CDMA 基本原理
课程目标
学习完本课程，您将能够：
z
了解移动通信系统的发展与演进z
了解IMT-2000的一些基本知识；z
掌握CDMA 技术相比其它多址技术的优点；
z
了解WCDMA FDD模式的技术特点
3
移动信道的多径特征
zz
电磁传播－反射、散射和绕射无线环境中的信号衰减分成三部分：
ÎÎ
幅度衰减较大的路径损耗
伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化
衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落
Î
z
两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法
ÎÎ
瑞利分布（非视距传播）莱斯分布（视距传播）
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静态信道（static ）
户内信道
户外到户内人行道信道
车载信道
移动信道（moving ）
生死信道（birth-death ）典型无线移动信道的分类
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多址技术与双工技术
z多址技术：
时分多址
频分多址
码分多址
z双工技术：
时分双工
频分双工
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多址技术图示
传统多址技术
码分多址技术时间时间FDMA TDMA 频率
时间
CDMA
码字
14（直接扩频方式）
码分多址（CDMA ）
多用户共享同一频率，频谱利用率大大提高；
CDMA 系统是自干扰系统－系统内用户存在互相之间的干扰；
zzzCDMA 系统的用户容量是软容量，当用户数目增加时，对所有用户而言，系统性能下降；相应当用户数目减少时，系统性能提高；
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几个为什么
1. 为什么CDMA 系统更加抗干扰？
2. 为什么CDMA 系统更加保密？
3. 为什么CDMA 手机更加环保？
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码字的自相关和互相关
z不同用户采用不同的扩频码字x 1(t ) ，x 2(t )…
Î其自相关特性决定了多径干扰特性
Î其互相关特性决定了多址干扰特性
z自相关函数
ÎR (τ)=
z互相关函数
ÎV (τ)=
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CDMA 的码生成技术
z随机序列（贝努利序列）
Î
Î0和1个数各一半1或者0连续个数的概率，连续一个为1/2，连续两个为1/4，连续三个为1/8，…
Î
z移位序列和原序列有一半相同，另一半不同m 序列
Î
Î由移位寄存器生成是最大长度的线性移位寄存器序列，周期是2n -1（n 为移位寄存器长度）
其自相关函数只有一个最大值（延迟为零处），其他均为-1，单值性
20ÎÎ符合贝努利序列性质
Gold 序列
z
Gold 序列
ÎÎÎ
由两个优选的m 序列异或而成自相关函数有多值，没有m 序列好比m 序列多得多
z
由于Gold 序列具有良好的自相关性质，用于码分多址中区分基站和用户
Î
良好的自相关性质决定了其分段序列之间互相关很小，可以用于区分用户，进行多址
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扩频因子与业务速率
z
符号速率×扩频因子＝码片速率
ÎÎ
如WCDMA ，码片速率＝3.84MHz ，扩频因子＝4，则符号速率＝960Kbps ；cdma2000-1x ，码片速率＝1.2288MHz ，扩频因子＝64，则符号速率＝19.2Kbps ；
z
符号速率＝（业务速率＋校验码）×信道编码×重复或打孔率
Î
如WCDMA ，业务速率＝384Kbps ，信道编码＝1/3Turbo码，符号速率＝960Kbps ；
Î
cdma2000-1x ，业务速率9.6Kbps ，信道编码＝1/3卷积码，符号速率＝19.2Kbps ；
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CDMA 在无线信道中传输的优势
z
采用RAKE 接收机，有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应；
zzzzz
宽带传输系统，利用了信道的频率分集效果码字的多址传输，利用了多用户分集的效果
信号在信道中传输功率低，降低了干扰，提高了保密性扩频因子灵活变换，有助于多媒体等多速率并发业务的传输频谱效率高，优于以往的AMPS 和GSM ，频率复用系数WCDMA 为1，GSM 为1～18。
zzz
支持软切换和更软切换
支持新技术的应用，如多用户检测WCDMA 有下行发射分集，而GSM 没有
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第四章 覆盖容量增强技术
z z z
分集技术
智能天线技术 多用户检测技术
31
分集技术
z
是通过自然界无线传播环境中的独立（或至少高度不相关） 多径信号来实现的
z z
相对投资低廉 克服小尺度衰落（由移动台附近物体的复杂反射引起），可 以采用双天线接收分集
z
克服大尺度衰落（由于周围环境地段和地物的差别而导致的 阴影区引起），可以选择一个所发信号不在阴影区的基站－ 位置选择发射分集
z
发射分集技术还用来提高无线通信中单用户的峰值吞吐率
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分集技术
z
空间分集
Î Î
空间发射分集 空间接收分集
z z z
极化分集：利用水平分量和垂直分量的不相关性 频率分集：宽带信号 时间分集：以超过信道相干时间的时间间隔重复发射 信号，RAKE接收机，认为：一个码片时间>信道的相 关时间
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分集接收合并技术
z
最大比合并
Î
在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照适当的增 益系数，同相相加，在送入检测器进行监测
z
等增益合并
Î
在接收端由N个分集支路，经过相位调整后，按照相等的增 益系数，同相相加，在送入检测器进行监测
z
选择性合并
Î
在N个分集支路中选择具有最大信噪比的支路作为输出
34
不同多径分集的接收效果
1 1径瑞利 2径瑞利 5径瑞利 无衰落
0.1
BER
0.01
0.001
0.0001 5 10 15
35
SNR（dB)
覆盖增强技术
z z z
分集技术
智能天线技术
多用户检测技术
36
智能天线研究
现有结果：(Arraycomm，京瓷)
z
针对DCS-1800和PHS的产品，提高覆盖范围230% 降低要求基站数目70%，平均降低成本40%
z
实现关键：
多波束形成技术 自适应干扰抑制技术 空时二维的RAKE接收技术 多通道的信道估计和均衡技术
37
智能天线原理
z z
降低来自其他方向的干扰，提高所需信号方向的接收灵敏度 扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量
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智能天线的小区配置
全向小区
三扇区小区
智能天线小区
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智能天线的优点
z
智能天线可以对高速率用户进行波束跟踪，起到空间 隔离、消除干扰的作用；
z z
大大增加系统容量； 增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接 收质量；
z z z
提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量； 减少发射功率，延长移动台电池寿命； 提高系统设计时的灵活性。
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多用户检测技术
z
当前的CDMA 接收机基于RAKE 原理，将其他用户的干扰视为噪声
基于RAKE 的CDMA 系统的容量受干扰的限制
最优接收机是联合检测所有的信号，并将其他用户的干扰从期望的信号中减去（信号的相干特性是已知的，干扰是确定的）
多用户检测（MUD ）称为联合检测和干扰对消，降低了多址干扰，从而提高系统的容量
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z
z
多用户检测可以有效缓解远近效应问题
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课程总结
zz
本课程主要是对WCDMA 系统进行一个概要的介绍。首先介绍了第三代移动通信系统的由来，以及相关的演进策略、各种关键技术；接着对CDMA 的基本原理以及WCDMA 的FDD 模式进行了介绍。
z
通过本课程的学习，大家可以对3G 有个概括性的认
识，为后续的学习做好铺垫。
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