CDMA基础详解
CDMA基础知识与关键技术
第1章CDMA基础知识1.1CDMA发展史移动通信从20世纪20年代就出现了，但在近20年来才得到飞速发展，移动无线技术基本上是围绕开辟新的移动通信频段、有效利用频率和移动台的小型化、轻便化为中心而发展的，而有效利用频率技术的发展则是移动通信的核心。
20世纪40年代在美国开通了第一个移动电话系统。
为了提高频谱利用率，贝尔实验室提出了蜂窝和频率再用的概念。
公众蜂窝移动通信的出现极大的改变了人们的生活方式，近20年来，移动通信用户数迅猛增长，网络的用户容量需求大量增加。
在市场和技术的推动下，移动通信得到了迅速的发展，成为了当今通信发展的主流。
蜂窝移动通信仅仅是从70年代才出现的名词，70年代初，美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论。
第一代蜂窝移动通信系统于70年代末诞生于美国贝尔实验室，即著名的先进移动电话系统AMPS，其后，北欧（丹麦、挪威、瑞典、芬兰）和英国相继研制和开发了类似的NMTS和TACS移动通信系统。
仅仅几年后，采用模拟制式的第一代蜂窝移动通信系统就暴露出了容量不足、业务形式单一及话音质量不高等严重弊端，这就促使了对第二代蜂窝移动通信系统的研发。
第二代蜂窝移动通信系统(2G)采用数字制式提供更高的频谱利用率、更好的数据业务和通信质量以及比第一代系统更先进的漫游功能。
典型的第二代蜂窝移动通信系统包括居于主导地位的全球移动通信系统GSM、美国IS-54/IS-136与IS-95、日本PDC等系统。
其中IS-95是美国电信工业协会TIA于1993年确定的美国蜂窝移动通信标准，它采用了Qualcomm公司推出的CDMA技术规范。
1995年，第一个CDMA蜂窝移动通信系统在香港开通，标志着CDMA已经走向商业应用。
但是IS-95的发展受到了美国联邦通信委员会FCC的限制：要和AMPS相兼容，即带宽限制在AMPS原有的频带框架内。
因而IS-95是一个窄带CDMA 系统，只能提供非常有限的服务，还存在很多的不足。
CDMA移动通信基础
CDMA移动通信基础1. 介绍CDMA（ Division Multiple Access，码分多址）是一种数字移动通信技术，广泛应用于第二代（2G）和第三代（3G）移动通信系统中。
CDMA技术采用了先进的信号处理和调制技术，能够提高信号传输效率和容量，实现更可靠的通信。
2. CDMA原理CDMA技术基于扩频技术，通过将用户信号加上特定的扩频码再进行调制发送，不同用户的扩频码相互正交，可以实现多用户传输而不干扰。
CDMA还采用了软切换和功率控制等技术，使得信号传输更加可靠和高效。
3. CDMA系统结构CDMA系统主要由以下几个组成部分构成：基站（Base Station）：负责与用户终端进行通信，进行信号的调制解调和多用户间的分配和管理。
用户终端（Mobile Station）：包括方式和数据终端等，与基站进行通信，传输用户的语音、数据等信息。
控制器（Controller）：负责对基站和用户终端进行管理和控制，实现系统的整体协调和优化。
移动交换中心（Mobile Switching Center）：负责处理跨网络的通信和连接，实现用户的呼叫转移等功能。
4. CDMA优势CDMA技术相比其他移动通信技术具有以下优势：多用户接入：CDMA技术能够实现多用户接入而不干扰，提高了系统的容量和效率。
抗干扰能力强：CDMA技术采用了扩频技术，能够有效抵抗多径传播和其他干扰。
隐私保护性能好：CDMA技术采用了特定的扩频码对用户信号进行加密，保护用户通信的隐私。
调度灵活性高：CDMA技术能够灵活地对用户进行分配和调度，优化系统资源的利用。
5. CDMA在移动通信中的应用CDMA技术在移动通信中得到了广泛的应用：第二代（2G）CDMA系统：以IS-95标准为代表，提供了CDMA2000 1X、CDMA2000 1xEV-DO等多种技术，实现了语音和数据的传输。
第三代（3G）CDMA系统：以CDMA2000 3X标准为代表，提供了更高的数据传输速率、更丰富的业务和更好的系统性能。
CDMA通信原理知识介绍
CDMA（码分多址）是一种多址接入技术，允许多个用户在同一频段上同时进行通信。 它通过给每个用户分配一组独特的扩频码（也称为伪随机码或扩频序列），来区分不同 的用户信号。CDMA技术的核心在于扩频，即将信息数据与扩频码进行调制，扩展信
号带宽，使信号在传输过程中具有更强的抗干扰能力。
CDMA技术的发展历程和应用领域
05 CDMA通信的优势与局限 性
CDMA通信的优势
抗干扰能力强
CDMA采用扩频技术，能够有效抑制干扰信 号，降低误码率。
保密性好
CDMA中的扩频编码具有很好的保密性，能 够实现安全的无线通信。
频谱利用率高
CDMA允许用户在相同的频段上共享频率资 源，提高了频谱利用率。
软切换和软容量
CDMA支持软切换技术，提高了通信的稳定 性和覆盖范围。
04 CDMA通信的关键技术
功率控制技术
总结词
功率控制技术是CDMA通信中的重要技术之一，用于平衡不同用户之间的干扰和信号强度，确保通信质量。
详细描述
在CDMA通信系统中，多个用户共享相同的频谱资源，因此需要有效地控制各个用户的发射功率，以减小相互之 间的干扰。功率控制技术通过动态调整用户的发射功率，保证接收端能够可靠地接收信号，同时降低对其他用户 的干扰。
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CDMA与其他通信技术的融合与比较
CDMA与OFDMA的融合
将CDMA的扩频技术与OFDMA的高效频谱利用技术 相结合，实现更高速的数据传输。
CDMA与MIMO的融合
利用MIMO技术提高CDMA系统的空间分集增益和 容量。
CDMA与毫米波通信的融合
探索在毫米波频段应用CDMA技术，以实现超高速 无线通信。
软切换技术
1、CDMA基础知识
关于TD-LTE
• 第四代移动通讯技术TD-LTE未来将与欧美主导的 4G技术(FDD-LTE) 平分天下。
• TD-LTE即TD-SCDMA Long Term Evolution， 宣传是指TD-SCDMA的长期演进 。 实际上没有 关系。TD-LTE是TDD版本的LTE的技术， FDDLTE的技术是FDD版本的LTE技术。TDD和 FDD的差别就是TD采用的是不对称频率是用时间 进行双工的，而FDD是采用一对频率来进行双工 。 TD-SCDMA是CDMA技术，TD-LTE是OFDM 技术，不能对接。
CDMA2000 3GPP2
FDD mode
WCDMA 3GPP
FDD mode
3G system
TD-SCDMA CWTS
TDD mode
1.2 CDMA技术
CDMA ?
CDMA基本概念
CDMA 能够提供优异的话音质量
C ode D ivision M ultiple A ccess
是450MHz、800MHz、1900MHz运营商的选择； 中国电信：800MHz的CDMA网络； TX:870－880MHz，RX:825－835MHz
国内运营商从2G到3G的演进路线
CDMA：新一代移动通信的发展方向
CDMA与GSM手机辐射对比
绿色环保CDMA手机可用于医疗等场所
CDMA的独特优势—通话质量清晰
CDMA的独特优势—通话安全保密性好
CDMA2000可实现平滑演进
3G优点：
① 解决了频率短缺问题， ② 能提供语音、数据、视 频等多媒体业务， ③ 能真正实现全球漫游。
个人通信系统将成为未来移动通信 系统的大趋势。
插播一条新闻：“关于4G”
cdma基本原理概述
移动通信系统中的多址方式
码分多址（CDMA）
C1 c1 C2 c2 Ck MS2 . . . MSk MS1
BS
ck
CDMA通信系统不同用户传输信息是用各自不同的编码序列来区分。 从频域或时域来观察多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以 在多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。
移动通信系统中的多址方式
码分多址的比喻
移动通信系统中的多址方式
码分多址的比喻
不同国家的人比作不同的用户；
不同的语言比作不同的码； 鸡尾酒会场比作同一个频率；
酒会上的音乐比作噪声和干扰。
构成了CDMA网络的结构框架
移动通信系统中的多址方式
DS
基带数据谱 RF谱
PS= A1 W = A0 B
扩频系统
TS=1/B 数据波形 TC=N TS =1/W 扩谱信号波形
CDMA系统的特点
移动通信系统中的多址方式
1、 FDMA —— 频分多址 2、 TDMA —— 时分多址 3、 CDMA —— 码分多址
f f f
Ci Fi
a) FDMA
t
b) TDMA
t
c) CDMA
t
移动通信系统中的多址方式
频分多址（FDMA）
F1 f1 F2 f2 Fk MS2 . . . MSk MS1
CDMA的关键技术
功率控制技术
在CDMA系统中，功率控制是所有关 键技术的核心。功率控制的目的就是克 服远近效应，是系统既能维持高质量通 信，由不对其他移动台产生干扰。功率 控制分为前向功率控制和反向功率控制。 反向功率控制又分为开环功率控制 和闭环功率控制。
所需的平均接收功率
瑞利衰落
CDMA移动通信基础
CDMA移动通信基础CDMA移动通信基础CDMA（ Division Multiple Access）是一种移动通信技术，是利用信道编码技术实现多用户使用同一频段的一种通信方式。
CDMA移动通信基础是了解CDMA技术的基本原理和核心技术的基础知识。
1. CDMA技术的原理CDMA技术的基本原理是将不同的用户数据按照一定的编码方式进行编码，然后通过扩频技术将编码后的数据发送到整个频段。
接收端通过解码和去除其他用户干扰的方式，将特定用户的数据还原出来。
CDMA技术主要包括信道编码、信道容量和干扰抑制三个方面。
1.1 信道编码CDMA技术通过采用码片作为信号的传输方式，将用户数据进行编码与解码过程。
码片是一种特殊的伪随机序列，能够使信息在传输过程中增加冗余度，提高信号的鲁棒性和抗干扰能力。
1.2 信道容量CDMA技术具有高信道容量的特点。
由于CDMA技术采用扩频技术，可以在同一频段内传输多个用户的数据，从而提高了频段的利用率。
CDMA技术的信道容量远高于传统的时分多路复用和频分多路复用技术。
1.3 干扰抑制CDMA技术可以通过编码和解码的过程对其他用户的信号进行抑制。
由于CDMA技术是将所有用户的信号混合传输，所以没有固定的时间、频率和位序来分离不同用户的信号。
其他用户的信号会被视为干扰信号，需要通过解码过程进行抑制。
2. CDMA系统的结构CDMA系统由基站、移动台和交换网三部分组成。
基站负责与移动台进行无线通信，传输和接收数据，以及与交换网连接进行调度管理。
移动台是用户使用的移动终端设备，在与基站建立通信连接后可以进行语音通话或数据传输。
交换网则负责处理和转发数据，实现移动通信的集中管理。
3. CDMA系统的优点和应用CDMA技术具有以下优点：抗干扰能力强，能有效抵抗同频干扰和多径干扰。
高带宽利用率，实现多用户使用同一频段。
通信质量稳定，支持高速数据传输和语音通话。
系统容量大，能够容纳大量用户通信。
CDMA知识点(个人整理)
1爱尔兰表示平均每小时内用户要求通话的时间为1小时。
话务量公式为：A=C x t。
A是话务量，单位为erl（爱尔兰），C是呼叫次数，单位是个，t是每次呼叫平均占用时长GOS（Grade of Service）：意为服务等级（服务质量）[例2] 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。
甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。
也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。
，一个信道只容纳一个用户进行通话，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。
阴影效应是产生慢衰落的主要原因互调干扰是指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的频率，从而对通信系统构成干扰的现象。
分集技术：分离技术（时间、频率、空间、极化分集等）；合并技术（等增益合并、选择合并、最大信噪比合并等）。
通过分离与合并，提高接收端的信噪比，从而获得分集增益IMT-2000将使用1875~1975MHz和2110~2160MHz两段频CDMA2000是北美基于IS-95系统演变而来的。
其技术特点是：反向链路相干接收、前向链路发送分集；基站之间由GPS同步；与IS-95兼容性好，技术成熟、风险小，综合经济技术性能好。
频分，有时也称之为信道化它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用；在发端输入的信息(比特率bit)先经过信息调制形成数字信号(符号率symbol），然后由扩频发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱(码片率chip)，现有的扩频通信系统可分为：直接序列（DS）扩频，跳频（FH）扩频，跳时（TH）扩频，线性调频（Chirp）扩频其中C------信道容量（比特/秒）N-----噪声功率W----信道带宽（赫兹）S---------信号功率，扩频通信具备以下优点：隐蔽性和保密性好多个用户可以同时占用相同频带，实现多址抗衰落、抗多径干扰抗干扰能力强Walsh码用于进行前向扩频，区分扇区内前向码分信道，反向做正交调制：每个扇区有64个不同的Walsh码，每个Walsh码是64Chips，每一个Walsh码经过扩频后分配给一条信道，扩频速率是1.2288Mcps前向信道包括导频、同步、寻呼、前向业务信道等。
CDMA网络基础知识
同步信道
CDMA的码
小结：
长码：区分不同的手机（用户） 短码：区分不同基站 Walsh码：区分同一个基站的不同信道
CDMA的码
知识点：
数位：bit，含有信息的数据，特征值9.6K 码字：symbol，结果卷积编码器，块交织器出来的信息, 特征值19.2K 码片：chip，扩频出来的数据，特征值1.2288M 长码：long code 短码：short code
手机接收功率 常数73 手机发射调整值 手机发射功率 -86 73 10 23 -65 73 0 -8 -75 73 -15 -13 -85 73 -23 -11 -90 73 0 17 -100 73 -11 16
手机呼叫流程
待机状态
－ 开机 － 登记（定时登记， 正常登记） － 待机切换 － 关机
功率 基站满载功率 导频功率 寻呼功率 同步功率 业务信道0%负载 业务信道50%负载 业务信道100%负载
最好的情况：只有一 个站在工作， pilot,paging,sync发射 的情况，Ec/Io为 -1.85,两个站工作时就 成了-4.85!三个站就是 -6.62!
占总功率 Ec/Io值 20 100% / 3 15% / 1.2 6% / 0.4 2% / 0 0% -1.8564 7.7 38.50% -6.1278 15.4 77% -8.2391
无线通信的起源
正值国际电信日，让我们对无线通信的先驱致敬
CDMA的优势
几种无线通信的制式： FDMA：频分多址 TDMA：时分多址 CDMA：码分多址
CDMA的优势
系统容量大 通话清晰 不易掉话（软切换） 绿色手机（发射功率小，有效的功控） 易于向3G发展
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远近效应
Power
Power f f
每个用户对于其他用户都相 当于干扰，远近效应严重影 响系统容量
采用功控技术减少了用户 间的相互干扰，提高了系 统整体容量
10
功率控制
功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）；减少对其他基 站的干扰（下行） 功率控制原理及方法： 开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率 闭环：测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率 外环：测量误帧率，调整目标信噪比 功率控制效果： 降低多址干扰－远近效应 提高系统的容量 延长移动台的工作时间
第三代数字蜂窝移动通信系统
发展历程
1985年未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）概念被提出 1991年ITU-R正式成立TG8/1工作组负责标准制定 1992年WRC92在2GHz频段上分配了230MHz频率给FPLMTS陆地和卫星业务 1999年3月完成IMT 2000关键参数 1999年11月完成IMT 2000技术规范 2000年完成IMT 2000全部网络规范
TDMA是以不同的时隙实现 通信的。时分多址是在一 个宽带的无线载波上，按 时间（或称为时隙）划分 为若干时分信道，每一用 户占用一个时隙，只在这 一指定的时隙内收（或发） 信号，故称为时分多址。
CDMA是以不同的代码序列实现通信的。码分多址是一种利 用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它可在 一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户 之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编 码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互 为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通 信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接 收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器， 接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码 9 (这个过程称为解扩)。
11
功率控制
Increased Power
Decreased Power Increased Power
Decreased Power
Increased Power
Decreased Power
12
08/8/97
RAKE接收
将多个多径信号分别进行接收，并将接收的每路信号进行合并
统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。
1987年中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国
主要标准：美国的AMPS 主要特点
、欧洲的TACS、 英国的ETACS 、欧洲的NMT-450和NMT-900
日本的NTT和JTACS/NTACS 用户的接入方式采用频分多址（FDMA）当一个呼叫建立后该用户在其呼叫结束以前一直占 用一个频段 调制方式：FM 业务的种类单一，主要是话音业务 系统的保密性较差 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出
7
CDMA技术简介－关键技术
多址技术 功率控制 RAKE接收 分集技术 话音激活技术 PN技种：FDMA、TDMA和CDMA
时 间 时 间 时 间
码
FDMA
频率
TDMA
频率
CDMA
频率
FDMA 是以不同的频率信道实现 通信的。频分，就是把整个可分 配的频谱划分成许多单个无线电 信道（发射和接收载频对），每 个信道可以传输一路话音或控制 信息。在系统的控制下，任何一 个用户都可以接入这些信道中的 任何一个。典型例子是模拟蜂窝 系统。
CDMA移动通信系统
华信邮电咨询设计研究院有限公司
0
介绍内容
•移动通信发展史 •CDMA技术简介 •CDMA网络构成 • CDMA无线网络设计 •CDMA基站勘察要点
1
移动通信发展史
第一代模拟蜂窝移动通信系统
历史回顾：1978年美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（Advance
MobilePhone Service ）系
经过近十年的研究,特别是从1997年起第三代移动通信的基本框架网络技术主要特征、业务种类 已经基本成形
5
移动通信发展史
第三代数字蜂窝移动通信系统
3G的主要特点
全球范围无缝漫游系统 微蜂窝结构 支持移动多媒体业务 宽带CDMA技术 高频谱效率 FDMA/TDMA/CDMA 调制方式QPSK/自适应调制 从电路交换到分组交换 从媒体(media) 到多媒体(Multi-media) 高保密性
窝系统技术解决方案（IS-95 CDMA). 目前已分别在香港、韩国、北美等国家和地区投入使 用，用户反映良好 2001年中国联通开始建设CDMA网络
主要特点
用户的接入方式采用码分多址CDMA 软容量、软切换、系统容量大 抗多径衰落 可运用话音激活、分集接收等先进技术
4
移动通信发展史
主要特点
微蜂窝小区结构 数字化技术---语音信号数字化 新的调制方式---GMSK 、QPSK等 频谱利用率高,系统容量大 便于实现通信安全保密
3
移动通信发展史
第二代数字蜂窝移动通信系统 -CDMA
历史回顾：1995年美国的高通公司Qualcomm
提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂
2
移动通信发展史
第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM
历史回顾：1992年第一个数字蜂窝移动通信系统——欧洲的GSM（Global
System for
Mobile Communication ）网络在欧洲开始铺设由于其优越的性能在全球范围内以惊人的速 度得以扩张目前已是全球最大的蜂窝通信系统。 1993年中国电信第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国联通也建设了GSM网络
主流技术 WCDMA cdma2000 TD-SCDMA
6
CDMA技术简介－技术的演进
1X EV/DV cdma2000 1X EV/DO 3X
307K /144K 115.2K /64K 14.4K 9.6K
cdma2000 1X
IS95B TSB74 IS95A
1995 1996 1999.5 1999.8 2000 2001