教学PPT-移动通信（第五版）（章坚武）第6章.pptx

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第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统1.引言2.CDMA空中接口协议层3.CDMA前向信道4.CDMA反向信道5.功率控制6.Rake接收机7.CDMA系统的容量8.CDMA登记9.CDMA切换过程第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统6.1引言CDMA是码分多址的英文缩写（CodeDivisionMultipleAccess），它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。

CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。

接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统6.1.1CDMA技术的标准化CDMA技术的标准化经历了几个阶段。

IS-95是cdmaOne系列标准中最先发布的标准，是真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准，这一标准支持8K编码话音服务。

其后,又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，它支持1.9GHz的CDMAPCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。

随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。

IS-95B可提高CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kb/s数据业务的支持。

其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。

cdma2000在标准研究的前期，提出了1x和3x的发展策略，随后的研究表明，1x和1x增强型技术代表了未来发展方向。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统CDMA是移动通信技术的发展方向,第三代移动通信（3G）的三大标准全部采用了CDMA技术。

在G阶段，CDMA增强型IS-95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。

但CDMA技术有其独到之处，在通话质量、掉话、辐射、健康环保等方面具有显著特色。

在.5G阶段，cdma2000-1XRTT与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上cdma2000-1XRTT高于GPRS，在新业务承载上cdma2000-1XRTT比GPRS成熟，可提供更多中高速率的新业务。

在2.5G向G技术体制过渡过程中，cdma2000-1X向cdma2000-3X过渡比GPRS向W-CDMA过渡更为平滑。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统2.CDMA系统的特点1.系统容量大2.软容量3.通话质量更佳4.移动台辅助软切换软切换的主要优点是：

1无缝切换，可保持通话的连续性。

2减少掉话可能性。

3处于切换区域的移动台发射功率降低。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统但同时，软切换也相应带来了一些缺点，主要有：

1导致硬件设备（即信道卡）的增加。

2降低了前向容量。

但由于CDMA系统前向容量大于反向容量，所以适量减少前向容量不会导致整个系统容量的降低。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统5.频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。

6.建网成本低CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统7.“绿色手机”普通的手机（GSM和模拟手机）功率一般能控制在600毫瓦以下，CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦，普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计，对人体健康没有不良影响。

手机发射功率的降低，将延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为“绿色手机”。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统8.保密性强，通话不会被窃听CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，要窃听通话，必须要找到码址。

但CDMA码址是个伪随机码，而且共有4.4万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容实在是太困难了。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统9.多种形式的分集分集是对付多径衰落很好的办法，有三种主要分集方式：

时间分集、频率分集和空间分集。

CDMA系统综合采用了上述几种分集方式，使性能大为改善。

各种分集方式归纳如下：

1时间分集采用了符号交织、检错和纠错编码等方法。

2频率分集本身是1.25MHz宽带的信号，起到了频率分集的作用。

3空间分集基站使用两副接收天线，基站和移动台都采用了Rake接收机技术，软切换也起到了空间分集的作用。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统10.CDMA的功率控制CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以，如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。

CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。

CDMA系统的功率控制除可直接提高容量之外，同时也降低了为克服噪声和干扰所需的发射功率。

这就意味着同样功率的CDMA移动台与模拟或TDMA移动台相比可在更大范围内工作。

CDMA系统引入了功率控制，一个很大的好处是降低了平均发射功率而不是峰值功率。

这就是说，CDMA在一般情况下由于传输状况良好，发射功率较低；但在遇到衰落时会通过功率控制自动提高发射功率，以抵抗衰落。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统11.话音激活典型的全双工双向通话中，每次通话的占空比小于35%。

在FDMA和TDMA系统里，由于通话停顿时重新分配信道存在一定时延，所以难以利用话音激活因素。

CDMA在不讲话时传输速率降低，减轻了对其他用户的干扰，这就是CDMA系统中的话音激活技术。

而CDMA的容量又直接与所受总干扰功率有关，这样就可以使容量增加一倍左右。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统6.2CDMA空中接口协议层图6-1给出了CDMA空中接口层结构。

CDMA信道包含反向CDMA信道（CDMA上行信道）和正向CDMA信道（CDMA下行信道）。

反向CDMA信道由接入信道和反向业务信道组成。

正向CDMA信道由寻呼信道和正向业务信道组成。

所有信道的信令都使用基于比特同步的协议。

所有信道上的消息都有一个相同的层格式。

最高层的协议是由一则消息和填充物（Padding）组成的封装信息。

填充物是为了在某些信道上让消息适合帧的装配。

其中的一个例子是业务信道中空缺突发（BlankandBurst）信令模式。

如果消息小于一帧，封装的是整一个帧，填充比特从消息比特的结束至帧的结束。

下一层的格式可能将信息分装成长度区域、信息和CRC校验。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-1CDMA空中接口层结构第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统6.3CDMA前向信道CDMA前向信道（也可称下行信道）由用于控制的广播信道和用于携带用户信息的业务信道组成。

广播信道由导频信道、同步信道和寻呼信道组成。

所有这些信道都在同一个1.23MHz的CDMA载波上。

移动台能够根据分配给每个信道惟一的码分来区分逻辑信道。

这个码分是经过正交扩频的Walsh码。

每个码分信道都要经一个Walsh函数进行正交扩频，然后又由1.228Mc/s速率的伪噪声系列扩频。

在基站可按频分多路方式使用多个CDMA前向信道（1.23MHz）。

图6-2给出了CDMA支持的不同前向信道。

如图所示，CDMA前向信道可使用的码分信道最多为64个。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统一种典型的配置是:

1个导频信道,1个同步信道,7个寻呼信道（允许的最多值）和55个业务信道。

但前向信道的码分信道配置并不是固定的,其中导频信道一定要有,其余的码分信道可根据情况配置。

例如，可用业务信道取代寻呼信道和同步信道,成为1个导频信道,0个同步信道,0个寻呼信道和63个业务信道。

这种情况发生在基站拥有两个以上的CDMA信道（即带宽大于2.5MHz）,其中一个为CDMA基本信道（1.23MHz）,所有移动台都先集中在该基本信道上工作。

此时,若基本CDMA业务信道忙,可由基站在基本CDMA信道的寻呼信道上发射信道指配消息将某移动台分配到另一个CDMA信道进行业务通信,该CDMA信道只需一个导频信道,而不再需要同步信道和寻呼信道。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-2前向信道结构第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-3CDMA前向信道结构6.3.1前向业务信道前向业务信道同时支持速率1（9.6kb/s）和速率2（14.4kb/s）的声码器业务。

图6-3描述了前向业务信道各功能模块的作用。

图6-4给出了速率1和速率2前向业务信道的产生。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-4速率1和速率2前向业务信道的产生第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统1.语音编码CDMA声码器是可变速率声码器，可工作于全速率，1/2，1/4和1/8速率。

通常对应于速率1和速率2分别有两种声码器：

工作于9.6kb/s数据流的8kb/s声码器和工作于14.4kb/s数据流的13.3kb/s声码器。

速率1包含四种速率：

9600，4800，2400和1200b/s。

速率2包含四种速率：

14400，7200，3600和1800b/s。

当速率2是可选时，移动台不得不支持速率1。

信道结构对于速率1和速率2是不同的。

两种声码器都能进行语音性能检测和减少在系统中受到的干扰。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-5速率1的前向/反向业务信道帧结构第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图6-6速率2的前向/反向业务信道帧结构第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统从声码器得到的信息为每帧20ms。

速率1声码器的全速（9600b/s）输出速率为8.6kb/s，每20ms编码为172bit。

帧质量指示F（循环冗余码校验，CRC）与编码尾比特T（8bit）加在声码器输出的信息比特之后。

帧质量指示有两个目的：

一是允许接收机在所有172信息比特上计算了CRC后，确定是否有帧发生错误；二是帮助确定接收帧的数据速率。

9600b/s帧是每20ms有192比特（172+12+8）被传输产生的。

其中，12bit为帧质量指示，8bit为尾比特。

同样的过程产生在4800b/s帧上。

2400b/s和1200b/s帧没有帧质量指示的比特字段，这是因为这些帧相对抗误码性能较强，且发送的大多数信息是背景噪声。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统2.卷积编码卷积编码通过提供纠错/检错能力为信息比特提供保护。

同步信道、寻呼信道和前向业务信道在发送前应进行卷积编码。

采用1/2比率，约束长度K为9的卷积编码器（见图67，图中T为移位寄存器）。

速率1和速率2的帧被送入1/2比率卷积编码器。

一个1/2比率卷积编码器用两符号代替每一个输入比特。

对于约束长度为9的卷积编码器，其延迟长度为8。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统图67采用1/2比率,约束长度K为9的卷积编码器第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统3.符号重复符号重复器跟随在卷积编码之后，它根据需要重复数据，速率1产生19.2kb/s，速率2产生28.8kb/s的速率。

对于速率1，如果输入是19.2kb/s，符号不重复；如果输入是9.6kb/s，则每个符号出现两次；如果输入是4.8kb/s，则每个符号出现四次;以此类推。

符号重复为无线信道抵抗衰落提供附加的措施，可增加接收的可靠性。

重复符号比全速率符号的功率电平低。

由于所有符号总功率是一样的，因此各符号功率减少了。

导频信道没有该过程。

对于同步信道，每个经卷积编码后的符号，在块交织前应重复一次（每个符号连续重发）。

寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。

第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统4.符号抽取此符号抽取过程