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宽带CDMA讲座(一)
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第一讲 导 论
§1 多址技术与CDMA
多址技术指的是众多用户如何共享传输媒体，它是任何空中接口设计的基础。基本的多址技术有三种：频分多址（FDMA），它是把系统总的频带分成若干个子频带，每个子频带再分配给每个用户；时分多址（TDMA），每个频分信道再分成若干时隙，然后把每个时隙再分配给每个用户；码分多址（CDMA），它给每个用户分配一个伪随机码（或称伪噪声码，因它具有近似噪声的自相关函数），该码具有优良的自相关和互相关性能。这些码序列是用来把用户信号变换成宽带扩展频谱信号（以后简称扩频信号）。在接收端，信号经接收机用相同的码序列将宽带信号再变换成原来的带宽。其他用户的宽带信号仍然是宽带信号。在这一过程中，如果有窄带干扰，则将受到抑制。TDMA和CDMA通常用FDMA来将它们的频带分成小的频道，然后再进行时分或码分。除了FDMA、TDMA和CDMA外，尚有正交频分多路（OFDMA），一种特殊的多载波系统；还有空分多址（SDMA），它用波束形成技术，把空间划分以获得多址能力。
CDMA一般用获得宽带信号的调制方式来进行分类。它们是直接序列（DS）扩频、跳频（FH）和跳时（TH）。DS-CDMA是由伪噪声序列与信息信号相乘而获得宽带信号。FH扩频是由伪噪声码序列来确定瞬时传输的频率。每一瞬间信号带宽是窄的，但不断跳变则占有大的带宽。它又分为快跳频（一个符号用多跳来传输）和慢跳频（一跳传输多个符号）。在TH扩频中，则由伪噪声码序列确定传输的时间。当然也可以把这几种扩频调制组合起来。但我们主要集中讨论DS-CDMA，因为它是第三代移动通信采用的技术。宽带CDMA是一种直接序列扩频的多址方式，信息被扩展为5MHz带宽或更宽的信号。
§2 移动蜂房系统
扩频信号在40年代末期主要用于军事通信，以达到抗干扰的目的。到70年代末期才开始应用于蜂房移动通信。80年代Qualcomm公司把DS-CDMA技术用于蜂房系统，成为今天的窄带CDMA IS-95标准。90年代宽带CDMA技术被用于第三代移动通信中。1980年开始第一代的模拟移动通信，它是用模拟信号传送语声服务。先后有AMPS、TACS和NMT等系统付诸应用。80年代又引入了数字传输的第二代数字移动通信系统。它比第一代系统有更高的频谱利用率，更好的服务和更先进的漫游功能。这些系统可传送话音和低速数据。现有GSM（全球移动通信系统）、PDC（个人数字蜂房）、IS-136（D-AMPS）以及IS-95（美国CDMA系统）等在运营的系统。第二代系统演进到能传输100～200kbps的数据率，采用电路交换或信包交换，称为2.5代系统。第三代系统则是能传更高的数据率和更灵活，同时向一个用户提供多种服务，具有不同的服务质量。
§3 第三代移动通信系统（3G）
工程上要求更高的数据率和更好的频谱效率是发展3G的主要推动力。在ITU，3G网络被称为IMT-2000，而在欧洲则称为UMTS。早在1985年ITU开始发展3G时称为FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）。IMT-2000空中接口要达到的主要目标是：
在144kbps时能达到全覆盖和全移动性，最好在384kbps时也能达到；在2Mbps时能达到有限的覆盖和移动性要求； 高的频谱利用率； 引入新的服务具有高度灵活性。
研究开发3G主要是日本、欧洲、美国、韩国等。日本和欧洲研制的是WCDMA和TD-CDMA系统。美国则开发能与IS-95后向兼容的宽带CDMA的cdma 2000和基于时分制的UWC-136。韩国开发的两种宽带CDMA技术与上述两种相似。
1992年世界无线电行政大会（WARC’92）决定给发展IMT-2000 230MHz带宽的频率。
§4 3G系统的空中接口技术
各国关于3G空中接口建议的标准有几种：
1. 宽带CDMA方案
带宽为5MHz或5MHz以上的CDMA称为宽带CDMA。选择5MHz带宽的理由是：①能达到144～384kbps的数据率，在有限的条件下还可达到最大峰值速率2Mbps。②频谱的缺乏，特别是在现有第二代频率内来应用。③5MHz带宽能分辨多径，增加分集效果和改善性能。
为了支持更高的数据率，也建议了更大的带宽：10、15到20MHz，宽带CDMA系统具有如下的优良性能：i）能提供多码率服务；ii）可传信包数据；iii）复数扩展；iv）相干上行链路；v）下行链路采用附加引导信道用于波束形成；vi）无缝隙的频率切换；vii）下行链路的快速功能控制；viii）可采用多用户检测技术。
2. TMDA方案
美国开发的UWC-136在1MHz带宽内有30kHz的确良136个信道和200kHz的TDMA载波带宽及1.6MHz带宽（136HS）。后者可达到2Mbps的数据率。
3. 复合CDMA/TDMA方案
欧洲在TD-CDMA中采用时分双工（TDD）。同时采用联合检测技术（joint detection）。该系统的主要参数是：多址方式TDMA/CDMA；基本信道间隔1.6MHz；载波码片速率2.167mchip/s；时分结构：8时隙/TDMA帧；16chips/符号；帧长4.615ms；数据调制QPSK/16QAM；扩频调制为线性GMSK。
4. 正交频分多路OFDM
OFDM应用多载波调制（MCM）原理。它将数据流分成多个比特流，它具有较低的比特率，用它再去调制几个载波。多载波CDMA（MC-CDMA）在频域中用给定的扩频码去扩展原始信号。每一子波有非频率选择性衰落。OFDM在蜂房系统中应用有如下好处：①灵活性：在每一小区中收发信机接入所有的子载波；②易于均衡：它是平衰落信道，因为OFDM符号大于最大延迟扩展。其主要缺点是高的平均峰值功率。
摘自《通讯世界》
§1 多址技术与CDMA
多址技术指的是众多用户如何共享传输媒体，它是任何空中接口设计的基础。基本的多址技术有三种：频分多址（FDMA），它是把系统总的频带分成若干个子频带，每个子频带再分配给每个用户；时分多址（TDMA），每个频分信道再分成若干时隙，然后把每个时隙再分配给每个用户；码分多址（CDMA），它给每个用户分配一个伪随机码（或称伪噪声码，因它具有近似噪声的自相关函数），该码具有优良的自相关和互相关性能。这些码序列是用来把用户信号变换成宽带扩展频谱信号（以后简称扩频信号）。在接收端，信号经接收机用相同的码序列将宽带信号再变换成原来的带宽。其他用户的宽带信号仍然是宽带信号。在这一过程中，如果有窄带干扰，则将受到抑制。TDMA和CDMA通常用FDMA来将它们的频带分成小的频道，然后再进行时分或码分。除了FDMA、TDMA和CDMA外，尚有正交频分多路（OFDMA），一种特殊的多载波系统；还有空分多址（SDMA），它用波束形成技术，把空间划分以获得多址能力。
CDMA一般用获得宽带信号的调制方式来进行分类。它们是直接序列（DS）扩频、跳频（FH）和跳时（TH）。DS-CDMA是由伪噪声序列与信息信号相乘而获得宽带信号。FH扩频是由伪噪声码序列来确定瞬时传输的频率。每一瞬间信号带宽是窄的，但不断跳变则占有大的带宽。它又分为快跳频（一个符号用多跳来传输）和慢跳频（一跳传输多个符号）。在TH扩频中，则由伪噪声码序列确定传输的时间。当然也可以把这几种扩频调制组合起来。但我们主要集中讨论DS-CDMA，因为它是第三代移动通信采用的技术。宽带CDMA是一种直接序列扩频的多址方式，信息被扩展为5MHz带宽或更宽的信号。
§2 移动蜂房系统
扩频信号在40年代末期主要用于军事通信，以达到抗干扰的目的。到70年代末期才开始应用于蜂房移动通信。80年代Qualcomm公司把DS-CDMA技术用于蜂房系统，成为今天的窄带CDMA IS-95标准。90年代宽带CDMA技术被用于第三代移动通信中。1980年开始第一代的模拟移动通信，它是用模拟信号传送语声服务。先后有AMPS、TACS和NMT等系统付诸应用。80年代又引入了数字传输的第二代数字移动通信系统。它比第一代系统有更高的频谱利用率，更好的服务和更先进的漫游功能。这些系统可传送话音和低速数据。现有GSM（全球移动通信系统）、PDC（个人数字蜂房）、IS-136（D-AMPS）以及IS-95（美国CDMA系统）等在运营的系统。第二代系统演进到能传输100～200kbps的数据率，采用电路交换或信包交换，称为2.5代系统。第三代系统则是能传更高的数据率和更灵活，同时向一个用户提供多种服务，具有不同的服务质量。
§3 第三代移动通信系统（3G）
工程上要求更高的数据率和更好的频谱效率是发展3G的主要推动力。在ITU，3G网络被称为IMT-2000，而在欧洲则称为UMTS。早在1985年ITU开始发展3G时称为FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）。IMT-2000空中接口要达到的主要目标是：
在144kbps时能达到全覆盖和全移动性，最好在384kbps时也能达到；在2Mbps时能达到有限的覆盖和移动性要求； 高的频谱利用率； 引入新的服务具有高度灵活性。
研究开发3G主要是日本、欧洲、美国、韩国等。日本和欧洲研制的是WCDMA和TD-CDMA系统。美国则开发能与IS-95后向兼容的宽带CDMA的cdma 2000和基于时分制的UWC-136。韩国开发的两种宽带CDMA技术与上述两种相似。
1992年世界无线电行政大会（WARC’92）决定给发展IMT-2000 230MHz带宽的频率。
§4 3G系统的空中接口技术
各国关于3G空中接口建议的标准有几种：
1. 宽带CDMA方案
带宽为5MHz或5MHz以上的CDMA称为宽带CDMA。选择5MHz带宽的理由是：①能达到144～384kbps的数据率，在有限的条件下还可达到最大峰值速率2Mbps。②频谱的缺乏，特别是在现有第二代频率内来应用。③5MHz带宽能分辨多径，增加分集效果和改善性能。
为了支持更高的数据率，也建议了更大的带宽：10、15到20MHz，宽带CDMA系统具有如下的优良性能：i）能提供多码率服务；ii）可传信包数据；iii）复数扩展；iv）相干上行链路；v）下行链路采用附加引导信道用于波束形成；vi）无缝隙的频率切换；vii）下行链路的快速功能控制；viii）可采用多用户检测技术。
2. TMDA方案
美国开发的UWC-136在1MHz带宽内有30kHz的确良136个信道和200kHz的TDMA载波带宽及1.6MHz带宽（136HS）。后者可达到2Mbps的数据率。
3. 复合CDMA/TDMA方案
欧洲在TD-CDMA中采用时分双工（TDD）。同时采用联合检测技术（joint detection）。该系统的主要参数是：多址方式TDMA/CDMA；基本信道间隔1.6MHz；载波码片速率2.167mchip/s；时分结构：8时隙/TDMA帧；16chips/符号；帧长4.615ms；数据调制QPSK/16QAM；扩频调制为线性GMSK。
4. 正交频分多路OFDM
OFDM应用多载波调制（MCM）原理。它将数据流分成多个比特流，它具有较低的比特率，用它再去调制几个载波。多载波CDMA（MC-CDMA）在频域中用给定的扩频码去扩展原始信号。每一子波有非频率选择性衰落。OFDM在蜂房系统中应用有如下好处：①灵活性：在每一小区中收发信机接入所有的子载波；②易于均衡：它是平衰落信道，因为OFDM符号大于最大延迟扩展。其主要缺点是高的平均峰值功率。
摘自《通讯世界》
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