cdma讲稿.pptx

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1、CDMA（IS-95A）讲座CDMA基础知识中国联通CDMA简介CDMA手机原理及技术指标CDMA的历史CDMA是Code-Division Multiple Access的缩写，这是一种采用扩频（spread-spectrum）的数字蜂窝技术。1989年，美国蜂窝电信工业协会（CTIA）提出了对下一代无线业务的用户性能要求1989年，美国高通（QUALCOMM）公司提出了一套符合CTIA要求的CDMA系统，1991年12月发布了现场试验结果1992年，CTIA要求TIA（电信工业协会）准备框架性文件，TIA建议TR45委员会从事宽带扩频数字技术有关的标准化工作1993年7月，TIA投票接受了

2、IS-95作为CDMA空中接口标准IS-95是将IS-553 AMPS和CDMA功能集合在一起的一个双模式技术标准1995年，第一个商用CDMA网络在香港开始运行CDMA的历史1995年，TIA投票通过了一个修订版标准IS-95A，该标准为CDMA增加了附加的功能，增加了新的语音编解码器和扩展消息 CDMA标准的体系结构IS（Interim Standards，暂定）系列标准，时限是3年，三年内必须进行以下三个过程之一：再确认、修订、废除。经过多年的开发修订，以IS95为代表的窄带CDMA系统系列标准已经日趋完善。几个比较重要的标准：IS-95A 空中接口 CDMA标准的体系结构IS-97A双

3、模基站推荐的最低性能及测量IS-98A 800M双模台的最低性能及测量IS-820 UIM卡 描述名词：CDMAONE是CDG（CDMA DEVELOP GROUP 一个由CDMA厂商和运营商成立的组织）的一个商标，特指基于IS-95的CDMA系统。第三代移动通信标准IS-95A只是窄带CDMA,本质上和GSM一样属于第二代移动通信。第三代移动通信都是宽带通信注重于数据传输和多媒体应用。第三代移动通信标准主要有以下几种：美国高通公司提出的CDMA2000标准，可以从IS-95平滑过渡。欧洲厂商(爱立信、诺基亚等)提出的WCDMA(wideband CDMA），注重同 GSM的兼容性。中国大唐电

4、信集团提出的TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)标准。一项由我国科学家自主研发的第三代移动通信系统技术（大区域同步码分多址接入技术），日前在兆的带宽上实现了上行bps、下行bps的数据传输速度，不仅领先于其它第三代移动通信技术，而且在性能上完全满足并大大超过国际电联规定的指标。（值得关注！）CDMA（IS-95）基础知识CDMA的优点CDMA的理论基础CDMA使用的各种码CDMA的信道种类CDMA信道的生成TDMA和FDMA的缺点以往多址方式的缺点：无论是FDMA还是TDMA都是在有限的时间隙或频点上通信，容量受限。频谱利用率低，相同频率在相邻小区不能使用。CDMA的优点同一时间，同一频率

5、，不同的码。频谱利用率高，无须频率规划，频率复用系数为1。宽带扩频通信，所传信号带宽远大于所传信息带宽，具有抗干扰，保密性好的特点。CDMA的优点是一个自扰系统，软容量，可以通过降低通话质量来加大容量。采用了一系列新技术，如软切换、可变速率语音编码器、先进的功率控制、RAKE接收机等。CDMA的理论基础香侬定理：C=W*log（1+S/N），由此可以得出：只要有足够的带宽W，就可以在很低的信噪比下通信，有用信号完全可以淹没在噪声中，抗干扰、保密。Bit：是二进制基本信息单元，二进制信息速率用b/s或kb/s表示。“字符”（SYMBOL）为数据信息段，由若干比特组成，含有明确物理意义，符号速率用

6、每秒符号数s/s或ks/s表示。“CHIP”为码片，扩频码的每个bit可称为一个chip。相关系数：描述两个信号相似程度的函数，为零就是不相关。正交调制：利用一组互相正交的码或信号对原始信号进行调制的方法。扩频和解扩在TACS中一个信道宽30KHz，GSM的物理信道宽200KHz，而CDMA中是1.25MHz。CDMA使用的码Walsh codeLong codeShort codeWalsh Code及其作用Walsh Code由HADAMARD 函数产生。Walsh Code是正交码，也就是他们任意两个码互相正交，互相关函数为零。优点是容易生成，使用方便。缺点是存在很大的自相关旁瓣，且分布

7、不均匀，而且需极其严格的同步，如2#和3#之间只差一个移位。Walsh Code 的作用：在前向信道用来作扩频码(9.6k to 1.2288M).Walsh Code用来标识信道。其中0#用于Pilot Channel，1到7用于Paging Channel 32#用于Sync Channel，其余用于Traffic Channel。在反向信道用来作正交调制。HADAMARD函数HADAMARD函数由法国数学家HADAMARD提出。用来产生WALSH CODE。IS-95中用的是64位长的WALSH CODE.Pseudo-Random Noise Sequence（伪随机序列）又叫PN序列

8、通常由m序列产生。m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。是由n级的移位寄存器加上线性反馈组成：0011101001如果是n个移位寄存器，则长度为2n-1且一直循环下去。PN序列具有类似于噪声的统计特性（伪随机性），且互相关性非常小。在CDMA中加m序列上掩码后形成长码和短码。掩码（Mask）掩码用来使PN序列产生时间上的移位或叫偏置。如下例产生的序列和原来的相比有3个移位。0011101001.0011101001.110MASKLong Code With Mask424140 21长码由42个移位寄存器加反馈电路产生342 41 40 3 2 1长码的周期为242-1，约41天重复一次

9、，所以安全，很难破译。数据率：1.2288Mchip/sec长码的掩码有42位，其中32位由用户的手机号码而来，所以长码用来标识用户,所有移动台的长码只有一个，只是掩码不同。作用：反向信道用来扩频，正向信道用来扰码。MASKoutputShort Code With Mask短码是由15个移位寄存器加反馈形成的。周期为215-1，每2667 ms重复一次。短码加上掩码用来标识基站或基站中的扇区。CDMA完全是通过各种码来实现多址接入的。只有用相关的码才能解调出有用信号，别的正交码只能解调出噪声。CDMA中的扩频和解扩都用到正交码。码在CDMA中的作用在CDMA中依靠各种不同类型的码来实现通信。

10、WALSH码用来标识信道。在CDMA中一个1.25MHz宽的物理信道被分成64个逻辑信道。如导频信道用WALSH 0#码，同步信道用WALSH 32#码。长码用来区别不同的用户。短码则用来区别不同的基站。CDMA系统中使用相关器，只有相关的码才可以解调出有用信息。CDMA（IS-95A）中的信道在CDMA中分为前向和反向信道前向是从基站到移动台反向是从移动台到基站前向信道前向链路有四种，用来传送语音和命令。它们是:导频信道Pilot channel同步信道 Sync channel寻呼信道 Paging channel业务信道 Traffic channel导频信道Pilot channel是

11、所有信道中最强的，一直发送。是有无CMDA系统的标志，手机开机后首先搜索它。导频信道给手机提供时序。是开环功率控制的依据。移动台通过检测周围不同基站发出的导频来进行越区切换。使用WALSH CODE 0#。同步信道（Sync channel）使用WALSH CODE 32#，不含长码。在导频PN的零时刻，移动台利用WALSH CODE 32#解调同步信道。同步信道包含以下信息：PN OFFSET，系统时间LONG CODE STATE PAGING CHANNEL DECCRIPTION，SYSTEM/NETWORK ID 寻呼信道（Paging channel）寻呼信道使用WALSH COD

12、E 17#。从同步信道得到PN OFFSET后，移动台就可以解调出寻呼信道。寻呼信道包含：Channel List,Neighbor networks list,Access 参数前向业务信道业务信道用来传送语音和控制命令。前向和反向业务信道间隔为45MHz。通话结束后，业务信道被释放，移动台重新回到寻呼信道等待命令和寻呼。反向信道反向链路有两种，用来传输语音和控制信息。两种信道是：:接入信道 access channel反向业务信道 reverse traffic channel接入信道（Access channel）当移动台未分配业务信道时，守候在寻呼信道上。用来：向网络注册 发起呼叫对基

13、站的寻呼和命令发出响应 向基站发送 overhead messages 反向业务信道（Reverse link traffic channel）反向业务信道只在通话中使用，用来传输语音和 overhead control information。几个基本概念IS-95A中有两种可变速率声编码器8k和13k，对应的输出速率为RATE SET1和RATE SET 2，数据率随语音活性而定，每20ms为一帧。使用可变速率声编码器的原因是在通话过程中语音是断续的。RATE SET1:9600/4800/2400/1200BpsRATE SET2:14400/7200/3600/1800Bps卷积编码是

14、一种产生冗余的编码，使输出的码具有纠错能力。交织使相邻的比特有规律地分散开，避免整块连续的坏码。声编码器可参考IS-127Forward Traffic Channel GenerationReverse Traffic Channel Generation功率控制功率控制的目的：克服远近效应，使每个用户发的信号到达基站处的Eb/No不超过可接受的最小值，使系统容量最大。功率控制的实现功率控制有两种：开环和闭环。开环和闭环功率控制是同时进行的。开环功率控制假设正向和反向信道的衰减是相同的：TX+RX=-73dBm，由移动台自己决定，无时延但不精确。实际上由于双工间隔45MHz，前向和反向的衰减

15、是不同的。因此引入闭环功率控制，每秒800次，每次1dBm，最大调节范围是+/-24dBm，有时延但精确。基站通过测量Eb/No，来发送功率控制比特，0增加，1减小。当功率到达预期值后，基站交替发射0和1，以使移动台保持功率。软切换CDMA支持3种切换方式：Soft handoff Softer handoff Hard handoff 统一的频率复用和RAKE接收使软切换成为可能。多径效应RAKE 接收用来克服多径效应，将不同时延的信号解调后对齐相加，增强接收效果。移动台接收并合并最强的三个多径信号。接收和解调中国联通CDMA网络简介已于2002年1月8日放号，覆盖全国300个以上重要城市和

16、地区，网络规模达1500万户左右。采用IS-95A增强型技术,但是只采用CDMA800M单模式。采用机卡分离技术，UIM卡(user identify module).增强型即支持智能网（如预付费业务）、短消息增值业务.支持移动互连网和数据服务的接入方法。可通过升级软件和更换信道板等更为经济的方式向CDMA1X平滑过渡.中国联通CDMA网将着重提供基于移动数据和短消息的无线上网、移动秘书、电子商务/移动购物、财经黄页交通信息、移动办公自动化系统、可视电话、定位服务、娱乐信息广播点播、网上下载音乐、图片传递和基于移动智能网的缩位拨号、内部广播、移动会议系统等新业务。UIM卡简介UIM(User

17、Identity Model)用户识别模块，是由中国联通公司倡导并得到国际CDMA发展组织(CDG)支持的移动通信终端用户识别及加密技术。UIM卡的功能类似于全球通(GSM)手机中使用的SIM卡，可进行用户的身份识别及通信加密，还可以存储电话号码、短信息等用户个人信息。CDMA系统的UIM卡采用与GSM系统相同的物理结构、电气性能和逻辑接口,并将在SIM卡的基础上，根据CDMA系统的要求，增加相关的参数和命令，以实现CDMA系统的功能。CDMA系统在UIM卡中存储的信息可以分为三类：一是用户识别信息和鉴权信息，主要是IMSI号码和CDMA系统的专有的鉴权信息，其中包括A-Key、SSD-A和S

18、SD-B。第二类是业务信息，CDMA系统中与业务有关的信息存储在HLR中，这类信息在UIM卡中并不多，主要有短消息状态等信息。UIM卡简介第三类是与移动台工作有关的信息，包括优选的系统和频段，归属区标识（SID、NID组）等参数。除上述保证系统正常运行的信息以外，用户也可以在UIM卡中存储自己使用的信息，如电话号码本等。可参考PN-4582 UIM卡建议卡建议.可参考中中国国联联合合通通信信有有限限公公司司800MHz CDMA数数字字蜂蜂窝窝移动通信网移动通信网UIM卡技术要求（增强版第一卡技术要求（增强版第一二分册）二分册）IS-95A、B和CDMA2000 1X比较目前以IS-95为代表

19、的窄带CDMA系统系列标准已经日趋完善。IS-95B与IS-95A的重要区别在于可以捆绑多个信道。并支持分组交换，提供的数据传输率可达64kbps。当不使用辅助业务信道时，IS-95B与IS-95A是基本相同的，可以共存于同一个载波中。cdma2000 1X则有较大的改进，cdma2000与IS-95是通过不同的无线配置（RC）来区别的。cdma2000 1X系统设备可以通过设置RC，同时支持1X终端和IS-95AB终端。Cdma2000也支持分组交换。提供的数据传输率可达307.2kbps。因此，IS-95AB1X可以同时存在于同一载波中可以同时存在于同一载波中。IS-95可以向可以向CDM

20、A2000 1X平滑过渡，平滑过渡，CDMA2000 1X向下兼容向下兼容IS-95A/B。WCDMA由欧洲厂家提出，注重于由欧洲厂家提出，注重于GSM的兼容和过渡。的兼容和过渡。CDMA解决方案CDMA手机原理框图MSM3100 芯片集是美国高通公司推出的解决方案。支持CDMA/AMPS双模式,双频段800M和1900M。主要由以下几个芯片组成：RFR3100：接收前端,完成低噪声放大和混频。IFR3000:收信芯片，将接收中频解调为基带信号。RFT3100:发信芯片，将基带信号调制到射频上。MSM3100:数字基带，包括DSP和MCU，以及各种接口。PM1000：电源管理，包括充电电路，电

21、压调节器，RTC，电池监测等。高通公司还有其他方案，但是基本结构都差不多。RFR3100原理框图RFR3100的功能RFR3100的作用是将双工器送来的射频信号经放大和混频后形成接收中频（RX IF)信号。PLNA_IN:PCS频段(1900M)接收信号输入端CLNA_IN:CELL频段(800M)接收信号输入端PLNA_OUT:PCS频段(1900M)LNA输出端CLNA_ OUT：CELL频段(800M)LNA输出端PMIX_IN:PCS频段(1900M)混频器输入端RFR3100的功能CMIX_IN:CELL频段(800M)混频器输入端LO_IN:本振信号输入端CDMA_IFP 和CDM

22、A_IFM:CDMA中频信号输出端FM_IFP和FM_IFM:AMPS中频信号输出端SLEEPB和IDLEB:睡眠和空闲模式控制端SET1和SET2:开关的控制端VGC1和VGC2：LNA增益控制端IFR3000原理框图IFR3000的功能IFR3000的功能主要是将RX IF信号经AGC放大后第二次混频形成模拟基带信号，模拟基带经ADC转换后形成数字基带信号。AGC放大器的有90dB的动态范围CDMA_IF和CDMA_IF/:CDMA AGC放大器输入端FM_IF和FM_IF/：AMPS AGC放大器输入端VCONTROL:AGC放大器增益控制端RXQD3:0和RXID3:2:CDMA基带I

23、、Q信号输入端Q_OFFSET和I_OFFSET:I、Q信号的偏置电压RXVCO_T1和RXVCO_T2:接收二本振输入端RXVCO_OUT:接收二本振输出端，去锁相环RFT3100原理框图RFT3100的功能RFT3100的功能主要是将MSM3100送来的数字基带信号经过正交调制后再两次变频到最终的TX RF信号，送到PA.TX_I和TX_IN:TX I信号输入TX_Q和TX_QN:TX Q信号输入MSM3100原理框图MSM3100的功能MSM3100是CDMA手机的心脏，它由以下几部分组成：ARM7TDMI处理器，手机的控制单元，并通过总线和FLASH、SRAM、EEPROM联系。键盘、

24、显示、振铃接口集成USB、UART1、UART2接口，可与计算机连接MSM3100不含UIM控制器，更新的MSM5105已可支持UIM卡支持EVRC,13K QCELP VOCODERRF INTERFACE、SBI 接口PM1000原理框图PM1000的功能CDMA手机的性能指标CDMA移动台遵循EIATIAIS一一98A双模双模 CDMAAMPS移动移动台最低性能标准台最低性能标准 或YD/T 1028-1999 800MHZ CDMA数字蜂窝移数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：移动台部分动通信系统设备总技术规范：移动台部分。主要规定了移动台接收机和发信机的最低性能要求和测试方法收信指标

25、频率要求捕获性能要求接收机灵敏度和动态范围杂散发射发信指标频率要求切换调制要求杂散发射参考资料ROHDE&SCHWARZ Cdmatech.pdf and cdmaone Theory MeasurementYD/T 1028-1999 800MHZ CDMA数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：移动台部分YD/T 1030-1999 800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网接口技术要求：空中接口TIA IS-95A Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular SystemTIA IS-98A Recommended Minimal Performance Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System