(重邮信科版)第一部分 第一讲 CDMA2000无线通信原理基础

2008-1重庆重邮信科CDMA20001移动通信的无线接入何维（CYIT3G培训中心）[e-mail]申明：本资料仅作技术交流和学习使用，版权著作权等一切权利归作者及其所在单位所有。任何单位和个人不得用于任何商业用途。2008-1重庆重邮信科CDMA20002一、无线电波传播方式•电波传播方式1、直射波2、反射波3、地表面波发射天线接收天线①③②2008-1重庆重邮信科CDMA20003二、移动通信电波传播特性•1、快衰落•2、慢衰落基站天线34212008-1重庆重邮信科CDMA20004三、分集技术•宏分集•微分集1、频率2、时间3、极化4、空间5、角度6、场分量7、路径分集(RAKE)2008-1重庆重邮信科CDMA20005四、多址技术•FDMA•TDMA•CDMACDMA的基础是扩频通信2008-1重庆重邮信科CDMA20006CDMA基础2008-1重庆重邮信科CDMA20007•1、定义扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。•2、定义的意义①信号的频谱被展宽了2008-1重庆重邮信科CDMA20008②采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱③在接受端用相关解调（或相干解调）来解扩•3、扩频通信的理论基础①香农公式NSWC1log22008-1重庆重邮信科CDMA20009•②公式分析A、在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。B、扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。4、扩频通信的主要性能指标①处理增益各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频系统的处理增益Gp成正比，Gp表示了扩频系统信噪比改善的程度。即有2008-1重庆重邮信科CDMA200010式中，BW为扩频信号带宽，Bm为信息带宽；Rc为伪随机码的信息速率，Rb为基带信号的信息速率。•②抗干扰容限通信系统要正常工作，还需保证输出端有一定的信噪比，并扣除系统内部的信噪比的损耗，因此就引入抗干扰容限Mj，其定义如下：bcmWPRRBBGlg10lg10SopjLNSGM2008-1重庆重邮信科CDMA200011式中，(S/N)o中为输出端的信噪比；LS为系统损耗。例子：一个扩频系统中，伪随机码的速率是基带信号速率的100倍。要求最小的输出信噪比为6dB，系统损耗为3dB，则干扰容限为dBMj1136100lg10这说明，该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高11dB的范围内正常工作，也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于－11dB的环境下正常工作。2008-1重庆重邮信科CDMA200012•5、扩频通信系统的原理框图6、扩频系统的分类①DS-SS是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。②FH-SS用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，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，所以称为跳频。系统有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。所以，跳频系统也占用了比信息带宽要宽得多的频带2008-1重庆重邮信科CDMA200013•③TH-SS跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了很窄的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。2008-1重庆重邮信科CDMA200014•7、直扩系统的原理①信号时域波形与频域波形关系②可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信号。采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。直扩系统正是应用了这一原理，直接用重复频率很高的窄脉冲序列来展宽信号的频谱.8、扩频通信的主要特点①易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都得到了开发利用，仍然满足不了社会的需求。在窄带通信中，主要依靠波道划分来防止信道之间发生干扰。为此，世界各国都设立了频率管理机构，用户只能使用申请获准的频率。扩频通信发送功率极低(1～650mW)，采用了相关接收这一高技术，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率,也可与现今各种窄道通信共享同一频率资源。所以，在美国及世界绝大多数国家，扩频通信不需申请频率，任何个人与单位可以无执照使用。2008-1重庆重邮信科CDMA200015•②抗干扰性强，误码率低扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。在目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。③隐蔽性好，对各种窄带通信系统干扰很小2008-1重庆重邮信科CDMA200016由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。④具有多址能力，易于实现码分多址扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。2008-1重庆重邮信科CDMA200017如果让许多用户共用这一宽频带，则可大为提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。⑤抗多径干扰在无线通信的各个频段，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。在以往的窄带通信中，采用两种方法来提高抗多径干扰的能力：2008-1重庆重邮信科CDMA200018采用分集接收技术和梳状滤波器的方法。这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，这相当于梳状滤波器的作用。另外，采用频率跳变扩频调制方式的扩频系统中，由于用多个频率的信号传送同一个信息，实际上起到了频率分集的作用。⑥保密性好保密性是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机码进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确恢复发送的信息。而在不知伪随机码时破译是很困难的，所以使信息得到了保密。2008-1重庆重邮信科CDMA200019•9、扩频码序列①码序列的自相关特性m序列A1111-1-1-11-1-111-11-1B-11111-1-1-11-1-111-11(右移动一位）A×B-1111-111-1-11-11-1-1-1∑=-1A1111-1-1-11-1-111-11-1C1-11111-1-1-11-1-111-1（右移两位）A×C1-111-1-11-11-1-1-1-111∑=-1A1111-1-1-11-1-111-11-1D-11-11111-1-1-11-1-111（右移三位）A×D-11-11-1-11-1111-111-1∑=-12008-1重庆重邮信科CDMA200020A1111-1-1-11-1-111-11-1E1111-1-1-11-1-111-11-1A×E111111111111111∑=15PiiixxRx1)(②码序列的互相关特性walsh序列1）walsh序列的产生2）walsh序列的互相关特性M序列的自相关函数曾现明显二值特性，M序列具有理想的自相关特性。2008-1重庆重邮信科CDMA200021•W0-1-1-1-1-1-1-1-1•W1-11-11-11-11•W2-1-111-1-111•W3-111-1-111-1•W4-1-1-1-11111•W5-11-111-11-1•W6-1-11111-1-1•W7-111-11-1-11•W0×W11-11-11-11-1∑=0•W3×W71111-1-1-1-1∑=0•W4×W51-11-11-11-1∑=0PiiiyxyxR1),(2008-1重庆重邮信科CDMA200022Walsh序列的互相函数具有单值特性，Walsh序列具有理想的互相关特性。CDMA的示例：Signal11-10Signal2-1101Signal31111Signal4-100SpreadSequence1-1-1-1-11111SpreadSequence2-1-1-1-11111SpreadSequence3-111-1-1-111SpreadSequence4-1-1-1-11111SpeadModulation1-1-1-1-11111SpeadModulation2111-1-1SpeadModulation3-1SpeadModulation41111-1-1-1-10400-2-2-22CombinedSignalDeModulationSignal1DeModulationSignal2DeModulationSignal3DeModulationSignal410原始信息8阶Walsh函数扩频信号组合信号恢复原始信息1-1-11-11-11-11-1-111-1-111-111-1-111-1-1-1-1-11111-11-111-11-111-1-1-1-11-1-1111-1-111-1-111-1-111-11111-1-1-1-110040-2-22-211111111-1-1-1-1-1-1-1-1-111-1-111-11-1-111-1-1111-1-111-1-111-1-111-1-1-11-111-11-1-11-111-11-12008-1重庆重邮信科CDMA200024五、天馈线系统•天线的主要性能指标1、方向图2、方向性参数3、天线增益4、输入阻抗5、驻波比6、极化方式7、双极化天线隔离度•天线的选择2008-1重庆重邮信科CDMA2000251、城区内话务密集地区2、在郊区或乡镇地区3、在农村地区4、在铁路或公路沿线5、在城区内的一些室内或地下2008-1重庆重邮信科CDMA200026CDMA2000的无线业务2008-1重庆重邮信科CDMA200027一、短信业务•短信流程(一)、点对点短信流程2008-1重庆重邮信科CDMA200028BSBSCMSC/VLR短信互通MSCSMC业务接入口MSCHLRMSC/VLRBSCBSabcdefghijABCDEFGHIJKL2008-1重庆重邮信科CDMA200029(二)、扩展短信实体(ESME)短信流程BSBSCMSC/VLR短信互通MSCSMCabcdefghij短信网关(SMGW)服务器短信网关(SMGW)服务器应用服务器Internetnetwork计算机计算机计算机ABCDEF2008-1重庆重邮信科CDMA200030(三)、应用服务器与短信网关之间的通信协议A、SMPPB、CMPPC、SGIPD、SMGPE、CNGP2008-1重庆重邮信科CDMA200031发送短信：SMSC号码是+8613800250500，对方号码是1385187246