【正文】 CDMA 的基本性能對現(xiàn)在的關(guān)于 CDMA 的基本技術(shù)進(jìn)行一個總結(jié)和了解，同時對以后的移動通信的發(fā)展方向有一定的了解，這樣對以后工作學(xué)習(xí)有一定的幫助。 CDMA 系統(tǒng) 用戶發(fā)送的信息在經(jīng)過擴(kuò)頻碼的直接擴(kuò)頻之后，有用信號被展寬為具有偽 噪聲特性的擴(kuò)頻信息。 本課題在第 2 章介紹有關(guān) CDMA 的基本內(nèi)容：當(dāng)今使用 CDMA 的主要商用的通信系統(tǒng)； CDMA 與擴(kuò)頻通信之間的關(guān)系和 CDMA 系統(tǒng)的基本原理； CDMA系統(tǒng)中使用的基本擴(kuò)頻碼 (包括 M 序列、 GOLD 序列、正交 GOLD 序列和 Walsh函數(shù) )的理論和他們之中（ M 序列、 GOLD 序列、正交 GOLD 序列）的 MATLAB仿真的實現(xiàn)；與 CDMA 并列的多址技術(shù)。 曾瑩： CDMA 基本性能評估及仿真 3 第 2 章 CDMA 相關(guān)的系統(tǒng)和技術(shù) CDMA 主要應(yīng)用的系統(tǒng) 隨著高通公司的不斷努力和韓國政府的政策支持，全世界第一個國家級以CDMA 技術(shù)為主的商用移動通信系統(tǒng)在 20 世界 90 年代建成，并且取得了很好的應(yīng)用效果。 IS95 IS95 是由高通公司發(fā)起的第一個基于 CDMA 數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn) [3]。 IS95 也叫 TIAEIA95。 IS95 是一種直接序列擴(kuò)頻 CDMA 系統(tǒng)，它允許同一個小區(qū)內(nèi)的用戶使用相同的無線信道，臨近小區(qū)內(nèi)的用戶也可以使用相同的無線信道 [4]。前向鏈路中，來自不同基站的信號可以用不同的 PN 短碼偏置來區(qū)分。 ? 調(diào)制方式：前向鏈路采用 QPSK 調(diào)制方式 ,反向鏈路 OQPSK； ? 雙工方式： FDD； ? 信道編碼：采用卷積碼編碼和維比特譯碼，前向鏈路卷積碼的編碼效率為1/2，反向鏈路卷積碼的編碼效率為 1/3，卷積 碼的長度為 9. ? 同步方式：基站同步需要 GPS； ? 軟切換技術(shù)：只在相同頻率的小區(qū)進(jìn)行，移動臺先于目標(biāo)機(jī)站建立通信鏈路，在切斷與原基站的通信鏈路。 ? 可變速率生碼器及語音激活技術(shù)：大大提高了頻譜效率，非通話狀態(tài)時的速率是通話狀態(tài)時速率的 1/8；其次，它改進(jìn)語音質(zhì)量，采用 13kbit/s 聲碼器和 8kbit/s 聲碼器；它可以支持多個聲碼器同時工作。 CDMA 2021 系列 CDMA2021 系列是美國向 ITU 提出的 3G 標(biāo)準(zhǔn)，目的是增強移動通信系統(tǒng)對用戶提供數(shù)據(jù)的能力。CDMA2021 標(biāo)準(zhǔn)版本在 IS95A/B 基礎(chǔ)上發(fā)展到 CDMA2021 1x 之后出現(xiàn)兩個分支：CDMA2021 1x EV 和 CDMA2021 3x（即將 3 個 CDMA 載頻捆綁以提供高速率數(shù)據(jù)）。 CDMA2021 1x EVDO 系統(tǒng)專門為高速為無線分組數(shù)據(jù)設(shè)計， CDMA2021 1x EVDV系統(tǒng)則能夠提供混合高速數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)。事實上， cdma2021標(biāo)準(zhǔn)是一個體系結(jié)構(gòu)，稱為 cdma2021 family，它同樣還包含一系列的子標(biāo)準(zhǔn)。 ? 擴(kuò)頻碼：在擴(kuò)頻碼選擇采用相同 M 序列，通過不同相位偏置區(qū)分不同的小區(qū)和用戶 。前向鏈路中，用戶的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過長 PN 碼加擾，然后經(jīng)過 I 路和 Q 路映射、信道增益、功率比特?fù)舸┖?Walsh 碼擴(kuò)頻，最后進(jìn)行復(fù)擴(kuò)頻。 ? 調(diào)制方式：前向 QPSK，反向 BPSK。 曾瑩： CDMA 基本性能評估及仿真 5 ? 信道編碼：業(yè)務(wù)信道使用 Baseline 卷積碼（ 1/ 1/ 1/4， K=9）高速用 turbo碼；控制信道前向使用卷積碼（ 1/4， K=9），反向使用卷積碼（ 1/2， K=9）高速時用 turbo 碼。 ? 切換方式：支持軟切換和更軟切換 。 ? 功率控制：快速前向和反向功率控制。 ? 分組域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：在 cdma 2021 系統(tǒng)中，承載分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基本信道速率為，附加信道速率最大可達(dá) 。支持簡單 IP 與移動 IP 兩類模式。 WCDMA 寬頻碼分多址（ Wide band Code Division Multiple Access，常簡寫為 WCDMA）是一種 3G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使用的部分協(xié)議與 2G GSM 標(biāo)準(zhǔn)一致。歷史上，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會（ ETSI）在 GSM 之后就開始研究其 3G 標(biāo)準(zhǔn)，其中有幾種備選方案是基于直接序列擴(kuò)頻碼分多址的，而日本的第三代研究也是使用寬帶碼分多址技術(shù)的，其后以二者為主導(dǎo)進(jìn)行融合，在 3GPP 組織中發(fā)展成了第三代移動通信系統(tǒng)UMTS，并提交給國際電信聯(lián)盟（ ITU）。 ? 擴(kuò)頻碼：上行鏈路采用 252 1的 GOLD碼來區(qū)別不同用戶 ，下行鏈路采用 182 1的 GOLD碼來區(qū)別不同基站；同時采用可變長度的正交序列區(qū)分不同信道。 ? 雙工方式： FDD/TDD。 ? 基站同步方式： 支持異步和同步的基站運行方式。 ? 解調(diào)方式：導(dǎo)頻輔助的相干解調(diào)。 TDSCDMA 2021 年 3月， 3GPP 通過 R4 版本，由我國提出的 TDSCDMA 被接納為全球通信領(lǐng)域的正式標(biāo)準(zhǔn)。全稱為 Time Division Synchronous CDMA(時分同步 CDMA)，該標(biāo)準(zhǔn)是由中國大陸?yīng)氉灾贫ǖ?3G 標(biāo) 準(zhǔn)，1999 年 6月 29 日，中國原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）向 ITU 提出，但技術(shù)發(fā)明始于西門子公司， TDSCDMA 具有輻射低的特點，被譽為綠色 3G。 該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過 代的中間環(huán)節(jié)，直接向 3G 過渡，非常適用于 GSM 系統(tǒng)向 3G 升級。 但是， TDSCDMA 較前兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)略顯稚嫩，其主要技術(shù)特點如下： ? 擴(kuò)頻技術(shù)：時分同步 CDMA； ? 擴(kuò) 頻碼： OVSF碼；碼片速率為 。 曾瑩： CDMA 基本性能評估及仿真 7 ? 信道編碼：業(yè)務(wù)信道使用卷積碼（ 1/ 1/3， K=9）或者 turbo碼（ 1/3）；控制信道前向使用卷積碼（ 1/ 1/3/,K=9），反向使用卷積碼（ 1/ 1/3/,K=9）； ? 基站同步方式：基站間采用 GPS 或者網(wǎng)絡(luò)同步方式，降低基站間干擾。 ? 采用智能天線技術(shù)，提高了頻譜效率 。 ? 多時隙，具有上下行不對稱信道分配能力，適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。核心網(wǎng)絡(luò)基于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與它們的兼容性 。第三代移動通信系統(tǒng) IMT2021 的出現(xiàn)使得這些需求在一定程度上得到滿足。另一方面，數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā) 展是的正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)逐漸得到實用。 3 G P P 2C D M A3 G P PU M T S3 G P PG S MT D S C D M AC d m a 2 0 0 01 X1 x E V D OR e l 01 x E V D OR e l AW C D M AH S P D A /H S U P AG P R S /E D G EE v o l v e dE D G ET D S D M AW I F IL T EW i M a x4 GO F D M /M I M O+扁 平 I P網(wǎng) 絡(luò) 圖 21 蜂窩移動通信演進(jìn)路線 CDMA 的基本性能 在這里先介紹與 CDMA 密不可分的擴(kuò)頻通信技術(shù)，再介紹有關(guān) CDMA 所用的擴(kuò)頻序列的特性，最后介紹 CDMA 多址技術(shù)并列的多址技術(shù)。 CDMA 技術(shù)中文名字叫做碼分多址技術(shù)，碼分多址是在擴(kuò)頻技術(shù)基礎(chǔ)上所形成的不同碼序列實現(xiàn)的多址方式。起初是用于軍事對軍事信息的安全傳遞而發(fā)明的。并且隨著業(yè)務(wù)需求的增加，我們的通信系統(tǒng)越來越離不開CDMA。這里我們先定性地說明一下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論依據(jù) [9]。 E山 農(nóng)公式表明了一個信道無誤差地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。或者說在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比 NS 下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬 W的辦法來保持信道容量 C 不變。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來達(dá)到擴(kuò)展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)介紹 DSSS 是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端擴(kuò)展信號的頻譜，而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始 信息，是一種數(shù)字調(diào)制方法。 圖 22 直接序列擴(kuò)頻的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)框圖 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，偽隨機(jī)序列和正交編碼是十分重要的技術(shù)。 2． CDMA 擴(kuò)頻系統(tǒng)簡單模型介紹 我們以二元直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)為例，來討論擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 發(fā)射機(jī)輸出 BPSK 信號的表達(dá)式為 時鐘源 乘法器 調(diào)制器 發(fā)射機(jī) 載波 發(fā)生器 偽碼 產(chǎn)生器 混頻器 本地 振蕩器 時鐘源 偽 碼 產(chǎn)生器 調(diào)制器 解調(diào)器 中頻 放大器 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) ? ?)()(π2c o s)( 00 tttfAtf m ????? (25) 式中： 0f 為載波的中心頻率； A 為載波的 振幅； )(0t? 為載波的初始相位； )(tm? 為二進(jìn)制序列所控制的載波相位。若規(guī)定二進(jìn)制序列中的“ +1”對應(yīng)于0)( ?? tm ，而二進(jìn)制序列中的“ 1”對應(yīng)于 π)( ?? tm ，則有 ??? ?? ?? ”時當(dāng)二進(jìn)制序列為“ ”時當(dāng)二進(jìn)制序列為“ 1π2c o s 1π2c o s)(00 tftftf (26) 可見，這種調(diào)制信號可等效為一個只取 177。 )(td 和 )(tc 都是二進(jìn)制信號波形， 且都滿足式 (28)。在傳播過程中，傳輸信號受到各種信號和干擾噪聲的污染。進(jìn)入接收機(jī)的信號為 )()()()( 1 did TtstnTtstR ????? (210) 式中： )(1 dTts ? 為有用信號； s(t) 數(shù)據(jù)源 編碼器 m 序列 發(fā)生器 發(fā)射機(jī) 射頻 振蕩器 {an} d(t) c(t) cos(2?f0t+?) (a)發(fā)射系統(tǒng) 低通 濾波器 VCO m 序列 發(fā)生器 射頻 濾波器 R(t) r(t) v(t) 至數(shù)據(jù) 檢測器 (b)接收系統(tǒng) df? ?? dT? )?( dr Ttc ? 2cos[2?(f0+df?)t+?? ] 曾瑩： CDMA 基本性能評估及仿真 11 )(tn 是信道中的所有加性噪聲、工業(yè)干擾等； )( di Tts ? 表示同一擴(kuò)頻系統(tǒng)的多址干擾以 及其它無線電設(shè)備發(fā)出的信號，也包括有用信號本身的多徑延遲以及人為干擾信號（敵方的干擾）。 信號進(jìn)入收信機(jī)后進(jìn)行與發(fā)射端相反的變換，就可以恢復(fù)出傳輸?shù)男畔ⅰＲ话愣疾捎孟嚓P(guān)解擴(kuò)技術(shù)。 若采用相干解調(diào)，則接收系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如圖 23(b)所示。本地射頻壓控振蕩器輸出的信號為 ]?)?(π2c o s[2 0 ??? tff d，其振幅為 2。 設(shè)基帶濾波器的沖擊響應(yīng)為 )(th ，其帶寬與發(fā)射端數(shù)字信息信號帶寬相同，且射頻濾波器能無失真的處理信號 )(ts ，則基帶濾波器的輸出為 ? ??? ??????? d ααffTαcαrαthtv ddr ]?)?(π2c o s [2)?()()()( 0 (213) 如果圖 23(b)中相關(guān)器是理想的，并能有效地濾除二次諧波，且射頻濾波器和基帶濾波器都是線性的，則我們建立的模型也是線性的，即從接收機(jī)的輸入端到基帶輸出端，整個處理過程都是線性的。為了更好地理解擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)過程和擴(kuò)頻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，我們先只對有用信號進(jìn)行分析，假設(shè)其它干擾信號和加性噪聲都為零，這樣式 (211)可簡化為 ])(π2c o s [)()()( 0 ??????? tffTtcTtdtr ddd (214) 用式 (214)代替式 (213)中的 )(tr ，可得 d ααffTαcαffTαcTαdαthtvddrddd]?)?(π2c o s [2)?(])(π2c o s [)()()()(00????????????? ? ??? (215) 由于相關(guān)器是理想的并能有效的濾除二次諧波，利用 (212)式，當(dāng) ?????????????載波相位鎖定載波頻率鎖定擴(kuò)頻碼碼元同步??)()?(,?ddddrddffTtcTtcTT (216) 成立時，基帶濾波器的輸出信號為 ???? ??? d αTαdαthtv d )()()( (217) 從 (217)式可知，只要基帶濾波器能無失真的傳輸數(shù)字信息 )( dTtd ? ，經(jīng)基帶數(shù)字檢測器處理后，收信端就能恢復(fù)出發(fā)信端傳輸?shù)男畔???na 。對于各種干擾信號，如 )( di Tts ?? 和)(tn? ，它們和本地偽隨機(jī)碼不相關(guān)，在進(jìn)行相關(guān)處理的過程 中，干擾信號的能量