第一章CDMA基礎(chǔ)知識(shí)

CDMA系統(tǒng)工程

參考:《CDMA系統(tǒng)工程手冊(cè)》

JhongSamLeeLeonardE.Miller著

許希斌周世東趙明李剛等譯

姚彥審

人民郵電出版社2/6/20231CDMA系統(tǒng)工程

自我介紹主講教師：朱剛電子學(xué)院現(xiàn)代通信研究所Office：SY902Tel：51688260-607Email:gzhu@課件制作：劉小強(qiáng)，朱剛2/6/20232CDMA系統(tǒng)工程1.1概述第一章基礎(chǔ)知識(shí)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：IS-95TD-SCDMAWCDMACDMA2000CDMA技術(shù)系統(tǒng)工程原理2/6/20233CDMA系統(tǒng)工程1、數(shù)字通信硬件及技術(shù)2、統(tǒng)計(jì)通信理論CDMA技術(shù)基礎(chǔ)2/6/20234CDMA系統(tǒng)工程移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程：第一代模擬電話系統(tǒng)AMPS（高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)）頻分雙工25MHz帶寬（分配兩運(yùn)營(yíng)商）移動(dòng)臺(tái)基站（上行、反向鏈路）：824~849MHz基站移動(dòng)臺(tái)（下行、前向鏈路）：869~894MHz信道帶寬：30kHz每個(gè)小區(qū)容量：60用戶（7小區(qū)）2/6/20235CDMA系統(tǒng)工程1989年，第二代數(shù)字移動(dòng)電話過(guò)度時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)IS-54TDMA；語(yǔ)音速率：10kbit/s(10kHz)；調(diào)制方式：DQPSK；容量：180用戶1990年，Qualcomm公司推出CDMA數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)IS-95。2/6/20236CDMA系統(tǒng)工程三種典型多址技術(shù)：FDMA、TDMA、CDMA1.1.1多址技術(shù)圖1-1FDMA2/6/20237CDMA系統(tǒng)工程圖1-2TDMA2/6/20238CDMA系統(tǒng)工程圖1-3CDMA三種多址方式可混合采用，如IS-95為FDMA/CDMA2/6/20239CDMA系統(tǒng)工程假設(shè)：帶寬WHz，比特率Rb=1/Tb，信號(hào)波形符合正交；最大用戶數(shù)：

M=容量≤W/Rb=WTb多址系統(tǒng)接收總功率Pr=MSr

三種系統(tǒng)的容量：由此可得：2/6/202310CDMA系統(tǒng)工程理想情況、理論上三種多址技術(shù)容量相同：MFDMA=MTDMA=MCDMA=M實(shí)際不相同：MFDMA：MTDMA：MCDMA=1：3：10（以上）原因：實(shí)際能實(shí)現(xiàn)的信號(hào)正交程度不同，CDMA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)經(jīng)擴(kuò)譜實(shí)現(xiàn)碼正交并利用語(yǔ)音間歇特性、扇區(qū)天線等。2/6/202311CDMA系統(tǒng)工程1.1.2擴(kuò)譜（擴(kuò)頻）技術(shù)擴(kuò)頻信號(hào)通過(guò)處理增益對(duì)干擾進(jìn)行抑制：S：接收的單個(gè)用戶信號(hào)功率；J：接收的其他用戶干擾信號(hào)的功率；R=1/Tb：數(shù)據(jù)速率（數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬用Hz表示）；W：擴(kuò)頻帶寬（Hz）；Eb：接收到用戶信號(hào)比特能量（w·sec）；No：等效噪聲功率譜密度（w/Hz）；2/6/202312CDMA系統(tǒng)工程等效噪聲功率J與信號(hào)功率S之比為：當(dāng)Eb/No滿足通信系統(tǒng)性能要求時(shí)，J/S代表干擾容限，為：W/R的值被稱(chēng)為擴(kuò)頻處理增益2/6/202313CDMA系統(tǒng)工程例1、設(shè)信息帶寬R=9600Hz，對(duì)于數(shù)字化語(yǔ)音，該傳輸帶寬W=1.2288MHz,如果要求SNR為6dB，求抗干擾容限是多少？即：可容忍的干擾與期望（有用）信號(hào)功率比為：

即：可容納功率控制用戶33個(gè)（為什么？）2/6/202314CDMA系統(tǒng)工程1.1.3IS-95系統(tǒng)容量問(wèn)題CDMA系統(tǒng)的容量正比于處理增益（擴(kuò)頻增益）2/6/202315CDMA系統(tǒng)工程全雙工語(yǔ)音平均工作周期：35%

數(shù)字波形有效工作周期：40%~50%

考慮語(yǔ)音間歇特性后，容量：

α為CDMA系統(tǒng)語(yǔ)音發(fā)送信道的工作周期2/6/202316CDMA系統(tǒng)工程定向天線只接收來(lái)自小區(qū)內(nèi)一部分干擾，把小區(qū)分成三個(gè)區(qū)域，有效增容G=3×0.85=2.55，相應(yīng)容量：在多小區(qū)系統(tǒng)中，考慮來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾，容量有所降低：

Fe：其他小區(qū)干擾的再用效率（IS-95中為0.65）2/6/202317CDMA系統(tǒng)工程兩種主要的擴(kuò)頻技術(shù)：跳頻（FH）、直接序列擴(kuò)頻（DS）北美第二代CDMA系統(tǒng)（IS-95）采用了DS擴(kuò)頻技術(shù)。1.1.4擴(kuò)頻系統(tǒng)分類(lèi)2/6/202318CDMA系統(tǒng)工程跳頻波形圖圖1-4跳頻波形圖2/6/202319CDMA系統(tǒng)工程跳頻周期：Th；調(diào)制信號(hào)周期：Ts

慢跳頻：

Th是Ts的倍數(shù)，每一跳中傳多個(gè)符號(hào)

采用連續(xù)相位調(diào)制方式

快跳頻：

Th是Ts的約數(shù)，一個(gè)符號(hào)占多個(gè)跳頻周期

采用非相干頻移鍵控調(diào)制2/6/202320CDMA系統(tǒng)工程跳頻實(shí)現(xiàn)原理：

頻率合成器使載波頻率發(fā)生偽隨機(jī)跳變基帶或IF(中頻)信號(hào)通過(guò)載波發(fā)送

通過(guò)相同的同步偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器進(jìn)行接收2/6/202321CDMA系統(tǒng)工程DS原理圖圖1-5DS發(fā)射機(jī)端2/6/202322CDMA系統(tǒng)工程圖1-6DS系統(tǒng)接收機(jī)端2/6/202323CDMA系統(tǒng)工程信號(hào)功率計(jì)算：Ps=A1＊W=Ao＊B擴(kuò)頻信號(hào)頻譜密度相對(duì)降低因子：A1/Ao=B/W=1/N接收端解擴(kuò)信號(hào)（參圖）：相對(duì)于寬帶干擾處理增益2/6/202324CDMA系統(tǒng)工程多徑延遲處理：相關(guān)函數(shù)特殊性分集（時(shí)間、天線）2/6/202325CDMA系統(tǒng)工程

CDMA:一種多址技術(shù)，每一個(gè)接入地址對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的擴(kuò)頻碼，所有接入地址共享同樣的頻譜.CDMA只能由擴(kuò)頻調(diào)制完成，擴(kuò)頻調(diào)制并不意味著CDMA.1.1.5CDMA2/6/202326CDMA系統(tǒng)工程PN碼序列的生成：線性反饋移位寄存器（LFSR）圖1-7簡(jiǎn)單型或斐波那契型移位寄存發(fā)生器（SSRG）圖1-8模塊型或伽羅瓦型移位寄存發(fā)生器（MSRG）兩種LFSR結(jié)構(gòu)：2/6/202327CDMA系統(tǒng)工程序列長(zhǎng)度計(jì)算：

n:移位寄存器的級(jí)數(shù)

相關(guān)性：

完整序列與其移位序列進(jìn)行逐位比較，相同位與不同位的位數(shù)最多差1

構(gòu)成克服多址干擾及rake（分集）接收基礎(chǔ)生成多項(xiàng)式f（x）為既約本原多項(xiàng)式

2/6/202328CDMA系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)信號(hào)連續(xù)脈沖成形信道傳播1.4限帶傳輸?shù)幕鶐}沖成形矩形脈沖：信道帶寬＞＞1/T，無(wú)信道失真，無(wú)ISI目的：信道帶寬有限時(shí)，設(shè)計(jì)脈沖波形，使ISI最小2/6/202329CDMA系統(tǒng)工程1.4.1數(shù)字信號(hào)傳輸限帶波形其中發(fā)送濾波沖激響應(yīng)：圖1-9數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)發(fā)送濾波器輸出端基帶傳輸信號(hào)為：2/6/202330CDMA系統(tǒng)工程

濾波器設(shè)計(jì)原則：有限帶寬條件下，無(wú)失真，無(wú)ISI。2/6/202331CDMA系統(tǒng)工程奈氏結(jié)論：濾波器幅頻特性為：沖激響應(yīng)：如果信息符號(hào)以每T秒產(chǎn)生一個(gè)的速率產(chǎn)生，接收設(shè)備在t=iT時(shí)刻無(wú)誤差錯(cuò)取樣，i=0，1，2，…，則不會(huì)產(chǎn)生ISI。如上圖中右圖。圖1-10奈奎斯特濾波器和沖擊響應(yīng)波形2/6/202332CDMA系統(tǒng)工程給定帶寬為WHz的信道，符號(hào)無(wú)ISI傳輸?shù)淖畲罄碚撍俾适?W符號(hào)/秒。奈奎斯特結(jié)論：2/6/202333CDMA系統(tǒng)工程實(shí)際成形濾波器：圖1-11有100%富余帶寬的升余弦濾波器RHz帶寬里R符號(hào)/秒是最大的符號(hào)傳輸速率，即每Hz帶寬里每秒只能傳輸一個(gè)符號(hào)2/6/202334CDMA系統(tǒng)工程

更一般的，根據(jù)過(guò)渡區(qū)的寬度有一系列的升余弦濾波器：圖1-12滾降系數(shù)是α升余弦濾波器2/6/202335CDMA系統(tǒng)工程

濾波器沖激響應(yīng)，即滾降系數(shù)是α的奈奎斯特脈沖形狀：圖1-13不同α的奈奎斯特脈沖波形2/6/202336CDMA系統(tǒng)工程實(shí)際平方根升余弦濾波器沖激響應(yīng)：圖1-14平方根升余弦濾波器沖激響應(yīng)2/6/202337CDMA系統(tǒng)工程IS-95系統(tǒng)使用滿足頻帶限制又能減小ISI的基帶成形濾波器:圖1-15濾波器規(guī)格1.4.2IS-95系統(tǒng)的FIR脈沖成形通帶（0≤f≤fp=590kHz）波紋不大于1.5dB,阻帶（f>fs=740kHz）衰減為40dB。2/6/202338CDMA系統(tǒng)工程IS-95