第一章CDMA基础知识

CDMA系统工程

参考:《CDMA系统工程手册》

JhongSamLeeLeonardE.Miller著

许希斌周世东赵明李刚等译

姚彦审

人民邮电出版社2/6/20231CDMA系统工程

自我介绍主讲教师：朱刚电子学院现代通信研究所Office：SY902Tel：51688260-607Email:gzhu@课件制作：刘小强，朱刚2/6/20232CDMA系统工程1.1概述第一章基础知识依据标准：IS-95TD-SCDMAWCDMACDMA2000CDMA技术系统工程原理2/6/20233CDMA系统工程1、数字通信硬件及技术2、统计通信理论CDMA技术基础2/6/20234CDMA系统工程移动通信技术的发展历程：第一代模拟电话系统AMPS（高级移动电话系统）频分双工25MHz带宽（分配两运营商）移动台基站（上行、反向链路）：824~849MHz基站移动台（下行、前向链路）：869~894MHz信道带宽：30kHz每个小区容量：60用户（7小区）2/6/20235CDMA系统工程1989年，第二代数字移动电话过度时期标准IS-54TDMA；语音速率：10kbit/s(10kHz)；调制方式：DQPSK；容量：180用户1990年，Qualcomm公司推出CDMA数字蜂窝电话系统IS-95。2/6/20236CDMA系统工程三种典型多址技术：FDMA、TDMA、CDMA1.1.1多址技术图1-1FDMA2/6/20237CDMA系统工程图1-2TDMA2/6/20238CDMA系统工程图1-3CDMA三种多址方式可混合采用，如IS-95为FDMA/CDMA2/6/20239CDMA系统工程假设：带宽WHz，比特率Rb=1/Tb，信号波形符合正交；最大用户数：

M=容量≤W/Rb=WTb多址系统接收总功率Pr=MSr

三种系统的容量：由此可得：2/6/202310CDMA系统工程理想情况、理论上三种多址技术容量相同：MFDMA=MTDMA=MCDMA=M实际不相同：MFDMA：MTDMA：MCDMA=1：3：10（以上）原因：实际能实现的信号正交程度不同，CDMA系统中数据经扩谱实现码正交并利用语音间歇特性、扇区天线等。2/6/202311CDMA系统工程1.1.2扩谱（扩频）技术扩频信号通过处理增益对干扰进行抑制：S：接收的单个用户信号功率；J：接收的其他用户干扰信号的功率；R=1/Tb：数据速率（数据信号带宽用Hz表示）；W：扩频带宽（Hz）；Eb：接收到用户信号比特能量（w·sec）；No：等效噪声功率谱密度（w/Hz）；2/6/202312CDMA系统工程等效噪声功率J与信号功率S之比为：当Eb/No满足通信系统性能要求时，J/S代表干扰容限，为：W/R的值被称为扩频处理增益2/6/202313CDMA系统工程例1、设信息带宽R=9600Hz，对于数字化语音，该传输带宽W=1.2288MHz,如果要求SNR为6dB，求抗干扰容限是多少？即：可容忍的干扰与期望（有用）信号功率比为：

即：可容纳功率控制用户33个（为什么？）2/6/202314CDMA系统工程1.1.3IS-95系统容量问题CDMA系统的容量正比于处理增益（扩频增益）2/6/202315CDMA系统工程全双工语音平均工作周期：35%

数字波形有效工作周期：40%~50%

考虑语音间歇特性后，容量：

α为CDMA系统语音发送信道的工作周期2/6/202316CDMA系统工程定向天线只接收来自小区内一部分干扰，把小区分成三个区域，有效增容G=3×0.85=2.55，相应容量：在多小区系统中，考虑来自相邻小区的干扰，容量有所降低：

Fe：其他小区干扰的再用效率（IS-95中为0.65）2/6/202317CDMA系统工程两种主要的扩频技术：跳频（FH）、直接序列扩频（DS）北美第二代CDMA系统（IS-95）采用了DS扩频技术。1.1.4扩频系统分类2/6/202318CDMA系统工程跳频波形图图1-4跳频波形图2/6/202319CDMA系统工程跳频周期：Th；调制信号周期：Ts

慢跳频：

Th是Ts的倍数，每一跳中传多个符号

采用连续相位调制方式

快跳频：

Th是Ts的约数，一个符号占多个跳频周期

采用非相干频移键控调制2/6/202320CDMA系统工程跳频实现原理：

频率合成器使载波频率发生伪随机跳变基带或IF(中频)信号通过载波发送

通过相同的同步伪随机码发生器和频率合成器进行接收2/6/202321CDMA系统工程DS原理图图1-5DS发射机端2/6/202322CDMA系统工程图1-6DS系统接收机端2/6/202323CDMA系统工程信号功率计算：Ps=A1＊W=Ao＊B扩频信号频谱密度相对降低因子：A1/Ao=B/W=1/N接收端解扩信号（参图）：相对于宽带干扰处理增益2/6/202324CDMA系统工程多径延迟处理：相关函数特殊性分集（时间、天线）2/6/202325CDMA系统工程

CDMA:一种多址技术，每一个接入地址对应一个唯一的扩频码，所有接入地址共享同样的频谱.CDMA只能由扩频调制完成，扩频调制并不意味着CDMA.1.1.5CDMA2/6/202326CDMA系统工程PN码序列的生成：线性反馈移位寄存器（LFSR）图1-7简单型或斐波那契型移位寄存发生器（SSRG）图1-8模块型或伽罗瓦型移位寄存发生器（MSRG）两种LFSR结构：2/6/202327CDMA系统工程序列长度计算：

n:移位寄存器的级数

相关性：

完整序列与其移位序列进行逐位比较，相同位与不同位的位数最多差1

构成克服多址干扰及rake（分集）接收基础生成多项式f（x）为既约本原多项式

2/6/202328CDMA系统工程数据信号连续脉冲成形信道传播1.4限带传输的基带脉冲成形矩形脉冲：信道带宽＞＞1/T，无信道失真，无ISI目的：信道带宽有限时，设计脉冲波形，使ISI最小2/6/202329CDMA系统工程1.4.1数字信号传输限带波形其中发送滤波冲激响应：图1-9数据传输系统基本结构发送滤波器输出端基带传输信号为：2/6/202330CDMA系统工程

滤波器设计原则：有限带宽条件下，无失真，无ISI。2/6/202331CDMA系统工程奈氏结论：滤波器幅频特性为：冲激响应：如果信息符号以每T秒产生一个的速率产生，接收设备在t=iT时刻无误差错取样，i=0，1，2，…，则不会产生ISI。如上图中右图。图1-10奈奎斯特滤波器和冲击响应波形2/6/202332CDMA系统工程给定带宽为WHz的信道，符号无ISI传输的最大理论速率是2W符号/秒。奈奎斯特结论：2/6/202333CDMA系统工程实际成形滤波器：图1-11有100%富余带宽的升余弦滤波器RHz带宽里R符号/秒是最大的符号传输速率，即每Hz带宽里每秒只能传输一个符号2/6/202334CDMA系统工程

更一般的，根据过渡区的宽度有一系列的升余弦滤波器：图1-12滚降系数是α升余弦滤波器2/6/202335CDMA系统工程

滤波器冲激响应，即滚降系数是α的奈奎斯特脉冲形状：图1-13不同α的奈奎斯特脉冲波形2/6/202336CDMA系统工程实际平方根升余弦滤波器冲激响应：图1-14平方根升余弦滤波器冲激响应2/6/202337CDMA系统工程IS-95系统使用满足频带限制又能减小ISI的基带成形滤波器:图1-15滤波器规格1.4.2IS-95系统的FIR脉冲成形通带（0≤f≤fp=590kHz）波纹不大于1.5dB,阻带（f>fs=740kHz）衰减为40dB。2/6/202338CDMA系统工程IS-95