1、第1章 移動通信概述 CDMA概述 CDMA的無線接口 CDMA碼序列 *CDMA的控制與管理 CDMA系統新技術第第5章章 CDMA（碼分多址移動通信）系統（碼分多址移動通信）系統第1章 移動通信概述學習目標學習目標 熟練掌握CDMA的概念、系統結構、特點以及PN碼同步技術，能用自己的語言陳述CDMA系統的業務與應用。 熟練掌握CDMA系統的信道結構和基帶處理流程。 熟練掌握PN碼的原理，復用技術和同步技術，了解常用的偽隨機序列。 了解CDMA系統的新技術并關注其發展。 初步能用自己的語言陳述一些CDMA的控制與管理工作流程如位置更新、切換等。第1章 移動通信概述學習指導學習指導 隨著移動通

2、信的飛速發展，因頻域擁擠而引起的矛盾也日益突出。如何使有限的頻率能分配給更多用戶使用，已成為當前發展移動通信的首要課題，而CDMA已成為解決這一問題的首選技術。本章介紹了CDMA系統的基本概念、系統結構及特點、主要參數、業務與應用、控制與管理等，著重講述了CDMA的概念、PN碼序列的原理與特點、CDMA的信道結構、CDMA的基帶處理過程以及CDMA系統的切換方式等，這些內容是本章的重點和難點，大家要仔細領會。另外，CDMA的控制與管理為選學內容，大家可以根據自己的情況進行掌握。為了幫助你對學習內容的掌握，建議你在學習本章時充分利用我們為你提供的本章知識地圖。第1章 移動通信概述知識地圖知識地圖

3、 第1章 移動通信概述課程學習課程學習 CDMA技術的出現源自于人類對更高質量無線通信的需求。第二次世界大戰期間因戰爭的需要而研究開發出CDMA技術，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，在戰爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信，后來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年，第一個CDMA商用系統運行之后，CDMA技術理論上的諸多優勢在實踐中得到了檢驗，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應用。全球許多國家和地區，包括中國、韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網絡。在美國和日本，CDMA成為國內的主要移動通信技術。第1章 移動通信概述什么是什么是CDMA系統系統 1 對CDMA的理解

4、 CDMA的業務與應用 第1章 移動通信概述1、對、對CDMA的理解的理解 CDMA是碼分多址的英文縮寫（Code Division Multiple Access），它也是擴頻通信的一種方式，要理解好CDMA的概念就要從碼分和擴頻兩個角度上進行理解。什么是什么是CDMA系統系統 1CDMA是一種碼分多址技術，即信道共享技術。 CDMA技術是建立在正交編碼、相關接收的理論基礎上，運用擴頻通信技術解決無線通信的選址問題，是擴頻通信的一種。 CDMA是采用擴頻技術的碼分多址方式是采用擴頻技術的碼分多址方式第1章 移動通信概述大容量：大容量：理論分析和試驗表明，CDMA系統容量是GSM的3至4倍，是

5、模擬網的8至10倍，而且每扇區的話務容量為軟容量，不受頻率或收發信機數量的嚴格限制；干擾受限系統：干擾受限系統：CDMA系統的全部用戶共享一個無線頻點、不分時隙，用戶信號的區分只靠所用碼型的不同。網中一個用戶的通話對另一個用戶而言就是干擾，為克服此干擾就需提升自身的功率直到不能再提升為止，因此CDMA是干擾受限的系統；什么是什么是CDMA系統系統 1 CDMA系統的特點：存在遠近效應：存在遠近效應：由于使用相同的載頻，近處強信號對遠處弱信號有著明顯 的抑制作用，從而產生“遠-近”效應，影響用戶通話，這點需要功率控制技術來解決；高質量服務：高質量服務：由于軟切換、分集等先進技術的采用，CDMA系

6、統抗干擾能力強，覆蓋區域內通信質量高；保密：保密：CDMA系統具有加密和鑒權功能，能確保用戶保密和網絡安全；綜合成本低，頻率規劃簡單：綜合成本低，頻率規劃簡單：全網共用同一頻點，具有靈活和方便的組網結構，頻率復用系數可以達到1，移動交換機的話務承載能力一般都很強，保證在話音和數據通信兩個方面都能滿足用戶對大容量、高密度業務的要求；用戶終端設備（手持機）功耗小、待機時間長；輻射低，有利于人體健康等等用戶終端設備（手持機）功耗小、待機時間長；輻射低，有利于人體健康等等。第1章 移動通信概述CDMA系統的主要參數系統的主要參數頻頻 段：段： 869MHz894MHz為基站發、移動臺收的頻段； 824

7、MHz849 MHz為移動臺發、基站收的頻段；通信方式：通信方式： 全雙工；載波間隔：載波間隔： 1.23MHz；調制方式：調制方式： /4-QPSK；語音編碼：語音編碼： QCELP；信道數：信道數： 64 (碼分信道)/每1.23MHz；擴頻方式：擴頻方式： DS-PN；什么是什么是CDMA系統系統 1話音編碼：話音編碼：采用可變速率編碼及話音激活技術,每幀20ms；PN PN 碼：碼：片碼率為1.2288MHz，基站識別碼(短碼)為215-1，用戶識別碼(長碼)為242-1，64個正交Walsh函數組成64個信道；交織編碼：交織編碼：交織深度20ms導頻：導頻：前向鏈路用導頻信號作同步跟

8、蹤接收方式：接收方式：RAKE接收（移動臺3RAKE,基站4RAKE）第1章 移動通信概述2 、 CDMA的業務與應用 語音通信是CDMA的基本業務應用，未來視頻電話可能會是會話類業務的主要發展方向。什么是什么是CDMA系統系統 1會話類業務：流媒體業務：交互類與背景類業務： 根據流媒體持續時間的長短，流媒體業務可分為長流媒體業務與短流媒體業務兩大類；根據同時使用同一流媒體內容的人數多少，可分為群組流媒體業務與個人流媒體業務；根據人們對流媒體業務的接受主動性，可分為廣播式流媒體業務和交互式流媒體業務。 交互類與背景類業務應用種類繁多，可滿足不同的消費群體的個性化需求，是CDMA數據業務的主要應

9、用類型。 第1章 移動通信概述CDMA的無線接口的無線接口 2 CDMA的信道結構 CDMA的基帶處理 第1章 移動通信概述 無線信道用來傳輸無線信號，從基站發往移動臺的無線信道稱正向信道，從移動臺發往基站的無線信道稱反向信道。正向傳輸與反向傳輸的信道結構有較大差異，如下圖5-1所示。1 、CDMA的信道結構的信道結構CDMA的無線接口的無線接口 2圖5-1 CDMA系統信道結構分類 1、幫助手機捕獲系統2、提供同步信號、相位參考，幫助手機進行信道估計，作相干解調 3、切換時手機測量導頻信道，進行導頻強度比較1、手機通過同步信道獲得與系統的同步2、提供導頻偏置PILOT_PN；系統時間；系統識

10、別符；尋呼信道速率等3、手機只在初始化時采集接收同步信道信令，之后不再使用1、BTS在尋呼信道上廣播：系統參數消息；接入參數消息；鄰區列表；CDMA信道列表2、 BTS通過尋呼信道：尋呼手機；指配業務信道 用于基站、手機之間傳送話音、數據及相關信令每個尋呼信道下最多可對應32個接入信道，移動臺選擇其中一個作為自己的接續信道，完成發起呼叫（始呼），響應呼叫（被呼）和位置登記等工作。第1章 移動通信概述CDMA的無線接口的無線接口 2邏輯信道控制信道業務信道反向鏈路前向鏈路導頻同步尋呼接入11/41/21/8語音和數據使用W32使用w1到w79600bps1200bps使用W0邏輯信道組成及結構第

11、1章 移動通信概述調諧到CDMA載波獲取導頻和同步信道獲取并監控尋呼信道移動臺通過接入信道發消息基站通過尋呼信道發消息業務信道連接建立開始通信系統初始化狀態系統空閑狀態系統接入信道業務信道狀態IS95AIS95A的呼叫處理流程的呼叫處理流程第1章 移動通信概述2 、 CDMA的基帶處理 （1） 正向傳輸CDMA的無線接口的無線接口 2第1章 移動通信概述數據速率：數據速率：同步信道的數據速率為1.2kb/s，尋呼信道的數據速率為9.6kb/s或4.8kb/s，正向業務信道的數據速率為9.6kb/s，4.8kb/s，9.4kb/s和1.2kb/s； 正向信道的數據在每幀（20ms）末含有8位編碼

12、器尾比特，它把卷積碼編碼器置于規定的狀態。此外，在9.6kb/s和4.8kb/s的數據中含有幀質量指示比特即CRC檢驗比特。所以，實際上正向業務信道的信息速率分別為8.6kb/s、4.0kb/s、2.0kb/s和0.8kb/s；卷積編碼：卷積編碼：數據在傳輸之前都要進行卷積編碼，卷積碼的碼率為1/2，約束長度為9。碼元重復：碼元重復：對于同步信道，經過卷積編碼后的各個碼元，在分組交織之前，都要重復一次（每碼元連續出現兩次）；碼元重復的目的是使各種信息速率均統一到19200調制碼元/秒的標準速率上來。CDMA的無線接口的無線接口 2分組交織：分組交織：所有碼元在重復之后都要進行分組交織；數據掩蔽

13、：數據掩蔽：數據掩蔽用于尋呼信道和正向業務信道，其作用為通信提供保密；功率控制子信道：功率控制子信道：正向業務信道中有一個功率控制子信道，在該子信道中，基站連續發送功率控制信息數據，不斷地控制移動臺發射功率。正交擴展：正交擴展：為了使正向傳輸的各個信道之間具有正交性，在正向信道中傳輸的所有信號都要用64階的Walsh碼進行正交擴展；四相調制：四相調制：在正交擴展后，各種信號都要進行四相調制，所用的兩個偽隨機序列為引導PN序列，引導PN序列的作用是給不同基站發出的信號賦予不同的特征，便于移動臺識別所需的基站。第1章 移動通信概述 （2）反向傳輸CDMA的無線接口的無線接口 2第1章 移動通信概述

14、數據速率：數據速率：反向業務信道的數據速率可為9.6kb/s，4.8kb/s，9.4kb/s和1.2kb/s，而接入信道的數據速率固定為4.8kb/s；兩種信道的數據中均要加入編碼器尾比特，用于把卷積碼編碼器復位到規定的狀態。此外，在反向業務信道上傳送9.6kb/s和4.8kb/s的數據中也含有幀質量指示比特即CRC檢驗比特。卷積編碼：卷積編碼：接入信道和反向業務信道上數據在傳輸之前都要進行卷積編碼，卷積碼的約束長度為9。碼元重復：碼元重復：反向業務信道的數據速率為9.6kb/s，碼元不重復；數據速率為4.8kb/s，9.4kb/s和1.2kb/s時，碼元分別重復1次、3次和7次（每碼元連續出

15、現2、4和8次）；這樣可使得各種數據速率均統一到28800碼元/秒的標準速率上。分組交織：分組交織：所有碼元在重復之后都要進行分組交織；可變數據速率傳輸：可變數據速率傳輸：為了減少功耗和減小對CDMA信道產生的干擾，對交織器輸出的碼元，用一個時間濾波器進行選通，只允許所需碼元輸出，而刪除其它重復的碼元。正交調制：正交調制：在反向CDMA信道中，把交織器輸出的碼元每6個為一組，用64階的Walsh函數之一（稱調制碼元）進行正交傳輸；直接序列擴展：直接序列擴展：在反向業務信道和接入信道傳輸的信號都要用長碼進行擴展。四相調制：四相調制：反向信道四相調制所用的偽隨機序列就是正向CDMA信道所用的引導P

16、N序列。CDMA的無線接口的無線接口 2第1章 移動通信概述小結：小結：功能前向鏈路反向鏈路糾錯編碼1/2速率1/3速率Walsh碼提供信道化64階調制長碼擴展提供加密性信道化短碼擴展標識基站用作OQPSK調制重復符號傳輸降低重復符號功率連續發射采用隨機突發方式不連續發射導頻信道提供相干接收沒有導頻信道，采用非相干接收調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方式第1章 移動通信概述CDMA碼序列碼序列 3 CDMA碼序列特性 m序列PN碼 其它偽隨機序列 PN碼的復用技術 PN碼的同步第1章 移動通信概述 CDMA碼序列的設計是碼分多址系統的關鍵技術之一。具有良

17、好的相關特性和隨機性的地址碼和擴頻碼對碼分多址通信是非常重要的，對系統的性能具有決定的作用；它直接關系到系統的多址能力，關系到抗干擾、抗噪聲、抗截獲的能力及多徑保護和抗衰落的能力，關系到信息數據的隱蔽和保密，關系到捕獲與同步系統的實現。理想的地址碼和擴頻碼主要應具有如下特性：CDMA碼序列碼序列 31 、CDMA碼序列特性 有足夠多的地址碼； 有尖銳的自相關特性； 有處處為零的互相關特性； 不同碼元數平衡相等； 盡可能大的復雜度。第1章 移動通信概述CDMA碼序列碼序列 32、 m序列PN碼移位寄存器序列 目前，幾乎所有的擴頻序列都用移位寄存器產生。移位寄存器又可分為線性反饋移位寄存器和非線性

18、反饋移位寄存器兩類。這里主要研究線性反饋移位寄存器產生的偽隨機序列。圖5-4給出了線性移位寄存器的結構圖。圖5-4 線性反饋移位寄存器的一般形式第1章 移動通信概述 CDMA通信要求擴頻序列具有良好的偽隨機特性。由于隨機噪聲具有難以重復產生和處理的缺點，而偽隨機噪聲既具有類似于隨機噪聲的一些統計特性，又便于重復產生和處理，因而偽隨機序列或偽噪聲序列（PN序列）被廣泛應用于擴頻通信。目前應用最為廣泛的偽隨機序列是m序列，它是由線性反饋移存器產生的周期最長的二進制數字序列。圖5-5給出了一個4階移位寄存器序列生成器。圖5-5 4階移位寄存器序列生成器m序列的生成 CDMA碼序列碼序列 3第1章 移

19、動通信概述 該序列生成器能夠產生周期為15的0，1二值序列。設初始狀態（a1,a2,a3,a4）= (1,0,0,0),則周期序列輸出為：000111101011001 。圖5-6是反饋移存器生成的m序列狀態圖。若設初始狀態（a1,a2,a3,a4）= (0,0,0,0), 移位后得到的仍為0狀態，反饋移存器應避免出現全“0”的初始狀態，并用盡可能少的級數產生盡可能長的序列。CDMA碼序列碼序列 3第1章 移動通信概述平衡特性平衡特性 在m序列的一周期中，“1”的個數僅比“0”的個數多1，即“1”的個數為(N+1)/2，“0”的個數為(N-1)/2。游程分布特性游程分布特性 把一個序列中取值相

20、同的那些連在一起的元素合稱為一個“游程”。在一個游程中元素的個數稱為游程長度。在m序列中，長度為1的游程占游程總數的1/2；長度為2的游程占游程總數的1/4；長度為 3的游程占游程總數的1/8。m序列的特點CDMA碼序列碼序列 3延位相加特性延位相加特性 一個m序列M1與其經任意次遲延移位產生的另一個不同序列M2進行模2相加，得到的仍是的某次遲延移位序列M3。即：M3=M1 M2雙極性雙極性m序列的自相關函數序列的自相關函數1, 2 , 1,10, 1)(mjmjjR第1章 移動通信概述 Gold序列是在1967年提出的一種具有良好互相關特性的PN序列。圖5-7給出了一個Gold序列生成器。3

21、 、其它偽隨機序列CDMA碼序列碼序列 3Gold序列圖5-7 Gold序列生成器第1章 移動通信概述 除了Gold序列外，Walsh序列也有著良好的互相關和較好的自相關特性。 Walsh函數是一種非正弦的完備函數系，其連續波形如圖5-8所示。它僅有兩個可能的取值：+1或-1，所以比較適合用來處理數字信號。利用Walsh函數的正交性，可獲得CDMA的地址碼。若對Walsh函數波形在8個等間隔上取樣，即得到離散Walsh函數，可用的Walsh函數矩陣來表示。采用負邏輯，即“0”用“+1”表示，“1”用“-1”表示，從上往下排列，變換行的次序后與下面所述的Walsh函數的矩陣相同。Walsh序列C

22、DMA碼序列碼序列 3第1章 移動通信概述4、 PN碼的復用CDMA碼序列碼序列 3 （1）CDMA通信系統的編碼結構圖5-9 移動通信系統中的蜂窩結構 圖5-10 CDMA通信系統三層擴頻編碼機構 第1章 移動通信概述 在IS-95 CDMA系統中，前向信道包括導頻信道、同頻信道、尋呼信道和業務信道，其中必然有且僅有一個導頻碼分信道，以便于系統內所有基站覆蓋區中工作的移動臺同步和切換，每個基站利用導頻PN序列的時間偏置來標識它的前向信道。PN序列的時間偏置常用偏置指數來區別，偏置指數是相對于零偏置導頻PN序列的偏置值，其取值范圍為0511。導頻PN碼序列由15階序列生成器產生，故PN碼的周期

23、為32768個碼片。將此周期序列的每64個碼片作為一個碼型，即每兩個相鄰的碼之間的相位相差64Bbit，共可得到512個碼型。將這些不同的碼型作為基站碼分配給不同的基站，那么，在1.25MHz帶寬的CDMA蜂窩系統中，可建多達512個基站（或扇區）。 在同一個擴頻CDMA蜂窩系統中，這512個基站碼是互不相同的，并與基站一一對應。但這些基站碼卻能在其它的擴頻CDMA蜂窩系統中得到復用，以區別本系統內的基站。（2）IS-95 CDMA蜂窩系統中基站碼的復用 CDMA碼序列碼序列 3第1章 移動通信概述 CDMA系統要求PN碼自相關性好、互相關性弱，實現方案簡單等。PN碼的選擇直接影響到CDMA系統性能的方方面面。同時，PN碼同步是擴頻系統所特有的，也是擴頻技術中的難點。CDMA系統要求接收機生成的本地碼與發送端的PN碼在結構、頻率和相位上完全