CDMA通信原理.PPT.ppt

CDMA通信原理 課程目標(biāo) 了解移動(dòng)通信發(fā)展歷史掌握CDMA系統(tǒng)的技術(shù) 信源編碼 信道編碼 交織 加擾 擴(kuò)頻 調(diào)制關(guān)鍵技術(shù) 功控 軟切換 呼吸 RAKE接收機(jī)信道結(jié)構(gòu) 導(dǎo)頻 同步 尋呼 業(yè)務(wù) 接入長(zhǎng)碼 短碼和Walsh碼在CDMA系統(tǒng)中的作用掌握CDMA1X的技術(shù)特點(diǎn)Walsh碼 Turbo碼 課程內(nèi)容 移動(dòng)通信發(fā)展歷程 多址技術(shù) 多址技術(shù) 3G的目標(biāo) 全球統(tǒng)一頻段 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 全球無(wú)縫覆蓋高效的頻譜效率更高的服務(wù)質(zhì)量 保密性和可靠性易于從2G系統(tǒng)平滑演進(jìn)與過(guò)渡 并反向兼容2G系統(tǒng)提供多媒體業(yè)務(wù) 速率最高可達(dá)2Mbps車速環(huán)境 144kbps步行環(huán)境 384kbps室內(nèi)環(huán)境 2Mbps IMT 2000技術(shù)規(guī)范體制 3G三種制式的比較 1 3G三種制式的比較 2 CDMA的發(fā)展歷程 目錄 擴(kuò)頻過(guò)程 解擴(kuò)過(guò)程 頻域信號(hào)帶寬的擴(kuò)展和解擴(kuò) 頻域信號(hào)帶寬的擴(kuò)展和解擴(kuò) 目錄 常用術(shù)語(yǔ) 目錄 CDMA系統(tǒng)模型 信源編碼 信道編碼 交織 加擾 M序列 加擾 長(zhǎng)碼 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 擴(kuò)頻 擴(kuò)頻 調(diào)制 短碼 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)扇區(qū)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)別扇區(qū)可允許所有Walsh碼在各扇區(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)作扇區(qū)識(shí)別 215 64 512 同一扇區(qū)內(nèi)所有CDMA信道的短碼相同不同扇區(qū)內(nèi)的CDMA信道的短碼不同 調(diào)制 QPSK 目錄 CDMA的關(guān)鍵技術(shù) 功率控制的原理 CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng) 限制CDMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾當(dāng)達(dá)到以下條件 系統(tǒng)容量最大當(dāng)在可接受的信號(hào)質(zhì)量下 功率最小基站從各個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收到的功率相同 功率控制類型 反向開環(huán)功率控制 反向閉環(huán)功率控制 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 基站根據(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) 前向功率控制是一種慢速功率調(diào)節(jié) CDMA中的切換類型 軟切換 在切換過(guò)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(guò)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 硬切換過(guò)程中有短暫的中斷 容易掉話 不同頻率間的切換到其它系統(tǒng)的切換 軟切換 更軟切換 軟切換過(guò)程 A 導(dǎo)頻集 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 軟切換過(guò)程 B 分集技術(shù) 時(shí)間分集采用符號(hào)交織 檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼等方法 頻率分集通過(guò)將信號(hào)能量在寬頻帶中擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的 CDMA將信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)1 23MHz上 空間分集1 在基站采用雙接收天線 2 在手機(jī)和基站采用RAKE接收 合并不同傳輸延時(shí)的信號(hào) 3 軟切換的時(shí)候 移動(dòng)臺(tái)和多個(gè)基站同時(shí)聯(lián)系 從中選出最好的幀 RAKE接收機(jī)原理 CDMA系統(tǒng)特色 小區(qū)呼吸 目錄 IS95A技術(shù) 調(diào)制方式 IS95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GPS時(shí)間的每個(gè)偶秒起始時(shí)刻 或在此之后80ms整數(shù)倍處 作為0偏置PN碼 周期為80 3ms 的初態(tài) 即在此之前恰好輸出了1個(gè) 1 和連續(xù)15個(gè) 0 這樣的PN碼片所有基站需將1980年1月6日零時(shí) GPS起始時(shí)間 作為m序列長(zhǎng)碼的初態(tài) 在此之前恰好輸出了一個(gè) 1 碼片和41個(gè)連續(xù)的 0 碼片 使用GPS定時(shí)的好處 切換快 同步簡(jiǎn)單 IS95A信道類型 前向?qū)ьl信道同步信道尋呼信道業(yè)務(wù)信道 含功率控制子信道 反向接入信道業(yè)務(wù)信道 前向信道類型 導(dǎo)頻信道 前向信道類型 同步信道 前向信道類型 尋呼信道 前向信道類型 業(yè)務(wù)信道 反向信道類型 接入信道結(jié)構(gòu) 反向信道類型 業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu) 移動(dòng)臺(tái)初始化過(guò)程 1 尋找CDMA頻點(diǎn) 捕獲導(dǎo)頻信道 實(shí)現(xiàn)短碼同步 2 接收同步信道消息 獲取LC STATE SYS TIMEP RAT等系統(tǒng)信息 3 定時(shí)改變 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)碼同步 4 守候在基本尋呼信道 接收系統(tǒng)消息 5 可進(jìn)行登記 始呼或被呼 IS 95A信道總結(jié) IS95A技術(shù)小結(jié) 碼片速率 1 2288Mcps調(diào)制前向 QPSK反向 OQPSK信道編碼 卷積碼功率控制前向 消息方式的慢速功率控制反向 開環(huán)功率控制 快速功率控制 800Hz 切換 軟切換 更軟切換 硬切換 目錄 IS95B的變化 IS 95B從IS 95A演化而來(lái) 完全兼容IS 95A主要變化 增加速率集2 14 4k 7 2k 3 6k與1 8kbps 增加EIB方式的前向功率控制增加增補(bǔ)碼分信道以提高數(shù)據(jù)傳輸能力 單個(gè)用戶可最多使用8個(gè)碼分信道 1FCH 7SCCH 最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)76 8 速率集1 115 2kbps 速率集2 軟切換相對(duì)門限接入過(guò)程中的切換移動(dòng)臺(tái)輔助的硬切換BSS間的軟切換 IS95B反向業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu) 速率集 IS 95B功率控制類型 反向功率控制開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)功率控制 800Hz外環(huán)功率控制前向功率控制閉環(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 ErasureIndicatorBit 50HzEIB用于速率集2 MS在反向業(yè)務(wù)信道向BS發(fā)送EIB 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 軟切換 動(dòng)態(tài) 門限 切換過(guò)程 1 手機(jī)將有效集中的導(dǎo)頻按強(qiáng)度排序?yàn)?PS1 PS2 PSn 2 導(dǎo)頻P2強(qiáng)度超過(guò)T ADD 手機(jī)將其加入候選集 3 導(dǎo)頻P2強(qiáng)度超過(guò) SOFT SLOPE 8 10 log10 PSi ADD INTERCEPT 2 手機(jī)向BS上報(bào)導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息 4 BS命令MS將P2加入有效集 軟切換 動(dòng)態(tài) 門限 5 導(dǎo)頻P1強(qiáng)度小于 SOFT SLOPE 8 10 log10 PSi DROP INTERCEPT 2 手機(jī)啟動(dòng)T DROP定時(shí)器 6 T DROP定時(shí)器超時(shí) 手機(jī)上報(bào)導(dǎo)頻測(cè)量消息 7 BS命令MS將P1從有效集中刪除 8 導(dǎo)頻P1強(qiáng)度小于T DROP 啟動(dòng)定時(shí)器 9 定時(shí)器超時(shí) MS將P1從候選集中刪除 移動(dòng)臺(tái)輔助的硬切換 目錄 目錄 目錄 CDMA1X概述 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) Turbo碼 Turbo碼在大數(shù)據(jù)包時(shí)使用Turbo碼的特點(diǎn)對(duì)輸入的信息序列進(jìn)行兩次編碼 譯碼時(shí)可相互交換信息交織器的引入使得信息比特不僅受鄰近校驗(yàn)比特的保護(hù) 而且受距離很遠(yuǎn)的校驗(yàn)比特的保護(hù)Turbo碼性能明顯優(yōu)于卷積碼 可以達(dá)到逼近信道極限的效果 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) Walsh碼 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 反向HPSK調(diào)制 CDMA1X前向采用QPSK調(diào)制 類似IS95的QPSK 反向采用HPSK調(diào)制 HPSK HybridPSK 亦稱為OCQPSK OrthogonalComplexQPSK 其作用在于 減少信號(hào)過(guò)零率降低對(duì)移動(dòng)臺(tái)功放的線性要求 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 多種發(fā)射模式 CDMA20001X前向支持多種發(fā)射模式TD TransmitDiversity發(fā)射分集 OTD OrthogonalTransmitDiversity 通過(guò)分離數(shù)據(jù)流 采用正交序列擴(kuò)展兩個(gè)數(shù)據(jù)流來(lái)完成STS SpaceTimeSpreading 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Non TD CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 發(fā)射分集 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 功率控制 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 800Hz CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 功率控制 IS 95系統(tǒng)在前向信道中應(yīng)用慢速功率控制技術(shù) 在反向信道中應(yīng)用快速功率控制技術(shù) CDMA1X在前向信道也應(yīng)用了快速功率控制技術(shù) 在移動(dòng)臺(tái)通話過(guò)程中 移動(dòng)臺(tái)測(cè)量接收到的業(yè)務(wù)信道的Eb Nt 并與門限值進(jìn)行比較 然后根據(jù)比較結(jié)果 向基站發(fā)出升高或降低發(fā)射功率的指令 以維持接收到的全速率業(yè)務(wù)信道的Eb Nt不變 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn) 功率控制 目錄 CDMA1X前向信道類型 CDMA1X前向信道類型 前向信道類型 公用信道 前向信道類型 廣播控制信道 特點(diǎn) 基站用它來(lái)發(fā)送系統(tǒng)開銷信息 例如原來(lái)在F PCH上發(fā)送的開銷信息 以及需要廣播的消息 例如短消息 F BCCH可以工作在非連續(xù)方式 當(dāng)F BCCH工作在較低的數(shù)據(jù)速率時(shí) 可以重復(fù)多次發(fā)射 從而降低每次的發(fā)射功率 作用 F BCCH重復(fù)發(fā)射 移動(dòng)臺(tái)通過(guò)對(duì)重復(fù)信息進(jìn)行合并來(lái)獲得時(shí)間分集的增益 使基站可以把發(fā)射功率降低 從而提高前向信道的總體容量 前向信道類型 快速尋呼信道 特點(diǎn) 快速尋呼信道F QPCH采用了OOK調(diào)制方式 移動(dòng)臺(tái)對(duì)它解調(diào)可以非常簡(jiǎn)單迅速 另外 它采用80ms為一個(gè)QPCH時(shí)隙 每個(gè)時(shí)隙又劃分成了尋呼指示符 配置改變指示符和廣播指示符來(lái)通知移動(dòng)臺(tái)是否需要在下一個(gè)F CCCH或F PCH的時(shí)隙上接收尋呼消息 廣播消息 系統(tǒng)配置參數(shù)作用 使移動(dòng)臺(tái)解調(diào)迅速 并且不必長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)監(jiān)聽F PCH 從而達(dá)到延長(zhǎng)MS待機(jī)時(shí)間的目的 前向信道類型 導(dǎo)頻信道 公共導(dǎo)頻信道F PICH系統(tǒng)向所有的用戶提供連續(xù)導(dǎo)頻信息提供信道增益和相位估計(jì)檢測(cè)多徑信號(hào)小區(qū)捕獲和切換發(fā)射分集導(dǎo)頻信道F TDPICH支持發(fā)射分集 與F PICH配合輔助導(dǎo)頻信道F APICH F ATDPICH波束成形支持智能天線的應(yīng)用 前向信道類型 業(yè)務(wù)信道 基本業(yè)務(wù)信道F FCH5ms和20ms幀 20ms用于語(yǔ)音業(yè)務(wù) 5ms幀用于控制信令的快速傳送靈活的可變速率數(shù)據(jù)傳輸補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道F SCH用于高速的數(shù)據(jù)傳輸由基站規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速率 因此不需要速率檢測(cè)支持多個(gè)補(bǔ)充信道的組合來(lái)完成不同的業(yè)務(wù)支持高速電路數(shù)據(jù)傳輸和分組數(shù)據(jù)傳輸獨(dú)立設(shè)置FER 可以靈活的根據(jù)業(yè)務(wù)要求和資源使用情況進(jìn)行控制支持突發(fā)數(shù)據(jù)模式 前向信道類型 專用信道 專用控制信道F DCCHF DCCH用于在呼叫過(guò)程中傳送用戶特定的信令信息每個(gè)前向業(yè)務(wù)信道可以有一個(gè)F DCCH支持5ms幀支持非連續(xù)傳輸 前向無(wú)線配置RC 目錄 CDMA1X反向信道類型 CDMA1X反向信道類型 反向信道類型 導(dǎo)頻信道 反向信道類型 反向無(wú)線配置RC RC組合規(guī)則 目錄 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn)總結(jié) CDMA1X技術(shù)特點(diǎn)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì) 1 CDMA1X技術(shù)特點(diǎn)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì) 2 總結(jié) 移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史模擬 數(shù)字 碼分3