CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入仿真實(shí)驗(yàn)原理部分CDMA基本概念仿真實(shí)驗(yàn)原理部分0不同的需求，不同的技術(shù)AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模擬第二代90年代數(shù)字第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)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-SCDMA3G為客戶與運(yùn)營(yíng)商提供了完整的綜合業(yè)務(wù)解決方案不同的需求，不同的技術(shù)AMPSTACSNMT其它GSMCDM1多址技術(shù)用戶1用戶2用戶3用戶1用戶2用戶3時(shí)間頻率時(shí)間時(shí)間頻率頻率碼業(yè)務(wù)信道在不同頻段分配給不同用戶如：TACS系統(tǒng)業(yè)務(wù)信道在不同時(shí)間分配給不同用戶如：GSM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FDMATDMACDMA用戶3用戶2用戶1多址技術(shù)用戶1用戶2用戶3用戶1用戶2用戶3時(shí)間頻率時(shí)間時(shí)間2三種體制的比較三種體制的比較3CDMA的發(fā)展歷程IS95B64kbpsIS95A9.6kbpscdma20003Xcdma20001XEVCDMA1X307.2kbps話音業(yè)務(wù)容量更大手機(jī)待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)1995199820002002更高的頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量更高的分組數(shù)據(jù)速率和更豐富的業(yè)務(wù)平滑向3G過渡CDMA的發(fā)展歷程IS95BIS95Acdma2000cdm4香農(nóng)定理C=Wlog2（1+S/N）C:信道容量W:傳輸帶寬S/N:信噪比在一定的信道容量的條件下，可通過提高傳輸帶寬降低信噪比香農(nóng)定理C=Wlog2（1+S/N）:信噪比在一定的5擴(kuò)頻技術(shù)窄帶信號(hào)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼信號(hào)合并寬帶信號(hào)噪聲噪聲+寬帶信號(hào)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)開始，采用擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展到1.23MHz的寬帶信號(hào)接收時(shí)，從寬帶信號(hào)中恢復(fù)信號(hào)CDMA系統(tǒng)干擾主要來(lái)自相鄰小區(qū)和同小區(qū)其他用戶9.6K9.6K1.2288M1.2288M擴(kuò)頻技術(shù)窄帶信號(hào)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼信號(hào)合并寬帶信號(hào)噪聲噪聲+寬帶信6無(wú)線通訊系統(tǒng)的要求

用戶唯一性長(zhǎng)碼的唯一性，m序列的生成機(jī)制

每小區(qū)需提供多信道相互正交的64階Walsh碼

須具備多小區(qū)的規(guī)劃M序列的PN碼（短碼）生成機(jī)制

無(wú)線通訊系統(tǒng)的要求用戶唯一性7內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理8擴(kuò)頻技術(shù)+1-1+1-1-1-1-1+1+1+1擴(kuò)頻解擴(kuò)頻符號(hào)碼片數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼數(shù)據(jù)1001011011001擴(kuò)頻后的信號(hào)擴(kuò)頻技術(shù)+1-1+1-1-1-1-19擴(kuò)頻技術(shù)-1-1-1+1+1+1解擴(kuò)干擾信號(hào)數(shù)據(jù)-1+1-1+1其他的經(jīng)過擴(kuò)頻后的信號(hào)積分后的結(jié)果+8-8110110011101100111111111擴(kuò)頻后的信號(hào)擴(kuò)頻碼信號(hào)噪聲擴(kuò)頻技術(shù)-1-1-1+1+1+1解擴(kuò)干擾信10Walsh碼概念前向采用64階Walsh函數(shù)作為擴(kuò)頻函數(shù)，Walsh碼是正交碼若兩個(gè)函數(shù)互相關(guān)系數(shù)為0，則相互正交碼字的互相關(guān)系數(shù)為Walsh碼概念前向采用64階Walsh函數(shù)作為擴(kuò)頻函數(shù)，W11Walsh碼（續(xù)）64481632129600192003840076800153600307200614400Datarate-bps-cdma20001x系統(tǒng)針對(duì)不同的數(shù)據(jù)速率采用不同的Walsh碼W01=0W02=00W12=01W04=0000W24=0011W14=0101W34=0110W08=00000000W48=00001111W28=00110011W68=00111100W18=01010101W58=01011010W38=01100110W78=01101001(W016,W816)(W416,W1216)(W216,W1416)(W616,W1416)(W116,W916)(W516,W1316)(W316,W1116)(W716,W1516)Walsh碼（續(xù)）64481632129600192003812長(zhǎng)碼為一周期為242-1的m-序列移位相加特性：輸出序列Ck和Ck+t(Ck時(shí)移t)的相加后的序列仍然是序列Ck的一個(gè)時(shí)移序列自相關(guān)特性不同相位的m-序列的相關(guān)值為-1長(zhǎng)碼的作用長(zhǎng)碼在前向用作擾碼加密控制功率控制比特的插入長(zhǎng)碼在反向提供信道化長(zhǎng)碼長(zhǎng)碼為一周期為242-1的m-序列長(zhǎng)碼13長(zhǎng)碼生成示意圖001為初始態(tài)110為掩碼（mask)輸出為一個(gè)7位的序列當(dāng)掩碼不同時(shí)，輸出為具有不同偏移的序列長(zhǎng)碼生成示意圖001為初始態(tài)14短碼為一周期215的M-序列在m-序列中增加了一個(gè)全0狀態(tài)每個(gè)基站在短碼中指配一個(gè)時(shí)間偏置，系統(tǒng)利用PN短碼的時(shí)間偏置來(lái)區(qū)別小區(qū)可允許所有Walsh碼在各小區(qū)復(fù)用系統(tǒng)規(guī)定PN碼最小偏移值為64chips，可以有512個(gè)時(shí)間偏置來(lái)作小區(qū)識(shí)別導(dǎo)頻偏置每個(gè)基站利用導(dǎo)頻信號(hào)PN序列的時(shí)間偏置來(lái)識(shí)別一個(gè)前向CDMA信道相同的導(dǎo)頻信號(hào)PN序列在一個(gè)基站用于所有CDMA信道。短碼PN0PN4PN8短碼為一周期215的M-序列短碼PN0PN4PN815內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理16信道編碼—卷積碼約束長(zhǎng)度：移位寄存器數(shù)+1編碼效率：輸入bit數(shù)/輸出符號(hào)數(shù)信道編碼—卷積碼約束長(zhǎng)度：移位寄存器數(shù)+117卷積碼(2)卷積碼在AWGN信道中的性能卷積碼(2)卷積碼在AWGN信道中的性能18cdma2000信道編碼-Turbo碼(1)cdma2000信道編碼-Turbo碼(1)19cdma2000信道編碼-Turbo碼(3)圖中Turbo碼中交織塊大小為1530，解碼迭代次數(shù)為3次可見Turbo碼性能優(yōu)于卷積碼cdma2000信道編碼-Turbo碼(3)圖中Turb20內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理21前向信道Non-TD調(diào)制結(jié)構(gòu)前向信道Non-TD調(diào)制結(jié)構(gòu)22正交發(fā)射分集OTD模式正交發(fā)射分集OTD模式23空時(shí)擴(kuò)展STS模式在多天線上發(fā)射所有前向信道以互補(bǔ)的Walsh碼或偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻空時(shí)擴(kuò)展STS模式在多天線上發(fā)射所有前向信道24內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理25cdma20001X前向信道類型FLSR1/3CommonAssignmentCommonPowerControlPilotCommonControlSyncTrafficBroadcastPaging(SR1)QuickPagingF-PilotTransmitDiversityPilotAuxiliaryPilotAuxiliaryTransmitDiversityPilot0-1DedicatedControl0-1FundamentalPowerControlSubchannel0-7SupplementalCodeRC1-20-2SupplementalCodeRC3-9F-CACHF-CPCCHF-CCCHF-SYNCF-BCCHF-PCHF-QPCHF-CPICHF-APICHF-ATDPICHF-TDPICHF-DCCHF-FCHF-SCCHF-SCHcdma20001X前向信道類型FLCommonCommo26cdma20001X反向信道結(jié)構(gòu)RLSR1/3R-TCHRC1/2EnhancedAccessChOperationR-CommonControlChOperationR-TCHOperationRC3-6R-FCH0-7R-SCCHR-PICHR-PICHR-CCCHR-PICH0-1R-DCCH0-1R-FCH0-2R-SCHR-PowerControlSubChR-ACHR-EACHcdma20001X反向信道結(jié)構(gòu)RLR-TCHEnhanc27CDMA1X與IS-95比較（2）

信道類型IS-95A/B

CDMA1X

導(dǎo)頻信道

√

√

發(fā)射分集導(dǎo)頻信道

√

輔助導(dǎo)頻信道

√

發(fā)射分集輔助導(dǎo)頻信道

√

同步信道

√

√

尋呼信道

√

√

廣播信道

√

快速尋呼信道

√

公共功率控制信道

√

公共支配信道

√

前向公共控制信道

√

前向?qū)Ｓ每刂菩诺?/p>

√

前向基本業(yè)務(wù)信道

√

√

前向補(bǔ)充碼信道

√

√

前向信道

前向補(bǔ)充信道

√

反向?qū)ьl信道

√

接入信道

√

√

增強(qiáng)型接入信道

√

反向公共控制信道

√

反向?qū)Ｓ每刂菩诺?/p>

√

反向基本業(yè)務(wù)信道

√

√

反向補(bǔ)充碼信道

√

√

反向信道

反向補(bǔ)充信道

√CDMA1X與IS-95比較（2）信道類型IS-95A/28DA轉(zhuǎn)換幀質(zhì)量指示比特CRC前向業(yè)務(wù)信道的過程長(zhǎng)碼發(fā)生器800bpsWallshn抽取器用戶m的長(zhǎng)碼掩碼功率控制比特19.2kbps增加編碼器尾比特塊交織19.2kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps用戶m的前向業(yè)務(wù)信道信息比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷積編碼r=1/2k=9符號(hào)重復(fù)QPSK調(diào)制MUX1.2288Mcps抽取器上變頻功放

19.2kbps19.2kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbpsDA轉(zhuǎn)換幀質(zhì)量指示比特CRC前向業(yè)務(wù)信道的過程長(zhǎng)碼800b29幀質(zhì)量指示比特CRCRC1/2反向業(yè)務(wù)信道的過程長(zhǎng)碼發(fā)生器用戶m的長(zhǎng)碼掩碼增加編碼器尾比特塊交織28.8ksps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps用戶m反向業(yè)務(wù)信道信息比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷積編碼r=1/3k=9符號(hào)重復(fù)1.2288Mcps28.8ksps28.8ksps14.4ksps7.2ksps3.6ksps64階正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化307.2kspsI序列1.2288McpsQ序列1.2288Mcps濾波Dcos2πftsin2πft∑++濾波OQPSK幀質(zhì)量指示比特CRCRC1/2反向業(yè)務(wù)信道的過程長(zhǎng)碼用戶m的30數(shù)據(jù)突發(fā)化反向信道采用選通方式發(fā)射所有速率均以全速率功率發(fā)射低速率的重復(fù)碼元不發(fā)射（關(guān)閉發(fā)射機(jī)）發(fā)射機(jī)的關(guān)閉過程由數(shù)據(jù)突發(fā)化隨機(jī)算法決定

數(shù)據(jù)突發(fā)化反向信道采用選通方式發(fā)射31cdma20001X反向信道擴(kuò)頻調(diào)制結(jié)構(gòu)長(zhǎng)碼MASKWalshCover相對(duì)增益∑相對(duì)增益WalshCoverWalshCover相對(duì)增益∑相對(duì)增益WalshCover+++++∑基帶濾波∑基帶濾波以2抽取延遲1chip長(zhǎng)碼生成器I路PN序列Q路PN序列WalshCover∑++cos2πfctsin2πfct反向補(bǔ)充信道2反向?qū)ьl信道反向?qū)Ｓ每刂菩诺婪聪蚧拘诺婪聪蜓a(bǔ)充信道1、反向公共控制信道、或增強(qiáng)接入信道

反向信道特點(diǎn)：采用Walsh擴(kuò)頻多碼道傳輸HPSK調(diào)制cdma20001X反向信道擴(kuò)頻調(diào)制結(jié)構(gòu)長(zhǎng)碼MASKWal32OQPSK在Q路上插入1/2個(gè)chip時(shí)延，產(chǎn)生OQPSK調(diào)制OQPSK阻止信號(hào)過零，大大減小調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，降低輸出功率峰均比允許移動(dòng)臺(tái)采用簡(jiǎn)單的功率放大器基站發(fā)射的QPSK移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的OQPSKOQPSK在Q路上插入1/2個(gè)chip時(shí)延，產(chǎn)生OQPSK調(diào)33HPSK(HybridPSK)，亦稱為OCQPSK(OrthogonalComplexQPSK)作用：減少過零率減少對(duì)功放的線性要求HPSKHPSK(HybridPSK)，亦稱為OCQPSK34RAKE接收技術(shù)有效地克服多徑衰落，提高接收性能RAKE接收原理接收機(jī)單徑接收電路單徑接收電路單徑接收電路搜索器計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度與時(shí)延合并合并后的信號(hào)tts(t)s(t)RAKE接收技術(shù)有效地克服多徑衰落，提高接收性能RAKE35前向無(wú)線配置RC前向無(wú)線配置RC36反向無(wú)線配置RC反向無(wú)線配置RC37CDMA信道總結(jié)CDMA信道總結(jié)38內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步和切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理39CDMA鏈路特點(diǎn)反向鏈路特點(diǎn)用戶可在小區(qū)任何地方使用移動(dòng)站各個(gè)移動(dòng)站路徑損耗不同，差別可達(dá)80dB如果所有移動(dòng)站以相同功率發(fā)射，到達(dá)基站的信號(hào)可能會(huì)相差80dB，會(huì)有巨大干擾，造成“遠(yuǎn)近效應(yīng)”不同移動(dòng)站信道條件不同基站對(duì)接收信號(hào)作非相干解調(diào)反向功率控制要求高，控制動(dòng)態(tài)范圍大，靈敏度高，以補(bǔ)償快速環(huán)境變化前向鏈路特點(diǎn)信道相同一個(gè)基站發(fā)射的所有信道經(jīng)過相同路徑到達(dá)移動(dòng)站，信號(hào)會(huì)同時(shí)衰減前向信道正交性好移動(dòng)站利用導(dǎo)頻信號(hào)作相干解調(diào)由于前向信道特點(diǎn)，對(duì)前向功率控制要求不突出，其功率變化范圍為±4dBCDMA鏈路特點(diǎn)反向鏈路特點(diǎn)前向鏈路特點(diǎn)40cdma功率控制類型反向開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)功率控制：800Hz外環(huán)功率控制前向閉環(huán)功率控制消息報(bào)告方式：周期報(bào)告、門限報(bào)告EIB方式：50HzQIB方式：50Hz快速功率控制：800Hzcdma功率控制類型反向41

移動(dòng)臺(tái)所需發(fā)射功率受以下因素影響移動(dòng)臺(tái)與基站距離小區(qū)負(fù)荷信道環(huán)境

CDMA系統(tǒng)規(guī)定用一個(gè)常數(shù)來(lái)補(bǔ)償路徑損耗與小區(qū)負(fù)荷的影響，這個(gè)常數(shù)可由基站調(diào)整

移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收前向信道的功率，直接確定發(fā)射功率發(fā)射功率=k-平均接收功率+NOM_PWR+INIT_PWR+接入修正值反向開環(huán)功率控制移動(dòng)臺(tái)所需發(fā)射功率受以下因素影響反向開環(huán)功率控制42內(nèi)環(huán)功率控制基站測(cè)量Eb/Nt和設(shè)定的目標(biāo)Eb/Nt進(jìn)行比較，大于則指令移動(dòng)臺(tái)降低發(fā)射功率，否則增加發(fā)射功率。調(diào)節(jié)速率為800Hz外環(huán)功率控制統(tǒng)計(jì)誤幀率，設(shè)定所需的目標(biāo)Eb/Nt反向閉環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)功率控制反向閉環(huán)功率控制43移動(dòng)臺(tái)測(cè)量前向業(yè)務(wù)信道幀質(zhì)量，周期方式或門限方式上報(bào)幀質(zhì)量?；靖鶕?jù)上報(bào)的幀質(zhì)量情況確定是否進(jìn)行前向功率調(diào)節(jié)，是一種慢速功率調(diào)節(jié)。cdma2000引入了前向快速功率控制，每秒800Hz。前向功率控制移動(dòng)臺(tái)測(cè)量前向業(yè)務(wù)信道幀質(zhì)量，周期方式或門限方式上報(bào)幀質(zhì)量。44用于速率集2MS在反向業(yè)務(wù)信道向BS發(fā)送EIB（ErasureIndicatorBit）。其中，如果收到的是一壞幀，則置EIB=1；收到的是一好幀，則置EIB=0功率控制速率：50Hz。前向功率控制-EIB方式用于速率集2前向功率控制-EIB方式45內(nèi)容CDMA基本概念擴(kuò)頻編碼調(diào)制信道功率控制同步切換及接入CDMA基本原理內(nèi)容CDMA基本概念CDMA基本原理46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，增加系統(tǒng)容量負(fù)載控制使用的主要手段包括小區(qū)呼吸和同覆蓋異頻小區(qū)之間的切換。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)47軟切換：在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)開始與新的基站聯(lián)系時(shí)，并不中斷與原有的基站的通信。軟切換會(huì)帶來(lái)更好的話音質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換、減少掉話可能，且有利于增加反向容量更軟切換：與軟切換類似，發(fā)生在同一基站的不同扇區(qū)之間。硬切換：在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)與新的基站聯(lián)系前，先中斷與原基站的通信，再與新基站建立聯(lián)系。不同頻率間的切換到其它系統(tǒng)的切換切換軟切換：在切換過程中，移動(dòng)臺(tái)開始與新的基站聯(lián)系時(shí)，并不中斷48導(dǎo)頻集是指具有相同的頻率但有不同的PN碼相位的導(dǎo)頻集合有效集：與正在聯(lián)系的基站對(duì)應(yīng)的導(dǎo)頻集合。候選集：當(dāng)前不在有效集中，但是已有足夠的強(qiáng)度表明與該導(dǎo)頻對(duì)應(yīng)基站的前向業(yè)務(wù)信道可以被成功解調(diào)的導(dǎo)頻集合。相鄰集：當(dāng)前不在有效集或候選集中但是有可能進(jìn)入候選集的導(dǎo)頻集合。剩余集：其它導(dǎo)頻集合。導(dǎo)頻集導(dǎo)頻集是指具有相同的頻率但有不同的PN碼相位的導(dǎo)頻集合導(dǎo)頻集49(1)導(dǎo)頻強(qiáng)度超過T_ADD，MS將其加入候選集并上報(bào)BS(2)BS命令MS將該導(dǎo)頻加入有效集(3)導(dǎo)頻強(qiáng)度小于T_DROP，手機(jī)啟動(dòng)T_DROP定時(shí)器(4)T_DROP定時(shí)器超時(shí)，MS上報(bào)BS(5)BS命令MS將該導(dǎo)頻從有效集中刪除固定門限軟切換過程(1)導(dǎo)頻強(qiáng)度超過T_ADD，MS將其加入候選集并上報(bào)BS50CFSRPM(Report)CFSCNM

(SearchOrder)F1(serving)F2(candidate)GHDM

(HHO)CFSRQM

(SearchParameters)CFSRSM(Acceptance)1、MS工作在頻點(diǎn)F1，在MAHHO過程中，首先由BS發(fā)起CFSRQM（候選頻率搜索請(qǐng)求參數(shù)消息），帶候選頻點(diǎn)搜索參數(shù)2、MS發(fā)回CFSRSM（候選頻率搜索應(yīng)答消息）確認(rèn)3、BS通過CFSCNM（候選頻率搜索命令消息）命令MS按設(shè)定的搜索參數(shù)搜索候選頻點(diǎn)F2；MS在轉(zhuǎn)到頻點(diǎn)F1時(shí)，將中斷與頻點(diǎn)F1的聯(lián)系4、MS通過CFSRPM（候選頻率搜索報(bào)告消息）報(bào)告搜索結(jié)果5、BS通過GHDM（硬切換）命令MS切換到頻點(diǎn)F2

移動(dòng)臺(tái)輔助的硬切換CFSRPMCFSCNM

(SearchOrder)F151系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)零時(shí)：定義1980年1月6日0時(shí)整為系統(tǒng)起始時(shí)間。偏置為零的長(zhǎng)碼和短碼此時(shí)同時(shí)處于初始狀態(tài)所有基站將在