cdma技術(shù)原理及演進new

CDMA的發(fā)展主要歷程CDMA技術(shù)標準的演進路線199519992000200120022003+IS-95-Acdma20001X1xEVPhase1(1xEV-DO)

Voice14.4kbpsHighCapacityVoice153kbpsPacketRFBackwardComp.2.4MbpsPacketRFBackwardComp.1xEVPhase2(1xEV-DV)HigherCapVoice/DataRFBackwardComp.IMT-2000是第三代移動通信系統(tǒng)的統(tǒng)稱第三代移動通信系統(tǒng)能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類通信。第三代移動通信系統(tǒng)最早由國際電信聯(lián)盟（ITU）1985年提出，考慮到該系統(tǒng)將于2000年左右進入商用市場，并且其工作的頻段在2000MHz，故于1996年正式更名為IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。IMT-2000全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標準，全球無縫覆蓋高效的頻譜效率更高的服務(wù)質(zhì)量、保密性和可靠性易于從2G系統(tǒng)平滑演進與過渡，并反向兼容2G系統(tǒng)提供多媒體業(yè)務(wù)，速率最高可達2Mb/s車速環(huán)境：144kb/s步行環(huán)境：384kb/s室內(nèi)環(huán)境：2Mb/sIMT-2000的目標IMT-2000標準化組織三種主要體制比較CDMA基本原理CDMA系統(tǒng)主要特點系統(tǒng)容量大其中：

W/Rb:處理增益

Eb/No: 比特能量與噪聲系數(shù)比

u:語音占空比

F

:

頻率復(fù)用率

G:

扇區(qū)系數(shù)CDMA容量計算限制CDMA基站容量的因素RF容量RF反向容量-噪聲容量RF前向容量-功率容量WalshCode容量信道單元(CE)容量建議最大負荷為極限容量的50%由此得出反向鏈容量為每扇區(qū)20個話務(wù)信道CDMA系統(tǒng)主要特點AMPS,D-AMPS,N-AMPSCDMA303010kHzBandwidth200kHz1250kHz131Users8Users35Users1111111111111112344325617TypicalFrequencyReuseN=7TypicalFrequencyReuseN=4TypicalFrequencyReuseN=1Vulnerability:C/I@17dBVulnerability:C/I@6.5-9dBVulnerability:EbNo

@4dB抗干擾能力強CDMA系統(tǒng)主要特點前向鏈路采用64位WALSH碼區(qū)分信道，共有導頻、尋呼、同步、前向業(yè)務(wù)等4類信道，不同基站之間采用2（15次方）PN碼相位區(qū)分，共有512個相位（相鄰相位之間相差64個PN碼片），采用了卷積編碼（K=9，R=l／2）、交織等信道編碼方式。后向鏈路共有接入、反向業(yè)務(wù)2類信道，信道及用戶之間采用2（42次方）-1PN碼相位區(qū)分，采用了卷積編碼（K=9、R=l／3,R=l／2）、交織等信道編碼方式，同時采用了64進制調(diào)制方式。此標準規(guī)定的系統(tǒng)是同步CDMA系統(tǒng)（信道、基站區(qū)分采用PN碼相位），因此，必須有一個時間參考源，標準規(guī)定采用GPS定時。為了提高系統(tǒng)容量，一是在前向信道中加入了功率控制子信道，用于移動臺的閉環(huán)功率控制；二是采用了可變速率聲碼器，實現(xiàn)話音激活；三是移動臺采用非連續(xù)發(fā)送方式。首次在蜂窩移動通信系統(tǒng)中提出軟切換、更軟切換概念，并在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)了此概念。前向信道采用相干解調(diào)方式，反向信道采用非相干解調(diào)方式。實現(xiàn)了“軟容量”，即當系統(tǒng)滿負載工作時，再增加少數(shù)用戶，系統(tǒng)性能會稍有下降。實現(xiàn)了路徑分集（RAKE接收），由于CDMA系統(tǒng)傳輸帶寬較寬，信號傳輸帶寬大于相關(guān)帶寬時，就可以用1／W的（時間）分辨率分辨出多徑分量，再進行分集合并，從而改善接收性能。可以與其他窄帶系統(tǒng)共存，因為擴頻之后，信號功率譜展寬，功率譜密度降低，對其他窄帶系統(tǒng)影響很小，IS-95A系統(tǒng)信號對窄帶信號而言近似白噪聲。實現(xiàn)了高保密通信，鑒權(quán)、數(shù)字格式、寬帶信令可由受話人指定的密碼進行保護CDMA系統(tǒng)主要特點CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---RAKE接收技術(shù)

在移動通信中，移動臺與基站之間的環(huán)境復(fù)雜，到達接收信號不會是一條路徑來的信號，而是多徑合成信號。對于采用其他技術(shù)的移動通信系統(tǒng)，只能采用復(fù)雜的抵抗技術(shù)，減少影響。而對采用CDMA技術(shù)的移動通信系統(tǒng)，由于CDMA的相關(guān)特性，只要路徑之間的時延差大于一個PN碼片寬度，就可以利用多徑信號加強接收效果，此種技術(shù)稱為RAKE分集接收技術(shù)（俗稱路徑分集）。一般RAKE接收機由搜索器（Searcher）、解調(diào)器（Finger）、合并器（Combiner）3個模塊組成。搜索器完成路徑搜索，主要原理是利用碼的自相關(guān)及互相關(guān)特性。解調(diào)器完成信號的解擴、解調(diào)，解調(diào)器的個數(shù)決定了解調(diào)的路徑數(shù)，通常CDMA基站系統(tǒng)一個RAKE接收機由4個Finger組成，移動臺由3個Finger組成。合并器完成多個解調(diào)器輸出的信號的合并處理，通用的合并算法有選擇式相加合并、等增益合并、最大比合并3種。合并后的信號輸出到譯碼單元，進行信道譯碼處理。

CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---速率判定技術(shù)由于CDMA是多個用戶共同占用同一頻帶資源，相互之間通過PN碼來區(qū)分，因此，同時通話用戶數(shù)越多，相互之間干擾就越大。在一定的服務(wù)質(zhì)量下，如果要有效利用系統(tǒng)資源，那么必須采用相應(yīng)的措施?，F(xiàn)在通用的方法是采用語音壓縮編碼及話音激活技術(shù)。IS-95系統(tǒng)就是采用了8kbit／s（IS-95A）或13kbit／s（IS-95B）語音編碼技術(shù)以及變速率話音激活技術(shù)。同時，變速率也為隨路信令的傳輸提供了方便。對于IS-95系統(tǒng)，接收端無法知道發(fā)送數(shù)據(jù)速率，只能通過提取信道質(zhì)量信息，判定發(fā)送端可能發(fā)送的速率。在CDMA數(shù)字移動系統(tǒng)中，切換的標準主要為導頻信號的強度，導頻信號強度為接收到的導頻能量與全部接收到的能量的比值。導頻信號是每個基站連續(xù)發(fā)射的未經(jīng)調(diào)制的、直接序列擴頻的信號，它主要用于使所有在基站覆蓋區(qū)中工作的移動臺進行同步和切換?；纠靡恢芷跒?（15次方）=32768的最大長度偽隨機序列（PN）的時間偏置來標識每個前向CDMA信道（由基站到移動臺），此序列PN也稱為導頻序列。不同前向信道使用不同相位的m序列進行調(diào)制，其相位至少相差64bit，因此導頻PN序列可使用的相位為512個。在CDMA系統(tǒng)中所有CDMA小區(qū)都采用同一個頻率，移動臺根據(jù)接收到的基站導頻信號的不同偏置來區(qū)分各個基站。每個小區(qū)的導頻要與其同一CDMA信道中的正向業(yè)務(wù)信道相配合才有效，當移動臺檢測到一個足夠強度的導頻而它未與任何一正向業(yè)務(wù)信道相配合時，就向基站發(fā)送一導頻強度測量報告，基站根據(jù)此報告決定是否切換。在CDMA的切換技術(shù)中一個顯著的優(yōu)點是可以使用軟切換。所謂軟切換是指當移動臺需要跟一個新的基站通信時，并不先中斷與原先基站的聯(lián)系CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---軟切換CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---軟切換由于CDMA系統(tǒng)中移動臺獨特的RAKE接收機可以同時接收兩個或兩個以上基站發(fā)來的信號，從而保證了CDMA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟切換。軟切換引入大大地改善了切換的性能，消除了切換過程中通信的中斷、小區(qū)邊界處的“乒乓效應(yīng)”以及切換引入的噪聲。CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---功率控制

功率控制分為反向功率控制及正向功率控制兩種，其中，反向功率控制尤其重要，因為，反向是依靠準正交碼區(qū)分的，因此，用戶之間存在相互間干擾，只有保證到達基站各用戶間功率一致（防止遠近效應(yīng)），才能保證用戶容量及質(zhì)量。進行反向功率控制，指在移動臺接收并測量基站發(fā)來的導頻信號，根據(jù)導頻信號強弱估計正確的傳輸損耗，并根據(jù)這種估計來調(diào)節(jié)移動臺的反向發(fā)射功率。接收信號增強就降低其發(fā)射功率，接收信號減弱就增強其發(fā)射功率。功率控制的原則是：當信道的傳播條件突然改善時，功率控制應(yīng)作出快速反應(yīng)（例如幾微秒），以防止信號突然增強而對其他用戶產(chǎn)生附加干擾，相反，當傳播條件突然變壞時，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些。也就是說，寧愿單個用戶的信號質(zhì)量短時間惡化，也要防止許多用戶因為單個用戶的信號電平突然變大而增大背景干擾。這種功率控制辦法簡單、直接，不需要在移動臺和基站之間交換信息，因而控制速度快并節(jié)省開銷。對于某些情況，例如車載移動臺快速駛?cè)牖蝰偝龅匦纹鸱鼌^(qū)或高大建筑物遮蔽區(qū)而引的信號強度變化是十分有效的，但是對于信號因多徑傳播而引起的瑞利衰落變化則效果不好。因為前向傳輸和反向傳輸使用的頻率不同，通常兩個頻率的間隔大大超過信息的相干帶寬，因而不能認為移動臺在前向信道上測得的衰落特性，就等于反向信道上的衰落特性。為了解決這個問題，可以由基站檢測來自移動臺的信號強度，并根據(jù)測得的結(jié)果，形成功率調(diào)整指令，通知移動臺，使移動臺根據(jù)此調(diào)整指令來調(diào)節(jié)其發(fā)射功率。實現(xiàn)這種辦法的條件是傳輸調(diào)整指令的速度要快，處理和執(zhí)行調(diào)整指令的速度也要快。一般情況下，這種調(diào)整指令每毫秒發(fā)送一次就可以了CDMA系統(tǒng)主要技術(shù)特點---功率控制

CDMA概念CDMA以一個窄帶信號開始，采用擴頻技術(shù)擴展到1.2288MHz的寬帶信號接收時，從寬帶信號中恢復(fù)信號CDMA系統(tǒng)干擾主要來自相鄰小區(qū)和同小區(qū)其他用戶CDMA幾個常見術(shù)語比特(bit)、符號(Symbol)與碼片(Chip)信息數(shù)據(jù)單位稱為比特（bit）經(jīng)過卷積編碼器、交織與符號重復(fù)后的數(shù)據(jù)被稱為符號(symbol)經(jīng)過最終擴頻后得到的數(shù)據(jù)被稱為碼片(chip)處理增益(ProcessingGain)最終速率與信息速率的比在IS-95中處理增益為1.2288M/9.6k=128，即21dBBuildingaCDMASignalBitsfromUser’sVocoderSymbolsChipsForwardErrorCorrectionCodingandSpreadingCDMA中應(yīng)用的分集技術(shù)

時間分集采用符號交織，檢錯糾錯編碼等方法。頻率分集將能量擴展到寬帶中實現(xiàn)。IS-95將信號擴展到整個1.25M上。

空間分集在基站采用雙接收天線。在手機和基站采用RAKE接收，合并不同傳輸延時的信號軟切換的時候，移動臺和多個基站同時聯(lián)系，從中選出最好的幀送給交換機Walsh碼概念完全正交：互相關(guān)系數(shù)為0其用途：前向信道中用于擴頻和碼分信道反向信道中用于64階正交調(diào)制，每6個碼符號作為一個調(diào)制符號使用

64階Wash函數(shù)中的一個進行調(diào)制。在正向線路中，Walsh碼用來區(qū)分用戶；在反向信道中，Walsh碼用來區(qū)分“碼元”。相關(guān)相關(guān)是衡量兩個信號之間相似性的一個手段。將兩個信號相乘再積分即得出相關(guān)值。兩個完全一樣的信號其相關(guān)值為1。兩個信號若互不相關(guān)，則它們互不干擾。長碼為一周期為242-1的m-序列自相關(guān)特性PN碼的自相關(guān)函數(shù)是一個二值函數(shù)，只要移位超過一個chip，相關(guān)值都很小。移位相加特性：輸出序列Ck和Ck+t(Ck延時t)相加后的序列仍然是序列Ck的一個時移序列.PN碼的移位是通過掩膜碼來實現(xiàn)的。不同的掩膜對應(yīng)于不同的移位。在cdmaOne系統(tǒng)的業(yè)務(wù)碼信道中，用戶的電子序列號即用作掩膜碼。長碼的作用反向用于提供信道化前向用作擾碼加密控制反向功率控制比特的插入長碼

短碼為一周期215的M-序列在m-序列中增加了一個全0狀態(tài)

PNi,PNq

導頻偏置

IS-95系統(tǒng)中，從周期為215的M-序列中取出512個相位（步長為64），此即基站的512種導頻偏置。

導頻偏置用于區(qū)別小區(qū)

短碼IQ32,768chipslong26-2/3ms.(75repetitionsin2sec.)碼片速率：1.2288Mcps調(diào)制前向：QPSK；反向：OQPSK信道編碼：卷積碼功率控制前向：消息方式的慢速功率控制反向：開環(huán)功率控制；快速功率控制（800Hz）切換：軟切換/更軟切換、硬切換BTS工作在同步方式IS-95A技術(shù)特點前向?qū)ьl信道同步信道尋呼信道業(yè)務(wù)信道（含功率控制子信道）反向接入信道業(yè)務(wù)信道IS-95A信道類型BTSW0:

PILOTACCESSW32:SYNCW1:PAGINGWn:TRAFFICTRAFFIC前向CDMA信道前向CDMA信道(基站發(fā)送的1.23MHz信道)…導引信道同步信道尋呼信道1尋呼信道7業(yè)務(wù)信道1業(yè)務(wù)信道25業(yè)務(wù)信道55……W0W32W2W7W8W31W0業(yè)務(wù)信道24W33移動臺功率控制子信道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)W：編碼信道全0信息，用Walsh0擴展。直接用PN短碼進行調(diào)制導頻信道作用

BTS連續(xù)發(fā)射提供給手機相位參考，相干解調(diào)用幫助手機捕獲系統(tǒng)，進行信道估計、多徑搜索切換時手機測量導頻信道，進行導頻強度比較導頻信道作用同步信道作用

手機通過同步信道獲得與系統(tǒng)的長碼同步：導頻偏置PILOT_PN系統(tǒng)時間SYS_TIME長碼狀態(tài)LC_STATE尋呼信道速率P_RAT等同步信道速率固定為1200bps尋呼信道作用

BTS在尋呼信道上廣播系統(tǒng)參數(shù)消息接入?yún)?shù)消息鄰區(qū)列表CDMA信道列表

BTS通過尋呼信道尋呼手機指配業(yè)務(wù)信道尋呼信道速率為9600bps或4800bps

尋呼信道幀長為20ms前向信道結(jié)構(gòu)BSC

orAccessManagerBTS(1sector)FECWalsh#1SyncFECWalsh#32FECWalsh#0FECWalsh#12FECWalsh#27FECWalsh#44PilotPagingVocoderVocoderVocoderVocodermoremoreShortPNCodePNOffset246Trans-mitter,SectorXSwitchmore

aChannelElementAForwardChannelisidentifiedby:itsCDMARFcarrierFrequencytheuniqueShortCodePNOffsetofthesectortheuniqueWalshCodeoftheuserFECWalsh#23SQSIxx+cos

tsintI

Q卷積碼采用約束長度為9的卷積編碼器IS95前向采用編碼效率為1/2，反向采用1/3QPSK調(diào)制當所有不同信道用Walsh碼調(diào)制后，采用QPSK調(diào)制，并轉(zhuǎn)為模擬信號，累加后發(fā)射反向CDMA信道64階正交調(diào)制Walsh碼不為反向信道提供信道化數(shù)據(jù)由28.8kbps擴展到307.2kcpsIS95CDMA信道總結(jié)CDMA中的信源編碼可變速率聲碼器支持如下的信源編碼

EVRC

支持話音激活典型的雙工通話中，通話的占空比小于35%,不通話的時候降低發(fā)射速率，有效提高系統(tǒng)容量。

CDMA鏈路特點反向鏈路特點由于移動臺距離基站的遠近不同，其路徑損耗不同，差別可達80dB，“遠近效應(yīng)”不同移動臺信道條件不同反向功率控制要求高，控制動態(tài)范圍大，靈敏度高，以補償快速環(huán)境變化前向鏈路特點信道相同一個基站發(fā)射的所有信道經(jīng)過相同路徑到達移動臺，信號會同時衰減前向信道正交性好移動站利用導頻信號作相干解調(diào)CDMA中的功率控制CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，限制CDMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾當達到以下條件，系統(tǒng)容量最大當在可接受的信號質(zhì)量下，功率最小基站從各個移動臺接收到的功率相同在CDMA系統(tǒng)中，功率控制是關(guān)鍵技術(shù)

反向開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)功率控制：800Hz

外環(huán)功率控制前向閉環(huán)功率控制消息報告方式：周期報告、門限報告功率控制類型

移動臺所需發(fā)射功率受以下因素影響移動臺與基站距離小區(qū)負荷信道環(huán)境

CDMA系統(tǒng)規(guī)定用一個常數(shù)來補償路徑損耗與小區(qū)負荷的影響，這個常數(shù)可由基站調(diào)整

移動臺根據(jù)接收前向信道的功率，直接確定發(fā)射功率發(fā)射功率=k-平均接收功率+NOM_PWR+INIT_PWR+接入修正值反向開環(huán)功率控制反向開環(huán)功率控制是移動臺根據(jù)在小區(qū)中所接收功率的變化，迅速調(diào)節(jié)移動臺發(fā)射功率。其目的是試圖使所有移動臺發(fā)出的信號在到達基站時都有相同的標稱功率。開環(huán)功率控制是為了補償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應(yīng)，它必須有一個很大的動態(tài)范圍。IS95空中接口規(guī)定開環(huán)功率控制動態(tài)范圍是－32dB～＋32dB。內(nèi)環(huán)功率控制基站測量Eb/Nt和設(shè)定的目標Eb/Nt進行比較，大于則指令移動臺降低發(fā)射功率，否則增加發(fā)射功率。調(diào)節(jié)速率為800Hz外環(huán)功率控制統(tǒng)計誤幀率，設(shè)定所需的目標Eb/Nt反向閉環(huán)功率控制移動臺測量前向業(yè)務(wù)信道幀質(zhì)量，周期方式或門限方式上報幀質(zhì)量?；靖鶕?jù)上報的幀質(zhì)量情況確定是否進行前向功率調(diào)節(jié)前向功率控制是一種慢速功率調(diào)節(jié)。前向功率控制當相鄰小區(qū)的負荷一重一輕時，負荷重的小區(qū)降低導頻信道的發(fā)射功率，使本小區(qū)邊緣的用戶切換到臨近小區(qū)，從而實現(xiàn)負荷分擔，也相當于增加了系統(tǒng)容量。小區(qū)呼吸LightTrafficLoadingEc/Io=(2/4)=50%=-3db.2w1.5wPilotPagingSyncI0EC0.5wBTSTransmitPowerHeavilyLoadedEc/Io=(2/10)=20%=-7db.2w1.5wPilotPagingSyncI0ECTrafficChannels6w0.5wBTSTransmitPower

軟切換：在切換過程中，移動臺開始與新的基站聯(lián)系時，并不中斷與原有的基站的通信。軟切換會帶來更好的話音質(zhì)量，實現(xiàn)無縫切換、減少掉話可能，且有利于增加反向容量更軟切換：與軟切換類似，發(fā)生在同一基站的不同扇區(qū)之間。硬切換：在切換過程中，移動臺與新的基站聯(lián)系前，先中斷與原基站的通信，再與新基站建立聯(lián)系。硬切換過程中有短暫的中斷，容易掉話。不同頻率間的切換到其它系統(tǒng)的切換切換軟切換軟切換提高質(zhì)量改善話音質(zhì)量控制手機干擾降低掉話率改善小區(qū)覆蓋軟切換需要手機協(xié)助完成手機搜索強的導頻信號手機上報導頻信號搜索情況基站引導手機進行軟切換導頻集是指具有相同的頻率但有不同的PN碼相位的導頻集合有效集：與正在聯(lián)系的基站對應(yīng)的導頻集合。候選集：當前不在有效集中，但是已有足夠的強度表明與該導頻對應(yīng)基站的前向業(yè)務(wù)信道可以被成功解調(diào)的導頻集合。相鄰集：當前不在有效集或候選集中但是有可能進入候選集的導頻集合。剩余集：其它導頻集合。導頻集(1)導頻強度超過T_ADD，