cdma技术原理及演进
cdma原理
cdma原理
CDMA技术是一种无线通信技术。
它的全称是Code Division Multiple Access，意为码分多址。
这种技术是用来区分并处理在同一频率下的多个通信信号。
相比于其他通信技术，CDMA有着许多优势。
CDMA的原理是通过为每个用户分配唯一的码序列来实现信号分离。
在发送数据之前，数据会被翻转和编码，然后和码序列相乘。
这样操作后，每个用户的数据都会成为一个特定的序列。
在接收端，接收机会使用相同的码序列进行解码，来提取出第一步所编码的数据。
由于CDMA技术采用了码序列的不同，不同用户之间的通信信号是完全重叠的。
但是，通过使用不同的码序列，接收机可以分离出正确的信号。
这使得CDMA在信号干扰和隐私保护方面有着很好的优势。
另外，CDMA还具有自适应功率控制的能力。
这意味着在通信时，发送和接收端会动态地调整功率水平来提高传输质量，并减少对其他用户的干扰。
这种功率控制策略可以使CDMA 系统具备更好的频谱利用率。
CDMA技术广泛应用于移动通信中，特别是在第三代（3G）和第四代（4G）移动通信中得到了广泛采用。
通过CDMA技术，多个用户可以在同一频段上进行通信，大大提高了通信效率和容量。
此外，CDMA技术还支持高速数据传输，使得用户能够享受到更快的网络连接速度。
总之，CDMA技术通过码分多址的原理，实现了多个用户在同一频率下的同时通信。
其优势包括信号分离、抗干扰能力强和频谱利用率高等。
在移动通信领域，CDMA技术发挥了重要的作用，为用户提供了更高效和可靠的通信服务。
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技术原理
cdma技术原理CDMA技术原理CDMA是一种基于扩频技术的数字通信技术，它利用码分复用技术将多个用户的信息同时传输到一个频带上，从而提高了频谱利用率。
它具有抗多径干扰、抗窃听和抗干扰的特点。
CDMA技术的原理是通过将数字信息转换为数字码，并使用扩频技术，在传输过程中将码分离，然后再将其合并在一起。
在发射端，码被与一个伪码相乘，使信号的频谱宽度扩展到一个宽带。
接收端通过将接收到的信号与相同的伪码相乘，将其还原为原始信息信号，从而实现了码分复用。
CDMA技术使用伪随机码将每个用户的信息分离并重组在一起。
每个用户都有一个唯一的伪随机码，这个码可以在传输过程中与其他用户的码区分开来。
这种码的长度足够长，使得能够为大量用户提供独一无二的码。
因此，CDMA技术可以同时处理多个用户的信息，而不会发生信号冲突。
在CDMA系统中，每个用户的信息被编码为数字码，并与伪随机码相乘。
这样，用户的信息就被扩展到了一个带宽，这个带宽远远大于用户信息的带宽。
这种扩展的带宽使得CDMA系统具有高度的抗多径干扰和抗窃听能力。
多径干扰是由信号在传输过程中反射和折射产生的，这种干扰会导致信号的失真和弱化。
CDMA技术可以通过使用扩频技术将信号扩展到一个宽带来抵消多径干扰。
抗窃听的能力是由于CDMA技术使用伪随机码对信号进行编码，这使得信号非常难以被窃听者解码。
CDMA技术的另一个重要特征是抗干扰能力。
当多个用户同时使用同一个频段时，会产生互相干扰的现象。
CDMA技术通过使用伪随机码和信道编码技术来抵消这种干扰。
伪随机码使得每个用户的信号都不同，而信道编码技术则可以检测和恢复错误的信息。
CDMA技术是一种基于扩频技术的数字通信技术，具有抗多径干扰、抗窃听和抗干扰的特点。
它通过使用伪随机码将多个用户的信息同时传输到一个频带上，从而提高了频谱利用率，同时也提高了通信的可靠性和安全性。
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
第十四讲CDMA的基本原理和扩频通信系统
码分多址的基本原理
模拟系统是靠频率的不同来区别不同用户的, GSM系统靠 的是极其微小的时差, 而CDMA则是靠编码的不同来区别不同 的用户。由于CDMA系统采用的是二进制编码技术, 编码种类 可以达到4.4亿, 而且每个终端的编码还会随时发生变化, 两部 CDMA终端编码相同的可能性是“二百年一遇”, 因此, 在 CDMA系统中进行盗码几乎不可能。
扩频调制后产生的宽带调制信号, 为了适应信道的传输特性, s(t)
还要与主振荡器产生的载波cos(ωrt+φ)相乘, 得到射频调制信号 r(t), r(t)经过信道的噪声叠加后, 到达接收端。 在接收端首先进 行混频放大^ , 得到中频信号q(t), q(t)再经伪随机序列p(t)^的解扩, 得到信号p(t), p(t)通过中频滤波滤除了干扰信号, 得到信号y(t),
码序列对信息比特流进行调制, 从而扩展信号的频谱, 在收端, 用与发端相同的扩频码序列进行相关解扩, 把展宽的扩频信号 恢复成原始信息。
25
2) 系统组成
干 扰 与噪 声
0 f f0
f
f0
f
fr
f
m(t)
u(t)
s(t)
r(t)
信 道 rˆ(t)
q(t)
p(t)
cos( 0t＋ ) p(t)
载波
伪 随 机码
原 来 模 拟 通 信 系 统 所 采 用 的 FDMA 技 术 和 GSM 系 统 所 采 用 的
TDMA 技术相对应, CDMA是码分多址(Code Division Multiple
Access)技术的英文缩写, 它是在数字技术的分支——扩频通信
技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 正
CDMA数字蜂窝移动通信系统
CDMA系统支持多种数据业务，如分组数据和电路数据。通过采用高速数据传输 技术和前向纠错编码技术，CDMA系统可以提供较高的数据传输速率和较低的误 码率。
无线资源管理
功率控制
CDMA系统采用功率控制技术，通过调整移动台的发射功率，降低干扰水平，提高系统容 量和语音与数据业务质量。
呼叫接纳控制
鉴权中心（AUC）
用于用户身份验证和密钥分配，确保网络安 全。
网络接口与协议
A接口
基站与移动交换中心之间的通信接口，采用AT命令集进 行控制。
B接口
移动交换中心与归属位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
C接口
移动交换中心与拜访位置寄存器之间的通信接口，采用 MAP协议进行通信。
D接口
保密的目的。
扩频通信利用伪随机序列对信息 信号进行扩频调制，将信息信号 扩展到宽频带上，以实现信号的
频谱扩展。
扩频通信具有抗干扰能力强、抗 多径干扰、抗窃听等优点，因此
在移动通信中得到广泛应用。
CDMA编码原理
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。
CDMA系统采用伪随机序列对用户信号进行扩频调制，不 同的用户使用不同的伪随机序列，从而实现多用户同时通 信。
容量
CDMA系统采用扩频技术，可以在同一频段上支持更多的用户。CDMA系统的 容量主要受到干扰和多径传播的影响。通过采用功率控制和导频污染控制等措 施，可以提高系统容量。
语音与数据业务质量
语音质量
CDMA系统采用宽带语音编码技术，如EVRC和AMR，可以在较低的比特率下提供 较好的语音质量。此外，CDMA系统还支持语音激活检测技术和可变速率声码器， 以进一步改善语音质量。
cdma 原理
cdma 原理
CDMA (Code Division Multiple Access) 是一种无线通信技术，它的原理是利用编码和解码技术对信号进行分割和复用，使多个用户在同一频率带宽内同时进行通信。
CDMA技术的主要原理如下：
1. 扩频：CDMA技术中，每个用户的信号都会被编码成一串较长的扩频码。
扩频码是一种伪随机序列，其比特频率远远高于传输信号的比特频率。
通过扩频码，原始信号被扩展到更宽的频带上。
2. 复用：CDMA技术使用了碎片化复用的原理。
每个用户的扩频码都是不同的，并且彼此相互正交，使得多个用户的信号可以重叠在同一频率上而不会相互干扰。
接收端利用正交性可以将目标用户的信号从其他用户的信号中分离出来。
3. 解码：在接收端，接收到的复用的信号会经过一个与发送端相同的扩频码进行解码。
解码后的信号可以恢复为原始信号。
CDMA技术的优点在于其频谱利用效率较高，可以支持更多的用户数目，而且在信道干扰和多路径衰落等复杂环境下仍能保持通信质量。
此外，CDMA还具有抗干扰和保密性好的特点，使其成为许多移动通信系统的重要技术。
cdma技术原理及演进
12
CDMA系统主要技术特点 速率判定技术 系统主要技术特点---速率判定技术 系统主要技术特点
•
由于CDMA是多个用户共同占用同一频带资源，相互之间通过PN码来区分，因 此，同时通话用户数越多，相互之间干扰就越大。在一定的服务质量下，如果 要有效利用系统资源，那么必须采用相应的措施。现在通用的方法是采用语音 压缩编码及话音激活技术。IS-95系统就是采用了8 kbit／s（IS-95A）或13 kbit ／s（IS-95B）语音编码技术以及变速率话音激活技术。同时，变速率也为随 IS-95 路信令的传输提供了方便。对于IS-95系统，接收端无法知道发送数据速率，只 能通过提取信道质量信息，判定发送端可能发送的速率。
ARIB
亚 亚
TTC
5
三种主要体制比较
WCDMA RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 3.84 TSTD STTD FBTD 异步 GSM MAP cdma2000 RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 N*1.2288 OTD STS 同步 ANSI-41 TD-SCDMA RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 1.28 无 异步 GSM MAP
第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务， 第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无 缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容， 缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任 何时候、任何地点进行任何种类通信。 何时候、任何地点进行任何种类通信。 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，考虑到该系 ） 年提 统将于2000年左右进入商用市场，并且其工作的频段在 年左右进入商用市场， 统将于 年左右进入商用市场 并且其工作的频段在2000MHz，故于 ， 1996年正式更名为 年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication年正式更名为 （ 2000）。 ）。
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Ó É Ô ¢ Ð Å º Å
CDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到 1.2288MHz的宽带信号 接收时，从宽带信号中恢复信号 CDMA系统干扰主要来自相邻小区和同小区其他用户
CDMA几个常见术语
比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip) Building a CDMA Signal
1.2288 Mcps
â ë ½ Â Ó ë ½ â » Ö ½ ¯
19.2 ksps
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9.6 kbps
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•
•
•
CDMA系统主要特点
• • • • • 首次在蜂窝移动通信系统中提出软切换、更软切换概念，并在实际系统中 实现了此概念。 前向信道采用相干解调方式，反向信道采用非相干解调方式。 实现了“软容量”，即当系统满负载工作时，再增加少数用户，系统性能 会稍有下降。 实现了路径分集（RAKE接收），由于CDMA系统传输带宽较宽，信号传 输带宽大于相关带宽时，就可以用1／W的（时间）分辨率分辨出多径分量 ，再进行分集合并，从而改善接收性能。 可以与其他窄带系统共存，因为扩频之后，信号功率谱展宽，功率谱密度 降低，对其他窄带系统影响很小，IS-95A系统信号对窄带信号而言近似白 噪声。 实现了高保密通信，鉴权、数字格式、宽带信令可由受话人指定的密码进 行保护
全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖
高效的频谱效率
更高的服务质量、保密性和可靠性 易于从2G系统平滑演进与过渡，并反向兼容2G系统
提供多媒体业务，速率最高可达2Mb/s
•车速环境：144kb/s •步行环境：384kb/s
•室内环境：2Mb/s
IMT-2000标准化组织
三种主要体制比较
1xEV Phase 2 (1xEV-DV)
• Higher Cap Voice/ Data • RF Backward Comp.
1995
1999
2000
2001
2002
2003+
IMT-2000
IMT-2000是第三代移动通信系统的统称
第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无 缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任 何时候、任何地点进行任何种类通信。
CDMA系统主要技术特点---功率控制
• 这种功率控制办法简单、直接，不需要在移动台和基站之间交换信息 ，因而控制速度快并节省开销。对于某些情况，例如车载移动台快速 驶入或驶出地形起伏区或高大建筑物遮蔽区而引的信号强度变化是十 分有效的，但是对于信号因多径传播而引起的瑞利衰落变化则效果不 好。因为前向传输和反向传输使用的频率不同，通常两个频率的间隔 大大超过信息的相干带宽，因而不能认为移动台在前向信道上测得的 衰落特性，就等于反向信道上的衰落特性。为了解决这个问题，可以 由基站检测来自移动台的信号强度，并根据测得的结果，形成功率调 整指令，通知移动台，使移动台根据此调整指令来调节其发射功率。 实现这种办法的条件是传输调整指令的速度要快，处理和执行调整指 令的速度也要快。一般情况下，这种调整指令每毫秒发送一次就可以 了
CDMA系统主要技术特点---速率判定技术
•
由于CDMA是多个用户共同占用同一频带资源，相互之间通过PN码来区分，因 此，同时通话用户数越多，相互之间干扰就越大。在一定的服务质量下，如果 要有效利用系统资源，那么必须采用相应的措施。现在通用的方法是采用语音 压缩编码及话音激活技术。IS-95系统就是采用了8 kbit／s（IS-95A）或13 kbit ／s（IS-95B）语音编码技术以及变速率话音激活技术。同时，变速率也为随 路信令的传输提供了方便。对于IS-95系统，接收端无法知道发送数据速率，只 能通过提取信道质量信息，判定发送端可能发送的速率。
CDMA的发展主要历程
CDMA技术标准的演进路线
IS-95-A
• Voice • 14.4 kbps
cdma2000 1X
• High Capacity Voice • 153 kbps Packet • RF Backward Comp.
1xEV Phase 1 (1xEV-DO)
• 2.4 Mbps Packet • RF Backward Comp.
• 功率控制分为反向功率控制及正向功率控制两种，其中，反向功率控制 尤其重要，因为，反向是依靠准正交码区分的，因此，用户之间存在相 互间干扰，只有保证到达基站各用户间功率一致（防止远近效应），才 能保证用户容量及质量。 进行反向功率控制，指在移动台接收并测 量基站发来的导频信号，根据导频信号强弱估计正确的传输损耗，并根 据这种估计来调节移动台的反向发射功率。接收信号增强就降低其发射 功率，接收信号减弱就增强其发射功率。 • 功率控制的原则是：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快 速反应（例如几微秒），以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干 扰，相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。 也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户因 为单个用户的信号电平突然变大而增大背景干扰。
RF 反向容量 - 噪声容量 RF 前向容量 - 功率容量
Walsh Code 容量 信道单元 ( CE ) 容量
CDMA系统主要特点
AMPS, D-AMPS, N-AMPS
1 3 1 Users 2 3 7 1 6 4 5
• 抗干扰能力强
30 30
Vulnerability: C/I @ 17 dB 10 kHz Bandwidth Typical Frequency Reuse N=7
第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，考虑到该系 统将于2000年左右进入商用市场，并且其工作的频段在2000MHz，故于 1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication2000）。
IMT-2000的目标
CDMA系统主要技术特点---软切换
• 在CDMA数字移动系统中，切换的标准主要为导频信号的强度，导频信号强度 为接收到的导频能量与全部接收到的能量的比值。导频信号是每个基站连续发 射的未经调制的、直接序列扩频的信号，它主要用于使所有在基站覆盖区中工 作的移动台进行同步和切换。基站利用一周期为2（15次方）=32 768的最大长 度伪随机序列（PN）的时间偏置来标识每个前向CDMA信道（由基站到移动台 ），此序列PN也称为导频序列。不同前向信道使用不同相位的m序列进行调制 ，其相位至少相差64bit，因此导频PN序列可使用的相位为512个。在CDMA系 统中所有CDMA小区都采用同一个频率，移动台根据接收到的基站导频信号的 不同偏置来区分各个基站。每个小区的导频要与其同一CDMA信道中的正向业 务信道相配合才有效，当移动台检测到一个足够强度的导频而它未与任何一正 向业务信道相配合时，就向基站发送一导频强度测量报告，基站根据此报告决 定是否切换。在CDMA的切换技术中一个显著的优点是可以使用软切换。所谓 软切换是指当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原先基站的联 系
WCDMA RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 3.84 TSTD STTD FBTD 异步 GSM MAP cdma2000 RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 N*1.2288 OTD STS 同步 ANSI-41 TD-SCDMA RAKE 支持 软、硬切换 相干解调 1.28 无 异步 GSM MAP
接收机结构 闭环功率控制 越区切换 解调方式 码片速率 (Mcps) 发射分集方式 同步方式 核心网
CDMA基本原理
CDMA系统主要特点
系统容量大
CDMA容量计算
W 1 1 N, 1 f G VAF R Eb No 1 1 1228800 6.5 1 065 . 085 . 10 9600 10 04 . 401 .
信息数据单位称为比特（bit） Bits 经过卷积编码器、交织与符号重复后的数据被称为符号(symbol) from User’s Vocoder 经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)
处理增益(Processing Gain)
CDMA系统主要特点
• 前向链路采用64位WALSH码区分信道，共有导频、寻呼、同步、前向业务 等4类信道，不同基站之间采用 2（15次方）PN码相位区分，共有512个相 位（相邻相位之间相差64个PN码片），采用了卷积编码（K=9，R= l／2） 、交织等信道编码方式。 后向链路共有接入、反向业务2类信道，信道及用户之间采用2（42次方）1 PN码相位区分，采用了卷积编码（K=9、R=l／ 3, R= l／2 ）、交织等信 道编码方式，同时采用了64进制调制方式。 此标准规定的系统是同步CDMA系统（信道、基站区分采用PN码相位）， 因此，必须有一个时间参考源，标准规定采用GPS定时。 为了提高系统容量，一是在前向信道中加入了功率控制子信道，用于移动 台的闭环功率控制；二是采用了可变速率声码器，实现话音激活；三是移 动台采用非连续发送方式。
CDMA概念
10kHzBW 1.25MHz BW 1.25MHz BW 10kHzBW
ù ´ » ø Ê ý ¾ Ý
9.6 kbps
Ç Ï ° ò ¾ À ´ í ë ½ Ó » Ö ¯
19.2 ksps
ý » Õ ½ À © Æ µ ë µ Ó ÷Ö Æ
1.2288 Mcps
Rake½ Ó Ê Õ ú Ó » ë ½ â bility: C/I @ 6.5-9 dB
1