《CDMA系統(tǒng)原理》課件

CDMA系統(tǒng)原理CDMA(碼分多址)技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)字無線電通信技術(shù),它通過獨特的編碼機制實現(xiàn)多用戶同時共享無線頻譜資源,具有高效利用頻譜、高安全性等特點。本課件將深入探討CDMA系統(tǒng)的基本原理和實現(xiàn)機制。CDMA系統(tǒng)概述多接入技術(shù)CDMA系統(tǒng)采用碼分多址(CDMA)技術(shù),允許多個用戶在同一時間和頻率下共享同一信道,大大提高了頻譜效率。廣覆蓋范圍CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術(shù),具有更強的抗干擾能力,可以提供更大的覆蓋半徑,提高了系統(tǒng)的覆蓋范圍。靈活頻率利用CDMA系統(tǒng)可以根據(jù)需求靈活地調(diào)整頻率利用,通過頻率重用技術(shù)提高了系統(tǒng)的頻譜利用效率。CDMA系統(tǒng)特點頻譜利用率高CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術(shù),可以實現(xiàn)頻譜復(fù)用,大幅提高頻譜利用率。軟切換技術(shù)CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù),可以實現(xiàn)用戶在不同小區(qū)之間無縫切換,提高了移動通信質(zhì)量。系統(tǒng)容量大CDMA系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù),可以支持大量用戶同時接入,系統(tǒng)容量比其他技術(shù)大。擴頻技術(shù)原理1頻譜擴展將窄帶信號轉(zhuǎn)換為寬帶信號2抗干擾性利用擴頻帶寬來提高抗干擾性3隱私保護利用特定的擴頻碼實現(xiàn)隱私保護擴頻技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心所在。通過將窄帶信號轉(zhuǎn)換為寬帶信號，不僅可以提高抗干擾性，還可以實現(xiàn)信號的隱私保護。這種頻譜擴展的技術(shù)為CDMA系統(tǒng)提供了堅實的物理層基礎(chǔ)。直接序列擴頻1信號調(diào)制采用以偽隨機碼序列調(diào)制信號載波的方式,產(chǎn)生寬帶信號。2擴頻增益擴頻后信號帶寬變寬,能承受更強的干擾,提高了抗干擾能力。3編碼特性提高了系統(tǒng)的編碼效率,可同時服務(wù)更多用戶。頻跳擴頻載波頻率跳變頻跳擴頻通過快速改變載波頻率來實現(xiàn)擴頻。這種連續(xù)不斷的頻率跳變可以有效抑制窄帶干擾。偽隨機序列控制發(fā)射機和接收機使用相同的偽隨機序列來控制頻率跳變的時間和順序。這種同步性是頻跳擴頻的關(guān)鍵。多徑抗干擾頻跳擴頻對多徑信號的相位和時延變化具有更強的抗干擾能力，適合在復(fù)雜信道環(huán)境中使用。碼分多址技術(shù)頻率復(fù)用碼分多址技術(shù)允許多個用戶在同一時間和頻率下通信。它通過為每個用戶分配唯一的碼序,使得各用戶信號能夠在同一頻帶內(nèi)正交傳輸?？垢蓴_能力該技術(shù)利用擴頻技術(shù)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。因為每個用戶的信號都經(jīng)過碼序調(diào)制,即使被其他用戶的信號干擾也容易通過相關(guān)解調(diào)而恢復(fù)原始信號。容量提升CDMA系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)高于TDMA和FDMA系統(tǒng),因為CDMA可以有效利用頻譜資源,大幅提升了系統(tǒng)的頻譜效率。同步碼碼同步同步碼用于將發(fā)送端和接收端的擴頻編碼序列進(jìn)行同步，確保接收機能正確提取出發(fā)送的信息。取得同步接收機通過相關(guān)檢測、鎖定擴頻碼的起始時間點，建立碼同步，從而實現(xiàn)對發(fā)送信息的解調(diào)。保持同步在信道環(huán)境復(fù)雜的情況下，需要持續(xù)跟蹤并調(diào)整同步,以確保長時間內(nèi)保持良好的同步狀態(tài)。正交碼1互相正交正交碼之間相互垂直,不存在相關(guān)性,這使得它們可以在同一時間和頻段上相互獨立地傳輸不同的信息。2抗干擾能力強正交碼之間的相互正交性能使得它們在抗干擾和抗多徑方面具有很強的能力。3碼分多址通過分配正交碼,CDMA系統(tǒng)可以實現(xiàn)碼分多址,使得多個用戶可以在同一頻帶上同時通信。4最大化系統(tǒng)容量正交碼的應(yīng)用使CDMA系統(tǒng)能夠最大限度地提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。RAKE接收機RAKE接收機是一種用于CDMA系統(tǒng)中的接收機技術(shù)。它利用多徑傳播的特點,將來自不同路徑的信號分開接收并進(jìn)行組合,從而提高了系統(tǒng)的信號接收性能。RAKE接收機可以有效地提高系統(tǒng)的抗遮蔽能力和抗多徑能力。多徑傳播在CDMA系統(tǒng)中,信號在傳播過程中會遇到反射、折射和繞射等現(xiàn)象,導(dǎo)致多條傳播路徑。這種多徑傳播會引起信號的相干干擾和時延擴展,對系統(tǒng)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了解決多徑傳播問題,CDMA系統(tǒng)采用了先進(jìn)的RAKE接收機技術(shù),可以捕獲并利用多徑信號,從而提高系統(tǒng)性能和容量。CDMA信道特性CDMA系統(tǒng)在不同頻率下有不同的信道特性。900MHz頻段信號強度高,適用于廣覆蓋場景。隨著頻率增加,信號強度逐步降低,適用于高容量密集型場景。系統(tǒng)需要根據(jù)實際需求選擇合適的頻段。鏈路預(yù)算120dB鏈路裕度30dB余量100dB總損耗5dB噪聲裕量鏈路預(yù)算是CDMA系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。它計算整個通信鏈路中的總損耗,并確保接收端有足夠的信號電平和SNR。這包括發(fā)射端功率、天線增益、傳播損耗、接收機噪聲等各個環(huán)節(jié)的詳細(xì)分析。合理的鏈路預(yù)算可確保系統(tǒng)性能達(dá)標(biāo),并為后續(xù)容量規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。CDMA系統(tǒng)容量分析CDMA系統(tǒng)的容量受多種因素影響,主要包括信號功率、干擾、頻譜利用率等。通過合理分配資源和優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù),可以提高系統(tǒng)容量,滿足更多用戶的需求。以下列舉了幾個關(guān)鍵指標(biāo):指標(biāo)說明系統(tǒng)容量支持的最大用戶數(shù),受限于業(yè)務(wù)質(zhì)量、頻譜效率和功率控制等頻譜利用率單位帶寬內(nèi)支持的用戶數(shù),反映了資源利用效率功率控制精準(zhǔn)控制各用戶功率以降低互相干擾,提高容量功率控制技術(shù)動態(tài)功率控制CDMA系統(tǒng)采用動態(tài)功率控制技術(shù)，通過持續(xù)調(diào)整每個用戶的發(fā)射功率以滿足系統(tǒng)性能要求。這樣可以最大限度地提高容量和系統(tǒng)效率。閉環(huán)功率控制移動站會測量接收基站信號的信噪比，并向基站發(fā)送功率控制命令?；靖鶕?jù)這些命令調(diào)整移動站的發(fā)射功率。這種閉環(huán)控制可以快速響應(yīng)信道變化。軟切換技術(shù)信號連續(xù)性軟切換可以實現(xiàn)通信信號的無縫切換，避免信號中斷或突然中斷。網(wǎng)絡(luò)兼容支持不同網(wǎng)絡(luò)制式之間的順暢切換，確保移動用戶的連續(xù)性體驗。電池節(jié)約軟切換技術(shù)可以減少手機頻繁切換網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的電量消耗，提高電池續(xù)航。手機頻譜效率3G頻譜效率3倍提升4G頻譜效率4倍提升5G頻譜效率10倍提升20M每秒傳輸速率達(dá)20Mbps從3G到5G,蜂窩移動通信系統(tǒng)頻譜效率不斷提升。3G系統(tǒng)頻譜效率是2G的3倍,4G系統(tǒng)更是達(dá)到2G的4倍,而5G系統(tǒng)更是可以達(dá)到2G的10倍。這得益于采用了多項先進(jìn)的無線接入技術(shù),如OFDMA、大規(guī)模MIMO等,從而大幅提高了頻譜利用效率,每秒傳輸速率可達(dá)20Mbps以上。上行鏈路的性能CDMA系統(tǒng)的上行鏈路性能是影響整體系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。上行鏈路需要滿足一定的速率、信噪比、抗干擾性能以及低功耗要求。通過對這些指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,可以大大提高CDMA系統(tǒng)的整體性能。下行鏈路的性能關(guān)鍵性能指標(biāo)描述峰值數(shù)據(jù)速率理論上可達(dá)幾十Mbps，實際取決于系統(tǒng)帶寬和信道條件。平均數(shù)據(jù)速率受用戶分布、業(yè)務(wù)類型、系統(tǒng)容量等因素影響，一般為幾Mbps量級。覆蓋范圍CDMA系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，單個基站覆蓋范圍一般為幾公里。傳輸延遲實時業(yè)務(wù)如語音和視頻要求傳輸延遲小于幾百毫秒。正向鏈路的性能正向鏈路是CDMA系統(tǒng)中從基站到手機的傳輸鏈路。其關(guān)鍵性能指標(biāo)包括載噪比、信噪比、峰均比和譜效率。這些指標(biāo)反映了正向鏈路的傳輸質(zhì)量和頻譜利用效率。反向鏈路的性能30M容量CDMA反向鏈路支持最高30M用戶容量5dB鏈路余量反向鏈路具有5dB以上的鏈路余量3Mbps峰值速率反向鏈路支持最高3Mbps的峰值傳輸速率50ms時延反向鏈路時延控制在50毫秒以內(nèi)蜂窩覆蓋技術(shù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋蜂窩技術(shù)通過將區(qū)域劃分為多個小型蜂窩覆蓋區(qū)域,由各個基站負(fù)責(zé)對其服務(wù)區(qū)域的信號覆蓋,從而實現(xiàn)全面覆蓋。頻率重用蜂窩系統(tǒng)利用頻率重用技術(shù),在不同蜂窩區(qū)域使用不同的頻率,大幅提高了頻譜利用率。軟切換當(dāng)用戶在不同蜂窩區(qū)域間移動時,系統(tǒng)會自動進(jìn)行軟切換,保證了連續(xù)的通信服務(wù)。頻率重用1頻率規(guī)劃CDMA系統(tǒng)采用精心設(shè)計的頻率規(guī)劃方案,通過有限頻譜資源實現(xiàn)廣泛覆蓋。2頻率重復(fù)使用通過調(diào)整單元格大小和功率控制,CDMA可以在相鄰區(qū)域重復(fù)使用相同頻率。3頻譜利用效率與FDMA和TDMA相比,CDMA的頻譜利用效率更高,可以服務(wù)更多用戶。軟切換分類硬切換用于現(xiàn)有呼叫終止,建立新的呼叫連接的傳統(tǒng)切換技術(shù)。切換過程不連續(xù),可能導(dǎo)致臨時通信中斷。軟切換通過連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包,實現(xiàn)在不中斷通信的情況下進(jìn)行無縫切換的先進(jìn)技術(shù)。可在不丟失數(shù)據(jù)的情況下切換網(wǎng)絡(luò)。雙工軟切換在切換期間,上下行鏈路分別切換至不同的基站,實現(xiàn)雙向無縫切換的更高級軟切換技術(shù)。手機功能分析基本功能手機的基本功能包括接打電話、發(fā)送短信、查看通訊錄等。這些功能是手機最核心的部分,滿足了用戶的基本通信需求。多媒體功能現(xiàn)代智能手機擁有豐富的多媒體功能,如拍照、錄像、播放音樂和視頻等。這些功能使手機成為用戶日常生活中的重要娛樂設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)功能手機具備強大的網(wǎng)絡(luò)連接功能,可以上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)電子郵件、使用社交媒體等。這極大地增強了手機的信息獲取和分享能力。前向糾錯編碼1編碼檢錯前向糾錯編碼通過添加冗余位來檢測和糾正信號中的錯誤,提高了CDMA系統(tǒng)的抗干擾能力。2常見編碼常見的前向糾錯編碼技術(shù)包括卷積碼、塊碼和turbo碼,每種編碼有其特點和應(yīng)用場景。3編碼參數(shù)編碼率、constraintlength和生成多項式是前向糾錯編碼的重要參數(shù),需要根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。交織技術(shù)增強抗干擾能力交織技術(shù)通過重新排列比特序列,可以提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力。這種技術(shù)可以有效應(yīng)對信道中的突發(fā)性干擾,提高信號的可靠性。提高糾錯性能交織技術(shù)與前向糾錯編碼技術(shù)配合使用,可以大大提高數(shù)字通信系統(tǒng)的抗差錯能力。當(dāng)發(fā)生局部性錯誤時,交織技術(shù)能夠?qū)⑺鼈兎稚⒌讲煌拇a字,從而提高糾錯性能。信道質(zhì)量測量信號強度測量測量系統(tǒng)接收信號的功率水平，用于評估鏈路預(yù)算和系統(tǒng)容量。干擾電平測量測量對本系統(tǒng)有影響的其他信號的干擾水平，有助于優(yōu)化頻率規(guī)劃。位誤碼率測量監(jiān)測傳輸質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)通信鏈路異常。系統(tǒng)設(shè)計要點整體架構(gòu)確定CDMA系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵組成部分,確保系統(tǒng)的可靠性和兼容性。性能優(yōu)化針對不同場景和需求,對系