信息与通信CDMA原理培训第二版

CBEC_011_C1－ZXC10中兴CDMA基站系统员工初级培训根底知识模块CDMA原理第二版CDMA概述1.主要内容CDMA的简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口特点IS-95系统信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点2.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口特点和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点3.蜂窝移动通信系统的演变及趋势AMPS:AdvancedMobilePhoneSystemTACS:TotalAccessCommunicationSystemGPRS:GeneralPacketRadioServices--通用分组无线业务★4.CDMA技术开展概况〔一〕CDMA开展历史和现状〔国际〕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、1XEV-DV等宽带CDMA技术纷纷出台，局部提案已经被3GPP2采纳；5.CDMA技术在世界范围内的应用目前全球约有50个左右国家正在使用CDMA网络，其中CDMA作为主要移动通信网络的包括美国、韩国、日本、澳大利亚等国家以及南美洲的一些地区。目前CDMA用户已超1亿，占移动用户总数的20%CDMA在全球的普及程度会进一步加大，根据Datacomm数据公司的预测，在未来5年内，CDMA全球用户数有望占到总移动用户数的35%6.CDMA开展概述〔国内〕〔二〕CDMA开展历史和现状〔国内〕1997年，中国的北京、西安、上海、广州建有CDMA实验网〔中国长城网，133网〕1997年开始，国内设备制造商相继开始投巨资开发CDMA产品1999年2月，联通与QUALCOMM签署知识产权框架协议1999年11月中兴、大唐、华为等厂家相继开发出MSC产品2000年5月，国内8家企业与QUALCOMM签订R&D协议2000年7月，中兴推出国内首家独立开发的BSS产品和产品7.中兴CDMA开展概述〔三〕中兴CDMA研发概况95年，启开工程----CDMA移动通信98年3月，经国家计委批准立项99年11月，中兴率先与Qualcomm公司签定?CDMA研发协议?2000年3月，基站系统联通，进入整机测试阶段。2000年3月，中兴CDMA研制开发成功2000年7月底-8月初，ZXC-10BSS开通试验局2000年10月，ZXC-10BSS和批量生产★8.中兴通讯在国内CDMA

领域的特殊地位研发最早投资最大成果最多曲折最多第一个与高通公司签订研发协议第一个获得基站入网证第一个开通国产基站设备的商用局第一个CDMA机卡别离第一个打通cdma2000-1x语音9.中兴通讯在国内CDMA

领域的特殊地位中兴参与标准制定及课题研究中国无线标准研究组〔CWTS〕的正式成员；3GPP、3GPP2的正式成员；QualcommIPR谈判小组成员；直接参与制定：?800MHzCDMA蜂窝移动通信设备总测试标准：基站局部??800MHzCDMA蜂窝移动通信网移动应用局部〔MAP〕测试标准?承担两项“863〞国家高科技攻关工程第三代移动通信研究的课题中兴通讯在国内CDMA

领域的特殊地位10.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口特点和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点11.cdma2000空中接口演进19961999200020019.6kbps64kbps153.6/307.2kbpsIS95AIS95Bcdma20001xcdma20001xEV-DOcdma20001xEV-DV2.4Mbps4-6Mbps★12.cdma2000标准进展情况2000年6月，公布IS-2000ReleaseA标准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1Mbps1xEV-DV目前有多家公司提出技术方案2001年5月将形成最后的标准与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614Kbps13.1XEV-DO、1XEV-DV技术比照1XEV-DO：利用单独的载频实现高速数据传输；优点：多个接入终端〔AT〕实际上时分复用所有载频资源进行数据传递，控制简单，本钱较低缺点：由于话音和数据呼叫的呼叫模型不同，可能会导致频率资源浪费1XEV-DV：同一窄频内既可以传送话音，又可以传送高速数据；优点：使频率资源得到了有效地利用缺点：控制复杂，本钱较高14.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口特点和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点15.多径传播由多径传播传播引起的多径干扰指无线电波因传输路径的不同引起到达时间的不同而导致接收端码元的相互干扰。移动信道中多径的产生主要是因为庞大建筑物对信号的反射造成的。从移动站的角度看，就是相同的信号以不同的时间和方向到达移动站。★16.多径传播移动站接收到的信号能量仅是发射信号能量的一局部，并且因为多径信号到达移动所传输的路径不同和到达时间的不同，而造成相位的不同。这样多径信号之间就会产生相互相减的效应，造成极其严重的衰落现象，使信号的信噪比严重下降，影响接收效果。如果是宽带通信，信号的频谱较宽，还会发生频率选择性衰落。这主要是因为针对不同的多径情况，不同频率产生的衰落深度也不同，造成有的频率分量完全被多径抵消掉。思考题：多径信号对通信是有用还是无用？17.信号阴影当移动站进入建筑物阴影时因为大局部信号能量被建筑物阻挡会发生衰落，移动站仅能接收到从其它物体的反射来的信号或绕射来的信号。但这种衰落相对多径引起的衰落来说变化速度要慢的多，所以称之为慢衰落，它不像快衰落那样难以对付。衰落指在接收端信号的振幅总是呈现出忽大忽小的随机变化的现象。依据持续时间长短，衰落一般有快慢之分。快衰落大局部是由于多径传播引起，它使得信号严重失真。慢衰落是由不同类型的大气折射或行进过程中地形等其它障碍物的影响而产生的。18.多普勒频移在生活中我们常会遇到这样的情形，当一辆警车迎面急驶而来时我们会觉得警笛的声音越来越刺耳尖利，而当其远离驶去时又变得缓和起来。这就是多普勒频移造成的频率变化。多普勒频移指多径效应不仅可使发射信号的振幅发生变化，而且可使发射信号的频率结构发生变化，造成相位起伏不定，它导致数据信号的错误接收。根据上述公式，我们可以很清楚的计算出由于移动台移动速度导致的多普勒频移，当两者之间有一定的可比性时，产生了严重的影响。当人们持在低速运动状态下打时，多普勒频移可以忽略不计，但当人们坐在高速行驶的汽车上打时，就不得不考虑多普勒频移的影响了。★19.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点20.扩频概念扩频通信，即扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)。扩频通信技术是一种信息传输方式，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。扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称直扩〔DS〕，跳频〔FH〕，跳时〔TH〕，线性调频〔Chirp〕。此外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。在通信中应用较多的主要是DS、FH和FH/DS。★21.扩频概念扩频通信技术具有以下特点：〔1〕很强的抗干扰能力。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽，抗干扰的能力越强。〔2〕可进行多址通信。虽然CDMA扩频系统占用了很宽的频带，但由于各网可在同一时刻共用同一频段，其频谱利用率甚至比单路单载波系统还要高。CDMA是未来全球个人通信的一种主要的多址通信方式。〔3〕平安保密。由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去，其功率密度随频谱的展宽而降低，甚至可以将信号淹没在噪声中。。〔4〕抗多径干扰。它是利用扩频所用的扩频码的相关特性来到达抗多径干扰，甚至可利用多径能量来提高系统的性能。22.香农公式香农(Shannon)在信息论的研究中得出了信道容量的公式这个公式指出：如果信息传输速率C不变，那么带宽W和信噪比P/N是可以互换的★23.扩频频谱变化fS(f)f0扩频前的信号频谱信号ff0扩频后的信号频谱信号S(f)ff0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声S(f)ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声S(f)接收端发送端24.扩频增益扩频系统有一个重要的概念就是扩频增益。扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩复原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析说明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽W与信息带宽△F之比称为处理增益GP，即：GP＝W/△F。★25.多址方式多址方式是许多用户地址共同使用同一资源〔频段〕相互通信的一种方式。对于CDMA系统来说就是，许多的用户在同一时间使用相同的频点。由于使用共同的传输频段，各用户间系统各单元之间可能会产生相互干扰称为多址干扰，同时也称为自干扰。为了消除或减少多址干扰，不同用户的信号必须具有某种特征以便接收机能够将不同用户信号区分开，这一过程称作信号分割。26.多址方式主要的信号分割或多址方式有：频分方式：不同用户使用不同频带实现信号分割；时分方式：不同用户使用不同时隙实现信号分割；码分方式：所有用户使用同一频带在同一时间传送信号，其信号分割是利用不同用户信号地址码波形之间的正交性或准正交性来实现的，这种方式即称为码分多址方式。空间分割：PDMA方式。★27.CDMA扩频频谱利用率高，相同频谱情况下容量是模拟系统的8~10倍;是GSM的4--6倍；FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA采用调频的多址技术.业务信道在不同频段分配给不同的用户。TACS、AMPS采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间分配给不同的用户GSM、DAMPSCDMA是采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上、根据不同的编码获得业务信道28.CDMA扩频在CDMA系统中，给每一用户分配一个唯一的码序列〔扩频码，一般采用伪随机码〕，并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户码序列的互相关是很小的，因此对每个用户都能够提供三个通信的要素。★29.CDMA扩频简单实现隐蔽性好，保密性好,很难被盗打伪随机序列信源信号TX解调信号RX伪随机序列扩频信号每个用户都深深淹没在噪声里30.演算4－1假设4个用户，某一时刻的信息数据分别为：d1＝{1，1}d2＝{1，－1}d3＝{－1，1}d4＝{－1，－1}各自的地址码〔扩频码〕分别为：W1={1,1,1,1,1,1,1,1}W2={1,-1,1,-1,1-1,1-1}W3={1,1,-1,-1,1,1,-1,-1}W4={1,-1,-1,1,1,-1,-1,1}31.演算4－2将W和S的对应位相乘得S=W*dS1={1,1,1,1,1,1,1,1}S2={1,-1,1,-1,-1,1,-1,1}S3={-1,-1,1,1,1,1,-1,-1}S4={-1,1,1,-1,-1,1,1,-1}32.演算4－3现在用W2与这些S分别相乘得J＝W2*SJ1={1,-1,1,-1,1,-1,1,-1}J2={1,1,1,1,-1,-1,-1,-1}J3={-1,1,1,-1,1,-1,-1,1}J4={-1,-1,1,1,-1,-1,1,1}33.演算4－4以上J1～J4的混合信号经过积分〔或低通滤波〕电路后，得到的是什么信号？{1，－1}34.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点35.IS-95系统空中接口和信道构成掌握！！！800M频段下行：869~894MHz发;824~849MHz收上行：824~849MHz发；869~894MHz收信道数64码分信道/每1.25MHzRF每一小区cell可分为3个扇区，可共用一个RF每一网络分9个RF,其中收发各占12.5MHz,共占25MHzRF带宽第一信道2×1.77MHz，其他信道2×1.23MHz★36.IS-95系统空中接口和信道构成了解扩频调制：QPSK基站、OQPSK移动台扩频方式：DS-PN数字滤波器带宽1.25MHz话音编码：可变速率CELP,最大速率为8kbit/s,最大数据速率为9.6kbit/s,幀长20ms信道编码：卷积编码PN码：码片速率为1.2288Mchip/s导频：前向链路用导频信号作同步跟踪用接收方式：采用RAKE接收：移动台3径RAKE,基站4径RAKE37.IS-95系统空中接口和信道构成★38.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点39.cdma20001x系统信道构成★40.cdma20001x系统特点了解IS-95系统采用64位Walsh码，cdma20001x系统最高可采用128位Walsh码，提高系统容量,；快速前向功率控制－－增加前向容量；前向发送分集－增加前向容量补充信道〔SCH〕－－支持高速分组数据业务引入Turbo编码－－增加系统的吞吐量；反向辅助导频信道－－反向链路相干解调采用相关解调，提高反向容量灵活的帧长度－－满足不同的分组数据业务要求对于话音业务，IS-95移动台可工作在1x的载波中，1x的移动台也可工作中IS-95的载波中。41.cdma20001x系统特点了解增强的A1接口－－支持并发业务，支持紧急呼叫引入用户区域－－为用户在不同地理区域提供不同的效劳A10/A11接口－－支持分组数据PCF和PDSN之间的平安联盟－－支持平安可靠的传输支持MobileIP－－支持分组数据的宏移动〔PDSN/FA之间〕提供了三角定位功能42.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA蜂窝移动通信网特点43.关键技术功率控制分集接收软切换卷积编码块交织技术语音编码技术44.功率控制在CDMA系统中，功率控制被认为是所有关键技术的核心。如果小区中的所有用户均以相同功率发射，那么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，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应〞问题。★45.功率控制因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应〞问题更加突出。CDMA系统中某个用户信号的功率较强，对该用户被正确接受是有利的，但却会增加对共享的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，导致系统容量下降。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“功率控制〞。CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以如果每个移动台的信号到达基站时都到达所需的最小信噪比，系统容量将会到达最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。★46.功率控制1.前向功率控制对于前向链路，当移动台向小区边缘移动时，收到基站的信号会逐渐减小，受到邻区基站的干扰会明显增加；当移动台向基站方向移动时，移动台受到本区的多径干扰会增加。这两种干扰将影响信号的接收，使通信质量下降，甚至无法建链。因此，在CDMA系统的前向链路中引入了功率控制，通过调整业务信道的基站发射机功率，使前向业务信道的发射功率在满足移动台解调最小需求信噪比的情况下尽可能小。★47.功率控制2.反向功率控制为了克服远近效应，CDMA系统还采用了反向功率控制。反向功率控制用来控制移动台的发射功率，以使移动台的发射信号在到达基站时满足一定的解调要求的前提下，发射功率尽量的降低，来满足小区反向容量的要求。因为不同的移动台反向信号是互相干扰的，理论上只有让进行相同业务的移动台到达基站的功率水平相一致，才能到达反向容量最大化的要求。★48.功率控制3.小区呼吸功率控制它主要用于调节系统中各小区的负载。前向链路边界是指两个基站之间的一个物理位置，当移动台处于该位置时，其接收机无论接收那一基站的信号都有相同的性能，反向链路切换边界是指移动台处于该位置，两个基站的接收机相对于该移动台有相同的性能。基站小区呼吸控制是为了保持前向链路切换边界与反向链路切换边界“重合〞，以使系统容量到达最大，并防止切换发生问题。具体手段是通过调整导频信号功率占基站总发射功率的比例，到达控制小区覆盖面积的目的。算法涉及初始状态调整、反向链路监视、前向导频功率增益调整等具体技术的设计。49.分集技术在CDMA调制系统中，不同的路径可以各自独立接收。分集接收是减少衰落的好方法，它充分利用传输中的多径信号能量，它也同时把时域、空域、频域中分散的能量收集起来，以改善传输的可靠性，从而显著的降低多径衰落的严重性。50.分集技术空间分集在基站间隔一定距离设定几副天线，独立地接收、发射信号，可以保证每个信号之间的衰落独立，采用选择性合并技术从中选出信号的一个输出，利用不同地点〔空间〕收到的信号衰落的独立性，实现抗衰落。极化分集它利用在同一地点两个极化方向相互正交的天线发出的信号，可以呈现出不相关的衰落特性进行分集接收，即在收发端天线上安装水平与垂直极化天线，就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集。其优点是：结构紧凑、节省空间。★51.分集技术频率分集由于衰落具有频率选择性，当两个频率间隔大于相关带宽，它们受到的衰落是不相关的。市区与郊区的相关带宽一般分别为50kHz和250kHz左右，而CDMA系统的信号带宽为1.23MHz，所以可以实现频率分集。★52.分集技术时间分集发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，那么在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，那么可到达变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。也就是说，它是利用了时间分集技术。在CDMA系统中利用RAKE接收机实现时间分集。★53.软切换CDMA：小区/扇区切换采用软/更软切换切换是先接续再中断效劳质量高,有效减低掉话其他无线系统：小区/扇区切换采用硬切换切换是先中断再接续容易产生掉话采用独特的软切换技术，降低了掉率★54.卷积编码、块交织技术卷积编码卷积编码技术能有效地克服随机单个数据错误。块交织技术块交织技术的目的是尽可能连串突发数据错误。55.语音编码语音编码技术标准PCM编码，对3.4kHz频带信号需用64kbps编码比特率传送。实际上，压缩语音编码比特率与话音存储、语音识别及语音合成等技术都直接相关。语音编码为信源编码，其目的是为了把模拟语音转变为数字信号以便在信道中传输，语音编码技术在移动通信系统中与调制技术直接决定了系统的频谱利用率。在移动通信中，节省频谱是至关重要的，移动通信中对语音编码技术的研究目的是在保证一定的话音质量的前提下，尽可能地降低语音码的比特率。归纳起来，移动通信对数字语音编码的要求如下： 速率较低，纯编码速率应低于16kbit／s； 在一定编码速率下音质应尽可能高； 编码时延应较短，控制在几十毫秒以内； 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性能，以保持较好的话音质量； 算法复杂程度适中，易于大规模集成。56.语音编码目前CDMA系统的话音编码主要有： 即码鼓励线性预测编码(CELP)8kbit/s 13kbit/s 增强型8K〔EVRC〕8kbit/s的话音编码到达GSM系统的13kbit/s的话音水平甚至更好。13kbit/s的话音编码已到达有线长途话音水平。增强型8K是以8kbit/s的速率到达接近13kbit/s的水平。★57.提纲CDMA简介CDMA标准演进移动信道特性扩频通信原理IS-95系统空中接口和信道构成cdma20001x系统信道构成关键技术简要介绍CDMA移动通信网特点58.CDMA移动通信的特点频率复用系数高无线网络规划简单，工程设计简单，扩容方便AMPS,D-AMPS,N-AMPSCDMA303010kHz200kHz1250kHz131Users8Users20Users1111111111111112344325617TypicalFrequencyReuseN=7TypicalFrequencyReuseN=4TypicalFrequencyReuseN=1Vulnerability:C/I@17dBVulnerability:C/I@

12-14dBVulnerability:Eb/No

@

6--7dBGSM★59.CDMA移动通信的特点覆盖范围大是标准GSM的2倍左右，这是由于CDMA采用的时码分技术，其抗衰减的能力较GSM强，相同覆盖范围所用的基站少，节省投资;举例:覆盖1000km2：GSM需要200个基站，CDMA只需50个基站。(注意:严格论证,需通过链路预算)★60.CDMA移动通信的特点表1占有10MHz频谱(5MHz发送，5MHz接收)的情况参数CDMAGSM载频带宽1.25MHz0.20MHz载频数3251频率复用1/13/9有效载频3/1=325/3=8.3话音呼叫/载频25至40+7.252话音呼叫/小区75至120+7.25×8.3=60.2扇区/小区33话音呼叫/扇区75至120+60.2/3=20.0Erlang/扇区364至107E13.2容量高从下表可以看出，在相同的频谱，CDMA的容量是GSM的5.5倍。★61.CDMA移动通信的特点话音质量高采用8K、8KEVRC、13K语音编码技术，良好的背景噪声抑制功能话音质量(MOS得分)64kPCM13kGSM8kCDMA13kCDMA8kEVRCCDMA★62.CDMA移动通信的特点保密性好可检性低。由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就很小，可在信道噪声和热噪声的背景下，在很低的信号功率谱上进行通信。信号既然被湮没在噪声里，敌方就很不容易发现有信号的存在。偷听者也很难某个频段全部的射频信号中别离出某路数字通话。CDMA采用了伪随机码(PN)作为地址码，加上独特的扰码方式，在防止串话、盗用等方面具有其他网络不可比较的优点，进一步保证了CDMA网通信的保密性。★63.CDMA移动通信的特点采用完善的功率控制、话音激活技术，降低了发射功率，增加了系统容量，延长了电池使用时间，对人体健康的影响最小,绿色发射功率小：功率控制，语音激活.64.CDMA移动通信的特点95A95B软件升级更换以获取新业务几乎零费用95B1X增加1X信道板软件升级更换以获取新业务取决于新业务需求量1X1XEV增加1XEV信板软件升级更换以获取新业务取决于新业务需求量技术方案：

全高速分组结构：方便向3G的平滑过渡经济方案：

平滑过度到3G,运营商损失最小!利润最大!65.800M、900M频率分配表

CDMA蜂窝移动通信体制频率的范围为50M〔上行和下行各25M〕，中国联通和中国长城共有30M频率〔上行和下行各15M〕可供使用。66.CDMA800MHz频谱使用总共50MHz频谱带宽被分给800MCDMA系统使用其中上下行链路各使用25M带宽PossibleCDMACenterFreq.AssignmentsChannelNumbersForwardlink(i.e.,cellsitetransmits)Reverselink(i.e.,mobiletransmits)824MHz849MHz869MHz89