第4章CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

1、4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概況技術(shù)概況4.3 CDMA4.3 CDMA的信道的信道4.2 4.2 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.4 4.4 功率控制功率控制第第4 4章章 CDMACDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)4.5 4.5 控制管理控制管理頻率頻率碼碼用戶用戶3用戶用戶2用戶用戶1CDMA CDMA：Code Division Multiple Access（碼分多址）。所有用戶在同一時(shí)間、同一頻段上、根據(jù)編碼獲得業(yè)務(wù)信道。4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述物理傳輸媒介是一個(gè)公共資源物理傳輸媒介是一個(gè)公共資源, 可以根據(jù)建立在不可以根據(jù)建立在不

2、同使用技術(shù)的不同標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分為單獨(dú)的信道同使用技術(shù)的不同標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分為單獨(dú)的信道.這里列出了三種主要的多址技術(shù)這里列出了三種主要的多址技術(shù): FDMA Frequency Division Multiple Access 每個(gè)用戶使用一個(gè)不同的頻率每個(gè)用戶使用一個(gè)不同的頻率 一個(gè)信道是一個(gè)一個(gè)信道是一個(gè)頻率 TDMA Time Division Multiple Access 每個(gè)用戶使用一個(gè)時(shí)間上的一個(gè)不同窗口每個(gè)用戶使用一個(gè)時(shí)間上的一個(gè)不同窗口(時(shí)隙時(shí)隙) (“time slot”) 一個(gè)信道是在一個(gè)指定頻率上的一個(gè)指定的一個(gè)信道是在一個(gè)指定頻率上的一個(gè)指定的時(shí)隙 CDMA Code Divisi

3、on Multiple Access 每個(gè)用戶在所有的時(shí)間內(nèi)使用相同的頻率每個(gè)用戶在所有的時(shí)間內(nèi)使用相同的頻率,通過(guò)不同的通過(guò)不同的code patterns區(qū)分區(qū)分 一個(gè)信道是一個(gè)唯一的一個(gè)信道是一個(gè)唯一的 (一套一套) code pattern(s)FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA信道信道:在傳輸媒介上為每個(gè)用戶單獨(dú)分配的,專(zhuān)用的一個(gè)通道4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述主要應(yīng)用主要應(yīng)用AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代

4、模擬第二代 90年代數(shù)字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)模擬技術(shù)數(shù)字技術(shù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)TD-SCDMA4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述減少對(duì)其他減少對(duì)其他電子系統(tǒng)干擾電子系統(tǒng)干擾容量高容量高延長(zhǎng)電池壽命延長(zhǎng)電池壽命減少掉話減少掉話增強(qiáng)安全性增強(qiáng)安全性網(wǎng)絡(luò)頻率網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單規(guī)劃簡(jiǎn)單覆蓋大覆蓋大擴(kuò)頻擴(kuò)頻/ /編碼編碼為運(yùn)營(yíng)者為運(yùn)營(yíng)者帶來(lái)的好處帶來(lái)的好處“綠色綠色”手機(jī)手機(jī)節(jié)省投資節(jié)省投資提高頻率利用率提高頻率利用率方便用戶方便用戶提高通話可靠性提高通話可靠性提高服務(wù)質(zhì)量提高服務(wù)質(zhì)量提高網(wǎng)絡(luò)安全性提高網(wǎng)絡(luò)安全性減少工程設(shè)計(jì)

5、工減少工程設(shè)計(jì)工作量，擴(kuò)容方便作量，擴(kuò)容方便節(jié)省投資節(jié)省投資提高服務(wù)質(zhì)量提高服務(wù)質(zhì)量功率控制功率控制軟切換軟切換更軟切換更軟切換語(yǔ)音激活語(yǔ)音激活技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn)話音質(zhì)量高話音質(zhì)量高處理處理增益增益無(wú)需復(fù)雜無(wú)需復(fù)雜頻率規(guī)劃頻率規(guī)劃偽隨機(jī)序偽隨機(jī)序列擴(kuò)頻列擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷不相同時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)降低發(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(shí)現(xiàn)負(fù)載控制“小區(qū)呼吸小區(qū)呼吸”動(dòng)態(tài)分配小區(qū)負(fù)荷，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，動(dòng)態(tài)分配小區(qū)負(fù)荷，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，增加系統(tǒng)容量增加系統(tǒng)容量CDMACDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展演進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展演進(jìn)4.1

6、 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述中國(guó)中國(guó)CDMA標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展 我國(guó)目前采用的CDMA標(biāo)準(zhǔn)主要是向美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)靠攏，但應(yīng)注意到我國(guó)的實(shí)際情況與它們稍有不同。例如，在空中接口上，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)注重CDMA與AMPS雙模兼容，而在我國(guó)則沒(méi)有這種需求，因此其頻率、基本頻道的設(shè)置以及IMSI等許多方面都要進(jìn)行修改；在A接口上，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)兼容了多種制式，而我國(guó)只需要其中的CDMA一種；同樣地，網(wǎng)絡(luò)接口IS-41系列標(biāo)準(zhǔn)也需要進(jìn)行必要的修改。4.1 CDMA4.1 CDMA技術(shù)概述技術(shù)概述窄帶信號(hào)窄帶信號(hào)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼信號(hào)合信號(hào)合并并寬帶信號(hào)寬帶信號(hào)噪聲噪聲噪聲噪聲+ +寬帶信號(hào)寬帶信

7、號(hào)信號(hào)與噪聲分離信號(hào)與噪聲分離tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)ttttCDMA以一個(gè)窄帶信號(hào)開(kāi)始，采用擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展到以一個(gè)窄帶信號(hào)開(kāi)始，采用擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展到1.23MHz的寬帶信號(hào)的寬帶信號(hào)接收時(shí)，從寬帶信號(hào)中恢復(fù)信號(hào)。接收時(shí)，從寬帶信號(hào)中恢復(fù)信號(hào)。4.2 4.2 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)4.2.1 4.2.1 擴(kuò)頻通信基本原理擴(kuò)頻通信基本原理q 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信 SS: Spread Spectrum，指擴(kuò)展頻譜的通信，指擴(kuò)展頻譜的通信q 擴(kuò)頻通信定義擴(kuò)頻通信定義 擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式；擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式； 發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息發(fā)端采用

8、擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬必須的帶寬 收端采用與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)和解擴(kuò)，恢復(fù)所傳收端采用與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)和解擴(kuò)，恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信的基本概念擴(kuò)頻通信的基本概念擴(kuò)擴(kuò)頻頻調(diào)調(diào)制制擴(kuò)擴(kuò)頻頻解解調(diào)調(diào)窄帶信號(hào)寬帶擴(kuò)頻信號(hào)窄帶信號(hào)已調(diào)擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)信號(hào)q 發(fā)送信息的頻譜被展寬發(fā)送信息的頻譜被展寬 發(fā)送的信息通過(guò)擴(kuò)頻，將信號(hào)能量擴(kuò)展到很寬的頻帶上，使擴(kuò)頻通發(fā)送的信息通過(guò)擴(kuò)頻，將信號(hào)能量擴(kuò)展到很寬的頻帶上，使擴(kuò)頻通信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)l001000， 屬于寬帶通信；屬于寬帶通信；q 擴(kuò)頻方法：擴(kuò)

9、頻碼序列調(diào)制擴(kuò)頻方法：擴(kuò)頻碼序列調(diào)制 數(shù)字脈沖信號(hào)寬度越窄，其頻譜就越寬。如果很窄的脈沖序列被所數(shù)字脈沖信號(hào)寬度越窄，其頻譜就越寬。如果很窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，傳信息調(diào)制， 則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號(hào)；則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號(hào)； 該窄脈沖序列稱(chēng)為擴(kuò)頻信號(hào)，即擴(kuò)頻碼序列；該窄脈沖序列稱(chēng)為擴(kuò)頻信號(hào)，即擴(kuò)頻碼序列；q 接收端相關(guān)解調(diào)解擴(kuò)接收端相關(guān)解調(diào)解擴(kuò) 接收端則用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列與收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行接收端則用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列與收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，恢復(fù)所傳信息。相關(guān)解擴(kuò)，恢復(fù)所傳信息。擴(kuò)頻通信定義的三個(gè)含義擴(kuò)頻通信定義的三個(gè)含義q 問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出： 在傳統(tǒng)的通

10、信系統(tǒng)中，在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中， 我們總是想方設(shè)法使信號(hào)所占頻譜我們總是想方設(shè)法使信號(hào)所占頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源的利用率。那么盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源的利用率。那么為什么還要用寬頻帶信號(hào)來(lái)傳輸窄帶信息呢為什么還要用寬頻帶信號(hào)來(lái)傳輸窄帶信息呢? q 問(wèn)題的回答：?jiǎn)栴}的回答： 為了通信的安全可靠，提高抗干擾能力和系統(tǒng)容量。擴(kuò)頻通為了通信的安全可靠，提高抗干擾能力和系統(tǒng)容量。擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)為信息論和抗干擾理論；信的理論基礎(chǔ)為信息論和抗干擾理論； 利用擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)碼分多址方式。在傳統(tǒng)的利用擴(kuò)頻實(shí)現(xiàn)碼分多址方式。在傳統(tǒng)的TDMA和和FDMA之外之外又提供了一種新的多址方式。又

11、提供了一種新的多址方式。擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)q 香農(nóng)香農(nóng)(Shanon)公式公式 擴(kuò)頻通信是以信息論香農(nóng)公式的理論發(fā)展起來(lái)的一種通信方式；擴(kuò)頻通信是以信息論香農(nóng)公式的理論發(fā)展起來(lái)的一種通信方式； 香農(nóng)公式：香農(nóng)公式： C = Bw log2 (1+ S/N) = 1.44 Bw ln (1+ S/N) C為信道容量，為信道容量， 單位為單位為b/s；Bw為傳輸?shù)男盘?hào)頻帶寬度，單位為為傳輸?shù)男盘?hào)頻帶寬度，單位為Hz；S為信號(hào)平均功率，為信號(hào)平均功率， N為噪聲平均功率；為噪聲平均功率； 香農(nóng)公式反映的重要結(jié)論：香農(nóng)公式反映的重要結(jié)論： 頻帶頻帶B和信噪比可以互換；和信噪比可以互換；

12、增加信號(hào)的頻帶寬度，增加信號(hào)的頻帶寬度， 可在較低的信噪比的條件下以任意小的差可在較低的信噪比的條件下以任意小的差錯(cuò)概率來(lái)傳輸信息；錯(cuò)概率來(lái)傳輸信息； 采用擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行通信的優(yōu)越性在于用擴(kuò)展頻譜的方法可以換取采用擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行通信的優(yōu)越性在于用擴(kuò)展頻譜的方法可以換取信噪比上的好處。信噪比上的好處。擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)q信息傳輸差錯(cuò)概率的公式Pe f（E / N0）Pe是信號(hào)能量是信號(hào)能量E與噪聲功率譜密度與噪聲功率譜密度N0之比的函數(shù)之比的函數(shù)信號(hào)的傳輸差錯(cuò)概率是輸入信號(hào)的信噪比和信號(hào)帶寬信號(hào)的傳輸差錯(cuò)概率是輸入信號(hào)的信噪比和信號(hào)帶寬與信息帶寬之比二者乘積的函數(shù)與信息帶寬之比二者乘積

13、的函數(shù)再次說(shuō)明看出信噪比和帶寬是可以互換的。再次說(shuō)明看出信噪比和帶寬是可以互換的。同樣說(shuō)明了通過(guò)增加帶寬可換取信噪比的好處。同樣說(shuō)明了通過(guò)增加帶寬可換取信噪比的好處。swwsbeBBNSfBN/BSfN/EfP0擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)q數(shù)字信號(hào)的波形與頻譜幅度為幅度為+1，持續(xù)時(shí)間為，持續(xù)時(shí)間為T(mén)b的數(shù)字矩形脈沖的數(shù)字矩形脈沖R(t) 經(jīng)經(jīng)Fourier變換后的頻譜為是變換后的頻譜為是sinx/x類(lèi)型的函數(shù)類(lèi)型的函數(shù) 第第1零點(diǎn)位于零點(diǎn)位于1/Tb，表示該信號(hào)的能量集中在第，表示該信號(hào)的能量集中在第1零點(diǎn)內(nèi)。它所零點(diǎn)內(nèi)。它所占的頻帶寬度與占的頻帶寬度與Tb的大小相關(guān)，當(dāng)脈沖越寬，其頻

14、譜帶寬越窄。的大小相關(guān)，當(dāng)脈沖越寬，其頻譜帶寬越窄。數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理幅度為幅度為+1和和-1，持續(xù)時(shí)間為，持續(xù)時(shí)間為T(mén)b的周期性脈沖的周期性脈沖R(t)，其頻，其頻譜包絡(luò)的形狀與單矩形脈沖完全一樣譜包絡(luò)的形狀與單矩形脈沖完全一樣;第第1零點(diǎn)處的頻率正好為該周期性脈沖的傳輸速率零點(diǎn)處的頻率正好為該周期性脈沖的傳輸速率1/Tb數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理q 擴(kuò)展周期性脈沖的頻譜方法將頻譜的將頻譜的1/Tb第第1零點(diǎn)向無(wú)限遠(yuǎn)推，即增大零點(diǎn)向無(wú)限遠(yuǎn)推，即增大1/Tb的值；的值；減小數(shù)字脈沖的持續(xù)時(shí)間，縮小減小數(shù)字脈沖的持續(xù)時(shí)間，縮小Tb的值。的值。減小減小Tb值等價(jià)于提高數(shù)字信號(hào)的

15、傳輸速率值等價(jià)于提高數(shù)字信號(hào)的傳輸速率1/Tb，擴(kuò)展了，擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜。信號(hào)的頻譜。數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻過(guò)程高速數(shù)字碼序高速數(shù)字碼序C（t）對(duì)用戶低速信息數(shù)據(jù)調(diào)制）對(duì)用戶低速信息數(shù)據(jù)調(diào)制 低速信息數(shù)據(jù)的脈沖持續(xù)時(shí)間低速信息數(shù)據(jù)的脈沖持續(xù)時(shí)間為為T(mén)b，其時(shí)間長(zhǎng)度是，其時(shí)間長(zhǎng)度是TC的的N倍。倍。 Tb = N TC 高速碼序高速碼序C（t）乘上信息數(shù)據(jù)）乘上信息數(shù)據(jù)d（t），最后得到的信號(hào)），最后得到的信號(hào)y（t）頻譜與高速碼序的頻譜相同，起到頻譜擴(kuò)展的作用。頻譜與高速碼序的頻譜相同，起到頻譜擴(kuò)展的作用。y（t）= di（t）Ci（t）擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制（乘法器）（乘法器

16、）擴(kuò)頻解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)（乘法器）（乘法器）Tbdi (t)TCCi (t)y(t)TCCi (t)di (t)數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理符號(hào)符號(hào) +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1擴(kuò)頻擴(kuò)頻解擴(kuò)頻解擴(kuò)頻碼片碼片d i（t）C i（t）y i（t） -1 +1y r（t）C i（t）d r（t）p接收的信號(hào)為：接收的信號(hào)為：yr（t）= di（t） C i（t）p解擴(kuò)輸出信號(hào)解擴(kuò)輸出信號(hào)dr（t）= yr（t） C i（t）= di（t） C i（t） C i（t） = di（t）數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻原理p擴(kuò)頻解調(diào)器利用本地地址碼的相關(guān)性作解擴(kuò)處理，有用信號(hào)頻譜被

17、恢復(fù)為窄帶譜; 窄帶干擾信號(hào)則在解擴(kuò)過(guò)程中被擴(kuò)展成為寬帶譜。解調(diào)后有用信號(hào)為窄帶譜，無(wú)用信號(hào)和干擾為寬帶譜，可以借助于解調(diào)后濾波器去除帶外的無(wú)用信號(hào)，帶內(nèi)的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干擾和無(wú)用信號(hào)的目的。擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制信道信道擴(kuò)頻解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)d (t)d (t)c (t)c (t)-Rb (t)-Rb (t)Rb (t)Rb (t)-Rc (t)Rc (t)干擾干擾-Rc (t)Rc (t)AABBCCDDy (t)yr (t)干擾干擾擴(kuò)頻抗干擾原理擴(kuò)頻抗干擾原理q擴(kuò)頻增益擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能 Bw / Bs定義：定義：GP=Bw / Bs 擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益，反映

18、了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比的改善程度。擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益，反映了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比的改善程度。q抗干擾容限M = Gp L + (S / N0)o 物理意義：正常通信條件下，系統(tǒng)能承受的干擾高出信號(hào)的物理意義：正常通信條件下，系統(tǒng)能承受的干擾高出信號(hào)的分貝數(shù)；分貝數(shù)； CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的最低信噪比要求為數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的最低信噪比要求為7 dB。擴(kuò)頻增益與抗干擾容限擴(kuò)頻增益與抗干擾容限qDS-SS：直接序列擴(kuò)頻 發(fā)端直接用高速碼序列去擴(kuò)展輸入信息的帶寬發(fā)端直接用高速碼序列去擴(kuò)展輸入信息的帶寬qFH：跳頻 用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變；用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行

19、頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變； 發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合構(gòu)造的不同碼字控制頻率合成發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合構(gòu)造的不同碼字控制頻率合成器，使其輸出頻率根據(jù)碼字的改變而改變，形成了頻率的跳變器，使其輸出頻率根據(jù)碼字的改變而改變，形成了頻率的跳變。qTH：跳時(shí) 用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片時(shí)移鍵控；用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片時(shí)移鍵控； 時(shí)間軸分為多個(gè)時(shí)片，哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制。時(shí)間軸分為多個(gè)時(shí)片，哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制。由于發(fā)送信號(hào)采用的時(shí)片很窄，也就展寬了信號(hào)的頻譜。由于發(fā)送信號(hào)采用的時(shí)片很窄，也就展寬了信號(hào)的頻譜。擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)方法擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)方法p隱

20、蔽性和保密性隱蔽性和保密性p抗干擾和抗多徑衰落能力強(qiáng)抗干擾和抗多徑衰落能力強(qiáng)p實(shí)現(xiàn)多址技術(shù)、增加容量、提高頻率復(fù)用實(shí)現(xiàn)多址技術(shù)、增加容量、提高頻率復(fù)用 率。率。p占用頻帶較寬，系統(tǒng)復(fù)雜性增加。占用頻帶較寬，系統(tǒng)復(fù)雜性增加。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)4.2 4.2 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)4.2.2 CDMA4.2.2 CDMA技術(shù)中的地址碼技術(shù)中的地址碼 在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，需要用地址碼來(lái)區(qū)分地址，我們稱(chēng)不同類(lèi)型的地址碼為多址碼。利用多址碼可實(shí)現(xiàn)基站站址、信道類(lèi)型、用戶身份及業(yè)務(wù)類(lèi)型的識(shí)別。q基本概念基本概念地址碼技術(shù)影響系統(tǒng)抗多址干擾地址碼技術(shù)影響系統(tǒng)抗多址干

21、擾/抗多徑衰落能力抗多徑衰落能力CDMA數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)使用地址碼進(jìn)行擴(kuò)頻數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)使用地址碼進(jìn)行擴(kuò)頻地址碼要求：地址碼要求： 擴(kuò)頻后的信號(hào)具有良好的隨機(jī)特性和相關(guān)性能；擴(kuò)頻后的信號(hào)具有良好的隨機(jī)特性和相關(guān)性能； 地址碼序列具有隨機(jī)信號(hào)的特性，即具有白噪聲的性能；地址碼序列具有隨機(jī)信號(hào)的特性，即具有白噪聲的性能；偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列PN（Pseudo Noise） 近似隨機(jī)序列或噪聲的一種周期性序列近似隨機(jī)序列或噪聲的一種周期性序列 接收端必須使用與發(fā)端相同的編碼序列作為地址碼接收端必須使用與發(fā)端相同的編碼序列作為地址碼 真正的隨機(jī)序列或噪聲是不可能重復(fù)產(chǎn)生的。真正的隨機(jī)序列或噪聲是不可

22、能重復(fù)產(chǎn)生的。地址碼技術(shù)地址碼技術(shù)q 偽隨機(jī)碼的特點(diǎn)偽隨機(jī)碼的特點(diǎn) 尖銳的自相關(guān)特性和較好的互相關(guān)特性尖銳的自相關(guān)特性和較好的互相關(guān)特性 同一碼組內(nèi)的各碼占據(jù)的頻帶寬且相等同一碼組內(nèi)的各碼占據(jù)的頻帶寬且相等 互相關(guān)值不是處處為零互相關(guān)值不是處處為零q 偽隨機(jī)碼家族偽隨機(jī)碼家族 m序列序列 Golden序列序列 M序列序列 R-S碼碼 復(fù)合碼等復(fù)合碼等偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列 PN地址碼類(lèi)型地址碼類(lèi)型用戶地址：區(qū)分不同的移動(dòng)用戶 用戶地址碼的數(shù)量要求 各用戶間地址的正交（準(zhǔn)正交）性能要求多速率（多媒體）業(yè)務(wù)地址：用于多媒體業(yè)務(wù)中區(qū)分不同類(lèi)型速率的業(yè)務(wù)； 質(zhì)量的要求，滿足不同速率業(yè)務(wù)之間的正交性能；信

23、道地址：用于區(qū)分每個(gè)小區(qū)的不同信道； 質(zhì)量的要求，各信道之間正交、互不干擾；基站地址：用于區(qū)分不同基站與扇區(qū) 數(shù)量上有一定的要求，要求各基站間正交減少基站間干擾。地址碼分類(lèi)與設(shè)計(jì)要求地址碼分類(lèi)與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題以上四類(lèi)地址碼，要求完全不一致，難于用同一類(lèi)正交碼或PN碼同時(shí)滿足數(shù)量和質(zhì)量上的矛盾；對(duì)不同地址碼，根據(jù)不同的要求，分別設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的碼組，以解決不同的矛盾，是當(dāng)今地址碼設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想。 1、解決地址碼數(shù)量的主要方法、解決地址碼數(shù)量的主要方法采用超長(zhǎng)m序列，比如242-1，模2加用戶電子序列號(hào)ESN，作為地址碼兼作掩碼的方法，在IS-95及第三代移動(dòng)通信中得到廣泛的使用；從m序列

24、擴(kuò)展到Gold序列。地址碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)地址碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2、解決質(zhì)量問(wèn)題的主要方法、解決質(zhì)量問(wèn)題的主要方法采用完全正交的walsh碼區(qū)分信道地址；采用walsh碼與中等長(zhǎng)度偽碼聯(lián)合擴(kuò)頻的復(fù)合正交碼，改善walsh的互相關(guān)及小同步誤差時(shí)正交性能的惡化； 3、解決多速率業(yè)務(wù)的主要方法、解決多速率業(yè)務(wù)的主要方法在IS-95中，采用低速率重復(fù)和最高速率并行選通發(fā)送的方式；第三代移動(dòng)通信中，采用層間可變擴(kuò)頻比正交碼，即OVSF碼方式；3G還采用多信道并行發(fā)送方式，具體實(shí)現(xiàn)可采用多碼、多時(shí)隙和多載波的方式。地址碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)地址碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)q m序列：最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列。序列：最長(zhǎng)線性反饋移位

25、寄存器序列。q m序列組成：序列組成：n 級(jí)移位寄存器、適當(dāng)?shù)某轭^反饋和模級(jí)移位寄存器、適當(dāng)?shù)某轭^反饋和模2加法加法器；器；q N 級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列：P = 2n 1位位n級(jí)移位寄存器：級(jí)移位寄存器： 2n 1個(gè)狀態(tài)（除去全零狀態(tài)）個(gè)狀態(tài)（除去全零狀態(tài)）q 生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式Gn(x) = C0X0 + C1X1 + C2X2 + + CnXnD1 D2 D3 Dn P = 2n 1 m序列概念序列概念010T0 010T1 101T2 110T3 111T4 011T5 001T6 100T7 010生成多項(xiàng)式：生成多項(xiàng)式：G3(x) =

26、 1 + X2 + X3輸出序列：輸出序列：0 1 1 1 0 0 1長(zhǎng)度和重復(fù)周期：長(zhǎng)度和重復(fù)周期：P = 23 - 1 = 7m序列舉例序列舉例q 碼的平衡性好碼的平衡性好 一個(gè)周期內(nèi)一個(gè)周期內(nèi)“1”和和“0”的個(gè)數(shù)大體相同（的個(gè)數(shù)大體相同（1比比0多多1個(gè)）個(gè)）q m序列與其移位后的序列模序列與其移位后的序列模2加所得的序列仍為加所得的序列仍為m序列，序列，但相位不同但相位不同 舉例：舉例：0111001向左移兩位再模向左移兩位再模2加所得序列仍為加所得序列仍為m序列，序列，相位移了一相位移了一位位 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0m序列

27、特性序列特性q 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為k的游程占總游的游程占總游程的程的1/2k（1 k n-2） 一個(gè)一個(gè)m序列的周期為：序列的周期為：P = 2n 1，在該周期內(nèi)共有，在該周期內(nèi)共有2n 1個(gè)游程個(gè)游程 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為1的（單個(gè)的（單個(gè)“0”或單個(gè)或單個(gè)“1”）游程占總游程）游程占總游程的的1/2 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為2（00或或11）的游程占總游程的）的游程占總游程的1/2 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為3（000或或111）的游程占總游程的）的游程占總游程的1/8 兩個(gè)游程例外：兩個(gè)游程例外：（n 1）個(gè)連“0”的游程 n 個(gè)連“1”的游程m序列特性序列特性q 自相關(guān)性 表征信號(hào)與其自身延遲表征信號(hào)與其自身延遲 后二者的相

28、似性后二者的相似性 二者在時(shí)間上不完全重疊二者在時(shí)間上不完全重疊 0，乘積的積分為，乘積的積分為0； 二者在時(shí)間上完全重疊二者在時(shí)間上完全重疊 = 0，自相關(guān)函數(shù)值為一常數(shù)。，自相關(guān)函數(shù)值為一常數(shù)。 m序列具有近似理想的自相關(guān)性序列具有近似理想的自相關(guān)性0 0 0 )()(lim)(2/2/常數(shù)dttftfRTTTam序列特性序列特性q m序列的自相關(guān)性序列的自相關(guān)性 考察某個(gè)考察某個(gè)m序列與其后移序列與其后移 位的序列的相似性位的序列的相似性 A：0的個(gè)數(shù)（相對(duì)應(yīng)碼元相同的數(shù)目）；的個(gè)數(shù)（相對(duì)應(yīng)碼元相同的數(shù)目）； D：1的個(gè)數(shù)（相對(duì)應(yīng)碼元不同的數(shù)目）；的個(gè)數(shù)（相對(duì)應(yīng)碼元不同的數(shù)目）； P =

29、 A + D（序列周期長(zhǎng)度）（序列周期長(zhǎng)度）0 /10 1 )(pPDADADARaRe()Re()11- 1/PP位移比特0m序列特性序列特性q 互相關(guān)性互相關(guān)性 表征兩個(gè)不同信號(hào)的相似性表征兩個(gè)不同信號(hào)的相似性 兩個(gè)不同的信號(hào)序列的互相關(guān)值越接近兩個(gè)不同的信號(hào)序列的互相關(guān)值越接近0，兩個(gè)序列的差別越大，兩個(gè)序列的差別越大，即相關(guān)性越弱。即相關(guān)性越弱。 兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)值等于兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)值等于0時(shí)，兩個(gè)信號(hào)完全正交時(shí)，兩個(gè)信號(hào)完全正交 不同不同m序列的互相關(guān)值不等于序列的互相關(guān)值不等于0，且呈現(xiàn)多值性，且呈現(xiàn)多值性不正交正交 0 0 )()(lim)(2/2/dttgtfRTTTcm序列

30、特性序列特性q 一種一種m序列的復(fù)合碼序列的復(fù)合碼 將周期相等，并經(jīng)過(guò)優(yōu)選的兩個(gè)將周期相等，并經(jīng)過(guò)優(yōu)選的兩個(gè)m序列進(jìn)行模序列進(jìn)行模2加組合形成新的序列；加組合形成新的序列；q 2n + 1個(gè)個(gè)Gold序列序列 兩個(gè)兩個(gè)m序列共有序列共有2n 1不同的相對(duì)位移不同的相對(duì)位移 兩個(gè)兩個(gè)產(chǎn)生產(chǎn)生Gold序列的序列的m序列優(yōu)選對(duì)序列優(yōu)選對(duì)碼發(fā)生器 1碼發(fā)生器 2時(shí)鐘Gold序列序列Gold序列數(shù)比m序列數(shù)多的多！q 一種非正弦的完備正交函數(shù)系一種非正弦的完備正交函數(shù)系 兩種取值（兩種取值（-1、+1或或0、1） 沃爾什函數(shù)族中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為沃爾什函數(shù)族中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為“0”，它們之

31、間是完，它們之間是完全正交的。全正交的。q 沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生 哈達(dá)碼矩陣哈達(dá)碼矩陣H +l和和 -l元素構(gòu)成的正交方陣元素構(gòu)成的正交方陣 H中任意兩行或兩列這些函數(shù)互相正交中任意兩行或兩列這些函數(shù)互相正交 一般關(guān)系式：一般關(guān)系式：q 在在IS-95系統(tǒng)中，選用碼長(zhǎng)系統(tǒng)中，選用碼長(zhǎng)n = 26 = 64階的正交階的正交Walsh函數(shù)函數(shù)系作為信道地址碼。系作為信道地址碼。2 NNNNNHHHHH1000 111122HH或，Walsh（沃爾什）函數(shù)（沃爾什）函數(shù) WCDMA系統(tǒng)為了支持多速率、多業(yè)務(wù)，只有通過(guò)可變擴(kuò)頻比系統(tǒng)為了支持多速率、多業(yè)務(wù)，只有通過(guò)可變擴(kuò)頻比才能達(dá)到同一要求

32、的信道速率。才能達(dá)到同一要求的信道速率。 同一小區(qū)中，各移動(dòng)用戶可在相同頻段同時(shí)發(fā)送不同的多媒體同一小區(qū)中，各移動(dòng)用戶可在相同頻段同時(shí)發(fā)送不同的多媒體業(yè)務(wù)（速率不一樣），為防止多用戶信道之間的干擾，必須設(shè)業(yè)務(wù)（速率不一樣），為防止多用戶信道之間的干擾，必須設(shè)計(jì)一類(lèi)適合于多速率業(yè)務(wù)和不同擴(kuò)頻比的正交信道地址碼，即計(jì)一類(lèi)適合于多速率業(yè)務(wù)和不同擴(kuò)頻比的正交信道地址碼，即OVSF碼。碼。 OVSF碼是碼是WCDMA系統(tǒng)的地址碼，用于擴(kuò)頻操作。系統(tǒng)的地址碼，用于擴(kuò)頻操作。 OVSF碼是一組長(zhǎng)短不同的碼，低速率的擴(kuò)頻比大，碼組長(zhǎng)，碼是一組長(zhǎng)短不同的碼，低速率的擴(kuò)頻比大，碼組長(zhǎng)，而高速率的擴(kuò)頻比小，碼組短。

33、在而高速率的擴(kuò)頻比小，碼組短。在WCDMA中，最短碼組為中，最短碼組為4位，最長(zhǎng)碼組為位，最長(zhǎng)碼組為256位。但無(wú)論碼組長(zhǎng)度是否一致，各長(zhǎng)短碼位。但無(wú)論碼組長(zhǎng)度是否一致，各長(zhǎng)短碼組間仍然保持正交性，避免了不同速率業(yè)務(wù)信道之間產(chǎn)生相互組間仍然保持正交性，避免了不同速率業(yè)務(wù)信道之間產(chǎn)生相互干擾。干擾。q OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor codes）正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSF） OVSF 碼屬于碼屬于Walsh函數(shù)的函數(shù)的一種一種 假設(shè)用假設(shè)用C表示系統(tǒng)所使用的表示系統(tǒng)所使用的擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻序列OVSF信道化碼，信道化碼，其兩個(gè)

34、下標(biāo)代表碼字的長(zhǎng)度其兩個(gè)下標(biāo)代表碼字的長(zhǎng)度和序號(hào)，和序號(hào)，OVSF信道化碼可信道化碼可表示為：表示為：12,212,212,212,21 ,21 ,21 ,21 ,20,20,20,20,212,222,23 ,22,21 ,20,20, 10, 10, 10, 11 , 20, 20, 1.11111)1()1()1()1()1()1()1()1(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCq OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor codes）正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSF）

35、q 碼長(zhǎng)為碼長(zhǎng)為8位的位的OVSF結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSF） SF = 1 SF = 2 SF = 4 C1,0 = (1) C2,0 = (1,1) C2,1 = (1,-1) C4,0 =(1,1,1,1) C4,1 = (1,1,-1,-1) C4,2 = (1,-1,1,-1) C4,3 = (1,-1,-1,1) OVSF碼的碼樹(shù)結(jié)構(gòu)形象表現(xiàn)了以上運(yùn)算關(guān)系；碼的碼樹(shù)結(jié)構(gòu)形象表現(xiàn)了以上運(yùn)算關(guān)系；為分析方便，將信道化碼記作為分析方便，將信道化碼記作CSF，k，其中，其中SF是該碼字的擴(kuò)頻因子，是該碼字的擴(kuò)頻因子，k 是是碼字序號(hào)，且有碼字序號(hào)，且有0 k

36、SF-1。正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSF）qOVSF數(shù)學(xué)特征數(shù)學(xué)特征長(zhǎng)度一定的長(zhǎng)度一定的OVSF碼組，包含的碼字總數(shù)與其長(zhǎng)度相等，碼組，包含的碼字總數(shù)與其長(zhǎng)度相等，即共有即共有SF個(gè)長(zhǎng)度為個(gè)長(zhǎng)度為SF的的OVSF碼。碼。碼字的長(zhǎng)度是碼字的長(zhǎng)度是2的整數(shù)次冪（的整數(shù)次冪（ SF =2n）。）。 WCDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)中， n 9，最大擴(kuò)頻因子，最大擴(kuò)頻因子SFmax =512 TD-SCDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，n 4，最大擴(kuò)頻因子，最大擴(kuò)頻因子SFmax =16長(zhǎng)度相同或不同的碼字之間相互正交，其相關(guān)值為長(zhǎng)度相同或不同的碼字之間相互正交，其相關(guān)值為0。 WCDMA系統(tǒng)中，允許所有

37、信道使用不同的擴(kuò)頻因子；系統(tǒng)中，允許所有信道使用不同的擴(kuò)頻因子； TD-SCDMA系統(tǒng)中，允許同一時(shí)隙內(nèi)使用不同的擴(kuò)頻因子。系統(tǒng)中，允許同一時(shí)隙內(nèi)使用不同的擴(kuò)頻因子。OVSF可變長(zhǎng)性質(zhì)可適應(yīng)通信中多速率業(yè)務(wù)，其正交性可變長(zhǎng)性質(zhì)可適應(yīng)通信中多速率業(yè)務(wù)，其正交性可減少信道間干擾?？蓽p少信道間干擾。正交可變擴(kuò)頻因子碼（正交可變擴(kuò)頻因子碼（OVSF） IS-95為北美及韓國(guó)等采用的第二代數(shù)字式移動(dòng)通信系統(tǒng)，由美國(guó)QUALCOMM公司推出的全世界第一個(gè)民用的CDMA蜂窩移動(dòng)通信體制。在該系統(tǒng)中包括三種多址碼：用戶地址碼、信道地址碼、基站地址碼。 IS-95中的地址碼設(shè)計(jì)中的地址碼設(shè)計(jì)1）用戶地址碼： 是

38、由移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生，主要用于上行(反向)信道中，為了容納更多的用戶，選用了超長(zhǎng)的(242-1)序列，速率為1.2288Mchip/s，該序列又稱(chēng)為超長(zhǎng)碼。 整個(gè)CDMA系統(tǒng)中用到的長(zhǎng)碼序列只有一個(gè)。每個(gè)用戶按照一定規(guī)律選取其中局部的有限位作為用戶地址。IS-95中的地址碼設(shè)計(jì)中的地址碼設(shè)計(jì)2）信道地址碼：它由基站產(chǎn)生并在下行中實(shí)現(xiàn)。 采用完全正交的64位Walsh函數(shù)碼作為前向信道地址碼，分配如下： W（0）導(dǎo)頻， W（32）同步信道， W（1）W（7）尋呼信道， 其余為業(yè)務(wù)信道。IS-95中的地址碼設(shè)計(jì)中的地址碼設(shè)計(jì)3）基站地址碼：它由基站產(chǎn)生并在下行中實(shí)現(xiàn)。 長(zhǎng)度為215-1的 m序列，被用作對(duì)

39、前向信道進(jìn)行正交調(diào)制，不同的基站或扇區(qū)使用不同相位的m序列進(jìn)行調(diào)制，其相位差至少為64個(gè)比特，這樣，最多有512 個(gè)不同的相位可用，碼速率為1.2288Mchip/s。 1 offset =64 (chip) (215-1)+1=32768(chip) 則：則： 32768/64 =512個(gè)個(gè)IS-95中的地址碼設(shè)計(jì)中的地址碼設(shè)計(jì)v比特比特(bit)、符號(hào)、符號(hào)(Symbol)與碼片與碼片(Chip) 輸入含有信息的數(shù)據(jù)稱(chēng)為比特（輸入含有信息的數(shù)據(jù)稱(chēng)為比特（bit） 在經(jīng)過(guò)卷積編碼器、符號(hào)重復(fù)與交織后的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為符號(hào)在經(jīng)過(guò)卷積編碼器、符號(hào)重復(fù)與交織后的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為符號(hào)(symbol) 經(jīng)過(guò)最終擴(kuò)

40、頻后得到的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為碼片經(jīng)過(guò)最終擴(kuò)頻后得到的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為碼片(chip)v前向前向(Forward)（正向）：（正向）：從基站到移動(dòng)臺(tái)從基站到移動(dòng)臺(tái)v反向反向(Reverse)（后向）：（后向）：從移動(dòng)臺(tái)到基站從移動(dòng)臺(tái)到基站補(bǔ)充補(bǔ)充常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)常見(jiàn)術(shù)語(yǔ) 在CDMA系統(tǒng)中，各種邏輯信道都是由不同的碼序列來(lái)區(qū)分的。 任何一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)除主要傳輸業(yè)務(wù)信息外， 還必須傳輸有關(guān)的控制信息。 為此，CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站至移動(dòng)臺(tái)的傳輸方向(正向傳輸)上設(shè)置了導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道；在移動(dòng)臺(tái)至基站的傳輸方向(反向傳輸)上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道。 這些信道的示意如圖所示。 4.3 CDMA4

41、.3 CDMA的信道的信道 CDMA蜂窩系統(tǒng)信道分類(lèi) 基站移動(dòng)臺(tái)反向業(yè)務(wù)信道接入信道正向業(yè)務(wù)信道尋呼信道同步信道導(dǎo)頻信道CDMA信道分類(lèi)信道分類(lèi) 正向傳輸?shù)倪壿嬓诺澜M成 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隨路信令CDMA正向信道(基站發(fā)送的1.23 MHz信道)業(yè)務(wù)W0導(dǎo)頻W1尋呼W7W8尋呼W31W32W33W63 在基站至移動(dòng)臺(tái)的下行鏈路中， 即CDMA正向傳輸?shù)倪壿嬓诺赖慕M成如下圖所示。 正向正向CDMA信道信道v 全0信息，用Walsh 0碼擴(kuò)展，直接用PN短碼進(jìn)行調(diào)制v BTS連續(xù)發(fā)射導(dǎo)頻信道v 導(dǎo)頻信道作用 幫助手機(jī)捕獲系統(tǒng) 多徑搜索 提供相位參考，幫助手機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)，作相干解調(diào) 切換時(shí)手機(jī)測(cè)量導(dǎo)頻信道，

42、進(jìn)行導(dǎo)頻強(qiáng)度比較正向信道類(lèi)型正向信道類(lèi)型導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道（全0）Walsh 0To QPSK正向信道正向信道-導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道正向信道類(lèi)型正向信道類(lèi)型導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道（全0）Walsh 0To QPSKIQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)正向信道正向信道-導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道正向信道類(lèi)型正向信道類(lèi)型同步信道同步信道v 手機(jī)通過(guò)同步信道獲得與系統(tǒng)的同步 同步信道提供 導(dǎo)頻偏置PILOT_PN 系統(tǒng)時(shí)間SYS_TIME 長(zhǎng)碼狀態(tài)LC_STATE 尋呼信道速率P_RATv 同步信道速率固定為1

43、200bps2.4kbps4.8kbps4.8kbps調(diào)制符號(hào)碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)1.2kbps卷積編碼r=1/2,K=9符號(hào)重復(fù)塊交織同步信道比特To QPSKWalsh 32正向信道正向信道-同步信道同步信道v 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信道列表尋呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps調(diào)制符號(hào)碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)9.6kbps4.8kbps卷積編碼r=1/2,K=9碼符號(hào)重復(fù)塊交織尋呼信道P的長(zhǎng)碼掩碼長(zhǎng)碼發(fā)生器抽取器1.2288McpsWalsh PTo QPSKvBTS通過(guò)尋呼信道 尋呼手機(jī) 指配業(yè)務(wù)信道 v 尋呼

44、信道速率為9600bps或4800bpsv 尋呼信道幀長(zhǎng)為20ms正向信道正向信道-尋呼信道尋呼信道PN碼片1.2288Mcps重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)19.2kbps碼符號(hào)19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加幀質(zhì)量指示比特(12,8,0或0bits/frame)每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/2,K=9符號(hào)重復(fù)前向業(yè)務(wù)信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)塊交織19.2kbps64階正交擴(kuò)頻復(fù)用器長(zhǎng)碼發(fā)生器功率控制比特抽取器

45、抽取器擾碼IQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)正向信道正向信道-業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道導(dǎo)頻導(dǎo)頻“1”W0同步信道同步信道1200bit/s卷積編碼卷積編碼碼元重復(fù)碼元重復(fù)交織交織W324800bit/s尋呼信道尋呼信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s卷積編碼卷積編碼碼元重復(fù)碼元重復(fù)交織交織Wi19.2kbit/s尋呼信道長(zhǎng)碼掩碼尋呼信道長(zhǎng)碼掩碼長(zhǎng)碼發(fā)生器長(zhǎng)碼發(fā)生器業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s 1.2kbit/s卷積編碼卷積編碼碼元重復(fù)

46、碼元重復(fù)交織交織Wj用戶用戶k的長(zhǎng)碼掩碼的長(zhǎng)碼掩碼長(zhǎng)碼發(fā)生器長(zhǎng)碼發(fā)生器功率控制比特功率控制比特19.2kbit/s復(fù)復(fù)用用 Q信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻偽碼偽碼I信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻偽碼偽碼正向鏈路數(shù)據(jù)流方框圖正向鏈路數(shù)據(jù)流方框圖基站接收機(jī)的反向CDMA信道 CDMA反向信道(基站接收的1.23 MHz信道)接入信道l業(yè)務(wù)信道接入信道 業(yè)務(wù)信道nlm使用長(zhǎng)碼 PN 序列區(qū)分 CDMA系統(tǒng)的反向邏輯信道由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成，下圖示出了基站接收的反向CDMA邏輯信道的實(shí)例。反向信道反向信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN碼片1.2288Mcps調(diào)制符號(hào)(Wals

47、h碼片)重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)28.8kbps碼符號(hào)14.4kbps4.4kbps4.8kbps每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/3,K=9符號(hào)重復(fù)接入信道信息比特(80bits/frame)塊交織28.8kbps64階正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化長(zhǎng)碼發(fā)生器幀數(shù)據(jù)速率Q信道序列1.2288Mcps長(zhǎng)碼掩碼1/2 PN碼片時(shí)延=406.9nsD基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)反向信道反向信道-接入信道接入信道接入信道與正向傳輸接入信道與正向傳輸?shù)膶ず粜诺老鄬?duì)應(yīng)，的尋呼信道相對(duì)應(yīng)，其作用是在移動(dòng)臺(tái)接其作用是在移動(dòng)臺(tái)接續(xù)開(kāi)始階段提供通路，續(xù)開(kāi)始階段提供

48、通路，即在移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有占用即在移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有占用業(yè)務(wù)信道之前，提供業(yè)務(wù)信道之前，提供由移動(dòng)臺(tái)至基站的傳由移動(dòng)臺(tái)至基站的傳輸通路。供移動(dòng)臺(tái)發(fā)輸通路。供移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫或?qū)镜膶て鸷艚谢驅(qū)镜膶ず暨M(jìn)行響應(yīng)，以及向呼進(jìn)行響應(yīng)，以及向基站發(fā)送登記注冊(cè)的基站發(fā)送登記注冊(cè)的信息等。信息等。 反向業(yè)務(wù)信道用于通信過(guò)程中由移動(dòng)臺(tái)向基站傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和必要的信令信息。反向業(yè)務(wù)信道組成電路可參見(jiàn)下圖。由圖可知，它與接入信道組成是相似的。兩者不同之處在于變速率傳輸和幀質(zhì)量指示兩個(gè)問(wèn)題。反向信道反向信道-業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN碼片1.2288Mcps調(diào)制

49、符號(hào)(Walsh碼片)重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)28.8kbps碼符號(hào)28.8kbps14.4kbps7.2kbps3.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加幀質(zhì)量指示比特(12,10,8或6bits/frame)每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/3,K=9符號(hào)重復(fù)反向業(yè)務(wù)信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)塊交織28.8kbps64階正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化長(zhǎng)碼發(fā)生器幀數(shù)據(jù)速率Q信道序列1.2288Mcps1/2 PN碼片時(shí)延=406.9nsD基帶濾波基帶濾波Cos(2fct)

50、Sin(2fct)I(t)Q(t)反向信道反向信道-業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道功能前向鏈路反向鏈路糾錯(cuò)編碼1/2速率1/3速率Walsh碼提供信道化64階調(diào)制長(zhǎng)碼擴(kuò)展提供加密性信道化短碼擴(kuò)展標(biāo)識(shí)基站用作OQPSK調(diào)制重復(fù)符號(hào)傳輸降低重復(fù)符號(hào)功率連續(xù)發(fā)射采用隨機(jī)突發(fā)方式不連續(xù)發(fā)射導(dǎo)頻信道提供相干接收沒(méi)有導(dǎo)頻信道，采用非相干接收調(diào)制方式支持多碼道傳輸，采用QPSK方式不支持多碼道傳輸，采用OQPSK方式信道總結(jié)信道總結(jié) 64 階正交Walsh 函數(shù)：正向鏈路用于構(gòu)造碼：正向鏈路用于構(gòu)造碼分信道并擴(kuò)頻；反向鏈路用于分信道并擴(kuò)頻；反向鏈路用于MSMS信息的正交多信息的正交多進(jìn)制調(diào)制。進(jìn)制調(diào)制。 長(zhǎng)PN碼（周期長(zhǎng)

51、度（周期長(zhǎng)度2 24242 -1 -1）：正向鏈路用于給）：正向鏈路用于給通信提供加密（擾碼）；反向鏈路用于擴(kuò)頻和通信提供加密（擾碼）；反向鏈路用于擴(kuò)頻和用戶識(shí)別。用戶識(shí)別。 短PN碼（周期長(zhǎng)度（周期長(zhǎng)度2 21515-1-1）：前反向鏈路都用）：前反向鏈路都用于正交于正交QPSK QPSK 調(diào)制，不同基站相位不同，但不調(diào)制，不同基站相位不同，但不同的移動(dòng)臺(tái)相位一樣（同的移動(dòng)臺(tái)相位一樣（0 0偏置）。偏置）。信道總結(jié)信道總結(jié)q 功率控制原因功率控制原因： 碼分多址干擾碼分多址干擾 CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)。系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)。WCDMA采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù)，所有信號(hào)共采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù)，所有信

52、號(hào)共享相同頻譜；每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)能量被分配在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，這樣對(duì)其享相同頻譜；每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)能量被分配在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，這樣對(duì)其它移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)就成為寬帶噪聲。如為了提高某個(gè)用戶的信號(hào)質(zhì)量而提高發(fā)它移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)就成為寬帶噪聲。如為了提高某個(gè)用戶的信號(hào)質(zhì)量而提高發(fā)射功率，則可能帶來(lái)其他用戶的質(zhì)量的降低。射功率，則可能帶來(lái)其他用戶的質(zhì)量的降低。 遠(yuǎn)近干擾遠(yuǎn)近干擾 無(wú)線環(huán)境的陰影、多徑衰落和遠(yuǎn)距離損耗影響，移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)的位置隨無(wú)線環(huán)境的陰影、多徑衰落和遠(yuǎn)距離損耗影響，移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)的位置隨機(jī)性，導(dǎo)致路徑損耗大幅度變化；機(jī)性，導(dǎo)致路徑損耗大幅度變化； 使用使用CDMA技術(shù)的各小區(qū)采用相同頻率，理論上各

53、用戶分配的地址碼是正技術(shù)的各小區(qū)采用相同頻率，理論上各用戶分配的地址碼是正交的，實(shí)際很難做到，造成各信道間的干擾。從而不可避免地引起嚴(yán)重的交的，實(shí)際很難做到，造成各信道間的干擾。從而不可避免地引起嚴(yán)重的“遠(yuǎn)近干擾遠(yuǎn)近干擾”。4.4 4.4 功率控制功率控制q 功率控制目的：功率控制目的： 在保證用戶要求的在保證用戶要求的QoS的前提下，最大程度地降低發(fā)射功率，的前提下，最大程度地降低發(fā)射功率，減少系統(tǒng)干擾，增加系統(tǒng)容量。減少系統(tǒng)干擾，增加系統(tǒng)容量。功率控制功率控制q功率控制分類(lèi)：功率控制分類(lèi)：從不同的角度來(lái)考慮有不同的功率控制方法，從通信的從不同的角度來(lái)考慮有不同的功率控制方法，從通信的上、下

54、行鏈路來(lái)考慮，可分為反向功率控制與前向功率上、下行鏈路來(lái)考慮，可分為反向功率控制與前向功率控制；控制；從功控環(huán)路的類(lèi)型來(lái)劃分，又可分為開(kāi)環(huán)功控與閉環(huán)功從功控環(huán)路的類(lèi)型來(lái)劃分，又可分為開(kāi)環(huán)功控與閉環(huán)功控?？?。功率控制功率控制v 反向信道功率控制 開(kāi)環(huán)功率控制 閉環(huán)功率控制 內(nèi)環(huán)功率控制：800 Hz 外環(huán)功率控制v 正向信道功率控制 閉環(huán)功率控制 消息報(bào)告方式：周期報(bào)告、門(mén)限報(bào)告功率控制功率控制正向功控是指下行鏈路的功率控制。正向功控是指下行鏈路的功率控制。正向功控是基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整對(duì)正向功控是基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。其目

55、的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配較小的正向功率，其目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配較小的正向功率，而對(duì)遠(yuǎn)離基站和誤碼率高的移動(dòng)臺(tái)分配較大的發(fā)射功而對(duì)遠(yuǎn)離基站和誤碼率高的移動(dòng)臺(tái)分配較大的發(fā)射功率。率。正向功控可使基站平均發(fā)射功率最小，可減小鄰小區(qū)正向功控可使基站平均發(fā)射功率最小，可減小鄰小區(qū)干擾。干擾。正向功率控制正向功率控制反向功控是指上行鏈路的功率控制。反向功控是指上行鏈路的功率控制。反向功控用來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，使基站接收到的反向功控用來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，使基站接收到的所有移動(dòng)臺(tái)所有移動(dòng)臺(tái) 發(fā)射到基站的信號(hào)功率或發(fā)射到基站的信號(hào)功率或SIR基本相等。基本相等。反向功控使各用戶之間相互干擾

56、最小，達(dá)到克服反向功控使各用戶之間相互干擾最小，達(dá)到克服“遠(yuǎn)近遠(yuǎn)近效應(yīng)效應(yīng)”的目的，使系統(tǒng)達(dá)到最大容量。的目的，使系統(tǒng)達(dá)到最大容量。反向功控使移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率最合理，節(jié)省能量，延長(zhǎng)移反向功控使移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率最合理，節(jié)省能量，延長(zhǎng)移動(dòng)臺(tái)電池使用壽命。動(dòng)臺(tái)電池使用壽命。反向功率控制反向功率控制反向開(kāi)環(huán)功率是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中所接收功率的變化，反向開(kāi)環(huán)功率是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中所接收功率的變化，估計(jì)由基站到移動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗，迅速調(diào)整移動(dòng)臺(tái)發(fā)射估計(jì)由基站到移動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗，迅速調(diào)整移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率。功率。目的是試圖使所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都有相目的是試圖使所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都有相同的概率

57、。同的概率。反向開(kāi)環(huán)功率控制反向開(kāi)環(huán)功率控制 反向閉環(huán)功率控制是指移動(dòng)臺(tái)根據(jù)基站臺(tái)發(fā)送的功反向閉環(huán)功率控制是指移動(dòng)臺(tái)根據(jù)基站臺(tái)發(fā)送的功率控制指令率控制指令(功率控制比特?cái)y帶的信息功率控制比特?cái)y帶的信息)來(lái)調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的來(lái)調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率的過(guò)程。發(fā)射功率的過(guò)程。 基站臺(tái)測(cè)量所接收到的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信噪比，并基站臺(tái)測(cè)量所接收到的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信噪比，并與一個(gè)門(mén)限相比較，與一個(gè)門(mén)限相比較， 決定發(fā)給移動(dòng)臺(tái)的功率控制指令決定發(fā)給移動(dòng)臺(tái)的功率控制指令的是增大或減少它的發(fā)射功率。移動(dòng)臺(tái)將接收到的功的是增大或減少它的發(fā)射功率。移動(dòng)臺(tái)將接收到的功率控制指令與移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)估算相結(jié)合，來(lái)確定移動(dòng)率控制指令與移動(dòng)

58、臺(tái)的開(kāi)環(huán)估算相結(jié)合，來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)閉環(huán)控制應(yīng)發(fā)射的功率值。臺(tái)閉環(huán)控制應(yīng)發(fā)射的功率值。反向閉環(huán)功率控制反向閉環(huán)功率控制4.5.1 4.5.1 登記注冊(cè)登記注冊(cè) 登記注冊(cè)也稱(chēng)注冊(cè)，是移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告其位置、登記注冊(cè)也稱(chēng)注冊(cè)，是移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告其位置、狀態(tài)、身份標(biāo)志、時(shí)隙周期和其他特征的過(guò)程。狀態(tài)、身份標(biāo)志、時(shí)隙周期和其他特征的過(guò)程。4.5 4.5 控制管理控制管理1. 1. 自主注冊(cè)自主注冊(cè) 自主注冊(cè)是與移動(dòng)臺(tái)漫游無(wú)關(guān)的一類(lèi)注冊(cè)，它包括下列5種注冊(cè)：(1) 開(kāi)電源注冊(cè) 移動(dòng)臺(tái)打開(kāi)電源時(shí)要注冊(cè)， 移動(dòng)臺(tái)從其它服務(wù)系統(tǒng)(如模擬系統(tǒng))切換過(guò)來(lái)時(shí)也要注冊(cè)。 (2) 斷電源注冊(cè) 移動(dòng)臺(tái)斷開(kāi)電源時(shí)要注冊(cè)， 但只

59、有它在當(dāng)前服務(wù)的系統(tǒng)中已經(jīng)注冊(cè)過(guò)才進(jìn)行斷電源注冊(cè)。(3) 周期性注冊(cè) 為了使移動(dòng)臺(tái)按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行周期性注冊(cè)， 移動(dòng)臺(tái)要設(shè)置一種計(jì)數(shù)器。 登記注冊(cè)登記注冊(cè) (4) 根據(jù)距離注冊(cè) 如果當(dāng)前的基站和上次注冊(cè)的基站之間的距離超過(guò)了門(mén)限值， 則移動(dòng)臺(tái)要進(jìn)行注冊(cè)， 移動(dòng)臺(tái)根據(jù)兩個(gè)基站的緯度和經(jīng)度之差來(lái)計(jì)算它已經(jīng)移動(dòng)的距離， 移動(dòng)臺(tái)要存儲(chǔ)最后進(jìn)行注冊(cè)的基站的緯度、 經(jīng)度和注冊(cè)距離。 (5) 根據(jù)區(qū)域注冊(cè) 為了便于對(duì)通信進(jìn)行控制和管理， 把CDMA蜂窩通信系統(tǒng)劃分為“系統(tǒng)”、 “網(wǎng)絡(luò)”和“區(qū)域”三個(gè)層次。 登記注冊(cè)登記注冊(cè)NID tNID uNID vNID0SID iSID jSID kSID i系統(tǒng)

60、與網(wǎng)絡(luò)的示意圖 登記注冊(cè)登記注冊(cè)2. 其它注冊(cè)其它注冊(cè) 除了上述自主注冊(cè)之外， 還有下列4種注冊(cè)形式：(1) 參數(shù)改變注冊(cè)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)修改其存儲(chǔ)的某些參數(shù)時(shí)， 要進(jìn)行注冊(cè)。 (2) 受命注冊(cè)?；景l(fā)送請(qǐng)求指令，指揮移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行注冊(cè)。(3) 默認(rèn)注冊(cè)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)成功地發(fā)送出一啟動(dòng)信息或?qū)ず魬?yīng)答信息時(shí)，基站能借此判斷出移動(dòng)臺(tái)的位置,不涉及二者之間的任何注冊(cè)信息的交換，這叫做默認(rèn)注冊(cè)。(4) 業(yè)務(wù)信道注冊(cè)。一旦基站得到移動(dòng)臺(tái)已被分配到一業(yè)務(wù)信道的注冊(cè)信息時(shí)，則基站通知移動(dòng)臺(tái)它已被注冊(cè)。登記注冊(cè)登記注冊(cè)4.5.2 漫游漫游 漫游是指移動(dòng)臺(tái)離開(kāi)它所歸屬的移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。為了達(dá)到漫游的目的，在CDMA中定義了系