第4章CDMA数字蜂窝移动通信系统

1、4.1 CDMA4.1 CDMA技术概况技术概况4.3 CDMA4.3 CDMA的信道的信道4.2 4.2 基础知识基础知识主要内容主要内容4.4 4.4 功率控制功率控制第第4 4章章 CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统4.5 4.5 控制管理控制管理频率频率码码用户用户3用户用户2用户用户1CDMA CDMA：Code Division Multiple Access（码分多址）。所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道。4.1 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述物理传输媒介是一个公共资源物理传输媒介是一个公共资源, 可以根据建立在不可以根据建立在不

2、同使用技术的不同标准细分为单独的信道同使用技术的不同标准细分为单独的信道.这里列出了三种主要的多址技术这里列出了三种主要的多址技术: FDMA Frequency Division Multiple Access 每个用户使用一个不同的频率每个用户使用一个不同的频率 一个信道是一个一个信道是一个频率 TDMA Time Division Multiple Access 每个用户使用一个时间上的一个不同窗口每个用户使用一个时间上的一个不同窗口(时隙时隙) (“time slot”) 一个信道是在一个指定频率上的一个指定的一个信道是在一个指定频率上的一个指定的时隙 CDMA Code Divisi

3、on Multiple Access 每个用户在所有的时间内使用相同的频率每个用户在所有的时间内使用相同的频率,通过不同的通过不同的code patterns区分区分 一个信道是一个唯一的一个信道是一个唯一的 (一套一套) code pattern(s)FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA信道信道:在传输媒介上为每个用户单独分配的,专用的一个通道4.1 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述主要应用主要应用AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代

4、模拟第二代 90年代数字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动需求驱动需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA4.1 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述减少对其他减少对其他电子系统干扰电子系统干扰容量高容量高延长电池寿命延长电池寿命减少掉话减少掉话增强安全性增强安全性网络频率网络频率规划简单规划简单覆盖大覆盖大扩频扩频/ /编码编码为运营者为运营者带来的好处带来的好处“绿色绿色”手机手机节省投资节省投资提高频率利用率提高频率利用率方便用户方便用户提高通话可靠性提高通话可靠性提高服务质量提高服务质量提高网络安全性提高网络安全性减少工程设计

5、工减少工程设计工作量，扩容方便作量，扩容方便节省投资节省投资提高服务质量提高服务质量功率控制功率控制软切换软切换更软切换更软切换语音激活语音激活技术技术特点特点话音质量高话音质量高处理处理增益增益无需复杂无需复杂频率规划频率规划伪随机序伪随机序列扩频列扩频CDMA系统特点系统特点4.1 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述当相邻小区的负荷不相同时，负荷重的小区降低发射功率，使本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现负载控制“小区呼吸小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增加系统容量增加系统容量CDMACDMA技术标准化的发展演进技术标准化的发展演进4.1

6、 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述中国中国CDMA标准的发展标准的发展 我国目前采用的CDMA标准主要是向美国的标准靠拢，但应注意到我国的实际情况与它们稍有不同。例如，在空中接口上，美国的标准注重CDMA与AMPS双模兼容，而在我国则没有这种需求，因此其频率、基本频道的设置以及IMSI等许多方面都要进行修改；在A接口上，美国的标准兼容了多种制式，而我国只需要其中的CDMA一种；同样地，网络接口IS-41系列标准也需要进行必要的修改。4.1 CDMA4.1 CDMA技术概述技术概述窄带信号窄带信号扩频码扩频码扩频码扩频码信号合信号合并并宽带信号宽带信号噪声噪声噪声噪声+ +宽带信号宽带信

7、号信号与噪声分离信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)ttttCDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到1.23MHz的宽带信号的宽带信号接收时，从宽带信号中恢复信号。接收时，从宽带信号中恢复信号。4.2 4.2 基础知识基础知识4.2.1 4.2.1 扩频通信基本原理扩频通信基本原理q 扩频通信扩频通信 SS: Spread Spectrum，指扩展频谱的通信，指扩展频谱的通信q 扩频通信定义扩频通信定义 扩频通信技术是一种信息传输方式；扩频通信技术是一种信息传输方式； 发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息发端采用

8、扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽必须的带宽 收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传收端采用与发端相同的扩频码进行相关解调和解扩，恢复所传信息数据。信息数据。扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念扩扩频频调调制制扩扩频频解解调调窄带信号宽带扩频信号窄带信号已调扩频信号解扩信号q 发送信息的频谱被展宽发送信息的频谱被展宽 发送的信息通过扩频，将信号能量扩展到很宽的频带上，使扩频通发送的信息通过扩频，将信号能量扩展到很宽的频带上，使扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达信的信号带宽与信息带宽之比则高达l001000， 属于宽带通信；属于宽带通信；q 扩频方法：扩

9、频码序列调制扩频方法：扩频码序列调制 数字脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽。如果很窄的脉冲序列被所数字脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽。如果很窄的脉冲序列被所传信息调制，传信息调制， 则可产生很宽频带的信号；则可产生很宽频带的信号； 该窄脉冲序列称为扩频信号，即扩频码序列；该窄脉冲序列称为扩频信号，即扩频码序列；q 接收端相关解调解扩接收端相关解调解扩 接收端则用与发送端完全相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行接收端则用与发送端完全相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解扩，恢复所传信息。相关解扩，恢复所传信息。扩频通信定义的三个含义扩频通信定义的三个含义q 问题的提出：问题的提出： 在传统的通

10、信系统中，在传统的通信系统中， 我们总是想方设法使信号所占频谱我们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。那么尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。那么为什么还要用宽频带信号来传输窄带信息呢为什么还要用宽频带信号来传输窄带信息呢? q 问题的回答：问题的回答： 为了通信的安全可靠，提高抗干扰能力和系统容量。扩频通为了通信的安全可靠，提高抗干扰能力和系统容量。扩频通信的理论基础为信息论和抗干扰理论；信的理论基础为信息论和抗干扰理论； 利用扩频实现码分多址方式。在传统的利用扩频实现码分多址方式。在传统的TDMA和和FDMA之外之外又提供了一种新的多址方式。又

11、提供了一种新的多址方式。扩频通信理论基础扩频通信理论基础q 香农香农(Shanon)公式公式 扩频通信是以信息论香农公式的理论发展起来的一种通信方式；扩频通信是以信息论香农公式的理论发展起来的一种通信方式； 香农公式：香农公式： C = Bw log2 (1+ S/N) = 1.44 Bw ln (1+ S/N) C为信道容量，为信道容量， 单位为单位为b/s；Bw为传输的信号频带宽度，单位为为传输的信号频带宽度，单位为Hz；S为信号平均功率，为信号平均功率， N为噪声平均功率；为噪声平均功率； 香农公式反映的重要结论：香农公式反映的重要结论： 频带频带B和信噪比可以互换；和信噪比可以互换；

12、增加信号的频带宽度，增加信号的频带宽度， 可在较低的信噪比的条件下以任意小的差可在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息；错概率来传输信息； 采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。信噪比上的好处。扩频通信理论基础扩频通信理论基础q信息传输差错概率的公式Pe f（E / N0）Pe是信号能量是信号能量E与噪声功率谱密度与噪声功率谱密度N0之比的函数之比的函数信号的传输差错概率是输入信号的信噪比和信号带宽信号的传输差错概率是输入信号的信噪比和信号带宽与信息带宽之比二者乘积的函数与信息带宽之比二者乘积

13、的函数再次说明看出信噪比和带宽是可以互换的。再次说明看出信噪比和带宽是可以互换的。同样说明了通过增加带宽可换取信噪比的好处。同样说明了通过增加带宽可换取信噪比的好处。swwsbeBBNSfBN/BSfN/EfP0扩频通信理论基础扩频通信理论基础q数字信号的波形与频谱幅度为幅度为+1，持续时间为，持续时间为Tb的数字矩形脉冲的数字矩形脉冲R(t) 经经Fourier变换后的频谱为是变换后的频谱为是sinx/x类型的函数类型的函数 第第1零点位于零点位于1/Tb，表示该信号的能量集中在第，表示该信号的能量集中在第1零点内。它所零点内。它所占的频带宽度与占的频带宽度与Tb的大小相关，当脉冲越宽，其频

14、谱带宽越窄。的大小相关，当脉冲越宽，其频谱带宽越窄。数字信号扩频原理数字信号扩频原理幅度为幅度为+1和和-1，持续时间为，持续时间为Tb的周期性脉冲的周期性脉冲R(t)，其频，其频谱包络的形状与单矩形脉冲完全一样谱包络的形状与单矩形脉冲完全一样;第第1零点处的频率正好为该周期性脉冲的传输速率零点处的频率正好为该周期性脉冲的传输速率1/Tb数字信号扩频原理数字信号扩频原理q 扩展周期性脉冲的频谱方法将频谱的将频谱的1/Tb第第1零点向无限远推，即增大零点向无限远推，即增大1/Tb的值；的值；减小数字脉冲的持续时间，缩小减小数字脉冲的持续时间，缩小Tb的值。的值。减小减小Tb值等价于提高数字信号的

15、传输速率值等价于提高数字信号的传输速率1/Tb，扩展了，扩展了信号的频谱。信号的频谱。数字信号扩频原理数字信号扩频原理数字信号扩频过程高速数字码序高速数字码序C（t）对用户低速信息数据调制）对用户低速信息数据调制 低速信息数据的脉冲持续时间低速信息数据的脉冲持续时间为为Tb，其时间长度是，其时间长度是TC的的N倍。倍。 Tb = N TC 高速码序高速码序C（t）乘上信息数据）乘上信息数据d（t），最后得到的信号），最后得到的信号y（t）频谱与高速码序的频谱相同，起到频谱扩展的作用。频谱与高速码序的频谱相同，起到频谱扩展的作用。y（t）= di（t）Ci（t）扩频调制扩频调制（乘法器）（乘法器

16、）扩频解调扩频解调（乘法器）（乘法器）Tbdi (t)TCCi (t)y(t)TCCi (t)di (t)数字信号扩频原理数字信号扩频原理符号符号 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1扩频扩频解扩频解扩频码片码片d i（t）C i（t）y i（t） -1 +1y r（t）C i（t）d r（t）p接收的信号为：接收的信号为：yr（t）= di（t） C i（t）p解扩输出信号解扩输出信号dr（t）= yr（t） C i（t）= di（t） C i（t） C i（t） = di（t）数字信号扩频原理数字信号扩频原理p扩频解调器利用本地地址码的相关性作解扩处理，有用信号频谱被

17、恢复为窄带谱; 窄带干扰信号则在解扩过程中被扩展成为宽带谱。解调后有用信号为窄带谱，无用信号和干扰为宽带谱，可以借助于解调后滤波器去除带外的无用信号，带内的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干扰和无用信号的目的。扩频调制扩频调制信道信道扩频解调扩频解调d (t)d (t)c (t)c (t)-Rb (t)-Rb (t)Rb (t)Rb (t)-Rc (t)Rc (t)干扰干扰-Rc (t)Rc (t)AABBCCDDy (t)yr (t)干扰干扰扩频抗干扰原理扩频抗干扰原理q扩频增益扩频系统的抗干扰性能扩频系统的抗干扰性能 Bw / Bs定义：定义：GP=Bw / Bs 扩频系统的处理增益，反映

18、了扩频系统信噪比的改善程度。扩频系统的处理增益，反映了扩频系统信噪比的改善程度。q抗干扰容限M = Gp L + (S / N0)o 物理意义：正常通信条件下，系统能承受的干扰高出信号的物理意义：正常通信条件下，系统能承受的干扰高出信号的分贝数；分贝数； CDMA数字蜂窝移动通信系统正常工作的最低信噪比要求为数字蜂窝移动通信系统正常工作的最低信噪比要求为7 dB。扩频增益与抗干扰容限扩频增益与抗干扰容限qDS-SS：直接序列扩频 发端直接用高速码序列去扩展输入信息的带宽发端直接用高速码序列去扩展输入信息的带宽qFH：跳频 用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变；用扩频码序列去进行

19、频移键控调制，使载波频率不断地跳变； 发端信息码序列与扩频码序列组合构造的不同码字控制频率合成发端信息码序列与扩频码序列组合构造的不同码字控制频率合成器，使其输出频率根据码字的改变而改变，形成了频率的跳变器，使其输出频率根据码字的改变而改变，形成了频率的跳变。qTH：跳时 用一定码序列进行选择的多时片时移键控；用一定码序列进行选择的多时片时移键控； 时间轴分为多个时片，哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。时间轴分为多个时片，哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。由于发送信号采用的时片很窄，也就展宽了信号的频谱。由于发送信号采用的时片很窄，也就展宽了信号的频谱。扩频的实现方法扩频的实现方法p隐

20、蔽性和保密性隐蔽性和保密性p抗干扰和抗多径衰落能力强抗干扰和抗多径衰落能力强p实现多址技术、增加容量、提高频率复用实现多址技术、增加容量、提高频率复用 率。率。p占用频带较宽，系统复杂性增加。占用频带较宽，系统复杂性增加。扩频通信系统的主要技术特点扩频通信系统的主要技术特点4.2 4.2 基础知识基础知识4.2.2 CDMA4.2.2 CDMA技术中的地址码技术中的地址码 在CDMA数字蜂窝移动通信系统中，需要用地址码来区分地址，我们称不同类型的地址码为多址码。利用多址码可实现基站站址、信道类型、用户身份及业务类型的识别。q基本概念基本概念地址码技术影响系统抗多址干扰地址码技术影响系统抗多址干

21、扰/抗多径衰落能力抗多径衰落能力CDMA数字移动通信系统使用地址码进行扩频数字移动通信系统使用地址码进行扩频地址码要求：地址码要求： 扩频后的信号具有良好的随机特性和相关性能；扩频后的信号具有良好的随机特性和相关性能； 地址码序列具有随机信号的特性，即具有白噪声的性能；地址码序列具有随机信号的特性，即具有白噪声的性能；伪随机序列伪随机序列PN（Pseudo Noise） 近似随机序列或噪声的一种周期性序列近似随机序列或噪声的一种周期性序列 接收端必须使用与发端相同的编码序列作为地址码接收端必须使用与发端相同的编码序列作为地址码 真正的随机序列或噪声是不可能重复产生的。真正的随机序列或噪声是不可

22、能重复产生的。地址码技术地址码技术q 伪随机码的特点伪随机码的特点 尖锐的自相关特性和较好的互相关特性尖锐的自相关特性和较好的互相关特性 同一码组内的各码占据的频带宽且相等同一码组内的各码占据的频带宽且相等 互相关值不是处处为零互相关值不是处处为零q 伪随机码家族伪随机码家族 m序列序列 Golden序列序列 M序列序列 R-S码码 复合码等复合码等伪随机序列伪随机序列 PN地址码类型地址码类型用户地址：区分不同的移动用户 用户地址码的数量要求 各用户间地址的正交（准正交）性能要求多速率（多媒体）业务地址：用于多媒体业务中区分不同类型速率的业务； 质量的要求，满足不同速率业务之间的正交性能；信

23、道地址：用于区分每个小区的不同信道； 质量的要求，各信道之间正交、互不干扰；基站地址：用于区分不同基站与扇区 数量上有一定的要求，要求各基站间正交减少基站间干扰。地址码分类与设计要求地址码分类与设计要求设计问题设计问题以上四类地址码，要求完全不一致，难于用同一类正交码或PN码同时满足数量和质量上的矛盾；对不同地址码，根据不同的要求，分别设计不同类型的码组，以解决不同的矛盾，是当今地址码设计的主导思想。 1、解决地址码数量的主要方法、解决地址码数量的主要方法采用超长m序列，比如242-1，模2加用户电子序列号ESN，作为地址码兼作掩码的方法，在IS-95及第三代移动通信中得到广泛的使用；从m序列

24、扩展到Gold序列。地址码的设计与实现地址码的设计与实现 2、解决质量问题的主要方法、解决质量问题的主要方法采用完全正交的walsh码区分信道地址；采用walsh码与中等长度伪码联合扩频的复合正交码，改善walsh的互相关及小同步误差时正交性能的恶化； 3、解决多速率业务的主要方法、解决多速率业务的主要方法在IS-95中，采用低速率重复和最高速率并行选通发送的方式；第三代移动通信中，采用层间可变扩频比正交码，即OVSF码方式；3G还采用多信道并行发送方式，具体实现可采用多码、多时隙和多载波的方式。地址码的设计与实现地址码的设计与实现q m序列：最长线性反馈移位寄存器序列。序列：最长线性反馈移位

25、寄存器序列。q m序列组成：序列组成：n 级移位寄存器、适当的抽头反馈和模级移位寄存器、适当的抽头反馈和模2加法加法器；器；q N 级移位寄存器产生的最大长度的码序列级移位寄存器产生的最大长度的码序列：P = 2n 1位位n级移位寄存器：级移位寄存器： 2n 1个状态（除去全零状态）个状态（除去全零状态）q 生成多项式生成多项式Gn(x) = C0X0 + C1X1 + C2X2 + + CnXnD1 D2 D3 Dn P = 2n 1 m序列概念序列概念010T0 010T1 101T2 110T3 111T4 011T5 001T6 100T7 010生成多项式：生成多项式：G3(x) =

26、 1 + X2 + X3输出序列：输出序列：0 1 1 1 0 0 1长度和重复周期：长度和重复周期：P = 23 - 1 = 7m序列举例序列举例q 码的平衡性好码的平衡性好 一个周期内一个周期内“1”和和“0”的个数大体相同（的个数大体相同（1比比0多多1个）个）q m序列与其移位后的序列模序列与其移位后的序列模2加所得的序列仍为加所得的序列仍为m序列，序列，但相位不同但相位不同 举例：举例：0111001向左移两位再模向左移两位再模2加所得序列仍为加所得序列仍为m序列，序列，相位移了一相位移了一位位 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0m序列

27、特性序列特性q 长度为长度为k的游程占总游的游程占总游程的程的1/2k（1 k n-2） 一个一个m序列的周期为：序列的周期为：P = 2n 1，在该周期内共有，在该周期内共有2n 1个游程个游程 长度为长度为1的（单个的（单个“0”或单个或单个“1”）游程占总游程）游程占总游程的的1/2 长度为长度为2（00或或11）的游程占总游程的）的游程占总游程的1/2 长度为长度为3（000或或111）的游程占总游程的）的游程占总游程的1/8 两个游程例外：两个游程例外：（n 1）个连“0”的游程 n 个连“1”的游程m序列特性序列特性q 自相关性 表征信号与其自身延迟表征信号与其自身延迟 后二者的相

28、似性后二者的相似性 二者在时间上不完全重叠二者在时间上不完全重叠 0，乘积的积分为，乘积的积分为0； 二者在时间上完全重叠二者在时间上完全重叠 = 0，自相关函数值为一常数。，自相关函数值为一常数。 m序列具有近似理想的自相关性序列具有近似理想的自相关性0 0 0 )()(lim)(2/2/常数dttftfRTTTam序列特性序列特性q m序列的自相关性序列的自相关性 考察某个考察某个m序列与其后移序列与其后移 位的序列的相似性位的序列的相似性 A：0的个数（相对应码元相同的数目）；的个数（相对应码元相同的数目）； D：1的个数（相对应码元不同的数目）；的个数（相对应码元不同的数目）； P =

29、 A + D（序列周期长度）（序列周期长度）0 /10 1 )(pPDADADARaRe()Re()11- 1/PP位移比特0m序列特性序列特性q 互相关性互相关性 表征两个不同信号的相似性表征两个不同信号的相似性 两个不同的信号序列的互相关值越接近两个不同的信号序列的互相关值越接近0，两个序列的差别越大，两个序列的差别越大，即相关性越弱。即相关性越弱。 两个信号的互相关值等于两个信号的互相关值等于0时，两个信号完全正交时，两个信号完全正交 不同不同m序列的互相关值不等于序列的互相关值不等于0，且呈现多值性，且呈现多值性不正交正交 0 0 )()(lim)(2/2/dttgtfRTTTcm序列

30、特性序列特性q 一种一种m序列的复合码序列的复合码 将周期相等，并经过优选的两个将周期相等，并经过优选的两个m序列进行模序列进行模2加组合形成新的序列；加组合形成新的序列；q 2n + 1个个Gold序列序列 两个两个m序列共有序列共有2n 1不同的相对位移不同的相对位移 两个两个产生产生Gold序列的序列的m序列优选对序列优选对码发生器 1码发生器 2时钟Gold序列序列Gold序列数比m序列数多的多！q 一种非正弦的完备正交函数系一种非正弦的完备正交函数系 两种取值（两种取值（-1、+1或或0、1） 沃尔什函数族中，两两之间的互相关函数为沃尔什函数族中，两两之间的互相关函数为“0”，它们之

31、间是完，它们之间是完全正交的。全正交的。q 沃尔什函数的产生沃尔什函数的产生 哈达码矩阵哈达码矩阵H +l和和 -l元素构成的正交方阵元素构成的正交方阵 H中任意两行或两列这些函数互相正交中任意两行或两列这些函数互相正交 一般关系式：一般关系式：q 在在IS-95系统中，选用码长系统中，选用码长n = 26 = 64阶的正交阶的正交Walsh函数函数系作为信道地址码。系作为信道地址码。2 NNNNNHHHHH1000 111122HH或，Walsh（沃尔什）函数（沃尔什）函数 WCDMA系统为了支持多速率、多业务，只有通过可变扩频比系统为了支持多速率、多业务，只有通过可变扩频比才能达到同一要求

32、的信道速率。才能达到同一要求的信道速率。 同一小区中，各移动用户可在相同频段同时发送不同的多媒体同一小区中，各移动用户可在相同频段同时发送不同的多媒体业务（速率不一样），为防止多用户信道之间的干扰，必须设业务（速率不一样），为防止多用户信道之间的干扰，必须设计一类适合于多速率业务和不同扩频比的正交信道地址码，即计一类适合于多速率业务和不同扩频比的正交信道地址码，即OVSF码。码。 OVSF码是码是WCDMA系统的地址码，用于扩频操作。系统的地址码，用于扩频操作。 OVSF码是一组长短不同的码，低速率的扩频比大，码组长，码是一组长短不同的码，低速率的扩频比大，码组长，而高速率的扩频比小，码组短。

33、在而高速率的扩频比小，码组短。在WCDMA中，最短码组为中，最短码组为4位，最长码组为位，最长码组为256位。但无论码组长度是否一致，各长短码位。但无论码组长度是否一致，各长短码组间仍然保持正交性，避免了不同速率业务信道之间产生相互组间仍然保持正交性，避免了不同速率业务信道之间产生相互干扰。干扰。q OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor codes）正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSF） OVSF 码属于码属于Walsh函数的函数的一种一种 假设用假设用C表示系统所使用的表示系统所使用的扩频序列扩频序列OVSF信道化码，信道化码，其两个

34、下标代表码字的长度其两个下标代表码字的长度和序号，和序号，OVSF信道化码可信道化码可表示为：表示为：12,212,212,212,21 ,21 ,21 ,21 ,20,20,20,20,212,222,23 ,22,21 ,20,20, 10, 10, 10, 11 , 20, 20, 1.11111)1()1()1()1()1()1()1()1(nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCq OVSF（Orthogonal Variable Spreading Factor codes）正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSF）

35、q 码长为码长为8位的位的OVSF结构结构正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSF） SF = 1 SF = 2 SF = 4 C1,0 = (1) C2,0 = (1,1) C2,1 = (1,-1) C4,0 =(1,1,1,1) C4,1 = (1,1,-1,-1) C4,2 = (1,-1,1,-1) C4,3 = (1,-1,-1,1) OVSF码的码树结构形象表现了以上运算关系；码的码树结构形象表现了以上运算关系；为分析方便，将信道化码记作为分析方便，将信道化码记作CSF，k，其中，其中SF是该码字的扩频因子，是该码字的扩频因子，k 是是码字序号，且有码字序号，且有0 k

36、SF-1。正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSF）qOVSF数学特征数学特征长度一定的长度一定的OVSF码组，包含的码字总数与其长度相等，码组，包含的码字总数与其长度相等，即共有即共有SF个长度为个长度为SF的的OVSF码。码。码字的长度是码字的长度是2的整数次幂（的整数次幂（ SF =2n）。）。 WCDMA系统中，系统中， n 9，最大扩频因子，最大扩频因子SFmax =512 TD-SCDMA系统中，系统中，n 4，最大扩频因子，最大扩频因子SFmax =16长度相同或不同的码字之间相互正交，其相关值为长度相同或不同的码字之间相互正交，其相关值为0。 WCDMA系统中，允许所有

37、信道使用不同的扩频因子；系统中，允许所有信道使用不同的扩频因子； TD-SCDMA系统中，允许同一时隙内使用不同的扩频因子。系统中，允许同一时隙内使用不同的扩频因子。OVSF可变长性质可适应通信中多速率业务，其正交性可变长性质可适应通信中多速率业务，其正交性可减少信道间干扰。可减少信道间干扰。正交可变扩频因子码（正交可变扩频因子码（OVSF） IS-95为北美及韩国等采用的第二代数字式移动通信系统，由美国QUALCOMM公司推出的全世界第一个民用的CDMA蜂窝移动通信体制。在该系统中包括三种多址码：用户地址码、信道地址码、基站地址码。 IS-95中的地址码设计中的地址码设计1）用户地址码： 是

38、由移动台产生，主要用于上行(反向)信道中，为了容纳更多的用户，选用了超长的(242-1)序列，速率为1.2288Mchip/s，该序列又称为超长码。 整个CDMA系统中用到的长码序列只有一个。每个用户按照一定规律选取其中局部的有限位作为用户地址。IS-95中的地址码设计中的地址码设计2）信道地址码：它由基站产生并在下行中实现。 采用完全正交的64位Walsh函数码作为前向信道地址码，分配如下： W（0）导频， W（32）同步信道， W（1）W（7）寻呼信道， 其余为业务信道。IS-95中的地址码设计中的地址码设计3）基站地址码：它由基站产生并在下行中实现。 长度为215-1的 m序列，被用作对

39、前向信道进行正交调制，不同的基站或扇区使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个比特，这样，最多有512 个不同的相位可用，码速率为1.2288Mchip/s。 1 offset =64 (chip) (215-1)+1=32768(chip) 则：则： 32768/64 =512个个IS-95中的地址码设计中的地址码设计v比特比特(bit)、符号、符号(Symbol)与码片与码片(Chip) 输入含有信息的数据称为比特（输入含有信息的数据称为比特（bit） 在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被称为符号在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被称为符号(symbol) 经过最终扩

40、频后得到的数据被称为码片经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip)v前向前向(Forward)（正向）：（正向）：从基站到移动台从基站到移动台v反向反向(Reverse)（后向）：（后向）：从移动台到基站从移动台到基站补充补充常见术语常见术语 在CDMA系统中，各种逻辑信道都是由不同的码序列来区分的。 任何一个通信网络除主要传输业务信息外， 还必须传输有关的控制信息。 为此，CDMA蜂窝系统在基站至移动台的传输方向(正向传输)上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道；在移动台至基站的传输方向(反向传输)上设置了接入信道和反向业务信道。 这些信道的示意如图所示。 4.3 CDMA4

41、.3 CDMA的信道的信道 CDMA蜂窝系统信道分类 基站移动台反向业务信道接入信道正向业务信道寻呼信道同步信道导频信道CDMA信道分类信道分类 正向传输的逻辑信道组成 业务数据随路信令CDMA正向信道(基站发送的1.23 MHz信道)业务W0导频W1寻呼W7W8寻呼W31W32W33W63 在基站至移动台的下行链路中， 即CDMA正向传输的逻辑信道的组成如下图所示。 正向正向CDMA信道信道v 全0信息，用Walsh 0码扩展，直接用PN短码进行调制v BTS连续发射导频信道v 导频信道作用 帮助手机捕获系统 多径搜索 提供相位参考，帮助手机进行信道估计，作相干解调 切换时手机测量导频信道，

42、进行导频强度比较正向信道类型正向信道类型导频信道导频信道导频信道（全0）Walsh 0To QPSK正向信道正向信道-导频信道导频信道正向信道类型正向信道类型导频信道导频信道导频信道（全0）Walsh 0To QPSKIQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)正向信道正向信道-导频信道导频信道正向信道类型正向信道类型同步信道同步信道v 手机通过同步信道获得与系统的同步 同步信道提供 导频偏置PILOT_PN 系统时间SYS_TIME 长码状态LC_STATE 寻呼信道速率P_RATv 同步信道速率固定为1

43、200bps2.4kbps4.8kbps4.8kbps调制符号码符号重复的码符号1.2kbps卷积编码r=1/2,K=9符号重复块交织同步信道比特To QPSKWalsh 32正向信道正向信道-同步信道同步信道v BTS在寻呼信道上广播 系统参数消息 接入参数消息 邻区列表 CDMA信道列表寻呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps调制符号码符号重复的码符号9.6kbps4.8kbps卷积编码r=1/2,K=9码符号重复块交织寻呼信道P的长码掩码长码发生器抽取器1.2288McpsWalsh PTo QPSKvBTS通过寻呼信道 寻呼手机 指配业务信道 v 寻呼

44、信道速率为9600bps或4800bpsv 寻呼信道帧长为20ms正向信道正向信道-寻呼信道寻呼信道PN码片1.2288Mcps重复的码符号重复的码符号19.2kbps码符号19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,8,0或0bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/2,K=9符号重复前向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织19.2kbps64阶正交扩频复用器长码发生器功率控制比特抽取器

45、抽取器扰码IQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)正向信道正向信道-业务信道业务信道导频导频“1”W0同步信道同步信道1200bit/s卷积编码卷积编码码元重复码元重复交织交织W324800bit/s寻呼信道寻呼信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s卷积编码卷积编码码元重复码元重复交织交织Wi19.2kbit/s寻呼信道长码掩码寻呼信道长码掩码长码发生器长码发生器业务信道业务信道9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s 1.2kbit/s卷积编码卷积编码码元重复

46、码元重复交织交织Wj用户用户k的长码掩码的长码掩码长码发生器长码发生器功率控制比特功率控制比特19.2kbit/s复复用用 Q信道导频信道导频伪码伪码I信道导频信道导频伪码伪码正向链路数据流方框图正向链路数据流方框图基站接收机的反向CDMA信道 CDMA反向信道(基站接收的1.23 MHz信道)接入信道l业务信道接入信道 业务信道nlm使用长码 PN 序列区分 CDMA系统的反向逻辑信道由接入信道和反向业务信道组成，下图示出了基站接收的反向CDMA逻辑信道的实例。反向信道反向信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制符号(Wals

47、h码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号14.4kbps4.4kbps4.8kbps每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复接入信道信息比特(80bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps长码掩码1/2 PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2fct)Sin(2fct)I(t)Q(t)s(t)反向信道反向信道-接入信道接入信道接入信道与正向传输接入信道与正向传输的寻呼信道相对应，的寻呼信道相对应，其作用是在移动台接其作用是在移动台接续开始阶段提供通路，续开始阶段提供

48、通路，即在移动台没有占用即在移动台没有占用业务信道之前，提供业务信道之前，提供由移动台至基站的传由移动台至基站的传输通路。供移动台发输通路。供移动台发起呼叫或对基站的寻起呼叫或对基站的寻呼进行响应，以及向呼进行响应，以及向基站发送登记注册的基站发送登记注册的信息等。信息等。 反向业务信道用于通信过程中由移动台向基站传输语音、数据和必要的信令信息。反向业务信道组成电路可参见下图。由图可知，它与接入信道组成是相似的。两者不同之处在于变速率传输和帧质量指示两个问题。反向信道反向信道-业务信道业务信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制

49、符号(Walsh码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号28.8kbps14.4kbps7.2kbps3.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,10,8或6bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复反向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps1/2 PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2fct)

50、Sin(2fct)I(t)Q(t)反向信道反向信道-业务信道业务信道功能前向链路反向链路纠错编码1/2速率1/3速率Walsh码提供信道化64阶调制长码扩展提供加密性信道化短码扩展标识基站用作OQPSK调制重复符号传输降低重复符号功率连续发射采用随机突发方式不连续发射导频信道提供相干接收没有导频信道，采用非相干接收调制方式支持多码道传输，采用QPSK方式不支持多码道传输，采用OQPSK方式信道总结信道总结 64 阶正交Walsh 函数：正向链路用于构造码：正向链路用于构造码分信道并扩频；反向链路用于分信道并扩频；反向链路用于MSMS信息的正交多信息的正交多进制调制。进制调制。 长PN码（周期长

51、度（周期长度2 24242 -1 -1）：正向链路用于给）：正向链路用于给通信提供加密（扰码）；反向链路用于扩频和通信提供加密（扰码）；反向链路用于扩频和用户识别。用户识别。 短PN码（周期长度（周期长度2 21515-1-1）：前反向链路都用）：前反向链路都用于正交于正交QPSK QPSK 调制，不同基站相位不同，但不调制，不同基站相位不同，但不同的移动台相位一样（同的移动台相位一样（0 0偏置）。偏置）。信道总结信道总结q 功率控制原因功率控制原因： 码分多址干扰码分多址干扰 CDMA系统是一个自干扰系统。系统是一个自干扰系统。WCDMA采用宽带扩频技术，所有信号共采用宽带扩频技术，所有信

52、号共享相同频谱；每个移动台的信号能量被分配在整个频带范围内，这样对其享相同频谱；每个移动台的信号能量被分配在整个频带范围内，这样对其它移动台来说就成为宽带噪声。如为了提高某个用户的信号质量而提高发它移动台来说就成为宽带噪声。如为了提高某个用户的信号质量而提高发射功率，则可能带来其他用户的质量的降低。射功率，则可能带来其他用户的质量的降低。 远近干扰远近干扰 无线环境的阴影、多径衰落和远距离损耗影响，移动台在小区内的位置随无线环境的阴影、多径衰落和远距离损耗影响，移动台在小区内的位置随机性，导致路径损耗大幅度变化；机性，导致路径损耗大幅度变化； 使用使用CDMA技术的各小区采用相同频率，理论上各

53、用户分配的地址码是正技术的各小区采用相同频率，理论上各用户分配的地址码是正交的，实际很难做到，造成各信道间的干扰。从而不可避免地引起严重的交的，实际很难做到，造成各信道间的干扰。从而不可避免地引起严重的“远近干扰远近干扰”。4.4 4.4 功率控制功率控制q 功率控制目的：功率控制目的： 在保证用户要求的在保证用户要求的QoS的前提下，最大程度地降低发射功率，的前提下，最大程度地降低发射功率，减少系统干扰，增加系统容量。减少系统干扰，增加系统容量。功率控制功率控制q功率控制分类：功率控制分类：从不同的角度来考虑有不同的功率控制方法，从通信的从不同的角度来考虑有不同的功率控制方法，从通信的上、下

54、行链路来考虑，可分为反向功率控制与前向功率上、下行链路来考虑，可分为反向功率控制与前向功率控制；控制；从功控环路的类型来划分，又可分为开环功控与闭环功从功控环路的类型来划分，又可分为开环功控与闭环功控。控。功率控制功率控制v 反向信道功率控制 开环功率控制 闭环功率控制 内环功率控制：800 Hz 外环功率控制v 正向信道功率控制 闭环功率控制 消息报告方式：周期报告、门限报告功率控制功率控制正向功控是指下行链路的功率控制。正向功控是指下行链路的功率控制。正向功控是基站根据移动台提供的测量结果，调整对正向功控是基站根据移动台提供的测量结果，调整对每个移动台的发射功率。每个移动台的发射功率。其目

55、的是对路径衰落小的移动台分配较小的正向功率，其目的是对路径衰落小的移动台分配较小的正向功率，而对远离基站和误码率高的移动台分配较大的发射功而对远离基站和误码率高的移动台分配较大的发射功率。率。正向功控可使基站平均发射功率最小，可减小邻小区正向功控可使基站平均发射功率最小，可减小邻小区干扰。干扰。正向功率控制正向功率控制反向功控是指上行链路的功率控制。反向功控是指上行链路的功率控制。反向功控用来控制移动台的发射功率，使基站接收到的反向功控用来控制移动台的发射功率，使基站接收到的所有移动台所有移动台 发射到基站的信号功率或发射到基站的信号功率或SIR基本相等。基本相等。反向功控使各用户之间相互干扰

56、最小，达到克服反向功控使各用户之间相互干扰最小，达到克服“远近远近效应效应”的目的，使系统达到最大容量。的目的，使系统达到最大容量。反向功控使移动台发射功率最合理，节省能量，延长移反向功控使移动台发射功率最合理，节省能量，延长移动台电池使用寿命。动台电池使用寿命。反向功率控制反向功率控制反向开环功率是移动台根据在小区中所接收功率的变化，反向开环功率是移动台根据在小区中所接收功率的变化，估计由基站到移动台的传输损耗，迅速调整移动台发射估计由基站到移动台的传输损耗，迅速调整移动台发射功率。功率。目的是试图使所有移动台发出的信号到达基站时都有相目的是试图使所有移动台发出的信号到达基站时都有相同的概率

57、。同的概率。反向开环功率控制反向开环功率控制 反向闭环功率控制是指移动台根据基站台发送的功反向闭环功率控制是指移动台根据基站台发送的功率控制指令率控制指令(功率控制比特携带的信息功率控制比特携带的信息)来调节移动台的来调节移动台的发射功率的过程。发射功率的过程。 基站台测量所接收到的每一个移动台的信噪比，并基站台测量所接收到的每一个移动台的信噪比，并与一个门限相比较，与一个门限相比较， 决定发给移动台的功率控制指令决定发给移动台的功率控制指令的是增大或减少它的发射功率。移动台将接收到的功的是增大或减少它的发射功率。移动台将接收到的功率控制指令与移动台的开环估算相结合，来确定移动率控制指令与移动

58、台的开环估算相结合，来确定移动台闭环控制应发射的功率值。台闭环控制应发射的功率值。反向闭环功率控制反向闭环功率控制4.5.1 4.5.1 登记注册登记注册 登记注册也称注册，是移动台向网络报告其位置、登记注册也称注册，是移动台向网络报告其位置、状态、身份标志、时隙周期和其他特征的过程。状态、身份标志、时隙周期和其他特征的过程。4.5 4.5 控制管理控制管理1. 1. 自主注册自主注册 自主注册是与移动台漫游无关的一类注册，它包括下列5种注册：(1) 开电源注册 移动台打开电源时要注册， 移动台从其它服务系统(如模拟系统)切换过来时也要注册。 (2) 断电源注册 移动台断开电源时要注册， 但只

59、有它在当前服务的系统中已经注册过才进行断电源注册。(3) 周期性注册 为了使移动台按一定的时间间隔进行周期性注册， 移动台要设置一种计数器。 登记注册登记注册 (4) 根据距离注册 如果当前的基站和上次注册的基站之间的距离超过了门限值， 则移动台要进行注册， 移动台根据两个基站的纬度和经度之差来计算它已经移动的距离， 移动台要存储最后进行注册的基站的纬度、 经度和注册距离。 (5) 根据区域注册 为了便于对通信进行控制和管理， 把CDMA蜂窝通信系统划分为“系统”、 “网络”和“区域”三个层次。 登记注册登记注册NID tNID uNID vNID0SID iSID jSID kSID i系统

60、与网络的示意图 登记注册登记注册2. 其它注册其它注册 除了上述自主注册之外， 还有下列4种注册形式：(1) 参数改变注册。当移动台修改其存储的某些参数时， 要进行注册。 (2) 受命注册。基站发送请求指令，指挥移动台进行注册。(3) 默认注册。当移动台成功地发送出一启动信息或寻呼应答信息时，基站能借此判断出移动台的位置,不涉及二者之间的任何注册信息的交换，这叫做默认注册。(4) 业务信道注册。一旦基站得到移动台已被分配到一业务信道的注册信息时，则基站通知移动台它已被注册。登记注册登记注册4.5.2 漫游漫游 漫游是指移动台离开它所归属的移动业务本地网。为了达到漫游的目的，在CDMA中定义了系