CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化專題實用技術(shù)CDMA基本技術(shù)培訓(xùn)課件文檔下載ppt課件

1、CDMACDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化專題實用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化專題實用技術(shù)技術(shù) CDMA基本技術(shù)CDMA基本技術(shù)培訓(xùn)內(nèi)容 CDMA概 論 CDMA理論基礎(chǔ) CDMA關(guān)鍵技術(shù) CDMA系統(tǒng)容量 CDMA系統(tǒng)特點CDMA基本技術(shù)培訓(xùn)目標(biāo) 掌握CDMA基本概念 了解CDMA系統(tǒng)存在的特殊問題 明確選擇CDMA技術(shù)的原因引言 無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 無線傳播環(huán)境無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1）BSCBSCMSCPSTNHLRVLRAUCBTSBTSMSBSC無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2） MS移動臺 BSC基站控制器 BTS基站收發(fā)信臺 MSC移動業(yè)務(wù)交換中心 HLR歸屬位置寄存器 VLR訪問位置寄存器 AUC鑒權(quán)中心 PSTN公共交換電

2、話網(wǎng)絡(luò)無線傳播環(huán)境快衰落陰影衰落多徑效應(yīng)多普勒頻移信號衰落無線傳播環(huán)境續(xù)）多徑效應(yīng) 信號發(fā)生時延擴展 媒介隨著時間變化多徑信道特征多徑信道特征無線傳播環(huán)境續(xù)）多普勒頻移速度Vlcosvfd多普勒頻移多普勒頻移mcfT1相關(guān)時間相關(guān)時間無線傳播環(huán)境續(xù)）陰影衰落快衰落時間信號強度時延擴展與相關(guān)帶寬)(01cf）（Multipath intensity profile)( ffcf)(21Spaced frequency correlation function瑞利分布和萊斯分布瑞利分布萊斯分布第一部分CDMA概論CDMA定義CDMA是以寬帶擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)的多址接入方式多址接入概念 在 一對多，多對

3、一的通信系統(tǒng)中，為區(qū)分不同的用戶，實現(xiàn)雙邊通信的連接稱為多址接入。多址接入概念續(xù)）基站不同不同多址方式 無線信號是時間、頻率、碼型的函數(shù) 信號的正交分割原理是實現(xiàn)不同多址接入方式的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。),(tfcs正交信號可以相互區(qū)分正交信號可以相互區(qū)分多址方式續(xù)） 頻分多址：FDMA 時分多址：TDMA 碼分多址：CDMA頻分多址FDMA 定義：以傳輸信號的載波頻率不同區(qū)分信道建立多址接入的方式 方法：每個移動臺占用一部分頻率中的全部時隙，在通信過程中，其他用戶不占用這部分頻率頻分多址FDMA （續(xù)）FDMA信道分配圖解基站時分多址TDMA 定義： 以傳輸信號存在時間不同區(qū)分信道，建立多址接入的方式

4、方法：在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙每個時隙就是一個通信信道時分多址TDMA （續(xù)）TDMA系統(tǒng)工作示意圖基站11iiNN幀時隙碼分多址CDMA 定義：以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入的方式 方法：為每個用戶分派特定的地址碼，用以區(qū)別信道，同時每用戶可以占用系統(tǒng)全部頻率和時隙資源碼分多址CDMA （續(xù)）CDMA信道分配圖解基站兩碼字的相關(guān)性 設(shè)編碼長度為n，碼元只取+1和-1。 x和y是其中兩個碼字， x和y間相關(guān)系數(shù)定義為 x = ( x1, x2, x3, xn) y = ( y1, y2, y3, yn) 相關(guān)系數(shù)為0，則稱x, y正交。n

5、iiiyxnyx11),(碼信道舉例 兩個正交的碼字： S 1 ( t ) ( + 1 , + 1 , + 1 , + 1 ) S2(t)(+1,+1,-1,-1) 假設(shè)A用戶和B用戶的數(shù)據(jù)分別為a、b. 碼信道舉例續(xù)）發(fā)送端-信息*地址碼a*S1(t) = ( a, a, a, a)b*S2(t) = ( b, b, -b, -b)接收端-接收信號*地址碼（a, a, a, a）（a, a, -a, -a）*S1(t)*S2(t)（b, b, -b, -b）（b, b, b, b）*S1(t)*S2(t)ab00求和求和求和求和三種多址方式圖解比較信道1 信道2ftc信道NTDMA信道2信道

6、1ftc FDMA信道1tc CDMA信道 2信道 1信道 Nff: 頻率c: 碼字t: 時間雙工通信定義：通信過程中可同時進行雙向通信?；痉聪蛐诺狼跋蛐诺离p工方式和多址方式 多址方式解決不同用戶同時建立信道時，如何區(qū)分信道的問題 雙工方式解決同一個用戶通信的過程中前反向信道相互區(qū)分的問題 雙工方式和多址方式續(xù)） 雙工方式 時分雙工TDD） 頻分雙工(FDD) 碼分雙工(CDD) 接入方式：多址方式+雙工方式 GSM采用 TDMA/FDD IS-95采用 CDMA/FDD 第二部分CDMA理論基礎(chǔ)擴頻通信基礎(chǔ) 擴頻概念 擴展頻譜的方式 直接序列擴頻 擴頻通信的理論基礎(chǔ) 擴頻通信的特點擴頻概念

7、 擴展頻譜技術(shù) 用比信號帶寬寬得多的頻帶傳輸信息的技術(shù) 擴頻通信的基本特點：占用頻帶寬度(W)信號帶寬(F)，擴展頻譜方式 直接序列擴頻 (Direct Sequence Spread Spectrum) 直擴 (DS) 跳變頻率擴頻 (Frequency Hopping) 跳頻 (FH) 跳變時間(Time Hopping) 跳時(TH) 寬帶線性調(diào)頻(Chirp Modulation) Chirp 直接序列擴頻 發(fā)端：用具有高速率擴頻碼序列擴展信 號的頻譜。 收端：用相同擴頻碼序列解擴，展寬的 擴頻信號還原成原始信息。 直接序列擴頻圖解直擴系統(tǒng)小結(jié) 頻譜擴展直接由調(diào)制高速率擴頻碼序列得到。

8、 擴頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制。 擴頻碼序列多采用偽隨機碼(PN)序列。 接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機碼序列進行相關(guān)解擴，或采用匹配濾波器來解擴信號。 擴頻和解擴的偽隨機碼序列需嚴格同步。擴頻通信的理論基礎(chǔ) 仙農(nóng)(Shannon)定理 信息傳輸差錯概率公式 仙農(nóng)定理 條件：AWGN信道 結(jié)論： 率信號功S 傳送帶寬 W白噪聲功率 N (bit/s)信道容量 C 2)1(logNSWC信息傳輸差錯概率公式 Powj - 差錯概率差錯概率 Eb- 每比特信號能量每比特信號能量 N0- 噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度 柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概率

9、的公式)(0NEfPowbj信息傳輸差錯概率公式續(xù)） 信號功率 SEbT （T：信息比特持續(xù)時間） 噪聲功率 NWN0 （W為信號頻帶寬度） 信息帶寬 FlT )()(FWNSfNTWSfPowj擴頻通信主要性能指標(biāo) 處理增益G -又稱擴頻增益(Spreading Gain) -反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比的改善程度 GWF 抗干擾容限 Mj -反映了擴頻通信系統(tǒng)抗干擾的能力 Mj = G (S/N)out + Ls 性能指標(biāo)應(yīng)用舉例 一個擴頻系統(tǒng)的處理增益為35dB，要求誤碼率小于 l05的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比(S/N)out 10 dB，系統(tǒng)損耗Ls3dB，則干擾容限 Mj 35 (

10、10 +3) 22dB 闡明：該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴頻信號功率電平高22dB的范圍內(nèi)正常工作，即該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于22dB的環(huán)境下正常工作 擴頻通信特點1） 抗干擾性強，誤碼率低 傳輸時所占有的帶寬相對較寬 收端采用相關(guān)檢測來解擴 窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號 基帶解調(diào)器端信噪比高 擴頻通信是目前商用的通信系統(tǒng)中唯一能夠工作于負 信噪比條件下的通信方式 抗干擾性圖解擴頻通信的特點2） 抗多徑干擾 采用分集接收技術(shù) 利用擴頻碼的自相關(guān)特性， 從多徑信號中提取和分離出最強有用信號，將其波形相加合成 采用梳狀濾波器的方法擴頻通信的特點3） 具有多址能力，易于實現(xiàn)碼分多址 不同

11、碼型的擴頻碼序列之間具有優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性 分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號 擴頻通信的特點4） 頻譜利用率高，容量大 隱蔽性好，對各種窄帶系統(tǒng)的干擾很小 能精確的定時和測距 CDMA基本理論小結(jié)CDMA以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)，常用擴頻多址SSMA來表征。具有擴頻通信系統(tǒng)的特點，抗干擾性強，頻譜利用率高，容量大。第三代移動通信主要的空中接口技術(shù)。第三部分單元學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解CDMA系統(tǒng)中特有問題的產(chǎn)生機制 了解CDMA系統(tǒng)中特有問題的解決方法單元學(xué)習(xí)內(nèi)容CDMA中擴頻碼的選擇CDMA系統(tǒng)中遠近效應(yīng)問題的解決 CDMA的切換策略 CDMA中分集技術(shù)的應(yīng)用 在CDMA中如何利用語

12、音的斷續(xù)性 CDMA關(guān)鍵技術(shù) 地址碼的選擇 功率控制 軟切換 RAKE接收機 語音編碼技術(shù)地址碼技術(shù)碼字的相關(guān)函數(shù) 自相關(guān)函數(shù) 互相關(guān)函數(shù) 自相關(guān)函數(shù) 自相關(guān)函數(shù)a()的大小表征了f(t)與自身延遲f(t)相關(guān)性的大小 2/2/)()(1lim)(TTTadttftfT隨機噪聲的自相關(guān)性)(自相關(guān)函數(shù))(tf)(tf偽隨機序列（ PN碼） 平衡性在每個序列周期內(nèi)“0與“1的數(shù)目最多差1 游程性連續(xù)出現(xiàn)長度為n的出現(xiàn)概率為1/2n 隨機性 )(0, 10常數(shù)ckRRACAC隨機噪聲的自相關(guān)性 )()(tf)(tf互相關(guān)函數(shù) 定義： 反映兩不同信號波形f(t)與g(t)之間的相似性dttgtfTT

13、TTc2/2/)()(1lim)(m序列 最長線性移位寄存器序列 偽隨機序列 周期： ，n：移位寄存器的級數(shù)。12 nPm序列的產(chǎn)生1D1QCP(1)2D2QCP(2)3D3QCP(3)輸出1110010cT時鐘脈沖m序列的自相關(guān)性Walsh函數(shù) 完全的正交性連續(xù)Walsh函數(shù)的波形 0101010110100101011010011001100111001100001111001111000000000000對應(yīng)的矩陣 Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系 00H10002H10011100010100002222224HHHHHH0110100100111100101001011

14、1110000100110011100110001010101000000004444448HHHHHHNNNNNHHHHH2擴頻碼選擇原則 碼序列自相關(guān)函數(shù)特性尖銳減小多徑干擾 碼序列相關(guān)函數(shù)特性尖銳減小用戶間相互干擾擴頻碼選擇原則續(xù)） 碼序列數(shù)量足夠多保證多址能力 碼序列長短應(yīng)保證碼捕獲時間適當(dāng)保證通信的實時性IS-95中碼字使用舉例 6464正交Walsh序列 PN碼 長碼周期242-1 ） 短碼周期215-1）IS-95中碼字使用舉例續(xù)）導(dǎo)頻 碼序列 不同相位標(biāo)示不同基站 移動臺用以獲得同基站的同步前向鏈路結(jié)構(gòu)卷積編碼和碼重復(fù)r=1/2 K=9塊交織MUX帶通濾波器帶通濾波器長碼發(fā)生器

15、抽取器抽取器9600 bps4800 bps2400 bps1200 bps第n個用戶的長碼掩碼1.2288 Mbps19.2kbps19.2kbps800 HzWalsh code1.2288 MbpsI 信道PN序列Q 信道PN序列數(shù)據(jù)加擾功控比特反向鏈路結(jié)構(gòu)卷積編碼和碼重復(fù)r=1/3 K=9塊交織帶通濾波器帶通濾波器長碼發(fā)生器9600 bps4800 bps2400 bps1200 bps第n個用戶的長碼掩碼64進制正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)器信息比特1.2288 McpsPN chip28.8 kspsCodesymbolCodesymbolWalshchip307.2kcpsPN chip0偏

16、置導(dǎo)頻短碼I支路0偏置導(dǎo)頻短碼I支路D1/2 PN chip延時=406.9ns功率控制技術(shù)移動通信系統(tǒng)中的遠近效應(yīng)功率控制 目的：控制發(fā)射功率，維持一定通信質(zhì)量，降低發(fā)射功率，降低對其他用戶的干擾。 前向功率控制控制基站的發(fā)射功率，在保證移動臺可以解調(diào)信號的前提下，發(fā)射功率最低。 反向功率控制 控制移動臺的發(fā)射功率，保證在基站處每用戶的接收功率基本上相等 。功率控制續(xù)）IS-95中的功率控制 反向開環(huán)功率控制移動臺根據(jù)接收功率變化，調(diào)整發(fā)射功率 反向閉環(huán)功率控制 移動臺根據(jù)接收到的功率控制比特調(diào)整平均輸出功率 前向功率控制 根據(jù)移動臺測量報告，基站調(diào)整對移動臺的發(fā)射功率軟切換技術(shù)切換Hand

17、over 切換：處于通話狀態(tài)的移動臺轉(zhuǎn)移到 新的業(yè)務(wù)信道上的過程。切換策略 硬切換 在載波頻率不同的小區(qū)之間的信道切換 切換過程中存在短暫的通信中斷 軟切換 載波頻率相同的小區(qū)之間的信道切換。 軟切換沒有通信中斷的現(xiàn)象 CDMA特有的切換方法硬切換過程軟切換過程更軟切換 軟切換的一種 一個小區(qū)內(nèi)扇區(qū)之間的切換 小區(qū)基站完成，不經(jīng)移動交換中心處理 軟切換小結(jié) 主要優(yōu)點 無縫切換 降低移動臺發(fā)射功率 提高反向容量 主要缺點 硬件設(shè)備增加 降低前向容量RAKE接收機技術(shù)分集技術(shù) 分集接收 采用幾個信號的合成提高系統(tǒng)的抗多徑性能。 分離接收的多徑信號，使其互不相關(guān)。 合并分離出的多徑信號，獲得最大信噪

18、比。 分集發(fā)送 發(fā)送幾個信號，使其經(jīng)歷的信道影響不相關(guān) 分集的種類 依分集的目的 宏觀分集 微觀分集 依信號的傳輸方式 顯分集 隱分集 依獲得獨立路徑信號的方法 空間分集 頻率分集 角度分集 極化分集 時間分集合并技術(shù) 選擇性合并 在多支路子信道接收信號中，選擇信噪比最高的支路的信號作為輸出信號 切換合并 設(shè)置門限電平，當(dāng)一支路信號低于門限電平時，接收另一支路， 若所有支路都低于門限電平時，停止切換，進入保持狀態(tài) 合并技術(shù)續(xù)） 最大比合并 每一支路有一個權(quán)重放大器增益） 權(quán)重依各支路信噪比來分配 信噪比大的支路權(quán)重大， 信噪比小的支路權(quán)重小。 等增益合并 最大比合并中加權(quán)系數(shù)為1 RAKE接收

19、機QualcommRAKE接收機結(jié)構(gòu)RAKE接收機續(xù)） 時間分集方法 用偽隨機序列的不同延時分離多徑。在CDMA中，當(dāng)多徑信號之間相差一個chip時信號不相關(guān)RAKE接收機在IS-95中的應(yīng)用 移動臺的RAKE接收機 三個并行相關(guān)器和一個搜索器構(gòu)成 利用系統(tǒng)中基站發(fā)送的導(dǎo)引信號得到它們的估值 采用了相關(guān)最大比合并準(zhǔn)則 基站中的RAKE接收機 4個并行相關(guān)器和一個搜索相關(guān)器構(gòu)成 采用非相關(guān)最大比合并準(zhǔn)則語音編碼技術(shù)數(shù)字語音編碼 數(shù)字語音編碼技術(shù) 提取模擬語音信號特征 將特征量數(shù)字化 數(shù)字語音解碼技術(shù) 接收數(shù)字信息 恢復(fù)語音波形數(shù)字語音編碼續(xù)）目的降低數(shù)據(jù)量保證一定的語音質(zhì)量分類波形編碼聲源編碼混

20、合編碼波形編碼 以再現(xiàn)波形為目的，利用波形相關(guān)性，采用線性預(yù)測技術(shù)忠實地恢復(fù)原始波形 特點 話音質(zhì)量高 硬件實現(xiàn)容易 比特率高 時延大聲源編碼 將語音信息用特定的聲源模型表示 提取語音模型參數(shù)并進行編碼 傳輸模型參數(shù)代替?zhèn)魉鸵圆ㄐ螢榛A(chǔ)的語音信息 對模型參數(shù)譯碼，混合出語音信號 特點 比特率低 自然度差 信號質(zhì)量差CDMA中的語音編碼技術(shù) QCELP碼激勵線性預(yù)測CELP） 碼表矢量量化差值信號 基于語音激活程度產(chǎn)生可變輸出數(shù)據(jù)速率 門限值決定所需速率 門限值隨背景噪聲變化第四部分CDMA系統(tǒng)容量單元學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握CDMA系統(tǒng)的容量特征 了解CDMA系統(tǒng)容量基本估算方法 了解影響CDMA系統(tǒng)容

21、量的因素單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 CDMA系統(tǒng)容量計算 基本容量計算 話音激活技術(shù)對容量的影響 扇區(qū)化技術(shù)對容量的影響 相鄰扇區(qū)干擾對容量的影響 CDMA、FDMA和TDMA系統(tǒng)容量比較CDMA系統(tǒng)容量計算CDMA系統(tǒng)容量概述 自干擾是CDMA系統(tǒng)容量的基本特征。 CDMA系統(tǒng)容量是一個動態(tài)過程CDMA基本容量計算假設(shè)功控理想所收到的每個用戶的信號功率為Ps用戶數(shù)為m背景噪聲可忽略目標(biāo)接收歸一化信噪比為Eb/I0CDMA基本容量計算 （續(xù)） 每個用戶解調(diào)器所接收的干擾功率I 每個用戶解調(diào)器所收到的干擾密度I0 每比特接收的能量sPmI)1(WII/0bsbRPE/CDMA基本容量計算 （續(xù)）容量信道/小區(qū)

22、01IERWmbbCDMA基本容量計算 （續(xù)）提高系統(tǒng)容量途徑降低熱噪聲功率，減小歸一化信噪比可能引起誤碼率升高）增大系統(tǒng)的處理增益 話音激活 在典型的全雙工通話中，每次通話中話音存在時間小于35%。 在話音停頓時停止信號發(fā)射，對CDMA系統(tǒng)，直接減少對其他用戶的干擾。 話音激活因子：話音存在的時間比例。話音激活提高系統(tǒng)容量 話音激活因子為d 每用戶產(chǎn)生的干擾降低為原來的d倍 可容納用戶數(shù)增加為原來的1/d倍 CDMA系統(tǒng)的容量公式修正為信道/小區(qū) dNERWmbb110利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量 利用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量 理想扇區(qū)容量約提高3倍 實際由于相鄰天線覆蓋區(qū)之間重疊，容量提高G=2.

23、55倍左右 CDMA系統(tǒng)的容量公式修正為GdNERWmbb110其它扇區(qū)用戶的干擾其它小區(qū)干擾存在，容量降低 通常所有其它小區(qū)產(chǎn)生的干擾總和約等于本小區(qū)所有其它用戶產(chǎn)生干擾的3/5 FGdNERWmbb1106 . 1111來自本小區(qū)的干擾來自其它小區(qū)的干擾fFCDMA系統(tǒng)容量FGdNERWmbb110信道信道/小區(qū)小區(qū)影響CDMA系統(tǒng)容量的其它因素 功率控制 軟切換 前向鏈路：減小前向鏈路容量 反向鏈路： 增大反向鏈路容量三種系統(tǒng)容量比較FDMA系統(tǒng)容量 蜂窩系統(tǒng)的無線容量定義為信道/小區(qū) 小區(qū)制蜂窩網(wǎng) ICN32NBBmctFDMA系統(tǒng)容量 （續(xù)）信道/小區(qū) ICBBmct32附注推導(dǎo)過程：附注推導(dǎo)過程：蜂窩通信系統(tǒng)的載干比蜂窩通信系統(tǒng)的載干比其中其中為傳播損耗的傾斜率，一般為為傳播損耗的傾斜率，一般為25）在式在式 中取中取=4，推出，推出