《《CDMA系统》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《CDMA系统》PPT课件.ppt（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第五章 CDMA移动通信系统,第五章 CDMA系统,扩频通信概述IS-95 CDMA系统IS-95系统的无线传输CDMA系统的功率控制CDMA系统的软切换,一、扩频通信概述,扩频通信技术特点：保密性好、抗干扰能力强最初主要用于军事通信和电子对抗等领域扩频技术有直接序列扩频(DS)、调频扩频(FH)、线性调频(chirp)、跳时(TH)等前两种在通信系统中应用较多，第三种主要应用于雷达系统上四种扩频技术也组合使用，如DS/FH、DS/TH、FH/TH、DS/TH/FH等CDMA系统是一种直接序列扩频系统,伪随机码直接序列扩频跳频扩频,一、扩频通信概述,伪随机(PN)码：具有类似白噪声特性，随机变
2、化，但又是周期的、有规律的，可以人为地产生和复制。它的这种特性称为伪随机特性。PN码通常使用二进制移位寄存器产生。功率谱占据很宽的频带，相关函数曲线尖锐，易于从其他信号或干扰中区分出来，抗干扰能力强。保密通信利用伪随机码对消息信号进行加密扩频通信利用伪随机码对消息信号进行频谱扩展，提高系统的抗干扰能力。PN码有多种，最基本最常用的是m序列。,伪随机码,移位寄存器：由时钟控制的r个串接的存储器构成的寄存器。,移位寄存器序列,组成移位寄存器的存储器称为移位寄存器的级。从左至右分别称为第1级，第r级。用an-i(i=1,2,r)表示第i级的状态(存数)，则an-i=1或0。在时钟的控制下，每一级的存
3、数自左向右移动，成为下一级的存数。如果没有新的存数输入，级的存数保持不变。在某一时刻，移位寄存器各级的存数按顺序排列所组成的序列称为该寄存器的状态。如果不给移位寄存器的第1级输入新的数据，不论初始状态如何，至多经过r次移位以后，所有级将处于全0或全1状态，这由第1级是0或1决定。,移位寄存器序列,移位寄存器序列,具有反馈逻辑的移位寄存器：模2加法器将有关级的输出经模2加运算后输入第1级，成为第1级的新存数。移位寄存器的输出称为一个移位寄存器的序列。,移位寄存器序列,移位寄存器的序列是由它的初始状态和反馈逻辑确定的。移位寄存器的状态序列具有周期性。移位寄存器可有不同的初始状态和不同的反馈逻辑，从
4、而能产生不同的序列。r级线性移位寄存器，其输出序列的最大周期P=2r-1(不包括0状态输出序列)。,具有最大长度周期的线性移位寄存器序列，称为最大长度线性移位寄存器序列，也称为m序列。m序列具有随机性，它的自相关函数具有优良的性质，在实际中应用广泛。m序列中0和1等概率出现，各占一半。m序列具有一定的随机性，又具有一定的周期性，所以是一种伪随机序列。,移位寄存器序列,m序列的相关性,两个周期均为P的周期性二进制序列an和bn的相关系数定义为：m序列的自相关系数具有二值性。当 时，出现尖峰，当偏离 时，相关系数曲线峰值很快下降，当 时，有出现峰值。如此周而复始。,Gold码,码分多址通信系统要求
5、可供选择的地址码数量要多，同步速度要快，系统抗干扰能力要强。m序列具有尖锐的二值相关特性，可以作为码分多址系统的地址码。但是，m序列可供选用的地址码数量较少，为此应加大周期，但这会使系统的捕获时间增长。由m序列组合而成的组合码具有较好的性能。组合码一般由短码按一定的逻辑函数关系组合而成。,Gold码是m序列的组合码。它是由两个相同长度的不同m序列在同步时钟控制下逐位模二加得到的。Gold码优点：具有比m序列多得多的独立码组。周期为2r-1的n个m序列，模2加可产生(2r-1)n-1+n个Gold码序列。,Gold码,2.直接序列扩频,扩频通信是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种
6、通信方式。扩频通信属于宽带通信，系统带宽一般为信息带宽的100-1000倍。扩频码采用正交码或准正交码作为地址码。直接序列扩频码分多址(CDMA/DS)是目前应用较多的一种宽带通信方式。,接收的DS中频信号,接收数据输出,发送端：原始信息码与PN码模2加，然后对载波进行PSK调制。由于PN码速率远大于信息码速率，故形成的PSK信号频谱被展宽。接收端：先用与发送端码型相同、严格同步的PN码和本振信号与接收信号进行混频和解扩，经中频带通滤波器滤波后，就得到窄带的、仅受信息码调制的中频信号，然后进行PSK解调恢复原始信息码。只要收发两端PN码序列结构相同并同步，就可以正确恢复原始信号。,2.直接序列
7、扩频,系统的处理增益：Ts：信息符号的时间宽度；Tc：PN扩频序列的符号宽度；Rc：PN码速率；Rs：信息码速率；Bss：扩频后的信号带宽。,2.直接序列扩频,直接序列扩频频谱变换示意图,直接序列扩频频谱变换示意图,跳频扩频,跳频扩频：就是让窄带数字已调信号的载波在一个很宽的频率范围内跳变，跳变的结果就形成一个宽频带的信号。,第五章 CDMA系统,扩频通信概述IS-95 CDMA系统IS-95系统的无线传输CDMA系统的功率控制CDMA系统的软切换,二、IS-95 CDMA系统,CDMA蜂窝系统优点：CDMA系统容量大。具有“软容量”的特性。通话质量好。能够实现“软切换”功能。网络的频率规划简
8、单。通信保密性强，通话不易被窃听。,IS-95是CDMA系列标准中最先发布的标准，IS-95及其相关标准也是最早商用的基于CDMA技术的移动通信标准。IS的全称为Interim Standard，即暂时标准。CDMA IS-95A/B是第二代移动通信技术体制标准。IS-95A 是 1995 年发布的，主要在北美应用。IS-95B是对 IS-95A标准的增强，并完全与之兼容，实现比 IS-95A 更高的数据传输速率(64Kbps)。,二、IS-95 CDMA系统,同一小区内的用户可以使用相同的射频信道，邻近小区的用户也可以使用相同的射频信道，系统完全取消了对频率规划的要求。信道在每个单向链路上占
9、用1.25MHz的频谱宽度。具有话音激活功能，用户数据速率是实时变化的。声码器是码激励线性预测编码器(QCELP)，这是一种可变速率的语音编码器，能够根据语音的活动和能量状态、针对每个20ms语音帧、在三种或是四种可用的数据速率(13.3kbps、6.2kbps、1kbps和2.7kbps)，中动态地选择一种来实现语音编码。,二、IS-95 CDMA系统,与GSM网络类似，CDMA网络也是由无线子系统、网络子系统和运营支持子系统构成。MSC是网络子系统的核心。MSC在归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）、操作维护中心（OMC）以及鉴权中心等设备的配合下完成对网络的控制和对
10、用户的管理。无线子系统包括基站子系统和移动台，基站子系统又可分为基站控制器（BSC）和基站收/发信机（BTS）。,CDMA网络构成,CDMA网络构成,1.频段：下行869MHz894MHz；上行824MHz849MHz。2.信道数：每一载频有64个码分信道；3.调制方式：基站采用QPSK；移动台采用OQPSK。4.扩频方式：直接序列扩频DS5.语音编码：可变速率CELP,CDMA网络基本参数,5.2.2 IS-95系统的无线传输,IS-95系统在BS到MS的传输（前向传输）方向上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道，MS到BS的传输（反向传输）方向上设置了接入信道和反向业务信道。,
11、CDMA蜂窝系统的信道示意图,导频信道（Pilot Channel）同步信道（Synchronizing Channel）寻呼信道（Paging Channel）前向业务信道（Traffic Channel）,前向信道,导频信道：,导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，令MS可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。基站向所有MS提供基准，MS可通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，决定什么时候需要进行越区切换。导频信道占用物理信道的W0。,同步信道：,主要传输同步信息。MS利用同步信息进行同步调整，一旦同步完成，MS通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时
12、，还需要重新进行同步。当通信业务量很多，所有业务信道均被占用时，同步信道也可临时改作业务信道使用。同步信道占用物理信道的W32。,在呼叫接续阶段传输寻呼MS的信息。MS通常在建立同步后，立即选择一个寻呼信道（也可以由BS指定）来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。在需要时，寻呼信道也可以改作业务信道使用，直至全部用完。寻呼信道占用物理信道的W1W7,寻呼信道：,用于传输用户信息。业务速率可以逐帧（20ms）改变，由于使用话音激活功能，前向业务信道可以动态地适应通信者的话音特征，如有语音时速率高，停顿时速率低。前向业务信道最多有63个。,前向业务信道：,前向信道,前向信道典型配置：1个导频信道，1
13、个同步信道，7个寻呼信道（允许的最多值）和55个业务信道。前向信道配置不是固定的，其中导频信道一定要有，其余信道可根据情况配置。例：可用业务信道取代寻呼信道和同步信道，可形成一个导频信道，0个同步信道，0个寻呼信道和63个业务信道的配置。,前向码分物理信道与逻辑信道间的映射关系,前向信道传输,语音编码卷积编码码元重复分组交织数据掩码功率控制子信道正交信道扩频四相扩频调制,反向信道,反向逻辑信道由反向接入信道和反向业务信道组成反向信道传输声码器、卷积编码、码元重复、块交织、可变数据率传输、正交多进制调制、直接序列扩频、四相扩展。,反向链路码分物理信道和逻辑信道配置,反向链路支持最多62个不同业务
14、信道和最多32个不同接入信道。1个（或多个）接入信道与1个寻呼信道相对应，1个寻呼信道至少对应有1个，最多可对应32个反向CDMA接入信道，标号从0到31。接入信道和反向业务信道的区别：接入信道调制中没有加CRC校验比特，反向业务信道也只对数据速率较高的9600b/s和4800b/s的两种速率使用CRC校验；接入信道发送速率是固定的，而反向业务信道可以选择不同的速率发送。,反向信道,接入信道：传送MS随机接入请求的信道，与一个特定寻呼信道相连的多数MS可以同时试着使用一个接入信道。每个接入信道由一个不同的长PN码区分。反向业务信道：在呼叫建立期间传输用户信息和信令信息。,反向信道,5.2.3
15、CDMA系统的功率控制,前向功率控制：调整基站向移动台发射的功率，使任何一个MS无论处于小区中的任何位置，收到基站信号的电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。BS通过MS提供的对前向FER的报告决定是增加还是减少发射功率。FER门限值是根据对话音质量的不同要求而设置的。BS根据MS提供的报告，缓慢地减少对每一移动台的前向链路发射功率，若移动台检测到FER增大，就请求BS增大前向链路发射功率。,2.反向功率控制：也称上行链路功率控制。目的是使所有MS无论在小区的什么位置，信号到达基站接收机时，都具有相同的电平值，且刚刚达到基站对MS的信噪比要求的门限值。反向功率控制分开环功率控制和闭环功率控制。,
16、5.2.3 CDMA系统的功率控制,开环功率控制,完全由MS自己进行控制。MS时刻计算从BS到MS的路径衰耗，若接收到的信号很强，则表明离BS很近或有一个特别好的传播路径。这时MS可降低发射功率。当MS接收的BS信号很弱时，就增加发射功率，以抵消衰耗。开环功率控制只是对发送电平的粗略估计，因此它的反应时间要恰当，不应太快，也不应太慢。如反应太慢，在开机或进入阴影、拐弯效应时，开环起不到应有的作用；如果反应太快，将会由于前向链路中的快衰落而浪费功率。,闭环功率控制,CDMA系统的前向、反向信道分别占用不同的频段，收、发间隔为45MHz。收发两个频道衰减的相关性很弱，在整个测试过程中，收发两个频道
17、衰减的平均值应该相等，但在具体某一时刻很可能不等。为了能估算出瑞利衰落信道下对MS发射功率的调节量，采用闭环功率控制的方法。BS对从MS收到的信号进行测量，如果大于所需门限值，则发送“下降”命令（步长1dB）；而如果小于门限，则发送“上升”命令。MS根据收到的命令调整它的发射功率，直到最佳。,切换：当移动台从一个蜂窝小区移动到另一个蜂窝小区的时候，蜂窝网络的跟踪服务变换过程。切换就是采取一定的措施，保证移动用户越区切换户时通话的连续性。依据切换期间移动台同时连接基站的数量，把切换分为硬切换、软切换、接力切换。依据切换的控制方式，把切换分为网络控制切换、移动台控制切换、移动台辅助切换、网络辅助切
18、换。依据切换的范围，把切换分为小区内、小区间、BSC间、MSC间。,5.2.4 CDMA系统的软切换,硬切换：先断开与本小区的连接，再连接到临小区，特点是“先断开，后连接”。GSM是硬切换的代表。软切换：同时接入目标小区，但并不断开与原小区的连接，而是在连接成功后在断开与原小区的连接。特点是“线连接，后断开”CDMA、WCDMA是软切换的代表。接力切换：改进的硬切换技术。在接力切换过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向RNC 报告，完成向目标基站的切换。TD-SCDMA应用了接力切换。,5.2.4 CDMA系统的软切换,5.2.4
19、 CDMA系统的软切换,在CDMA系统中，信道切换包括如下三种：硬切换，软切换和更软切换。硬切换发生在使用不同载频的两个CDMA基站之间。CDMA的硬切换过程和GSM的硬切换大体相似。软切换发生在具有相同载频的CDMA基站之间。软切换过程中原小区基站和新小区（一个或多个）基站都为要切换的MS提供服务，保持呼叫不间断。更软切换是一种发生在同一基站的不同扇区的切换，发生在两个扇区或三个扇区之间。这种类型的切换只发生在小区内，而不涉及移动交换中心，,软切换的具体过程包含三个阶段：MS与原小区基站保持通信链路；MS与原小区基站保持通信链路的同时，与新的目标小区（一个或多个小区）的基站建立通信链路；MS只与其中的一个新小区基站保持通信链路，切换结束。软切换可以减小呼叫中断的可能性，并减少了在切换过程中切换信令的乒乓效应。,5.2.4 CDMA系统的软切换,当原小区基站的导频信号强度低于下门限时，MS切换定时器开启计时，计时期满，MS向基站发送导频信号强度的测量数据。基站向MS发送一个切换导向指令，依此切换导向指令，MS拆除与原小区的链路，保持一个新小区的链路，并向基站发送一个切换完成的信息。这时，就完成了越区软切换的全过程。,5.2.4 CDMA系统的软切换,This is the end of the CDMA section.,
