(重郵信科版)第一部分 第一講 CDMA2000無(wú)線通信原理基礎(chǔ)

移動(dòng)通信的無(wú)線接入（CYIT3G培訓(xùn)中心）

本資料僅作技術(shù)交流和學(xué)習(xí)使用，版權(quán)著作權(quán)等一切權(quán)利歸作者及其所在單位所有。任何單位和個(gè)人不得用于任何商業(yè)用途。一、無(wú)線電波傳播方式電波傳播方式1、直射波2、反射波3、地表面波二、移動(dòng)通信電波傳播特性1、快衰落2、慢衰落三、分集技術(shù)宏分集微分集

1、頻率

2、時(shí)間

3、極化

4、空間

5、角度

6、場(chǎng)分量

7、路徑分集(RAKE)四、多址技術(shù)FDMATDMACDMACDMA的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻通信CDMA基礎(chǔ)1、定義 擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。2、定義的意義

①信號(hào)的頻譜被展寬了

②采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展寬信號(hào)頻譜 ③在接受端用相關(guān)解調(diào)（或相干解調(diào)）來(lái)解擴(kuò)3、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)

①香農(nóng)公式

②公式分析A、在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比S／N是可以互換的。即可通過(guò)增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比情況下，傳輸信息。B、擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。4、擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)

①處理增益

各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力大體上都與擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益Gp成正比，Gp表示了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。即有

式中，BW為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬，Bm為信息帶寬；Rc為偽隨機(jī)碼的信息速率，Rb為基帶信號(hào)的信息速率。②抗干擾容限 通信系統(tǒng)要正常工作，還需保證輸出端有一定的信噪比，并扣除系統(tǒng)內(nèi)部的信噪比的損耗，因此就引入抗干擾容限Mj，其定義如下：

式中，(S/N)o中為輸出端的信噪比；LS為系統(tǒng)損耗。例子：一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)中，偽隨機(jī)碼的速率是基帶信號(hào)速率的100倍。要求最小的輸出信噪比為6dB，系統(tǒng)損耗為3dB，則干擾容限為這說(shuō)明，該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴(kuò)頻信號(hào)功率電平高11dB的范圍內(nèi)正常工作，也就是該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于－11dB的環(huán)境下正常工作。5、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖

6、擴(kuò)頻系統(tǒng)的分類

①DS-SS

是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。 ②FH-SS

用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，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，所以稱為跳頻。系統(tǒng)有幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上干個(gè)頻率、由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。所以，跳頻系統(tǒng)也占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶③TH-SS

跳時(shí)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。首先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。由于采用了很窄的時(shí)片去發(fā)送信號(hào)，相對(duì)說(shuō)來(lái)，信號(hào)的頻譜也就展寬了。7、直擴(kuò)系統(tǒng)的原理

①信號(hào)時(shí)域波形與頻域波形關(guān)系

②可以采用窄的脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制某一載波，得到一個(gè)很寬的雙邊帶的直擴(kuò)信號(hào)。采用的脈沖越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。直擴(kuò)系統(tǒng)正是應(yīng)用了這一原理，直接用重復(fù)頻率很高的窄脈沖序列來(lái)展寬信號(hào)的頻譜.

8、擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn)

①易于重復(fù)使用頻率，提高了無(wú)線頻譜利用率

無(wú)線頻譜十分寶貴，雖然從長(zhǎng)波到微波都得到了開發(fā)利用，仍然滿足不了社會(huì)的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來(lái)防止信道之間發(fā)生干擾。為此，世界各國(guó)都設(shè)立了頻率管理機(jī)構(gòu)，用戶只能使用申請(qǐng)獲準(zhǔn)的頻率。 擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低(1～650mW)，采用了相關(guān)接收這一高技術(shù)，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率,也可與現(xiàn)今各種窄道通信共享同一頻率資源。所以，在美國(guó)及世界絕大多數(shù)國(guó)家，擴(kuò)頻通信不需申請(qǐng)頻率，任何個(gè)人與單位可以無(wú)執(zhí)照使用。②抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低

擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)所占有的帶寬相對(duì)較寬，而收端又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法來(lái)解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，而把非所需信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后通過(guò)窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號(hào)。這祥，對(duì)于各種干擾信號(hào)，因其在收端的非相關(guān)性，解擴(kuò)后窄帶信號(hào)中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強(qiáng)。在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。 ③隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)干擾很小

由于擴(kuò)頻信號(hào)在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號(hào)湮沒(méi)在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)(如偽隨機(jī)編碼序列)就更加困難，因此說(shuō)其隱蔽性好。 再者，由于擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的功率譜密度，它對(duì)目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。 ④具有多址能力，易于實(shí)現(xiàn)碼分多址

擴(kuò)頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價(jià)。

如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大為提高頻帶的利用率。由于在擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，提取出有用信號(hào)。這樣一來(lái)，在一寬頻帶上 許多對(duì)用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。 ⑤抗多徑干擾 在無(wú)線通信的各個(gè)頻段，多徑干擾始終是一個(gè)難以解決的問(wèn)題之一。在以往的窄帶通信中，采用兩種方法來(lái)提高抗多徑干擾的能力：

采用分集接收技術(shù)和梳狀濾波器的方法。這兩種技術(shù)在擴(kuò)頻通信中都易于實(shí)現(xiàn)。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加合成，這相當(dāng)于梳狀濾波器的作用。另外，采用頻率跳變擴(kuò)頻調(diào)制方式的擴(kuò)頻系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用。

⑥保密性好 保密性是擴(kuò)頻通信最初在軍事通信中獲得應(yīng)用的主要原因。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)使用周期很長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼進(jìn)行擴(kuò)頻，經(jīng)調(diào)制后的數(shù)字信息類似于隨機(jī)噪聲，在接收端進(jìn)行解擴(kuò)時(shí)，只有采用與發(fā)送端同步的擴(kuò)頻碼才能正確恢復(fù)發(fā)送的信息。而在不知偽隨機(jī)碼時(shí)破譯是很困難的，所以使信息得到了保密。9、擴(kuò)頻碼序列

①碼序列的自相關(guān)特性

m序列A 1111-1-1-11-1-111-11-1B -11111-1-1-11-1-111-11(右移動(dòng)一位）A×B -1111-111-1-11-11-1-1-1∑=-1A 1111-1-1-11-1-111-11-1C 1-11111-1-1-11-1-111-1（右移兩位）A×C 1-111-1-11-11-1-1-1-111∑=-1A 1111-1-1-11-1-111-11-1D

-11-11111-1-1-11-1-111（右移三位）A×D-11-11-1-11-1111-111-1∑=-1

A 1111-1-1-11-1-111-11-1E 1111-1-1-11-1-111-11-1A×E111111111111111∑=15

②碼序列的互相關(guān)特性

walsh序列1）walsh序列的產(chǎn)生2）walsh序列的互相關(guān)特性M序列的自相關(guān)函數(shù)曾現(xiàn)明顯二值特性，M序列具有理想的自相關(guān)特性。W0 -1-1-1-1-1-1-1-1W1 -11-11-11-11W2 -1-111-1-111W3 -111-1-111-1W4 -1-1-1-11111W5 -11-111-11-1W6 -1-11111-1-1W7 -111-11-1-11W0×W1 1-11-11-11-1∑=0W3×W7 1111-1-1-1-1∑=0W4×

W5 1-11-11-11-1∑=0Walsh序列的互相函數(shù)具有單值特性，Walsh序列具有理想的互相關(guān)特性。CDMA的示例：五、天饋線系統(tǒng)天線的主要性能指標(biāo)

1、方向圖

2、方向性參數(shù)

3、天線增益

4、輸入阻抗

5、駐波比

6、極化方式

7、雙極化天線隔離度

天線的選擇

1、城區(qū)內(nèi)話務(wù)密集地區(qū)

2、在郊區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)

3、在農(nóng)村地區(qū)

4、在鐵路或公路沿線

5、在城區(qū)內(nèi)的一些室內(nèi)或地下

CDMA2000的無(wú)線業(yè)務(wù)一、短信業(yè)務(wù)短信流程(一)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短信流程(二)、擴(kuò)展短信實(shí)體(ESME)短信流程(三)、應(yīng)用服務(wù)器與短信網(wǎng)關(guān)之間的通信協(xié)議A、SMPPB、CMPPC、SGIPD、SMGPE、CNGP發(fā)送短信：SMSC號(hào)碼是+861380，對(duì)方號(hào)碼是，消息內(nèi)容是“Hello!”。從手機(jī)發(fā)出的PDU串是：08

91683108200505F0

11000D

91683158812764F8

000000

06

C8329BFD0E01(四)、通過(guò)計(jì)算機(jī)串口收發(fā)短信遵循GSMTS07.05協(xié)議收發(fā)短信的模式

1、BlockMode2、TextMode3、PDUMode分段含義說(shuō)明08SMSC地址信息的長(zhǎng)度共8個(gè)八位字節(jié)(包括91)91SMSC地址格式(TON/NPI)用國(guó)際格式號(hào)碼(在前面加‘+’)683108200505F0SMSC地址86，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)11基本參數(shù)(TP-MTI/VFP)發(fā)送，TP-VP用相對(duì)格式00消息基準(zhǔn)值(TP-MR)00D目標(biāo)地址數(shù)字個(gè)數(shù)共13個(gè)十進(jìn)制數(shù)(不包括91和‘F’)91目標(biāo)地址格式(TON/NPI)用國(guó)際格式號(hào)碼(在前面加‘+’)683158812764F8目標(biāo)地址(TP-DA)86，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)00協(xié)議標(biāo)識(shí)(TP-PID)是普通GSM類型，點(diǎn)到點(diǎn)方式00用戶信息編碼方式(TP-DCS)7-bit編碼00有效期(TP-VP)5分鐘06用戶信息長(zhǎng)度(TP-UDL)實(shí)際長(zhǎng)度6個(gè)字節(jié)C8329BFD0E01用戶信息(TP-UD)“Hello!”接收短信

SMSC號(hào)碼是+8613800250500，對(duì)方號(hào)碼是，消息內(nèi)容是“你好!”。從手機(jī)發(fā)出的PDU串是：0891683108200505F0

840D91683158812764F8

00

08

30302180635480

06

4F60597D0021

分段含義說(shuō)明08地址信息的長(zhǎng)度個(gè)八位字節(jié)(包括91)91SMSC地址格式(TON/NPI)用國(guó)際格式號(hào)碼(在前面加‘+’)683108200505F0SMSC地址86，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)84基本參數(shù)(TP-MTI/MMS/RP)接收，無(wú)更多消息，有回復(fù)地址0D源地址數(shù)字個(gè)數(shù)共13個(gè)十進(jìn)制數(shù)(不包括91和‘F’)91源地址格式(TON/NPI)用國(guó)際格式號(hào)碼(在前面加‘+’)683158812764F8源地址