cdma系統(tǒng)及直放站

2022/12/30浙江三維通信有限公司1CDMA系統(tǒng)及直放站2022/12/30浙江三維通信有限公司2CDMA概述

什么是CDMACDMA的起源

CDMA與FDMA、TDMA

擴頻通信的優(yōu)點2022/12/30浙江三維通信有限公司3什么是CDMA

CDMA直譯為碼分多址，它是在數(shù)字通信技術(shù)的分支擴頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所謂擴頻，簡單說就是把頻譜擴展。CDMA技術(shù)采用的是直接序列擴頻，就是用具有噪音特性的載波，以及比簡單點到點通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數(shù)據(jù)。直接序列擴頻象調(diào)頻、調(diào)幅一樣是一種調(diào)制技術(shù)，它采用一個碼序列（高速）去調(diào)制原始數(shù)據(jù)信息（低速），這樣調(diào)制后的信息能以高速傳輸。2022/12/30浙江三維通信有限公司4CDMA的起源

擴頻技術(shù)的起源要追溯到二戰(zhàn)期間，當(dāng)時人們采用的是窄帶通信，敵我雙方的通信載波都集中在幾十K的帶寬上，干擾對方非常容易。人們設(shè)想把信號進(jìn)行特殊的碼處理，讓信號能量擴散到很寬的頻帶上并淹沒在噪聲中，在接受端只有通過相同的碼才能把信號恢復(fù)出來。這個過程我們稱之為直接序列擴頻。2022/12/30浙江三維通信有限公司5CDMA與FDMA、TDMA的區(qū)別FDMA：在頻分多址中，頻域被劃分成多個窄帶信道，每個移動臺用戶占用一條信道及其全部的時隙，基站和移動臺通過帶通濾波器來區(qū)分不同的信號。

TDMA：在時分多址中每個用戶占有整個頻域中的部分時隙，基站和移動臺用定時選通（timegating)來區(qū)分不同的信號。

CDMA：在碼分多址中每個用戶占有整個信道的全部時隙，它的信號能量分布在整個帶寬里，基站和移動臺用為每個信號分配唯一的編碼來區(qū)分相同時隙、頻域的信號。正是這種技術(shù)使CDMA網(wǎng)絡(luò)能在頻域、時隙和編碼三維地分配頻譜，因此CDMA網(wǎng)絡(luò)比其他方式（FDMA、TDMA）擁有大的多的容量。2022/12/30浙江三維通信有限公司6CDMA與FDMA、TDMA的區(qū)別在通信系統(tǒng)中我們定義一個重要的參數(shù)：擴頻增益GP

GP=BW/BS注：BW--發(fā)射信號帶寬

BS

--調(diào)制信號帶寬當(dāng)BW/BS>100時，我們稱之為擴頻通信當(dāng)BW/BS<100時，我們稱之為寬帶或窄帶通信2022/12/30浙江三維通信有限公司7

那么CDMA之所以能稱為擴頻通信，是因為在信號處理過程中，對其基帶數(shù)字信號與PN碼進(jìn)行模2加，由于PN碼的碼元速率遠(yuǎn)大于基帶數(shù)字信號的碼元速率，所以一調(diào)PN碼的帶寬遠(yuǎn)大于基帶數(shù)字信道帶寬（一般大于100倍）2022/12/30浙江三維通信有限公司8擴頻通信的優(yōu)點

具有抗干擾和抗多徑衰落的能力系統(tǒng)容量大不需要復(fù)雜的頻率分配和管理軟容量軟切換不要均衡器設(shè)備簡單有效克服多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)2022/12/30浙江三維通信有限公司9CDMA的技術(shù)特點CDMA的軟容量和功率控制

CDMA的長碼、短碼和WALSH碼為什么CDMA手機能保持較低的發(fā)射功率

CDMA軟切換、更軟切換

CDMA的分集接收正向信道反向信道為什么CDMA需要對整個網(wǎng)絡(luò)同步

CDMA的語音編碼2022/12/30浙江三維通信有限公司10CDMA的軟容量和功率控制CDMA的軟容量和功率控制

CDMA的長碼、短碼和WALSH碼為什么CDMA手機能保持較低的發(fā)射功率

CDMA軟切換、更軟切換

CDMA的分集接收正向信道反向信道為什么CDMA需要對整個網(wǎng)絡(luò)同步

CDMA的語音編碼2022/12/30浙江三維通信有限公司11什么是CDMA的短碼、長碼和WALSH碼短碼

短碼是長度為215-1的周期序列。

短碼被用于對CDMA系統(tǒng)的前向信道（從基站指向手機方向）進(jìn)行調(diào)制，使前向信道帶有本基站的標(biāo)記，不同的基站使用不同的短碼，從而相互區(qū)別開來。在反向信道（從手機指向基站方向）中，短碼的作用和在前向信道中作用一樣。長碼長碼是242-1的周期序列。在CDMA系統(tǒng)的前向信道中，長碼被用于對業(yè)務(wù)信道進(jìn)行2022/12/30浙江三維通信有限公司12擾碼。（作用類似加密）在反向信道中，長碼被用作直接進(jìn)行擴頻，用于區(qū)分不同的接入手機。WALSH碼

WALSH碼是一種在數(shù)學(xué)上具有良好正交性的函數(shù)。在前向信道中，64階WALSH函數(shù)與經(jīng)過編碼和交織的業(yè)務(wù)信道的信號符號相乘，而且不同的前向信道安排有不同的WALSH序列，用于保證用戶信號的正交，消除或抑制多址干擾，并達(dá)到復(fù)用的目的，用來區(qū)分各信道。在反向信道中，WALSH函數(shù)僅簡單地用作正交碼。2022/12/30浙江三維通信有限公司13為什么CDMA手機能保持低的發(fā)射功率由于CDMA的功率控制直接影響到系統(tǒng)的容量，所以CDMA系統(tǒng)擁有一套精確的功率控制機制。

CDMA的功率控制分為前向功率控制和反向功率控制。而反向功率控制又分為僅由手機參與的開環(huán)功率控制和由手機、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。在反向開環(huán)功率控制中，手機根據(jù)所在小區(qū)中所接受的功率變化，迅速調(diào)節(jié)手機的發(fā)射功率，在保證話音質(zhì)量的同時保持最低的發(fā)射功率。2022/12/30浙江三維通信有限公司14CDMA的軟切換、更軟切換在CDMA系統(tǒng)中，一部手機處于切換時，將會兩個或更多的基站同時對它進(jìn)行監(jiān)測，系統(tǒng)中的基站控制器將逐幀比較來自各個基站的有關(guān)這部手機的信號質(zhì)量報告，并選用最好的一幀。切換的過程是：“建立——比較——釋放”這個過程我們稱之為軟切換。軟切換可以是同一基站控制器下的不同基站或不同基站控制器下的不同基站之間的切換。發(fā)生在同一基站具有相同頻率的不同扇區(qū)間的切換，我們稱之為更軟切換。2022/12/30浙江三維通信有限公司15CDMA的分集接收

頻率分集空間分集時間分集2022/12/30浙江三維通信有限公司16CDMA的分集接收頻率分集:

將同一數(shù)據(jù)用兩個頻率發(fā)射出去,兩個頻率的間隔要求大于信道的相干帶寬

f1—f2=BC

相干帶寬Bc >300KHZ時我們可以認(rèn)為f1、f2這兩個頻率互不相關(guān)。以CDMA系統(tǒng)1.25MHz的信道帶寬完全可以滿足這個要求。2022/12/30浙江三維通信有限公司17CDMA的分集接收空間分集：空間分集可以采用多種方式，在傳輸空間分集中，可以從一個基站的多個天線發(fā)射信號，也可以從不同的基站發(fā)射信號?？臻g分集的另一種類型是跟蹤多徑分量（路徑分集）。2022/12/30浙江三維通信有限公司18CDMA的分集接收時間分集：時間分集是通過RAKE接收機來實現(xiàn)的。在基站處，每一個反向信道都有四個數(shù)字解調(diào)器，每個數(shù)字解調(diào)器又包含搜索單元和解調(diào)單元，搜索單元負(fù)責(zé)搜索不同的多徑信號，并交給各自的解調(diào)單元解調(diào)，基站對同時解調(diào)的四路多徑信號進(jìn)行矢量合成，這樣恢復(fù)出來的信號比任何一路信號都要好。在手機里，有三個數(shù)字解調(diào)器和一個搜索單元，這樣手機也能同時解調(diào)三路多徑信號，并進(jìn)行矢量合成。2022/12/30浙江三維通信有限公司19正向信道

正向信道是指基站到移動臺的無線信道。它是以64階WALSH序列函數(shù)作為地址碼，來建立碼分信道，以不同的引導(dǎo)PN序列的相位偏移量來區(qū)別不同的基站。一個CDMA頻道可以分為64個碼分邏輯信道正向信道包括：

導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道業(yè)務(wù)信道2022/12/30浙江三維通信有限公司20正向信道導(dǎo)頻信道：

一個正向信道中只有一個導(dǎo)頻信道，這是一個以WALSH（0）序列函數(shù)為地址碼發(fā)送的全“0”信號。其信號強度是正向信道中最強的。其中包含引導(dǎo)PN序列相位偏移和頻率基準(zhǔn)信息，由此，在CDMA系統(tǒng)中，頻率分配問題就轉(zhuǎn)化為導(dǎo)頻PN序列偏置規(guī)劃問題。此外移動臺還可以通過此導(dǎo)頻信號的強度，進(jìn)行開環(huán)功率控制。2022/12/30浙江三維通信有限公司21正向信道同步信道

以WALSH（32）作為地址碼，以1200bit/s速率進(jìn)行發(fā)射，信道發(fā)送的信息包含系統(tǒng)時間、導(dǎo)頻偏置、尋呼信道速率（9600bit/s,4800bit/s)及長偽隨機碼的狀態(tài)。在CDMA系統(tǒng)中，每個正向信道擁有一個同步信道，但必要時該同步信道可以改作業(yè)務(wù)信道。2022/12/30浙江三維通信有限公司22正向信道尋呼信道尋呼信道以WALSH（1-7）作為地址碼，分為若干個尋呼信道時隙，定時發(fā)送系統(tǒng)信息（入網(wǎng)參數(shù)），尋呼移動臺（最多可處理30個接入信道）。在CDMA系統(tǒng)中，每個正向信道擁有7個尋呼信道，但在必要時可以改作業(yè)務(wù)信道，直至全部用完。

2022/12/30浙江三維通信有限公司23正向信道業(yè)務(wù)信道

用除WALSH（0-7，32）外WALSH碼為地址碼，以（9.6Kbps、4.8Kbps、2.4Kbps、1.2Kbps）可變速率傳輸經(jīng)用戶獨有的長偽隨機碼變換的語音、數(shù)據(jù)信息。此外，在業(yè)務(wù)信道中還包含一個速率為（800bps）的功率控制子信道，用于傳輸功率控制信息來控制移動臺的發(fā)射功率。業(yè)務(wù)信道中還傳輸越區(qū)切換等控制信息。在CDMA系統(tǒng)中，每個正向信道擁有55個業(yè)務(wù)信道（最多63個）。2022/12/30浙江三維通信有限公司24

功率控制信道是將20ms長的業(yè)務(wù)信道分為16個功率控制組，每組24個調(diào)制碼元（但只啟動前16個）。當(dāng)基站測定反向信道的信道強度后，向正向信道的后續(xù)第二個功率控制組中發(fā)送功率控制比特。2022/12/30浙江三維通信有限公司25反向信道反向信道是指移動臺到基站的無線信道。它利用具有不同相位偏移量的長PN序列碼作為地址，而此偏移量由代表信道或用戶特征的掩碼決定，因此CDMA系統(tǒng)允許多用戶共享頻道。再一個CDMA頻道中，接入信道最多32個，最少0個，反向業(yè)務(wù)信道最多64個，最少32個。2022/12/30浙江三維通信有限公司26反向信道

接入信道

由不同的接入信道長碼相位偏移量識別,接入信道以4800bps的固定速率發(fā)送信息。每個接入信道中有一個尋呼信道，但每個尋呼信道可以對應(yīng)多個接入信道。移動臺在接入信道上進(jìn)行登記、呼叫、響應(yīng)呼叫。移動臺在占用接入信道時先發(fā)送一個由96個全“0”組成的接入信道前綴幀，以幫助基站捕獲移動臺接入信息。2022/12/30浙江三維通信有限公司27反向信道

反向業(yè)務(wù)信道

以用戶的特征（串號）來確定不同的用戶的長碼相位偏移量，以次來區(qū)分不同的用戶的業(yè)務(wù)信道。移動臺在反向業(yè)務(wù)信道上以9.6Kbps、4.8Kbps、2.4Kbps、1.2Kbps可變速率迅速捕獲反向業(yè)務(wù)信道，在業(yè)務(wù)信道初始化期間，移動臺發(fā)送業(yè)務(wù)信道前綴幀，用192個“0”組成的幀，以9.6Kbps傳輸。2022/12/30浙江三維通信有限公司28反向信道

在反向業(yè)務(wù)信道中使用了64進(jìn)制的正交調(diào)制及OQPSK調(diào)制兩種技術(shù)，用以對抗干擾，這是正向業(yè)務(wù)信道中所沒有被利用到的。2022/12/30浙江三維通信有限公司29反向信道

64進(jìn)制正交調(diào)制

將K個信息比特作為一個調(diào)治符號，使用M（2K）個長為P（M<P）的正交序列中的一個序列進(jìn)行調(diào)制，即一個正交擴頻序列傳輸log2M比特信息。在CDMA系統(tǒng)中，以每6個碼交織器輸出的碼元為一組，對應(yīng)兩個信息比特，傳送64種WALSH函數(shù)碼之一。這種擴頻調(diào)制使碼元速率降低6倍，擴頻增益相應(yīng)增大6倍，使得反向信道抗干擾能力更強。2022/12/30浙江三維通信有限公司30反向信道

OQPSK調(diào)制

OQPSK是在QPSK的基礎(chǔ)上，在Q信道插入一個延時器，延遲1/2PN碼元的時間，使信號相位點跳轉(zhuǎn)變小，避免了相鄰碼元之間產(chǎn)生π跳變。2022/12/30浙江三維通信有限公司31為什么CDMA需要對整個網(wǎng)絡(luò)同步

如果嗎序列在傳輸中有時延，在收端便不能夠解調(diào)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。需要在接收端通過人工的時延來補償傳輸及數(shù)字信號處理造成的時延。要做到這種補償我們必需建立一種同步體制，即：在收發(fā)端產(chǎn)生的嗎序列同步。這就是CDMA系統(tǒng)的同步問題。由于CDMA系統(tǒng)中的碼速率非常高，因此，必須有一套高精度的同步時鐘作為參考、協(xié)調(diào)全網(wǎng)所有基站的工作。2022/12/30浙江三維通信有限公司32為什么CDMA需要對整個網(wǎng)絡(luò)同步目前有兩種方法為CDMA系統(tǒng)提供精確的同步時鐘：

GPSGPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）是目前時鐘參考的最佳選擇。因為基于24顆地球低軌衛(wèi)組網(wǎng)而成的無線導(dǎo)航系統(tǒng)，它提供的時鐘是全球同步的，其時鐘系統(tǒng)精度高，不易收干擾。2022/12/30浙江三維通信有限公司33為什么CDMA需要對整個網(wǎng)絡(luò)同步LORAN-C

作為時鐘的備份，LORAN-C（遠(yuǎn)距離導(dǎo)航）系統(tǒng)是一種很好的選擇，她基于地波傳播，同樣具有精確的時鐘，它不受電離層的變化影響，衰減小，相位、幅度穩(wěn)定。2022/12/30浙江三維通信有限公司34CDMA的語音編碼

由于CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，系統(tǒng)容量與受到的干擾有關(guān)，因此一種成為話音激活（VAD）的技術(shù)在CDMA系統(tǒng)中起著重要的作用。在典型的全雙工雙向通話中，每次通話的占空比小于35%。因此在CDMA系統(tǒng)中，不講話的時候數(shù)據(jù)傳輸速率降低，以減少對其他用戶的干擾。所以說VAD技術(shù)可以直接增大系統(tǒng)的容量。2022/12/30浙江三維通信有限公司35CDMA的語音編碼

話音激活技術(shù)（VAD）實際上是一種高效率的語音編碼技術(shù)的表現(xiàn)。CDMA的反向業(yè)務(wù)信道中的OQPSK（碼線形預(yù)測編碼）是將語音信號用一系列的預(yù)測參數(shù)及其它有關(guān)參數(shù)表征，出發(fā)點是跟蹤波形的產(chǎn)生過程。2022/12/30浙江三維通信有限公司36CDMA直放站

概述

應(yīng)用范圍