支持发射分集，与F-PICH配合；占用码分信道W16128，并且发射功率小于或等于相应的F-PICH。辅助导频信道

波束成形，支持智能天线的应用；F-APICH（前向辅助导频信道）：占用码分信道WnN，其中N≤512,且1≤n≤N-1，N和n的值由BS指定F-ATDPICH(前向辅助发送分集导频信道）：F-APICH和F-ATDPICH联合使用，则F-APICH占用码分信道WnN，FATDPICH占用码分信道Wn+N/2N，其中N≤512,且1≤n≤N/2-1，N和n的值由BS指定公共物理信道导频信道（全0）W064ToQPSK2.4kbps4.8kbps4.8kbps调制符号码符号重复的码符号1.2kbps卷积编码r=1/2,K=9符号重复块交织同步信道比特寻呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps调制符号码符号重复的码符号9.6kbps4.8kbps卷积编码r=1/2,K=9码符号重复块交织寻呼信道P的长码掩码长码发生器抽取器1.2288McpsTo