CDMA擴頻通信原理主講：侯春燕#2有關本課程的幾個問題教材及參考書：《擴頻通信》，田日才。清華大學出版社，2007年。《擴頻通信原理》，曾一凡，李暉。機械工業出版社，2005年。有關本課程的幾個問題為什么選本課程：2010年，3G移動通信業務已經迅速展開，CDMA技術是第三代移動通信系統的技術基礎，是高校通信專業學生需要熟悉并掌握的通信技術。工作或進一步深造的需要。#3有關本課程的幾個問題如何聽課：認真記筆記。沒有課后作業，掌握課堂習題很關鍵。#4教學目標[教學目標]：以CDMA為主線，從通信體質和應用系統兩方面介紹CDMA擴頻通信原理。[教學重點]：擴頻通信中的基本概念，偽隨機碼產生及性質，典型的CDMA移動通信系統的基本原理、關鍵技術及系統結構。[教學要求]：強調基本概念、基本原理，內容新，范圍廣，以現有的、正在發展的和未來發展的技術為主。#5教學內容第一章：擴頻通信的理論基礎第二章：擴頻系統的性能分析第三章：偽隨機編碼理論第四章：擴頻信號的產生與調制技術第五章：擴頻信號的解擴和解調第六章：擴頻碼的同步捕獲第七章：擴頻碼的同步跟蹤#61.1移動通信發展概述1.2CDMA技術1.3移動通信發展趨勢移動通信（MobileCommunication）移動體之間的通信，或是移動體與固定體之間的通信。“動中通”。#7緒論#8移動通信發展概述現代移動通信技術的發展歷史可以追溯到20世紀20年代,到目前為止,大致經歷了以下五個發展階段：第一階段從20世紀20年代至40年代,為現代移動通信的起步階段。在此期間,主要完成了通信實驗和電波傳播試驗工作,在短波頻段(3～30MHz)上實現了小容量專用移動通信系統,其代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統。這種系統話音質量差,自動化程度低,僅限于專用,不能與公眾網相連。#9移動通信發展概述第二階段是從20世紀40年代中期至60年代初期。在此期間,各種公用移動通信系統相繼建立。首先是1946年,美國貝爾系統在圣路易斯城建立的稱為“城市系統”的公用汽車電話網,這是世界上第一個公用移動通信系統。繼而,西德、法國、英國等國也陸續研制出了公用移動電話系統。這一階段的特點是開始從專用移動網向公用移動網過渡,自動化程度有所提高。特點：大區制；人工方式進行電話連接；用戶少，系統容量小，頻譜利用率低；設備中采用的是電子管。#10移動通信發展概述第三階段是從20世紀60年代中期至70年代中期。這一階段是移動通信系統改進和完善的階段。在此期間,各國陸續推出了改進的移動通信系統,其代表是美國的改進型移動電話系統——IMTS。特點：大區制；能自動選取頻道并連接到公用電話網，實現了用戶的全自動撥號；晶體管代替了電子管；工作頻段向高頻段發展；用戶容量增加到中等容量。這一階段的特點是使用了新頻段,采用大區制,實現了系統的中小容量,自動化程度進一步提高。#11移動通信發展概述第四階段是從20世紀70年代中期至80年代初期。在此期間,由于微電子技術及計算機技術的長足發展和移動用戶數量的急劇增加,促使移動通信得到了蓬勃發展。移動通信大發展的原因

1、微電子技術

2、移動通信新體制

3、微處理器、計算機技術移動通信發展概述1978年底，美國貝爾實驗室研制成功了先進移動電話系統（AMPS），建成了模擬蜂窩移動通信網。特點：蜂窩狀小區；用戶容量提高；頻段向更高頻段發展；采取集中控制交換，提高了信道利用率；語音質量接近市話標準；大規模集成電路應用。#12#13移動通信發展概述第五階段是從20世紀80年代中期到現在。這是數字移動通信發展和成熟的時期。在此期間,用戶數量急劇增加,頻率資源相對緊缺,第一代模擬蜂窩移動通信系統的缺陷日益暴露出來。針對這些問題,新一代的數字蜂窩移動通信系統被開發出來并得以廣泛應用。#14移動通信發展概述事實上,早在20世紀70年代末期,當模擬蜂窩系統還處于開發階段之時,一些發達國家就已著手數字蜂窩移動通信系統的研究。最典型的數字蜂窩移動通信系統是歐洲基于時分多址(TDMA)技術的全球通移動通信系統——GSM。另外還有北美的D-AMPS(IS-54)和日本的PDC等。這一階段的特點是用戶數量急劇增加,頻率資源日益緊缺,新體制、新技術、新業務層出不窮。#15移動通信發展概述基于TDMA技術的GSM、D-AMPS和PDC系統都屬于第二代數字蜂窩移動通信系統(2G)。在2G發展期間,一方面,移動通信用戶數目突飛猛進,通信產業日益成為各國經濟發展的支柱。另一方面,2G移動通信系統及相應的移動通信技術面臨諸多問題，比如:網絡利用空間日益狹小;收益增幅減緩;話音業務和低速數據業務不能滿足用戶需求,急需開發各種新型業務來吸引用戶;網絡漫游只限于國內及部分區域等。#16移動通信發展概述針對以上問題,碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統日益成為關注的焦點。事實上,當數字蜂窩網剛剛進入實用階段之時,美國Qualcomm公司就已推出了新的移動通信系統——CDMA。CDMA系統采用了擴頻通信技術,大幅度地提高了頻率利用率,具有容量大、覆蓋范圍廣、手機功耗小、話音質量高的突出優點,將移動通信技術推向新的發展階段。

擴頻通信技術：傳輸信息所用信號帶寬遠大于信息本身帶寬。#17移動通信發展概述—3G#18移動通信發展概述—3G第三代移動通信的提出：IMT-2000是第三代移動通信系統（3G）的統稱。第三代移動通信系統最早由國際電信聯盟（ITU）1985年提出，考慮到該系統將于2000年左右進入商用市場，工作的頻段在2000MHz，且最高業務速率為2000Kbps，故于1996年正式更名為IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。第三代移動通信系統是一種能提供多種類型、高質量多媒體業務，能實現全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網絡相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類通信的通信系統。#19移動通信發展概述—3G3G主流標準WCDMA由標準化組織3GPP所制定。CDMA2000體制是基于IS-95的標準基礎上提出的3G標準，目前其標準化工作由3GPP2來完成。TD-SCDMA標準由中國無線通信標準組織CWTS提出，目前已經融合到3GPP關于WCDMA-TDD的相關規范中。#20

移動通信發展概述—3G標準的發展趨勢

US-TDMAGSMPDCGPRSWCDMA/TD-SCDMAHSPDAEDGEWCDMA/TD-SCDMAIS-95ACDMAIS-95BCDMACdma20001Xcdma20003XDataOnly1XEV-DOData&Voice1XEV-DV#21移動通雹信發展李概述—3GIMT練-20狡00的目標全球統劇一頻段小、統一擋標準，抽全球無造縫覆蓋高效的紐奉頻譜效命率高服務融質量、鞋高保密副性能易于2G系統演進虹過渡提供多媒瞧體業務車速環誦境：1壩44kbps步行環境駐：384kbps室內環境毛：204攝8kbps#22移動通路信發展帳概述—3G網絡技術程控交換》》》NGN無線傳輸染技術（RTT）幀結構、錫信號格式捕、調制、企雙工、多鞠址、擴頻刺、糾錯、胞等等，是拆保證信號上正確傳輸錦的技術RTT是技術琴進步最唐快為特壓征無線傳輸覽技術確定殿了一代移岡動通信的享基礎1G：程控爽交換＋且模擬技努術（FDMA）/模擬話音2G：程控隸交換＋望數字技慶術（TDM磚A＋CDM攝A）/數字話音3G：程控絹交換/IP/澡NGN＋數字信蜘號處理技陵術（CDMA）/移動多柴媒體4G？？？勒？#23移動通信絨發展概述—3G2G和3G的區別業務：給從以話醫音為主刃發展到自以數據獸為主。容量：屠在同等干用戶數市量下3G系統容量謊要比2G系統高5倍以上。數據速率悠：從2.5臘G的大約100k語bps逐漸增加膝，從384k規bps》株》2Mb遙ps》》澆10Mb源ps》》搖100M識bps。復雜度：3G數字信匯號處理炸比2G（GSM）復雜10倍以上，載導致芯片本復雜。如GSM手機芯片薦為30MH功z的CPU＋30MI經PS的處理殼器；而3G手機芯片掘為150M易Hz的CPU＋500缸MIP毛S的處理器礎。要大大踢增加復還雜度又度不大增黑成本完滅全依靠駁微電子濕技術的籌進展。成本：3G設備價譽格：系俘統應當連低于GSM；終端相吹當。CDMA技術—多址方抬式多址接入武方式：解決在變無線通信攔環境的電掛波覆蓋區節內，如何危建立用戶根之間的無惠線信道的分連接。數學基礎：信號的習正交分割卵原理。無衡線電信號導可以表達各為時間、企頻率和碼類型的函數c(t):碼型函課數；s(f,t):時間和頻昨率函數。#241.2CDM寺A技術—多址方式頻分多然址（FDMA）：以傳輸乳信號的執載波頻啞率的不洗同劃分堡來建立醒的多址熟接入方舞式。時分多址魂（TDMA）：以傳輸信晨號存在的丹時間不同斯劃分來建撞立的多址疼接入方式吹。碼分多址撐（CDM股A）：以傳輸信賺號碼型的稼不同劃分曲來建立的童多址接入軋方式#25CDM陸A技術—多址方溝式#26CDMA技術—CDM佛A多址技前術的優期點CDMA多址技艦術原理基于擴爺頻技術換，將需禍要傳送賢的具有劍一定帶島寬的信貧息數據蜜，用一宗個帶寬匙遠大于烈信息帶掘寬的高豪速偽隨呀機碼進斃行調制福，再經結載波調屋制發送怒出去。據接收端讓使用完梁全相同傅的偽隨蒜機碼與腐接收的嗽寬帶信出號作相厲關處理場，即解朋擴，以戚實現信會息通信騎。CDMA允許所有科使用者同朝時使用全許部頻帶(1.2晃288M輛hz)，且把其解他使用者講發出訊號晚視為雜訊樂，完全不從必考慮到紡訊號碰撞(co梳lli玻sio黃n)問題。#27CDM噴A技術—CDM傾A多址技術蠢的優點CDM伸A多址技術窗的優點手機定位董。CDM懶A手機定爐位技術2011年已實現售突破，只抖要手機信喂號覆蓋區辛域都能實貿現GPS定位。系統容販量大。理論上蓄，在使凡用相同逗頻率資委源的情妨況下，CDMA移動網比留模擬網容織量大20倍，實蕉際使用就中比模蠻擬網大10倍，比GSM要大4-5倍。系統容蝕量的靈曠活配置夠。在CDMA系統中蔥，用戶放數的增咱加相當皺于背景柏噪聲的生增加，賭造成話誓音質量遠的下降悠。但對偵用戶數填并無限澤制，操支作者可佳在容量移和話音甜質量直坑接折中阿考慮。#28CDMA技術—CDMA多址技匆術的優潑點CDM弓A多址技術花的優點通話質匯量更佳洲。TDMA的信道結茅構最多只還能支持4kb的語音編繼碼器，CDM堡A的結構雁可以支安持13k鵲b的語音編債碼器。CDM針A系統的聲汽碼器可以膀動態地調錯整數據傳侵輸速率，耳并可根據汁適當的門熊限值選擇叼不同的電修平級發射彩。頻率規劃請簡單。用戶按不概同的序列朱碼區分，源所以相同嗎的CDM獻A載波可在牙相鄰的小毫區內使用漫，網絡規粒劃靈活，照擴展簡單顯。建網成本蠅下降。CDMA系統有著透容量大、像工作頻點殃較GSM低，因鐵此，在CDMA規劃中，CDMA的站間距剪一般較GSM稀疏。#29CDMA技術—CDMA多址技術樓的優點CDMA多址技術砌的優點網絡綠色嶼環保。CDM慌A手機是GSM手機平紹均發射盛功率的2/12政5,可以降低棗電磁波輻若射對人的周傷害，因剖此CDM主A手機更難加綠色刑環保。低功率滴譜密度頭。由于CDMA的關鍵股技術為矛擴頻通撈信技術害，所以進它的功尊率譜被店擴展的終很寬，伏從而功巴率很低桌，有兩證大好處團：防止需其他信葉道的干勾擾；堡防止干陡擾其他栽信道。#30CDM恨A技術—CDMA多址技協術的發撫展過程第二次志世界大羨戰期間戀。因戰捆爭的需練要而研堂究開發礎出CDM梨A技術，在其思想中初衷是仙防止敵底方對己助方通訊是的干擾珍，在戰您爭期間粱廣泛應姜用于軍遇事抗干醋擾通信灣，后來懂由美國栗高通公除司更新機成為商私用蜂窩辜電信技萌術。199旱5年，第娃一個CDMA商用系炸統（被顏稱為IS-9頓5A）被美水國高通放公司運灰行之后衛，CDMA技術理論潛上的諸多拆優勢在實穴踐中得到弦了檢驗，熱從而在北賊美、南美列和亞洲等繞地得到了些迅速推廣瞞和應用。全球許叼多國家績和地區傅，包括晝中國大號陸、中坊國香港顧、韓國矮、日本揚、美國嫁都已建巨有CDM怕A商用網絡崇。#31CDM擔A技術—CDMA多址技碌術的發害展過程在美國和追日本，CDM臂A成為國內熱的主要移擊動通信技律術。在美燦國，10個移動丹通信運姐營公司均中有7家選用CDM令A。到200媽6年4月，韓國貨有60%的人口成為CDMA用戶。中國聯鄭通于2002年1月8日正式墨開通了CDMA網絡并投客入商用，200殃8年10月1日后轉里由中國逮電信經槐營，手刷機號段樹為133、153、189及剛剛放隸號的180號段。#32CDMA技術—CDMA多址技愉術的發澤展過程CDMA技術的撥標準化數經歷了源幾個階劣段。IS-9湊5是cdm珍aON梳E系列標準摟中最先發禁布的標準乒，真正在循全球得到報廣泛應用績的第一個CDMA標準是IS-席95A，這一標低準支持8K編碼話音情服務。其后又撕分別出旦版了13K話音編捏碼器的TSB7異4標準，覺支持1.9G惡Hz的CDM聰AP誼CS系統的STD-士008標準，其渣中13K編碼話潮音服務口質量已透非常接黑近有線貞電話的杯話音質殺量。隨著移動析通信對數統據業務需火求的增長拔，1998年2月，美盯國高通運公司宣蛙布將IS-暈95B標準用甩于CDM您A基礎平臺賺上。IS-盒95B可提供CDMA系統性費能，并北增加用麥戶移動蝴通信設帆備的數烘據流量蔬，提供采對64k房誠bps數據業有務的支茫持。#33CDMA技術—CDMA多址技術涂的發展過徒程其后，cdm棵a20椅00成為窄帶CDMA系統向搏第三代綱系統過捏渡的標稿準。目前，我國荒提出的TD-撒SCD剛MA建議標準某與歐洲、雜日本提出界的W-C華DMA和美國蓄提出的cdm刮a20應00標準成托為世界學三大主胡流標準兄。#34移動通信澤的發展趨條勢第一代移備動通信從秒發明蜂窩和概念開始順，通過頻遵率復用增歷大了系統丸容量，實里現了語音茶移動通信狀。第二代移校動通信用卡數字技術償取代模擬喂技術，增紡加了數據碼業務。第三代移董動通信的躁頻帶利用蘭率更高，學每用戶比鞠特速率更驚大，并使顏移動通信紛與Int喝ern歌et進一步叛融合，觀為移動共中的人點們提供案廣泛的緒基于ip的多媒體扎業務。個人通碎信系統悄成為未滋來移動耳通信系莖統的大箱趨勢。陶個人通乳信系統斤是一個窗要求任冠何人能煌在任何路時間、殿任何地訴點與任紋何人進賤行各種摟通信的割通信系違統。#35移動通信悠的發展趨減勢第4代移動食通信系嬸統（4G）稱為廣帶逢接入和分川布網絡，央可在任何總地方寬帶負接入互聯費網，提供召信息通信戰以外的定叫位定時、季數據采集培和遠程控譜制等綜合臭功能，比3G更接近于祖個人通信暫。#36移動通登信的發揮展趨勢目前正淘在開發望和研制腐中的4G通信將具瓶有以下特疏征：通信速繁度更快覽。由于人我們研究4G通信的若最初目巴的就是煩提高蜂括窩電話丟和其他偽移動裝蹤蝶置無線鄰訪問Inte庭rnet的速率城，因此4G通信的礦特征莫褲過于它溜具有更算快的無帳線通信郊速度。碎專家預貿估，第鞋四代移請動通信拉系統的般速度可陸達到10-2碑0Mbi訊t/s，最高可紛以達到100搞Mbi往t/s。#37移動通信纏的發展趨碼勢網絡頻饑譜更寬財。要想使4G通信達氣到100陳Mbi淺t/s的傳輸觸速度，朱通信運違營商必屯須在3G通信網麗絡的基夠礎上對茅其進行紗大幅度中的改造照，以便記使4G網絡在旅通信帶兄寬上比3G網絡的雜帶寬高思出許多乞。據研治究，每頓個4G信道將占尾有100愛MHz的頻譜友，相當劇于WCD劍MA3G網絡的20倍。#38移動通信牢的發展趨石勢多種業務竟的完整融績合。個人通信府、信息系鳴統、廣播提、娛樂等屆業務無縫沉連接為一騰個整體，識滿足用戶篇的各種需魚求。4G應能集成微不同模式催的無線通駐信——從無線局倒域網和藍睡牙等室內憐網絡、蜂女窩信號、公廣播電視置到衛星通跡信，移動滿用戶可以詳自由地從詞一個標準尚漫游到另運一個標準先。各種業演務應用、毛各種系統謠平臺間的歌互聯更便倍捷、安全奇，面向不亮同用戶要姐求，更富臣有個性化釀。#39移動通信既的發展趨帆勢智能性能餅更高。第四代槽移動通汽信的智乎能性更握高，表顛現在4G通信的慮終端設繡備的設丟計和操餐作具有飾智能化讓。#40移動通攏信的發笛展趨勢兼容性醉能更平置滑。要使4G通信盡快她地被人們君接受，還護應該考慮崗到讓更多飛的用戶在旨投資最少透的情況下右輕易地過禿渡到4G通信。園因此，德從這個因角度來奶看，4G通信系統竟應當具備默全球漫游鹽、接口開嬸放、能跟竭多種網絡愉互聯、終戲端多樣化鑒以及能從2G、3G平穩過渡卵等特點。#41移動通信約的發展趨旺勢實現更高杰質量的多壓媒體通信辣。4G通信提征供的無柱線多媒爹體通信午服務將著包括語灶音、數足據、影張像等，漢大量信呈息透過爺寬頻的凱信道傳敢送出去泉，為此4G也稱為“多媒體沸移動通陸信”。#42移動通信號的發展趨創勢通信費用婚更加便宜虜。由于4G通信解決茂了與3G的兼容襖性問題誦，讓更狀多的現鈔有通信慮用戶能機輕易地懷升級到4G通信，因作此4G通信部及署起來泄就容易挎、迅速吐得多。眼同時在爭建設4G通信網落絡系統刷時，通塘信運營愁商們將別考慮直厭接在3G通信網絡通的基礎設索施之上，血采用逐步屠引入的方釣法，這樣托就能夠有謹效地降低奔運營成本駁。#43#44移動通踢信的未繡來根據國占際電信夏聯盟的死定義，4G技術應當隆滿足在固棕定狀態下穩數據傳輸陳速度達到1Gbp晌s，移動狀遍態下數據就傳輸速度工達到100M極bps。與3G相比，4G除了傳輸凱速度更快激、數據更夸完整外，個還可進行描多媒體操箏作。運用4G技術，過用戶可定以收看陣高清晰下、多頻瓜道電視搏，并遙短控家電寺。在不久的主將來WiFi（無線局事域網），WiM蓬ax（無線城塞域網），3G（無線