CDMA基本原理
CDMA
CDMA系简化框图 CDMA系统移动台简化框图
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CDMA系统原理 CDMA系统原理
图6-10 CDMA系统基站简化框图 CDMA系统基站简化框图
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CDMA系统原理 CDMA系统原理 CDMA系统的通信过程如下： CDMA系统的通信过程如下： （1）建立 链路 （2）通话
无线传输技术 开关多波束智能天线：结构较简单，整个区域 由数目确定的多个并行波束覆盖，每个波束的 指向和宽度是固定的，用户在小区内移动，基 站选择某个波束使接收信号最强。 自适应阵天线：采用多天线阵元结构形成全向 天线，系统采用数字信号处理技术识别用户信 号的到达方向，并在此方向形成天线主波束。 返回
CDMA系统原理 CDMA系统原理 技术关键：在码分多址通信系统中，各 收端必须传输本地地址码，该本地码的 码型结构与对端发码一致，且相位完全 同步。用本地码对所收全部信号进行相 关检测，从而选出所需的信号。
码分多址传输技术
例如：共有四个站进行码分复用通信，4个站的 码片序列为 A (-1 A：(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) B：(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) C：(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) D：(-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1) 现收到码片序列S为(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)，判 断为那个站发的，发送的信号是什么。
通用分组无线业务
在GSM系统中，若采用电路交换，每条GSM信道 GSM系统中，若采用电路交换，每条GSM信道 只能提供9.6 kbit/s或14.4kbit/s的传输速率。若多 只能提供9.6 kbit/s或14.4kbit/s的传输速率。若多 条信道组合在一起（最多8 条信道组合在一起（最多8个时隙），虽可提供更 高速率，但只能被单一用户独占。 采用分组交换的GPRS可灵活运用无线信道，使其 采用分组交换的GPRS可灵活运用无线信道，使其 为多个GPRS数据用户所共用，提高了无线资源的 为多个GPRS数据用户所共用，提高了无线资源的 利用率。GPRS 最多可将8 利用率。GPRS 最多可将8个时隙组合在一起，可 提供高达171.2 kbit/s的带宽，可供多个用户同时 提供高达171.2 kbit/s的带宽，可供多个用户同时 共享。
CDMA基本原理
PN码的同步 资料仅供参考
2. 串行/并行同步原理如下图所示，其最差情况下的捕获时间Tacq： Tacq =[NTc/3Tc/2]NTc=2/3N2Tc
资料仅供参考
PN码的同步－跟踪阶段
码同步的第2阶段是跟踪，或称为精确同步。对PN码的精确同步 可以达到最大的处理增益，因为1/2个码片的相位差就会导致处理 增益损失50%； 粗同步后，本地产生的PN码pnr(t)与输入pn(t)的相位差<Tc/2。 DLL（Delay-Locked Loop）可完成精确同步，将相位差进一步缩 小。 DLL的结构见下页。
• 通过对两个优选对m序列作模2加得到的序列称为Gold序列，Gold序列之间 的自相关和互相关均匀而且有界；
m序列优选对 资料仅供参考
优选对：在一组m序列中挑出的两个m序列，两者的互相关满足下式：
n为奇数或n=2(mod4)时，
t(n) 2
Rab
(i)
1
n为偶数时， t (n)
t(n)12(n2)/2
n 3 4 5 67 Mn 2 0 3 2 6
8 9 10 11 12 13 14 15 16 023404320
资料仅供参考
m序列的互相关
左图中互相关值不满足优选对条件，因此不是优选对； 右图中互相关值满足上页优选对条件，因此是优选对。
资料仅供参考
Gold序列的产生
码长2n-1，移位1码片即产生一个Gold码，因此一对优选对m序列的移位模 2加可以产生2n-1个Gold码，加上这两个m序列自身，总共可以产生2n+1个 Gold码
资料仅供参考
Walsh序列和m序列的频谱特性
CDMA通信的基本原理功率控制
CDMA通信的基本原理功率控制CDMA通信与传统的通信系统像比较,发端多了扩频调制,收端多了扩频解调CDMA通信在发端将待传入的话音,通过A/D转换将模拟语音转变成了二进制数据信息,通过高速率的伪随机扩频调制,从原理上讲,两者相乘,扩展到一个很宽的频带,因而在信道中传输信号的带宽远大于信息带宽。
在接受端，接受机不仅接受到有用的信号，同时还接受到各种干扰信号和噪声。
利用本地产生的伪随机序列进行相关解扩。
本地伪码与接受到的扩频信号中伪码一致，通过相关运算可还原成原始窄带信号，顺利通过窄道滤波器，恢复原始数据，再通过数/模(D/A)转换，恢复原始语音。
接收机接收到的干扰和噪声，由于和本地伪随机序列不相关，经过接收扩解，将干扰和噪声频谱大大扩展，频谱功率密度大大下降，落入窄带滤波器的干扰和噪声分量大大下降，因此在窄带滤波器输出端的信噪比或信干比得到极大改善，其改善程度就是扩频的处理增益。
CDMA蜂窝网的关键技术--功率控制CDMA蜂窝移动通信系统中，所以的用户使用相同的频带发送信息,如果各移动台以相同的功率发射信号,则信号到达基站时,因为传输路程不同,基站接受到到的靠近基站的用户发送的信号比在小区边缘用户发射的信号强度大,因此远端的用户信号被近端的用户信号湮没,这时间所谓的"远近效应"。
通常，路径损耗的总动态范围在80dB的范围内。
为了获得高质量和高的容量，所有的信号不管离基站的远近，到达基站的信号功率都应该相同，这就是功率控制的目的：使每个用户到达基站的功率相同。
从不同的角度考虑有不同的功率控制方法。
比如若从通信的正向、反向链路角度来考虑,一般可以分为反向功率控制和正向功率控制；若从实现功控的方式则可划分为集中式功率控制和分布式控制；还可以从功率控制环路的类型来划分，有可分为开环功控、闭环功控(外环功控和内环功控)。
1.反向功控CDMA系统的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。
CDMA原理
1、CDMA原理图2、编码技术2-1信源编码2-1-1信源编码的目的是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分，以达到压缩码率和带宽，实现信号的有效传输；2-1-2最常用的信源编码是PCM，它采用A律波形编码。
分为取样、量化和编码三步；一路语音信号编码后的速率为64Kb/s;2-1-3移动通信中如果采用PCM编码技术，则传一路话音信号需要64K带宽，传8路话音需要512K带宽。
对于1个频点只有200KHZ带宽的GSM系统来说，会造成频率资源的浪费，因此GSM系统中采用GMSK编码技术，编码后的速率为13Kb/s；2-1-4第三代移动通信系统中，不仅要支持语音通信，还要支持多媒体数据业务，因此必须采用更加先进的编码技术。
在WCDMA中，采用了自适应多速率语音编码（AMR）技术。
它支持8种编码速率：12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15和4.75Kb/s.3、AMR控制AMR:允许系统根据无线接口资源动态调整语音的编码速率负荷重时，降低AMR的语音速率，这样既减轻负载，又增加系统容量。
采用4.75K时相对12.2K容量提高约40%负载轻时，增加AMR语音速率，尽量提高QOS，增加满意度对于上行覆盖受限的情况，降低AMR的语音速率可以有效扩大上行的覆盖范围4、信道编码目的使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差。
同时在原数据流中加入冗余信息，提高数据传输速率。
5、信道编码的特点5-1信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力5-2目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）5-3使用编码增加了无效负荷和传输时间5-4适合纠正非连续的少量错误6、交织编码技术6-1优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。
提高纠错编码的有效性。
6-2缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求选择。
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
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。
移动通信原理-CDMA基本原理
C：信道容量，单位b/s
B：信号频带宽度，单位Hz
S：信号平均功率，单位W N：噪声平均功率，单位W
结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N 完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信 噪比的条件下获得比较满意的传输质量
无 线 维 护 中 心
扩频通信的理论基础
1． 信息数据经过常规的数据调制，变成窄带信号（假定带宽为B1）。 2． 窄带信号经扩频编码发生器产生的伪随机编码（PN 码：Pseudo Noise Code） 扩频调制，形成功率谱密度极低的宽带扩频信号（假定带宽为B2，B2 远 大于B1）。窄带信号以PN 码所规定的规律分散到宽带上后，被发射出去。
无 线 维 护 中 心
扩频通信的理论基础
3． 在信号传输过程中会产生一些干扰噪声（窄带噪声、宽带噪声）。 4． 在接收端，宽带信号经与发射时相同的伪随机编码扩频解调，恢复成常规 的窄带信号。即依照PN 码的规律从宽带中提取与发射对应的成份积分起 来，形成普通的窄带信号。再用常规的通信处理方式将窄带信号解调成信 息数据。干扰噪声则被解扩成跟信号不相关的宽带信号。
CDMA基本原理
码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ多址
CDMA网络的中心频点计算方法： 下行——870+0.03*N ； （N是载频号，例如283） 上行——833+0.03*N； 码分多址的理解： 一个房间（频段1.23Mhz）中有多人（手机MS）在交谈，每组 人之间使用不同的语言（码分），因此相互之间交谈不受影响。 基于这个模型，可以推测到CDMA的几个特点： 自干扰：如果有人说话声音过大，势必影响其他人的交流 码分：不同组之间使用不同的语言保证互不干扰，或者，使用同 样语言的两组人之间间隔足够远
扩频通信的理论基础
在扩频通信中采用宽频带的信号来传送信息，主要是为了通信的安全可靠， 这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来解释。
信息论中的仙农（Shannon）公式描述如下： 仙农（Shannon） 仙农 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
PN短码 PN短码 区分不同扇区或小区 伪随机序列 215 = 32,768 unit (period 26.67ms)，PN码的生成 取得是相位偏置。每64位生成一个PN，共有512个可 用PN。不同PN之间相位不同，属于近似正交。 用于前向及反向物理信道扩频
PN长码 PN长码 用于反向逻辑信道区分不同用户 伪随机序列 2^42-1 unit 在前向链路上对业务及寻呼信道进行扰码
频分多址
频分，有时也称之为信道化，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。 模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也 同样可以采用FDMA，比如GSM和CDMA系统也采用了FDMA。
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移动通信发展概述
❖ 第二代GSM，TDMA、CDMA(IS95)技术，20世纪 90年代。
1. 采用时分多址TDMA 或窄带码分多址CDMA 数字系统 2. 代表系统美国的IS 95A CDMA 欧洲的GSM TDMA 日本的JDC 3. 对第一代移动通信系统缺点的改善
������ 频谱利用率提高提高了2倍GSM 或10倍CDMA ������ 业务种类增加提供了较丰富的电信业务 ������ 窄带数据业务提供了低速数据业务最大64Kbit/s ������ 保密性较好具有良好的保密性能 ������ 减小了设备成本设备尤其是终端设备成本大大降低体积重量也
移动通信发展概述-特点
波传播特点： ❖ 直射波 ❖ 反射波 ❖ 绕射波 ❖ 其它如漫反射等
移动通信发展概述-特点
三种损耗： ❖ 路径传播损耗，空间传播产生。 ❖ 慢衰落损耗，信号阻挡产生。 ❖ 快衰落损耗，接受电平起伏变化。
空间选择性快衰落 频率选择性快衰落 时间选择性快衰落
移动通信发展概述-特点
CDMA功率控制
❖ 上行链路(手机至基站)功率控制：一方面通过手机 对其发射功率的开环估计(手机估计从基站到手机的 路径损耗以及根据收到的基站功率发送第一个功率 试验值)，另一方面通过基站辅助闭环控制 (基站检 测从手机来的信噪比，并与系统设置的信噪比进行 比较产生功率校正命令发送给手机)，来保证所有手 机信号到达基站时具有相同功率
关键技术－分集
❖ 时间分集 CDMA利用交织编码、纠错和检错编码
等技术在不同时隙发送信号，利用衰落的时 间选择性来进行时间分集
关键技术-Rake
同时CDMA采用RAKE接受机(基站采用4 finger 接受机，手机采用3 finger接受机)分别 接收时延较大的不同路径强信号然后合并， 采用数字判别恢复信号
CDMA功率控制
❖ 下行链路(基站到手机)采用功率控制技术克服 同频干扰：基站估计下行链路的传输损耗， 分配给每个业务信道一定的初始功率，然后 周期性的减少发射功率直至手机发出增加功 率请求
There can be from one to seven paging channels as determined by capacity needs. They carry pages, system parameters information, and call setup orders
关键技术-Walsh Code
Pilot Paging
Sync
Walsh 0 Walsh 1 Walsh 6 Walsh 11 Walsh 19 Walsh 20 Walsh 32 Walsh 37 Walsh 41 Walsh 42 Walsh 55 Walsh 56 Walsh 60
❖ PILOT: WALSH CODE 0
射和接收信号，采用选择性合成技术总是选 择信号较强的一个输出，降低了地形等因素 对信号的影响。CDMA越区软切率分集 CDMA采用扩频技术，根据宽带信号不会
在使用频率均衰落这一特性，其宽带传输即 为频率分集，克服了因信号传送的多条路径 以及用户的移动性带来的多径衰落
大大减少
移动通信发展概述
❖ 第三代CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA
1. ������ 采用宽带码分多址CDMA 实现移动宽带多媒体通信 2. ������ IMT2000 2000年在2000M频段实现2000K的数据通信 3. ������ 3G对数据通信速率的要求
室内环境至少2Mbps 室内外步行环境至少384kbps 室外车辆运动中至少144kbps 卫星移动环境至少9.6kbps IMT2000推荐的3种制式WCDMA 欧洲CDMA2000 美国TD SCDMA
移动通信及CDMA基 本原理
内容提要
❖ 移动通信发展概述 ❖ CDMA基本原理
学习目的
❖ 移动通信系统的发展过程 ❖ 移动通信系统的关键技术 ❖ CDMA网络结构和基本原理 ❖ 网络优化的方向
移动通信发展概述-区别
❖ 有线通信与移动通信的区别 “有线”－封闭式传输线，信道封闭，质
量优良。交换方式与网络结构比较重要。 “移动”－终端移动、信道移动、移动的
The Pilot is a “structural beacon” which does not contain a character stream. It is a timing source used in system acquisition and as a measurement device during handoffs
四种效应: ❖ 阴影效应，电波受到阻挡 ❖ 远近效应，移动性导致距离变化 ❖ 多径效应，信号源多路径 ❖ 多普勒效应，高速移动（>70km/s)
CDMA基本原理
❖ CDMA发展历程 ❖ CDMA网络拓扑结构 ❖ CDMA码分多址技术 ❖ CDMA功率控制技术 ❖ CDMA切换技术 ❖ CDMA容量预算
CDMA功率控制
❖ 上行功率控制（反向功率控制） ❖ 下行功率控制（前向功率控制）
CDMA功率控制
FDMA和TDMA依靠用户占用不同的频率和时 隙来区分用户，而CDMA依靠地址码来解扩，依据 功率来区分信号。对于移动通信中，假设基站覆盖 小区中所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的 手机信号到达基站的功率较强，而远离基站的手机 信号较弱，强信号掩盖弱信号，称为远近效应。这 对于CDMA影响尤为突出。
速度，质量不稳定。 “静态”和“动态”
移动通信发展概述
❖ 第一代模拟网（TACS)，20世纪80年代
1. 采用频分多址FDMA 模拟系统 2. 代表系统美国的AMPS 欧洲的TACS 3. 主要缺点
• ������ 频谱利用率低采用FDMA所致 • ������ 业务种类有限采用模拟方式所致 • ������ 无数据业务采用模拟方式所致 • ������ 保密性差采用模拟方式所致 • ������ 设备成本高体积重量大采用模拟方式所致
关键技术-PN码
❖ 在反向CDMA信道中，长码被用作直接扩频，每个 用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户 的ESN计算出来的，这些相位是随机分别且不会重 复的，这些用户的反向信道之间基本是正交的。短 码也被用于对反向业务信道进行正交调制，但因为 在反向因为信道上不需要标识属于哪个基站，所以 对于所有移动台而言都使用同一相位的m序列，其 相位偏置是0
AN
New components
关键技术
❖ 直接序列扩频：信息承载信号被一个高码片速率的扩展码相 乘。 CDMA利用自相关性非常大而互相关性小的码序列作为 地址码，对已被原始用户信息信号调制的载频进行二次调制， 扩展其信号频谱。IS-95采用 180度相移键控QPSK。有效的 降低功率谱密度提高信噪比，保密性好， 同时用户共用同一 宽带频谱不存在互调干扰。 CDMA采用三层编码结构：用户码(42比特长码)、基站 码(15比特时间偏移码)、信道的正交码(64正交 walsh码)
关键技术-PN码
❖ 伪随机序列（或称PN码）具有类似于噪声序 列的性质，是一种15 貌似随机但实际4上2 是有规 律的周期性二进制序列
❖ 在CDMA系统中，用到两个m序列，一个长 度是242-1，一个长度是215-1，各自的用处不同, 分别被称为长码、短码.
关键技术-PN码
❖ 在前向信道中，长码被用作对业务信道进行 扰码（注意不是被用作扩频，在前向信道中 使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为 短码被用于对前向信道进行正交调制，不同 的基站采用不同相位的m序列进行调制，其 相位差至少为64个码片，这样最多可有512 个不同的相位可用
中国 TD SCDMA 中国的第一个国际通信标准
移动通信发展概述-趋势
市场角度： ❖ 语音 ❖ 数据 ❖ 多媒体
移动通信发展概述-趋势
技术角度 ❖ 速率，调制技术的改进。 ❖ 寻址，FDMA、TDMA、CDMA。 ❖ 自适应传输
信噪比自适应调整接收机的门限值 信道时变动态特性自适应分配业务、速率、功率、
❖ SYNC: WALSH CODE 32
This carries a data stream of system identification and parameter information used by mobiles during system acquisition
❖ PAGING: WALSH CODES 1 up to 7
CDMA网络优势
软容量 ❖ 在FDMA、TDMA系统中，当小区服务的用户数达到最大信道数，已满载的系
统再无法增添一个信号，此时若有新的呼叫，该用户只能听到忙音。而在 CDMA系统中，用户数目和服务质量之间可以相互折中，灵活确定。例如系 统运营者可以在话务量高峰期将某些参数进行调整，例如可以将目标误帧率 稍稍提高，从而增加可用信道数。同时，在相邻小区的负荷较轻时，本小区 受到的干扰较小，容量就可以适当增加。 ❖ 体现软容量的另外一种形式是小区呼吸功能。所谓小区呼吸功能就是指各个 小区的覆盖大小是动态的。当相邻两个小区负荷一轻一重时，负荷重的小区 通过减小导频发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度不够，切换到相 邻的小区，使负荷分担，即相当于增加了容量。 ❖ 这项功能可以避免在切换过程中由于信道短缺造成的掉话。在模拟系统和数 字TDMA系统中，如果没有可用信道，呼叫必须重新被分配到另一条候选信道， 或者在切换时中断。但是在CDMA中，建议可以适当提高用户的可接受的误 比特率直到另外一个呼叫结束
调制和编码方式
移动通信发展概述-趋势
❖ QoS的需求自适应分配带宽、信道、相应的调制与 编码方式
❖ GPS定位技术 ❖ 小区天线->智能小区天线->切换式智能->自适应天
线，抑制干扰、集中信号能量 ❖ IP化网络智能体系，Simple IP, Mobile IP,Ipv6