CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入课件

CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入仿真实验原理部分CDMA基本概念仿真实验原理部分0不同的需求，不同的技术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-SCDMA3G为客户与运营商提供了完整的综合业务解决方案不同的需求，不同的技术AMPSTACSNMT其它GSMCDM1多址技术用户1用户2用户3用户1用户2用户3时间频率时间时间频率频率码业务信道在不同频段分配给不同用户如：TACS系统业务信道在不同时间分配给不同用户如：GSM所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道FDMATDMACDMA用户3用户2用户1多址技术用户1用户2用户3用户1用户2用户3时间频率时间时间2三种体制的比较三种体制的比较3CDMA的发展历程IS95B64kbpsIS95A9.6kbpscdma20003Xcdma20001XEVCDMA1X307.2kbps话音业务容量更大手机待机时间更长1995199820002002更高的频谱效率和网络容量更高的分组数据速率和更丰富的业务平滑向3G过渡CDMA的发展历程IS95BIS95Acdma2000cdm4香农定理C=Wlog2（1+S/N）C:信道容量W:传输带宽S/N:信噪比在一定的信道容量的条件下，可通过提高传输带宽降低信噪比香农定理C=Wlog2（1+S/N）:信噪比在一定的5扩频技术窄带信号扩频码扩频码信号合并宽带信号噪声噪声+宽带信号信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)ttttCDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到1.23MHz的宽带信号接收时，从宽带信号中恢复信号CDMA系统干扰主要来自相邻小区和同小区其他用户9.6K9.6K1.2288M1.2288M扩频技术窄带信号扩频码扩频码信号合并宽带信号噪声噪声+宽带信6无线通讯系统的要求

用户唯一性长码的唯一性，m序列的生成机制

每小区需提供多信道相互正交的64阶Walsh码

须具备多小区的规划M序列的PN码（短码）生成机制

无线通讯系统的要求用户唯一性7内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理8扩频技术+1-1+1-1-1-1-1+1+1+1扩频解扩频符号码片数据扩频码扩频码数据1001011011001扩频后的信号扩频技术+1-1+1-1-1-1-19扩频技术-1-1-1+1+1+1解扩干扰信号数据-1+1-1+1其他的经过扩频后的信号积分后的结果+8-8110110011101100111111111扩频后的信号扩频码信号噪声扩频技术-1-1-1+1+1+1解扩干扰信10Walsh码概念前向采用64阶Walsh函数作为扩频函数，Walsh码是正交码若两个函数互相关系数为0，则相互正交码字的互相关系数为Walsh码概念前向采用64阶Walsh函数作为扩频函数，W11Walsh码（续）64481632129600192003840076800153600307200614400Datarate-bps-cdma20001x系统针对不同的数据速率采用不同的Walsh码W01=0W02=00W12=01W04=0000W24=0011W14=0101W34=0110W08=00000000W48=00001111W28=00110011W68=00111100W18=01010101W58=01011010W38=01100110W78=01101001(W016,W816)(W416,W1216)(W216,W1416)(W616,W1416)(W116,W916)(W516,W1316)(W316,W1116)(W716,W1516)Walsh码（续）64481632129600192003812长码为一周期为242-1的m-序列移位相加特性：输出序列Ck和Ck+t(Ck时移t)的相加后的序列仍然是序列Ck的一个时移序列自相关特性不同相位的m-序列的相关值为-1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长码长码为一周期为242-1的m-序列长码13长码生成示意图001为初始态110为掩码（mask)输出为一个7位的序列当掩码不同时，输出为具有不同偏移的序列长码生成示意图001为初始态14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。短码PN0PN4PN8短码为一周期215的M-序列短码PN0PN4PN815内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理16信道编码—卷积码约束长度：移位寄存器数+1编码效率：输入bit数/输出符号数信道编码—卷积码约束长度：移位寄存器数+117卷积码(2)卷积码在AWGN信道中的性能卷积码(2)卷积码在AWGN信道中的性能18cdma2000信道编码-Turbo码(1)cdma2000信道编码-Turbo码(1)19cdma2000信道编码-Turbo码(3)图中Turbo码中交织块大小为1530，解码迭代次数为3次可见Turbo码性能优于卷积码cdma2000信道编码-Turbo码(3)图中Turb20内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理21前向信道Non-TD调制结构前向信道Non-TD调制结构22正交发射分集OTD模式正交发射分集OTD模式23空时扩展STS模式在多天线上发射所有前向信道以互补的Walsh码或伪随机码扩频空时扩展STS模式在多天线上发射所有前向信道24内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理25cdma20001X前向信道类型FLSR1/3CommonAssignmentCommonPowerControlPilotCommonControlSyncTrafficBroadcastPaging(SR1)QuickPagingF-PilotTransmitDiversityPilotAuxiliaryPilotAuxiliaryTransmitDiversityPilot0-1DedicatedControl0-1FundamentalPowerControlSubchannel0-7SupplementalCodeRC1-20-2SupplementalCodeRC3-9F-CACHF-CPCCHF-CCCHF-SYNCF-BCCHF-PCHF-QPCHF-CPICHF-APICHF-ATDPICHF-TDPICHF-DCCHF-FCHF-SCCHF-SCHcdma20001X前向信道类型FLCommonCommo26cdma20001X反向信道结构RLSR1/3R-TCHRC1/2EnhancedAccessChOperationR-CommonControlChOperationR-TCHOperationRC3-6R-FCH0-7R-SCCHR-PICHR-PICHR-CCCHR-PICH0-1R-DCCH0-1R-FCH0-2R-SCHR-PowerControlSubChR-ACHR-EACHcdma20001X反向信道结构RLR-TCHEnhanc27CDMA1X与IS-95比较（2）

信道类型IS-95A/B

CDMA1X

导频信道

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发射分集导频信道

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辅助导频信道

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发射分集辅助导频信道

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同步信道

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寻呼信道

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广播信道

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快速寻呼信道

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公共功率控制信道

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公共支配信道

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前向公共控制信道

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前向专用控制信道

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前向基本业务信道

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前向补充码信道

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前向信道

前向补充信道

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反向导频信道

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接入信道

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增强型接入信道

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反向公共控制信道

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反向专用控制信道

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反向基本业务信道

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反向补充码信道

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反向信道

反向补充信道

√CDMA1X与IS-95比较（2）信道类型IS-95A/28DA转换帧质量指示比特CRC前向业务信道的过程长码发生器800bpsWallshn抽取器用户m的长码掩码功率控制比特19.2kbps增加编码器尾比特块交织19.2kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps用户m的前向业务信道信息比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷积编码r=1/2k=9符号重复QPSK调制MUX1.2288Mcps抽取器上变频功放

19.2kbps19.2kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbpsDA转换帧质量指示比特CRC前向业务信道的过程长码800b29帧质量指示比特CRCRC1/2反向业务信道的过程长码发生器用户m的长码掩码增加编码器尾比特块交织28.8ksps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps用户m反向业务信道信息比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷积编码r=1/3k=9符号重复1.2288Mcps28.8ksps28.8ksps14.4ksps7.2ksps3.6ksps64阶正交调制数据突发随机化307.2kspsI序列1.2288McpsQ序列1.2288Mcps滤波Dcos2πftsin2πft∑++滤波OQPSK帧质量指示比特CRCRC1/2反向业务信道的过程长码用户m的30数据突发化反向信道采用选通方式发射所有速率均以全速率功率发射低速率的重复码元不发射（关闭发射机）发射机的关闭过程由数据突发化随机算法决定

数据突发化反向信道采用选通方式发射31cdma20001X反向信道扩频调制结构长码MASKWalshCover相对增益∑相对增益WalshCoverWalshCover相对增益∑相对增益WalshCover+++++∑基带滤波∑基带滤波以2抽取延迟1chip长码生成器I路PN序列Q路PN序列WalshCover∑++cos2πfctsin2πfct反向补充信道2反向导频信道反向专用控制信道反向基本信道反向补充信道1、反向公共控制信道、或增强接入信道

反向信道特点：采用Walsh扩频多码道传输HPSK调制cdma20001X反向信道扩频调制结构长码MASKWal32OQPSK在Q路上插入1/2个chip时延，产生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允许移动台采用简单的功率放大器基站发射的QPSK移动台发射的OQPSKOQPSK在Q路上插入1/2个chip时延，产生OQPSK调33HPSK(HybridPSK)，亦称为OCQPSK(OrthogonalComplexQPSK)作用：减少过零率减少对功放的线性要求HPSKHPSK(HybridPSK)，亦称为OCQPSK34RAKE接收技术有效地克服多径衰落，提高接收性能RAKE接收原理接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合并合并后的信号tts(t)s(t)RAKE接收技术有效地克服多径衰落，提高接收性能RAKE35前向无线配置RC前向无线配置RC36反向无线配置RC反向无线配置RC37CDMA信道总结CDMA信道总结38内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理39CDMA链路特点反向链路特点用户可在小区任何地方使用移动站各个移动站路径损耗不同，差别可达80dB如果所有移动站以相同功率发射，到达基站的信号可能会相差80dB，会有巨大干扰，造成“远近效应”不同移动站信道条件不同基站对接收信号作非相干解调反向功率控制要求高，控制动态范围大，灵敏度高，以补偿快速环境变化前向链路特点信道相同一个基站发射的所有信道经过相同路径到达移动站，信号会同时衰减前向信道正交性好移动站利用导频信号作相干解调由于前向信道特点，对前向功率控制要求不突出，其功率变化范围为±4dBCDMA链路特点反向链路特点前向链路特点40cdma功率控制类型反向开环功率控制闭环功率控制内环功率控制：800Hz外环功率控制前向闭环功率控制消息报告方式：周期报告、门限报告EIB方式：50HzQIB方式：50Hz快速功率控制：800Hzcdma功率控制类型反向41

移动台所需发射功率受以下因素影响移动台与基站距离小区负荷信道环境

CDMA系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负荷的影响，这个常数可由基站调整

移动台根据接收前向信道的功率，直接确定发射功率发射功率=k-平均接收功率+NOM_PWR+INIT_PWR+接入修正值反向开环功率控制移动台所需发射功率受以下因素影响反向开环功率控制42内环功率控制基站测量Eb/Nt和设定的目标Eb/Nt进行比较，大于则指令移动台降低发射功率，否则增加发射功率。调节速率为800Hz外环功率控制统计误帧率，设定所需的目标Eb/Nt反向闭环功率控制内环功率控制反向闭环功率控制43移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节，是一种慢速功率调节。cdma2000引入了前向快速功率控制，每秒800Hz。前向功率控制移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。44用于速率集2MS在反向业务信道向BS发送EIB（ErasureIndicatorBit）。其中，如果收到的是一坏帧，则置EIB=1；收到的是一好帧，则置EIB=0功率控制速率：50Hz。前向功率控制-EIB方式用于速率集2前向功率控制-EIB方式45内容CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步切换及接入CDMA基本原理内容CDMA基本概念CDMA基本原理46当相邻小区的负荷不相同时，负荷重的小区降低发射功率，使本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现负载控制小区呼吸“小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增加系统容量负载控制使用的主要手段包括小区呼吸和同覆盖异频小区之间的切换。当相邻小区的负荷不相同时，负荷重的小区降低发射功率，使本小区47软切换：在切换过程中，移动台开始与新的基站联系时，并不中断与原有的基站的通信。软切换会带来更好的话音质量，实现无缝切换、减少掉话可能，且有利于增加反向容量更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同扇区之间。硬切换：在切换过程中，移动台与新的基站联系前，先中断与原基站的通信，再与新基站建立联系。不同频率间的切换到其它系统的切换切换软切换：在切换过程中，移动台开始与新的基站联系时，并不中断48导频集是指具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合有效集：与正在联系的基站对应的导频集合。候选集：当前不在有效集中，但是已有足够的强度表明与该导频对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。相邻集：当前不在有效集或候选集中但是有可能进入候选集的导频集合。剩余集：其它导频集合。导频集导频集是指具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合导频集49(1)导频强度超过T_ADD，MS将其加入候选集并上报BS(2)BS命令MS将该导频加入有效集(3)导频强度小于T_DROP，手机启动T_DROP定时器(4)T_DROP定时器超时，MS上报BS(5)BS命令MS将该导频从有效集中删除固定门限软切换过程(1)导频强度超过T_ADD，MS将其加入候选集并上报BS50CFSRPM(Report)CFSCNM

(SearchOrder)F1(serving)F2(candidate)GHDM

(HHO)CFSRQM

(SearchParameters)CFSRSM(Acceptance)1、MS工作在频点F1，在MAHHO过程中，首先由BS发起CFSRQM（候选频率搜索请求参数消息），带候选频点搜索参数2、MS发回CFSRSM（候选频率搜索应答消息）确认3、BS通过CFSCNM（候选频率搜索命令消息）命令MS按设定的搜索参数搜索候选频点F2；MS在转到频点F1时，将中断与频点F1的联系4、MS通过CFSRPM（候选频率搜索报告消息）报告搜索结果5、BS通过GHDM（硬切换）命令MS切换到频点F2

移动台辅助的硬切换CFSRPMCFSCNM

(SearchOrder)F151系统时间系统零时：定义1980年1月6日0时整为系统起始时间。偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态所有基站将在