重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院-CDMA系統(tǒng)

1、第五章第五章CDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.2 碼分多址的基本原理及實現(xiàn)碼分多址的基本原理及實現(xiàn)5.3 IS-95CDMA信道信道5.4 CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼5.5 CDMA系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6 CDMA系統(tǒng)呼叫處理系統(tǒng)呼叫處理5.7 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制5.8 CDMA的業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解了解CDMA移動通信系統(tǒng)的特點、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和提移動通信系統(tǒng)的特點、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和提供的服務(wù)。供的服務(wù)。正確理解碼分多址的基本原理，碼分多址在正確理解碼分多址的基本原理，碼分多址在CDMA網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)。

2、網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)。正確理解正確理解CDMA-95信道結(jié)構(gòu)。信道結(jié)構(gòu)。正確理解正確理解CDMA移動通信系統(tǒng)的移動性管理。移動通信系統(tǒng)的移動性管理。正確理解正確理解CDMA移動通信系統(tǒng)的呼叫處理和功率移動通信系統(tǒng)的呼叫處理和功率控制。控制。第五章第五章CDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.2 碼分多址的基本原理及實現(xiàn)碼分多址的基本原理及實現(xiàn)5.3 IS-95CDMA信道信道5.4 CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼5.5 CDMA系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6 CDMA系統(tǒng)呼叫處理系統(tǒng)呼叫處理5.7 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制5.8 C

3、DMA的業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 5.1.2 CDMA的基本原理的基本原理 5.1.3 CDMA的特點的特點5.1.1 CDMA系統(tǒng)的發(fā)展 CDMA CDMA早已在軍事抗干擾通信中得到廣泛應(yīng)用早已在軍事抗干擾通信中得到廣泛應(yīng)用; ; 80 80年代末期以來，年代末期以來，CDMACDMA開始應(yīng)用于數(shù)字移動通信領(lǐng)域。由于其開始應(yīng)用于數(shù)字移動通信領(lǐng)域。由于其頻譜利用效率高，抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用前景看好；頻譜利用效率高，抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用前景看好； 19891989年，年，QualcommQualcomm公司在美國的現(xiàn)場實驗證明，公司在美國的現(xiàn)場實驗證明，CDMACDMA用于蜂窩用于

4、蜂窩通信的容量大，且經(jīng)理論推導(dǎo)通信的容量大，且經(jīng)理論推導(dǎo), ,為為AMPSAMPS的的2020倍，使倍，使CDMACDMA技術(shù)成為熱技術(shù)成為熱門技術(shù)；門技術(shù)； 19931993年年7 7月，月，QualcommQualcomm公司開發(fā)公司開發(fā). .的的CDMACDMA蜂窩體制被采納為北美蜂窩體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，定名為數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，定名為IS-95IS-95（實際上（實際上IS-95 IS-95 定義的是定義的是CDMACDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)的公共空中接口）。公共空中接口）。5.1.1 CDMA系統(tǒng)的發(fā)展 95 95年美國和香港的年美國和香港的CDMACDMA公用網(wǎng)開始投入商用；公用網(wǎng)開始

5、投入商用； 9696年韓國用自己的年韓國用自己的CDMACDMA系統(tǒng)開發(fā)大規(guī)模商用系統(tǒng)開發(fā)大規(guī)模商用, ,前前1212個月發(fā)展用戶個月發(fā)展用戶150150萬；萬； 19981998年，全球的年，全球的CDMACDMA用戶已經(jīng)達(dá)到用戶已經(jīng)達(dá)到500500萬萬,CDMA,CDMA的商用和研究進(jìn)的商用和研究進(jìn)入高潮階段；入高潮階段； 19991999年年, CDMA, CDMA在日本和美國形成增長高峰期在日本和美國形成增長高峰期, ,全球增長率為全球增長率為250%,250%,用戶達(dá)用戶達(dá)20002000萬；萬； 現(xiàn)在現(xiàn)在CDMACDMA為僅次于為僅次于GSMGSM發(fā)展最快的系統(tǒng)，全球現(xiàn)己近一億用戶

6、，發(fā)展最快的系統(tǒng)，全球現(xiàn)己近一億用戶，二十多個國家采用。二十多個國家采用。5.1.1 CDMA系統(tǒng)的發(fā)展 我國在我國在9393年年863863計劃已開展計劃已開展CDMACDMA蜂窩技術(shù)研究；蜂窩技術(shù)研究； 9494年年QualcommQualcomm首先在天津建技術(shù)試驗網(wǎng)；首先在天津建技術(shù)試驗網(wǎng)； 19981998年具有年具有1414萬用戶的長城商用試驗網(wǎng)在北京、廣州、上海、萬用戶的長城商用試驗網(wǎng)在北京、廣州、上海、西安建成，并開始小部分商用；西安建成，并開始小部分商用； 迄今，中國聯(lián)通已在全國迄今，中國聯(lián)通已在全國250250多個城市開通了商用多個城市開通了商用IS-95IS-95商用商用

7、CDMACDMA網(wǎng)，用戶已經(jīng)超過網(wǎng)，用戶已經(jīng)超過50005000萬。萬。5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.1.1 CDMA系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)的發(fā)展 5.1.3 CDMA的特點的特點重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程系時間時間頻率頻率FDMA頻分多址技術(shù)（頻分多址技術(shù)（FDMA） 將給定的頻譜資源將給定的頻譜資源劃分為若干個等間劃分為若干個等間隔的頻道（或稱信隔的頻道（或稱信道）供不同的用戶道）供不同的用戶使用。接收方根據(jù)使用。接收方根據(jù)載波頻率的不同來載波頻率的不同來識別發(fā)射地址而完識別發(fā)射地址而完成多址連接。成多址連接。重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程系時間時間頻率頻率TDMA時分多址技術(shù)（時分多址技術(shù)

8、（TDMA）把時間分割成周期的幀，把時間分割成周期的幀，每幀再分割成若干時隙，每幀再分割成若干時隙，各各MSMS只能按指定的時隙向只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號，同時，基基站發(fā)送信號，同時，基站發(fā)向多個站發(fā)向多個MSMS的信號都按的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在定的時隙內(nèi)接收，就能在合路信號中把發(fā)給它的信合路信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。號區(qū)分出來。重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程系時間時間頻率頻率CDMA碼碼碼分多址技術(shù)（碼分多址技術(shù)（CDMA）各發(fā)送端用各不相同、各發(fā)送端用各不相同、相互（準(zhǔn)）正交的地址相互

9、（準(zhǔn)）正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號碼調(diào)制其所發(fā)送的信號，在接收端利用碼型的，在接收端利用碼型的（準(zhǔn)）正交性，通過地（準(zhǔn)）正交性，通過地址識別（相關(guān)檢測）從址識別（相關(guān)檢測）從混合信號中選出相應(yīng)的混合信號中選出相應(yīng)的信號。信號。碼分多址技術(shù)（CDMA）不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是采用相同的頻率用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，取信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個CDMA信號中選出使用預(yù)定碼型的信號。其他使用不同碼型的信號因為和接收機(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)，它們的存在類似于在信道中引入了

10、噪聲或干擾，所以CDMA移動通信系統(tǒng)也是自干擾系統(tǒng)。 在在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸也蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸也是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務(wù)信息外，工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。要設(shè)置相應(yīng)的信道。但是，但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道通信

11、系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。碼型來區(qū)分。 碼分多址技術(shù)（CDMA） CDMA系統(tǒng)的工作示意圖系統(tǒng)的工作示意圖舉例舉例l在碼分多址通信系統(tǒng)中在碼分多址通信系統(tǒng)中, ,利用自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)值為利用自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)值為0 0或很或很小的周期性碼序列作為地址碼小的周期性碼序列作為地址碼, ,與用戶信息數(shù)據(jù)相乘與用戶信息數(shù)據(jù)相乘( (或模或模2 2加加),),經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后, ,在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼為參考參考, ,根據(jù)相關(guān)性的差異對收到

12、的所有信號進(jìn)行鑒別根據(jù)相關(guān)性的差異對收到的所有信號進(jìn)行鑒別, ,從中將地從中將地址碼與本地地址碼一致的信號選出址碼與本地地址碼一致的信號選出, ,把不一致的信號除掉把不一致的信號除掉( (稱之稱之為相關(guān)檢測為相關(guān)檢測) )。舉例舉例d1 dN 分別是N個用戶的信息數(shù)據(jù),其對應(yīng)的地址碼分別為W1 W N ,為了簡明起見,假定系統(tǒng)有4個用戶(即N=4), W1 =1,1,1,1，W2 =1,-1,1,-1，W3=1,1,-1,-1，W4=1,-1,-1,1假設(shè)在某一時刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為: d1=1，d2=-1，d3=1，d4=-1識別識別d25.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.1.1 CDMA系

13、統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)的發(fā)展 5.1.2 CDMA的基本原理的基本原理 根據(jù)理論計算以及現(xiàn)場試驗表明，根據(jù)理論計算以及現(xiàn)場試驗表明，CDMACDMA系統(tǒng)的信系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的道容量是模擬系統(tǒng)的10201020倍，是倍，是TDMATDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)的4 4倍。倍。CDMACDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是出于它的頻率復(fù)用系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是出于它的頻率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他制式的蜂窩系統(tǒng)，另外一個主要因素系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他制式的蜂窩系統(tǒng)，另外一個主要因素是它使用了是它使用了話音激活話音激活和和扇區(qū)化扇區(qū)化等技術(shù)。等技術(shù)。 1大容量大容量 CDMA CDMA技術(shù)多址能力決定于地址碼間的多址干擾

14、的大技術(shù)多址能力決定于地址碼間的多址干擾的大小，在實際的小，在實際的CDMACDMA系統(tǒng)中，各地址碼之間不是完全正交，系統(tǒng)中，各地址碼之間不是完全正交，它們之間存在一定的互相關(guān)性，此互相關(guān)性導(dǎo)致的多址它們之間存在一定的互相關(guān)性，此互相關(guān)性導(dǎo)致的多址干擾是影響干擾是影響CDMACDMA多址能力的決定性因素。多址能力的決定性因素。 1大容量大容量 CDMA CDMA采用多種手段使得多址干擾足夠小，從而使采用多種手段使得多址干擾足夠小，從而使CDMACDMA的的多址能力比多址能力比FDMAFDMA、TDMATDMA更強(qiáng)更強(qiáng): : 選擇有良好的自相關(guān)性、互相關(guān)性的地址碼；選擇有良好的自相關(guān)性、互相關(guān)性

15、的地址碼； 采用信號處理的方法消除多址干擾；采用信號處理的方法消除多址干擾； 使用功率控制克服遠(yuǎn)使用功率控制克服遠(yuǎn)- -近效應(yīng)，使得系統(tǒng)在一定接收質(zhì)量近效應(yīng)，使得系統(tǒng)在一定接收質(zhì)量下，每用戶以下，每用戶以“剛剛足夠剛剛足夠”的功率通信。的功率通信。 此外，在蜂窩移動通信中，還采用此外，在蜂窩移動通信中，還采用語音激活技術(shù)語音激活技術(shù)、高效、高效糾錯碼及糾錯碼及CDMACDMA扇形分區(qū)等技術(shù)扇形分區(qū)等技術(shù)，使整個，使整個CDMACDMA通信系統(tǒng)的容量通信系統(tǒng)的容量增大。增大。 1大容量大容量 理論上可證明：以頻譜資源帶寬理論上可證明：以頻譜資源帶寬1.25MHz1.25MHz為基礎(chǔ)條件，采為基礎(chǔ)

16、條件，采用話音激活技術(shù)和分扇區(qū)技術(shù)，當(dāng)扇區(qū)數(shù)為用話音激活技術(shù)和分扇區(qū)技術(shù)，當(dāng)扇區(qū)數(shù)為3 3時，時，CDMACDMA系統(tǒng)每系統(tǒng)每小區(qū)內(nèi)容量比小區(qū)內(nèi)容量比AMPS/FDMAAMPS/FDMA模擬系統(tǒng)大模擬系統(tǒng)大2020倍，比倍，比DMPS/TDMADMPS/TDMA數(shù)字?jǐn)?shù)字系統(tǒng)大系統(tǒng)大4 4倍。倍。 分析的依據(jù)是：（分析的依據(jù)是：（1 1）CDMACDMA是一種容量受限于干擾的系統(tǒng)。是一種容量受限于干擾的系統(tǒng)。碼間干擾越小，容許的用戶越多。而碼間干擾越小，容許的用戶越多。而FDMAFDMA的容量受限于頻帶，的容量受限于頻帶，頻帶寬帶決定了容量的大?。活l帶寬帶決定了容量的大??；TDMATDMA同樣受

17、限于頻帶寬度和時同樣受限于頻帶寬度和時間。（間。（2 2）在話音通信中，大量統(tǒng)計表明，話音占空比在）在話音通信中，大量統(tǒng)計表明，話音占空比在35%-35%-40%40%之間，因此采用動態(tài)編碼技術(shù)可使互干擾降低了之間，因此采用動態(tài)編碼技術(shù)可使互干擾降低了60%-65%60%-65%，從而使從而使CDMACDMA容量增加，這種現(xiàn)象僅有容量增加，這種現(xiàn)象僅有CDMACDMA可利用。可利用。 1大容量大容量（3 3）扇形天線的應(yīng)用也促進(jìn)了容量的增大。扇形天線）扇形天線的應(yīng)用也促進(jìn)了容量的增大。扇形天線的應(yīng)用是一種共同的技術(shù)，但在的應(yīng)用是一種共同的技術(shù)，但在FDMAFDMA和和TDMATDMA中，應(yīng)用扇

18、中，應(yīng)用扇形天線只是為了減少干擾源，提高話音質(zhì)量；而在形天線只是為了減少干擾源，提高話音質(zhì)量；而在CDMACDMA中，應(yīng)用扇形天線減少干擾源就能提高系統(tǒng)容量，這是中，應(yīng)用扇形天線減少干擾源就能提高系統(tǒng)容量，這是CDMACDMA與與FDMAFDMA和和TDMATDMA的重大區(qū)別。的重大區(qū)別。CDMACDMA使用使用120120有效束有效束寬的扇形天線，這樣干擾減少到寬的扇形天線，這樣干擾減少到1/31/3，系統(tǒng)容量增大，系統(tǒng)容量增大3 3倍，倍，如果使用更窄束寬的扇形天線，容量還將進(jìn)一步增加。如果使用更窄束寬的扇形天線，容量還將進(jìn)一步增加。 1大容量大容量 在FDMA、TDMA系統(tǒng)中，當(dāng)小區(qū)服務(wù)

19、的用戶數(shù)達(dá)到最大信道數(shù)，已滿載的系統(tǒng)絕對無法再增添一個信道，此時若有新的呼叫，該用戶只能聽到忙音。而在CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)目和服務(wù)質(zhì)量之間可以相互折中，靈活確定。 經(jīng)營者可以在話務(wù)量高峰期將誤幀率稍微提高，從而增加可用信道數(shù)。同時，當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷較輕時，本小區(qū)受到的干擾減少，容量就可適當(dāng)增加。 體現(xiàn)軟容量的另一種形式是小區(qū)呼吸功能。所謂小區(qū)呼吸功能就是指各個小區(qū)的覆蓋大小是動態(tài)的，當(dāng)相鄰兩個小區(qū)負(fù)荷一輕一重時，負(fù)荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度不夠，切換到相鄰小區(qū)，使負(fù)荷分擔(dān)，即相當(dāng)于增加了容量。2軟容量軟容量 指當(dāng)移動臺需要切換時，先與新的基站連通再與原基站

20、切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。 軟切換只能在同一顛率的信道間進(jìn)行，因此，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。 軟切換可以有效地提高切換的可靠性，大大減少切換造成的掉話，因為據(jù)統(tǒng)計，模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)無線信道上的掉話90發(fā)生在切換中。 軟切換可以提供分集，從而保證通信的質(zhì)量。但是軟切換也相應(yīng)帶來了一些缺點；導(dǎo)致硬件設(shè)備的增加，降低了前向容量等。3軟切換軟切換 由于CDMA系統(tǒng)中采用有效的功率控制，強(qiáng)糾錯能力的信道編碼，以及多種形式的分集技術(shù)，可以使基站和移動臺以非常節(jié)約的功率發(fā)射信號，延長手機(jī)電池使用時間，同時獲得優(yōu)良的話音質(zhì)量。 4高的話音質(zhì)量和低發(fā)射功率高的話音

21、質(zhì)量和低發(fā)射功率CDMA系統(tǒng)的信號擾碼方式提供了高度的保密性，使這種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在防止串話、盜用等方面具有其他系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點。CDMA的數(shù)字話音信道還可將數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)或其他標(biāo)準(zhǔn)的加密技術(shù)直接引入。 5保密保密 典型的全雙工雙向通話中，每次通話的占空比小于35，在FDMA和TDMA系統(tǒng)里，由于通話停止時重新分配信道存在一定時延，所以難以利用話音激活因素。CDMA系統(tǒng)因為使用了可變速率聲碼器，在不講話時傳輸速率降低，減輕了對其他用戶的干擾，這即是CDMA系統(tǒng)的話音激活技術(shù)。6話音激活話音激活 比較比較CDMA系統(tǒng)與其它移動通信系統(tǒng)的特點系統(tǒng)與其它移動通信系統(tǒng)的特點討論：討論：第五章第五章CDM

22、A移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.2 碼分多址的基本原理及實現(xiàn)碼分多址的基本原理及實現(xiàn)5.3 IS-95CDMA信道信道5.4 CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼5.5 CDMA系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6 CDMA系統(tǒng)呼叫處理系統(tǒng)呼叫處理5.7 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制5.8 CDMA的業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)31本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的原理擴(kuò)頻通信的原理 CDMA的編碼理論基礎(chǔ)的編碼理論基礎(chǔ) 碼分多址的實現(xiàn)碼分多址的實現(xiàn)1、什么是擴(kuò)頻通信、什么是擴(kuò)頻通信? 擴(kuò)展頻譜通信擴(kuò)展頻譜通信,是一種是

23、一種把信息的頻譜展寬把信息的頻譜展寬之后再進(jìn)行傳輸之后再進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，是利用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的技術(shù)，是利用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生擴(kuò)頻序列去調(diào)制數(shù)字信號擴(kuò)頻序列去調(diào)制數(shù)字信號以以展寬信號的頻譜的技術(shù)。頻譜的展寬是通過使待傳送的信息數(shù)展寬信號的頻譜的技術(shù)。頻譜的展寬是通過使待傳送的信息數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)傳輸速率高許多倍的偽隨機(jī)碼序列的調(diào)制來實現(xiàn)的，據(jù)被數(shù)據(jù)傳輸速率高許多倍的偽隨機(jī)碼序列的調(diào)制來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)。在接收端則采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)。在接收端則采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)，將寬帶信號恢復(fù)成原來的窄帶信號，從而獲同步接收、解擴(kuò)，將寬帶信號恢復(fù)成原來的窄帶信號，從

24、而獲得原有數(shù)據(jù)信息。得原有數(shù)據(jù)信息。擴(kuò)頻通信的三層含義擴(kuò)頻通信的三層含義 1) 信號的頻譜被展寬；信號的頻譜被展寬； 2) 采用擴(kuò)頻序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜；采用擴(kuò)頻序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜； 3）在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)。）在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)。含義含義1：信號頻譜被展寬：信號頻譜被展寬傳輸任何信息都需要一定的頻帶傳輸任何信息都需要一定的頻帶,稱為信息帶寬或基帶信號頻帶稱為信息帶寬或基帶信號頻帶寬度。例如寬度。例如,人類語音的信息帶寬為人類語音的信息帶寬為3003400Hz,電視圖像信電視圖像信息帶寬為息帶寬為6.5MHz。設(shè)設(shè)W代表系統(tǒng)占用帶寬或信號帶寬代表系統(tǒng)占用帶寬或信號帶

25、寬,B代表信息帶寬代表信息帶寬,則一般認(rèn)為則一般認(rèn)為: W/B=12 窄帶通信窄帶通信 W/B50 寬帶通信寬帶通信 W/B100 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信系統(tǒng)用擴(kuò)頻通信系統(tǒng)用100倍以上的信號帶寬來傳輸信息倍以上的信號帶寬來傳輸信息,最主要的目最主要的目的是為了提高通信的抗干擾能力的是為了提高通信的抗干擾能力,即在強(qiáng)干擾條件下保證安全可即在強(qiáng)干擾條件下保證安全可靠地通信?？康赝ㄐ拧：x含義2：采用擴(kuò)頻序列調(diào)制方式來展寬頻譜：采用擴(kuò)頻序列調(diào)制方式來展寬頻譜由信號理論知道由信號理論知道,在時間上有限的信號在時間上有限的信號,其頻譜是無限的。脈沖其頻譜是無限的。脈沖信號寬度越窄信號寬度越窄,其頻譜

26、就越寬。作為工程估算其頻譜就越寬。作為工程估算,信號的頻帶寬度信號的頻帶寬度與其脈沖寬度近似成反比。例如與其脈沖寬度近似成反比。例如,1s脈沖的帶寬約為脈沖的帶寬約為1MHz。因此因此,如果很窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制如果很窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制,則可產(chǎn)生很寬頻帶則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號。的信號。所采用的擴(kuò)頻序列與所傳的信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的所采用的擴(kuò)頻序列與所傳的信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的,也就是說它與一也就是說它與一般的正弦載波信號是相類似的般的正弦載波信號是相類似的,絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍?。絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍?。擴(kuò)頻碼序列僅僅起擴(kuò)展信號頻譜的作用。擴(kuò)頻碼序列僅僅起擴(kuò)展信號頻譜的作用。含義含義

27、3：在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)：在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)接收端采用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列同收到的接收端采用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列同收到的擴(kuò)頻調(diào)制信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)所傳的信息。擴(kuò)頻調(diào)制信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)所傳的信息。換句話說，這種相關(guān)解調(diào)起到了解擴(kuò)的作用，即換句話說，這種相關(guān)解調(diào)起到了解擴(kuò)的作用，即把擴(kuò)展后的寬帶信號又恢復(fù)成原來所傳的窄帶信把擴(kuò)展后的寬帶信號又恢復(fù)成原來所傳的窄帶信息。息。2、擴(kuò)頻通信的實現(xiàn)條件、擴(kuò)頻通信的實現(xiàn)條件 信號的帶寬須遠(yuǎn)大于原有信息的最小帶寬；信號的帶寬須遠(yuǎn)大于原有信息的最小帶寬； 所產(chǎn)生的射頻信號的帶寬與原有信息無關(guān)。所產(chǎn)生的射頻信號的帶寬與原有信息無關(guān)。3、

28、擴(kuò)頻通信工作原理、擴(kuò)頻通信工作原理信息調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制射頻調(diào)制射頻解調(diào)信息解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻發(fā)生器擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻發(fā)生器信息3、擴(kuò)頻通信工作原理、擴(kuò)頻通信工作原理4、擴(kuò)頻通信的特點、擴(kuò)頻通信的特點1）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。 由于擴(kuò)頻信號在相對較窄的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的由于擴(kuò)頻信號在相對較窄的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號被淹沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一功率很小，信號被淹沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測信號的參數(shù)就更加困難，因此隱蔽性好。步檢測信號的參數(shù)就更加困難，因此隱蔽性好。4、擴(kuò)頻通

29、信的特點、擴(kuò)頻通信的特點2）頻譜利用率高，易于重復(fù)使用頻率）頻譜利用率高，易于重復(fù)使用頻率 擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低（擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低（1650mW），又采用了相關(guān)接收），又采用了相關(guān)接收技術(shù)，而且可以工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，因此，易于在技術(shù)，而且可以工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，因此，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可以與現(xiàn)今各種窄帶通信共享同同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可以與現(xiàn)今各種窄帶通信共享同一頻率資源。所以，擴(kuò)頻通信是解決目前無限頻譜資源有限問題一頻率資源。所以，擴(kuò)頻通信是解決目前無限頻譜資源有限問題的一把金鑰匙。的一把金鑰匙。4、擴(kuò)頻通信的特點、擴(kuò)頻通信的特點3) 抗干擾性

30、強(qiáng)，誤碼率低抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低 其抗干擾能力與其頻帶擴(kuò)展的倍數(shù)成正比，頻譜擴(kuò)展的越其抗干擾能力與其頻帶擴(kuò)展的倍數(shù)成正比，頻譜擴(kuò)展的越寬，抗干擾能力就越強(qiáng)。寬，抗干擾能力就越強(qiáng)。干擾干擾信號信號解擴(kuò)后信號在接收端解擴(kuò)前后信噪比情況4、擴(kuò)頻通信的特點、擴(kuò)頻通信的特點 目前商用的通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻通信是唯一能夠工作于目前商用的通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻通信是唯一能夠工作于負(fù)信噪比條件下的通信方式。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)這一優(yōu)良負(fù)信噪比條件下的通信方式。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)這一優(yōu)良性能，它的誤碼率很低，正常條件下可以低到性能，它的誤碼率很低，正常條件下可以低到10-10，最差條件下也能到達(dá)最差條件下也能到達(dá)10-6，完全能滿足國

31、內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)，完全能滿足國內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)信道傳輸質(zhì)量的要求。信道傳輸質(zhì)量的要求。4、擴(kuò)頻通信的特點、擴(kuò)頻通信的特點4）可以實現(xiàn)碼分多址）可以實現(xiàn)碼分多址 擴(kuò)頻通信用多個偽隨機(jī)序列分別作為不同用戶的地址碼，擴(kuò)頻通信用多個偽隨機(jī)序列分別作為不同用戶的地址碼，可以共用一個頻段來實現(xiàn)碼分多址通信?？梢哉f，擴(kuò)頻通信本可以共用一個頻段來實現(xiàn)碼分多址通信?？梢哉f，擴(kuò)頻通信本身就是一種多址通信方式，稱為擴(kuò)頻多址（身就是一種多址通信方式，稱為擴(kuò)頻多址（SSMA），實際上），實際上是碼分多址的一種。擴(kuò)頻通信實現(xiàn)的碼分多址能夠獲得比其他是碼分多址的一種。擴(kuò)頻通信實現(xiàn)的碼分多址能夠獲得比其他多址方式更高的通信容量。多址方式

32、更高的通信容量。4、擴(kuò)頻通信的特點、擴(kuò)頻通信的特點5）易于數(shù)字化，能夠開展多種通信業(yè)務(wù)）易于數(shù)字化，能夠開展多種通信業(yè)務(wù) 。46本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的原理擴(kuò)頻通信的原理 CDMA的編碼理論基礎(chǔ)的編碼理論基礎(chǔ) 碼分多址的實現(xiàn)碼分多址的實現(xiàn)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 擴(kuò)頻通信屬于“寬帶通信”，基本特點是：傳輸信號所占用的頻帶寬度遠(yuǎn)大于原始信息本身實際所需的最?。ㄓ行В挕Ｄ敲矗瑸槭裁匆捎眠@種通信方式那？簡單的說，是為了提高移動通信系統(tǒng)的安全性和可靠性。其理論基礎(chǔ)有兩個：信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)公式信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)公式關(guān)于信息

33、傳輸差錯概率的柯捷爾尼可夫公式關(guān)于信息傳輸差錯概率的柯捷爾尼可夫公式香農(nóng)公式香農(nóng)公式C=W C為信道容量（bit/s），W為信道帶寬（Hz），S為信號平均功率，N為噪聲功率（w）。 在給定的信道容量C不變的情況下，可以通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比（S/N）情況下以相同的信息速率來可靠的傳輸信息，甚至是在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，仍然能夠保證可靠的通信。 擴(kuò)展頻譜以換取對信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的主要特點，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。2log (1)SN柯捷爾尼可夫公式柯捷爾尼可夫公式 Powj為差錯概率，P為信號功率，W為信道帶寬，N為噪聲功率，

34、為信息帶寬。該式是一個關(guān)于變量的遞減函數(shù)，信噪比（P/N）一定的情況下，信息的傳輸帶寬比實際信息帶寬越寬，信息傳輸差錯概率就越低。所以，可以通過對信息傳輸帶寬的擴(kuò)展來提高通信的抗干擾能力，保證強(qiáng)干擾條件下通信的安全可靠。 總之，我們用信息帶寬的100倍，甚至1000倍以上的帶寬來傳輸信息，可以提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。()()owjWP WPf TPfNNF1FT50本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的原理擴(kuò)頻通信的原理 CDMA的編碼理論基礎(chǔ)的編碼理論基礎(chǔ) 碼分多址的實現(xiàn)碼分多址的實現(xiàn)問題：

35、問題：CDMA中都需要哪些碼？中都需要哪些碼？1、擴(kuò)頻碼擴(kuò)展信號頻譜；2、地址碼用于表明信號的地址。例如：1）如何識別不同的小區(qū)？2）MS-BTS，基站在收到的眾多MS的信號中，如何分別各個MS的信號？3）BTS-MS，MS收到來自基站的發(fā)給不同MS的信號，MS如何從這些信號中識別出自己的信號？ 問題：擴(kuò)頻碼和地址碼如何問題：擴(kuò)頻碼和地址碼如何選擇？選擇？ 擴(kuò)頻碼和地址碼的選擇至關(guān)重要。 關(guān)系到系統(tǒng)的抗多徑干擾、 抗多址干擾的能力, 關(guān)系到信息數(shù)據(jù)的保密和隱蔽, 關(guān)系到捕獲和同步系統(tǒng)的實現(xiàn)。 經(jīng)研究表明, 理想的地址碼和擴(kuò)頻碼應(yīng)具有如下特性: (1) 有足夠多的地址碼碼組; (2) 有尖銳的自

36、相關(guān)特性; (3) 有處處為零的互相關(guān)特性; (4) 不同碼元數(shù)平衡相等; (5) 盡可能大的復(fù)雜度。 幾個基本概念幾個基本概念 1、半加器（模二加法器）和乘法器、半加器（模二加法器）和乘法器 在二進(jìn)制中，負(fù)邏輯條件下（0代表+1，1代表-1），半加器與乘法器的運算結(jié)果相同。幾個基本概念幾個基本概念 2、相關(guān)性概念、相關(guān)性概念 在信息傳輸中各種符號之間的差異性越大越好,這樣任意兩個信號不容易混淆,也就是說相互之間不容易發(fā)生干擾、不會發(fā)生誤判。理想的傳輸信息的信號形式應(yīng)該是類似白噪聲的隨機(jī)信號,因為在任何時間上不同的兩段噪聲比較都不會完全相似,若能用它們代表兩種信號,其差別性就很大。換句話說,為

37、了實現(xiàn)選址通信,信號間必須正交或準(zhǔn)正交。偽隨機(jī)序列（偽隨機(jī)序列（PN碼）碼） 目前廣泛應(yīng)用的偽隨機(jī)噪聲都是有數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列，經(jīng)濾波等處理后得到的，這種周期序列稱為偽隨機(jī)序列（PN碼）。這是因為偽隨機(jī)序列是按照確定的規(guī)律產(chǎn)生的，但是，偽隨機(jī)序列又具有和隨機(jī)序列相類似的隨機(jī)性。偽隨機(jī)序列（偽隨機(jī)序列（PN碼）的產(chǎn)生碼）的產(chǎn)生 通常產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路為反饋移存器。它由位移寄存器、線性反饋抽頭和模二加法器（半加器）組成。下圖是3個位移寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的示意圖。偽隨機(jī)序列（偽隨機(jī)序列（PN碼）的相關(guān)性碼）的相關(guān)性 l當(dāng)同一個偽隨機(jī)序列的兩個碼組的時間偏移相同時，它們模二加的每位都是“0”，

38、按位累加的結(jié)果為2n-1=7（n=3）。l當(dāng)同一個偽隨機(jī)序列的兩個碼組的時間偏移不相同時，它們模二加的結(jié)果是“1”的個數(shù)比“0”的個數(shù)多一個，采用了負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換，按位累加的結(jié)果為-1。按位求和為 7=23-1負(fù)邏輯“0”“+1”“1”“-1”按位求和為 -1負(fù)邏輯“0”“+1”“1”“-1”偽隨機(jī)序列的自相關(guān)性 偽隨機(jī)序列（偽隨機(jī)序列（PN碼）的相關(guān)性碼）的相關(guān)性l由自相關(guān)性函數(shù)曲線可以看出-1/2n-1不可能等于零，正是由于-1/2n-1的存在，不相關(guān)的信道會給通信帶來干擾，所以CDMA系統(tǒng)也稱自干擾系統(tǒng)。但當(dāng)n很大時，-1/2n-1近似為零，干擾就會很小。 歸一化偽隨機(jī)序列自相關(guān)性函數(shù)曲線

39、偽隨機(jī)序列自相關(guān)性函數(shù)曲線 沃爾什碼（沃爾什碼（Walsh） 盡管偽隨機(jī)序列具有良好的自相關(guān)特性, 但其互相關(guān)特性不是很理想(互相關(guān)值不是處處為零), 如果把偽隨機(jī)序列同時用作擴(kuò)頻碼和地址碼, 系統(tǒng)性能將受到一定影響。所以, 通常將偽隨機(jī)序列用作擴(kuò)頻碼, 而就地址碼而言,則采用沃爾什碼。沃爾什碼（沃爾什碼（Walsh）產(chǎn)生過程）產(chǎn)生過程沃爾什碼（沃爾什碼（Walsh）的正交特性）的正交特性l兩個同維數(shù)的相同的沃爾什碼進(jìn)行模二加的每位都是“0”，按位累加的和為n（n為沃爾什碼的維數(shù)），歸一化后為1。l兩個同維數(shù)的不同的沃爾什碼進(jìn)行模二加并按位累加的和為0。則稱這兩個沃爾什碼是正交的。CDMA碼速

40、率的選擇碼速率的選擇l CDMA蜂窩系統(tǒng)碼的速率規(guī)定為1.2288MHz，這個規(guī)定考慮了頻譜資源的限制、系統(tǒng)容量、多徑分離的需要和基帶數(shù)據(jù)速率多個因素。l在美國，F(xiàn)CC規(guī)定劃分給蜂窩通信的頻譜帶寬為單向25MHz，并分配給兩家公司，每家分得單向頻譜帶寬總計為12.5MHz，其中最窄的一段帶寬為1.5MHz，為獲得最大適應(yīng)性，信號帶寬應(yīng)小于1.5MHs。選擇1.2288MHz的碼速率，濾波后可獲得1.25MHz的帶寬。在12.5MHz寬頻帶內(nèi)可以劃分出10條信道。l為了獲得高的系統(tǒng)容量，擴(kuò)頻碼速率應(yīng)盡可能高。l通常陸地移動通信環(huán)境的多徑延遲為l-100s，為了充分發(fā)揮擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)，實現(xiàn)多徑分

41、離的作用，要求擴(kuò)頻碼序列的持續(xù)時間應(yīng)小于1s，也就是擴(kuò)頻碼速率應(yīng)大于1MHz。l選擇l.2288MHz的另一個原因是，這個速率可以被基帶數(shù)據(jù)速率9.6kbps整除，且除數(shù)為2的冪指數(shù)(12827)。63本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的原理擴(kuò)頻通信的原理 CDMA的編碼理論基礎(chǔ)的編碼理論基礎(chǔ) 碼分多址的實現(xiàn)碼分多址的實現(xiàn)64在在CDMA網(wǎng)絡(luò)中用到了三種碼：網(wǎng)絡(luò)中用到了三種碼：短碼用于區(qū)分不同的小區(qū)；短碼用于區(qū)分不同的小區(qū)；長碼用于區(qū)分不同的反向信道；長碼用于區(qū)分不同的反向信道；沃爾什碼用于區(qū)分不同的前向信道。沃爾什碼用于區(qū)分不同的前向信道。CDMA網(wǎng)絡(luò)中用到

42、的碼型網(wǎng)絡(luò)中用到的碼型CDMA系統(tǒng)是怎樣解調(diào)信號系統(tǒng)是怎樣解調(diào)信號 ？短碼（短碼（short PN code）l 短碼是由一個短碼是由一個15位長的移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，位長的移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，用于區(qū)分不同的小區(qū)。用于區(qū)分不同的小區(qū)。l 碼組長度為碼組長度為215=32768個碼片，其中個碼片，其中32767個碼片由個碼片由15位移位寄存器產(chǎn)生，位移位寄存器產(chǎn)生，1個碼片為人為設(shè)計插入。個碼片為人為設(shè)計插入。l 短碼的碼片速率是短碼的碼片速率是1.2288Mcps,可以計算出一個短碼周可以計算出一個短碼周期為期為32768/1.2288M=26.67ms，每個碼片時長為，每個碼

43、片時長為26.67ms/32768=813.802ns。l 由于空中傳播的時延以及多徑效應(yīng)，由于空中傳播的時延以及多徑效應(yīng)，CDMA系統(tǒng)并不是系統(tǒng)并不是使用全部的使用全部的32768個不同的時延，而是每個不同的時延，而是每64個碼片為一個碼片為一時延段，稱之為短碼偏置（時延段，稱之為短碼偏置（short PN offset）,即共有即共有32768/64=512個短碼偏置。用個短碼偏置。用PN（i）表示，）表示，i從從0到到511，因而有因而有512個值可被不同基站使用。不同的短碼偏置即代個值可被不同基站使用。不同的短碼偏置即代表不同的基站。表不同的基站。短碼（短碼（short PN code

44、） CDMA系統(tǒng)是一個全網(wǎng)同步的系統(tǒng)，它們使用同一個時鐘源，來自衛(wèi)星的GPS（全球定位系統(tǒng)）時鐘。所有基站每隔2秒鐘對基站進(jìn)行一次校準(zhǔn)，2秒鐘恰好是75個短碼周期（2000 ms /26.67 ms =75）。長碼（長碼（long PN code）l長碼是由一個長碼是由一個42位長的移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，用于位長的移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，用于區(qū)分不同的反向信道。區(qū)分不同的反向信道。l碼組長度為碼組長度為242個碼片，其中個碼片，其中242-1個碼片由個碼片由42位移位寄存器位移位寄存器產(chǎn)生，產(chǎn)生，1個碼片為人為設(shè)計插入。短碼的碼片速率是個碼片為人為設(shè)計插入。短碼的碼片速率是1 . 2

45、 2 8 8 M / c p s , 可 以 計 算 出 一 個 長 碼 周 期 時 間 為可 以 計 算 出 一 個 長 碼 周 期 時 間 為242/1.2288M=41.4天。長碼也稱長碼掩碼，在全網(wǎng)中具有天。長碼也稱長碼掩碼，在全網(wǎng)中具有唯一性。唯一性。lCDMA系統(tǒng)中的長碼都由相同的發(fā)生器產(chǎn)生，不論長碼如何系統(tǒng)中的長碼都由相同的發(fā)生器產(chǎn)生，不論長碼如何組成，只能產(chǎn)生相同的長碼序列，但產(chǎn)生不同的時間位移，組成，只能產(chǎn)生相同的長碼序列，但產(chǎn)生不同的時間位移，使得使得MS使用的長碼偏置各不相同，并達(dá)到獨自地、快速地使用的長碼偏置各不相同，并達(dá)到獨自地、快速地與網(wǎng)絡(luò)同步的目的。與網(wǎng)絡(luò)同步的目

46、的。 64維沃爾什碼（維沃爾什碼（Walsh code） IS-95CDMA系統(tǒng)中，使用64維的沃爾什碼，用來區(qū)分同一小區(qū)下的不同的前向信道。沃爾什碼被標(biāo)識為Wi64,其中64表示64維，i表示第i個沃爾什碼。即有64個沃爾什碼，每個沃爾什碼長64維。在同一小區(qū)內(nèi)沃爾什碼是唯一的。69本節(jié)內(nèi)容總結(jié)本節(jié)內(nèi)容總結(jié)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的原理擴(kuò)頻通信的原理 CDMA的編碼理論基礎(chǔ)的編碼理論基礎(chǔ) 碼分多址的實現(xiàn)碼分多址的實現(xiàn)第五章第五章CDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.2 碼分多址的基本原理及實現(xiàn)碼分多址的基本原理及實現(xiàn)5.3 IS-95CDMA

47、信道信道5.4 CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼5.5 CDMA系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6 CDMA系統(tǒng)呼叫處理系統(tǒng)呼叫處理5.7 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制5.8 CDMA的業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù) IS-95CDMA信道信道IS-95 CDMA系統(tǒng)中，把信道分為前向信道和反向信 道。前向是指從基站到移動臺方向，反向是指從移動臺到基站方向。IS-95 CDMA系統(tǒng)采用頻分雙工（FDD）來實現(xiàn)雙工通信，雙工間隔45MHZ，頻道帶寬為1.23 MHZ，使用的無線電波頻段為：前向信道870-890MHZ，反向信道825-845 MHZ。IS-95CDMA信道信道導(dǎo)頻信道

48、導(dǎo)頻信道同步信道同步信道前向前向業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道 前向信道前向信道尋呼信道尋呼信道邏輯信道邏輯信道反向信道反向信道接入信道接入信道反向反向業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道前向信道前向信道同一小區(qū)前向信道使用同一個短碼，它們之間通過64維沃爾什碼（Wi64） 的不同來彼此區(qū)分。64個沃爾什碼分配如下： W064 用于導(dǎo)頻信道， W1-764 用于尋呼信道， W3264 用于同步信道，其余的55個用于前向業(yè)務(wù)信道。 由計算可知,實際當(dāng)中只能使用40余個信道。通常一個載頻(1.23MHz)供1824個用戶同時通信較合適。通過采用扇區(qū)劃分每個蜂窩,小區(qū)的一個載頻可供使用信道數(shù)達(dá)100以上,也就是說可供100多人同時通

49、信。IS-95CDMA前向信道前向信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道同步信道同步信道前向前向業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道 前向信道前向信道尋呼信道尋呼信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道1）導(dǎo)頻信道的功能l在移動臺接入系統(tǒng)時，導(dǎo)頻信道為所有的移動臺提供基準(zhǔn)，來區(qū)分CDMA載頻與其他無線信號，與系統(tǒng)初同步；l 移動臺用導(dǎo)頻信號來比較不同基站之間的信號強(qiáng)度，從而確定哪個小區(qū)為服務(wù)小區(qū)；l導(dǎo)頻信道為移動臺進(jìn)行相干解調(diào)提供相位基準(zhǔn)以確保相干解調(diào)。在移動臺接入系統(tǒng)后，移動臺用導(dǎo)頻信號來比較不同基站之間的信號強(qiáng)度，從而確定何時進(jìn)行切換。導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道2）導(dǎo)頻信道的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)頻信道不傳送任何信息，內(nèi)容為全零碼信息，導(dǎo)頻信道被劃分成26.67 ms的

50、幀，使用W064來區(qū)分其他信道。所有基站的導(dǎo)頻信道電平一般要比業(yè)務(wù)信道電平高4-6dB，并且導(dǎo)頻信道不做功率控制，以恒定功率持續(xù)發(fā)射。同步信道同步信道 1）同步信道的功能:用于移動臺與系統(tǒng)之間的同步l 系統(tǒng)識別號（SID）/網(wǎng)絡(luò)識別號（NID），來區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)；l 導(dǎo)頻短碼偏移量（短碼偏置），區(qū)分不同的基站/扇區(qū)；l 長碼狀態(tài)，告訴用戶現(xiàn)在的長碼狀態(tài)以便于同步；l 系統(tǒng)時間，用于校準(zhǔn)移動臺的時間，以便CDMA系統(tǒng)全網(wǎng)的移動臺時間相同； 尋呼信道數(shù)據(jù)速率（4.8kbps或9.6kbps）,通知移動臺尋呼信道的數(shù)據(jù)速率為多少。同步信道同步信道 2）同步信道的結(jié)構(gòu): 同步信道消息速率為1.2kbp

51、s，幀時長26.67ms，三個幀構(gòu)成一個80ms的超幀，同步信道消息通過N個同步信道超幀傳輸，不足的用“0”填充。 同步信道同步信道l卷積編碼：一進(jìn)二出，標(biāo)識為R=1/2；由八位移位寄存器實現(xiàn)前后9個碼片相關(guān)，標(biāo)識為K=9；經(jīng)過卷積編碼后，傳輸內(nèi)容的名稱從“比特bit”變?yōu)椤胺杝ymbol”；傳輸單位從“比特每秒bps”變?yōu)椤胺柮棵雜ps”，傳輸速率從1.2kbps變?yōu)?.4ksps。l符號重復(fù)：傳輸速率從2.4ksps變?yōu)?.8ksps。l塊交織：交織跨度是一幀，交織并不改變傳輸速率，只是改變符號排序，傳輸速率保持4.8ksps不變。l加W3264：固定使用W3264 ， W3264的速

52、率是1.2288Mcps，傳輸內(nèi)容的名稱從“符號symbol”變?yōu)椤按a片chip”；傳輸單位從“符號每秒sps”變?yōu)椤按a片每秒cps”，傳輸速率為1.2288Mcps。尋呼信道尋呼信道1）尋呼信道的功能l尋呼信道用于廣播系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)尋呼移動臺和信道指配。最多可有7個尋呼信道。l尋呼信道信道的內(nèi)容：系統(tǒng)參數(shù)消息（如基站標(biāo)識符）、接入?yún)?shù)消息、鄰區(qū)列表消息、CDMA信道列表消息、尋呼消息、標(biāo)準(zhǔn)的指令消息、信道分配消息、鑒權(quán)查詢消息、SSD更新消息、特性通知消息等。尋呼信道尋呼信道2）尋呼信道的結(jié)構(gòu)l長碼發(fā)生器：產(chǎn)生尋呼信道長碼掩碼，擾碼的作用。64:1抽取器：變換1.2288Mcps成19.2

53、ksps，為尋呼信道產(chǎn)生一個與本機(jī)相關(guān)的擾碼，為通信保密。前向業(yè)務(wù)信道前向業(yè)務(wù)信道 1）前向業(yè)務(wù)信道的功能用于BTS到MS話音和數(shù)據(jù)的傳輸，伴有必要的信令。 前向業(yè)務(wù)信道前向業(yè)務(wù)信道 2）前向業(yè)務(wù)信道的結(jié)構(gòu):前向業(yè)務(wù)信道前向業(yè)務(wù)信道l根據(jù)不同的速率被分為172bit、80bit、40bit和16bit的20 ms幀，對應(yīng)的信息速率分別為8.6 kbps、4.0 kbps、2.0 kbps、0.8 kbps。l幀質(zhì)量指示僅用于8.6 kbps、4.0 kbps；分別加12 bit和8 bit幀質(zhì)量指示位，用于前向查錯；信息速率變?yōu)?.2 kbps、4.4 kbps。l8 bit尾比特：用于消除本

54、幀對下一幀的影響，8 bit為預(yù)先設(shè)置碼，加上8 bit尾比特后的速率為9.6 kbps、4.8 kbps、2.4 kbps、1.2 kbps。l64：1抽取器：變換1.2288Mcps成19.2 ksps，為業(yè)務(wù)信道產(chǎn)生一個與本機(jī)相關(guān)的擾碼，為通信保密。l24：1抽取器：變換19.2 ksps成800sps，為業(yè)務(wù)信道產(chǎn)生一個800HZ的頻率，用于控制加入功率控制比特的時鐘。l功率控制比特800bps：用于插入功率控制比特的節(jié)奏，最快功率控制速率可達(dá)800HZ，也可比800HZ低。l加Wi64：用來區(qū)分其他前向信道，i在一個小區(qū)必須唯一。反向信道反向信道 反向信道使用長碼來區(qū)分，為什么不使用

55、64維沃爾什碼（Wi64）來區(qū)分呢？ 因為沃爾什碼必須完全同步，由于移動臺與BTS之間的距離不同，并且沒有反向?qū)ьl信道，所以不可以達(dá)到完全同步，沃爾什碼的正交特性無法實現(xiàn)。IS-95CDMA反向信道反向信道接入信道接入信道反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道反向信道反向信道接入信道接入信道1）接入信道的功能 移動臺通過反向接入信道接入CDMA系統(tǒng) 接入信道接入信道2）接入信道的結(jié)構(gòu) 反向接入信息的速率為4.8 kbps（4.4 kbps），被劃分成20ms的幀，接入信息以1個接入時隙傳輸，不足的用“0”填充符占位。接入時隙的長度可根據(jù)數(shù)據(jù)庫參數(shù)計算出占用的幀的個數(shù)，相關(guān)參數(shù)來自尋呼信息。 接入信道接入信道

56、64維正交調(diào)制：加強(qiáng)反向的抗干擾特性。就是把塊交織后的碼片，6位分為一段，并且這6位二進(jìn)制對應(yīng)的10進(jìn)制的Wi64來代替，即6bit變成64 bit，產(chǎn)生大量的冗余信息。例：6位二進(jìn)制為101011，其轉(zhuǎn)換過程為（101011）2=（1*32+1*8+1*2+1）10=（43）10，即用W4364代替101011。接入信道接入信道長碼掩碼：掩碼結(jié)構(gòu)如圖所示。其中，Pilot-PN來自同步信道消息，BASE-ID來自尋呼信道，ACN、PCN是移動臺根據(jù)尋呼信道的消息計算出來的值。所以接入信道長碼掩碼是移動臺計算出來的，不是隨意產(chǎn)生的。反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道1）反向業(yè)務(wù)信道的功能 用于MS到BT

57、S的話音和數(shù)據(jù)傳輸，并伴有必要的信令。反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道2）反向業(yè)務(wù)信道的結(jié)構(gòu):利用長碼來區(qū)分不同的信道。反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道 隨機(jī)突發(fā)：由數(shù)據(jù)子幀隨機(jī)發(fā)生器來完成，它把前面符號重復(fù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)掩蔽，保證隨機(jī)發(fā)送不重復(fù)的符號信息，與幀數(shù)據(jù)速率有關(guān)。反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道 反向業(yè)務(wù)信道的長碼：長碼結(jié)構(gòu)如圖所示。它與接入信道長碼掩碼的結(jié)構(gòu)不同，使用了電子序號（ESN），對于機(jī)卡分離系統(tǒng)，移動臺中的UIM卡中的ESN取代了移動設(shè)備中的ESN。第五章第五章CDMA移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)5.1 CDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述5.2 碼分多址的基本原理及實現(xiàn)碼分多址的基本原理及實現(xiàn)5.3 IS-

58、95CDMA信道信道5.4 CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼5.5 CDMA系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6 CDMA系統(tǒng)呼叫處理系統(tǒng)呼叫處理5.7 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制5.8 CDMA的業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù) 系統(tǒng)識別碼（系統(tǒng)識別碼（SID） 網(wǎng)絡(luò)識別碼（網(wǎng)絡(luò)識別碼（NID） 登記區(qū)識別碼（登記區(qū)識別碼（REG ZONE） 基站識別碼（基站識別碼（IDID） 國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼(IMSI) 臨時移動用戶識別碼臨時移動用戶識別碼(TMSI) 移動電話薄號碼（移動電話薄號碼（MDN） 移動用戶臨時本地電話號碼（移動用戶臨時本地電話號碼（TLDN）

59、電子序號（電子序號（ESN） CDMA CDMA網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼網(wǎng)絡(luò)主要使用的識別號碼 系統(tǒng)識別碼（系統(tǒng)識別碼（SIDSID）是）是 CDMACDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，唯一數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，唯一地識別一個地識別一個CDMACDMA蜂窩系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng) （即一個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)）的號碼。（即一個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)）的號碼。移動臺中必須存儲該號碼，用于識別移動臺歸屬的移動臺中必須存儲該號碼，用于識別移動臺歸屬的CDMACDMA移動移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。系統(tǒng)識別碼總長為業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。系統(tǒng)識別碼總長為1515比特。比特。系統(tǒng)識別碼（系統(tǒng)識別碼（SIDSID）網(wǎng)絡(luò)識別碼（網(wǎng)絡(luò)識別碼（NID）是）是 CD

60、MA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，唯一地識別一個網(wǎng)絡(luò)的號碼。網(wǎng)絡(luò)識別碼總長為唯一地識別一個網(wǎng)絡(luò)的號碼。網(wǎng)絡(luò)識別碼總長為16個比個比特，其中特，其中0與與65535（即全（即全0和全和全1）保留。在中國，網(wǎng)絡(luò)）保留。在中國，網(wǎng)絡(luò)識別碼由各省郵電管理局自行分配，例如識別碼由各省郵電管理局自行分配，例如NID可用于識別可用于識別一個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)內(nèi)不同的移動交換中心區(qū)。一個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)內(nèi)不同的移動交換中心區(qū)。網(wǎng)絡(luò)識別碼（網(wǎng)絡(luò)識別碼（NIDNID）是在一個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)唯一地識別一個登記區(qū)域的號碼。是在一個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)唯一地識別一個登記區(qū)域的號碼。登記區(qū)識別碼總長為登記區(qū)識別碼總長為12