cdma 原理簡介
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CDMA 原理簡介. outline. CDMA Introduction CDMA Principles CDMA Implement : IS-95 CDMA Standard CDMA vs. GSM CDMA Reference CDMA Appendixes. CDMA Introduction – The acronym. CDMA = Code Division Multiple Access 分碼多重存取式 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
CDMA 原理簡介
outline
CDMA Introduction CDMA Principles CDMA Implement : IS-95 CDMA Standard CDMA vs. GSM CDMA Reference CDMA Appendixes
CDMA Introduction – The acronym
CDMA = Code Division Multiple Access 分碼多重存取式 CDMA 稱為展頻系統，頻展頻系統將傳輸資訊 ( 通
常是語音 ) 所需的頻寬展開至非常寬的無線電波並由空中介面傳輸。藉由將無線電波展開至極寬頻，可讓同頻或是鄰頻使用者所造成的干擾減至最低
CDMA 藉由指定不同的手機使用不同代碼的方式，允許多個使用者在同一時間使用同一個頻道
CDMA Introduction – The History
1985 ITU-FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems) 成立
1991 Qualcomm 發表一套 CDMA 系統測試結果，是當時 AMPS 的十倍容量
1993 IS-95 標準正式製定 1994 FPLMTS 改名 IMT-2000 1997 IS-95B 標準完成
CDMA Introduction – The development group CDG : CDMA Development Group
CDMA 發展組織 TIA : Telecommunication Industry
Association 電信產業公會 ETSI : European Telecommunication
Standards Institute 歐洲電信標準協會 Tl.Pl : Telecommunication Olanning Grolup
電信規劃組織
CDMA Introduction – 架構圖
CDMA Principles – 一個好的比喻 1/3
在室內一群參加宴會的人們 - TDMA
People
Person 1
Person 1
A
B
C
T1
T2
T3
TDMA 示意圖
CDMA Principles – 一個好的比喻 2/3
在室內一群參加宴會的人們 – FDMA
A
B
C
FDMA 示意圖
CDMA Principles – 一個好的比喻 3/3
在室內一群參加宴會的人們 - CDMA
People
Person 1
Person 1
A
B
C
英文
日文
中文
CDMA 示意圖
CDMA Principles – TDMA FDMA CDMA 比較圖
CDMA Principles – 關鍵技術 Coded channels 編碼頻道 Spread spectrum 展頻 Power control 功率控制 Soft Hand-Off 軟切換
CDMA Principles – 關鍵技術 – Uplink 簡圖
CDMA Principles – 關鍵技術 - Walsh Code
Orthogonal Code 正交碼 不同碼之間完全沒有相關 每個碼相加之後並不會干擾到另一個正交
碼 或稱華氏碼 (WC,Walsh Code) CDMA 使用 64 個正交的 Walsh Code
CDMA Principles – 關鍵技術 - PN Code 短碼 PN 短碼長度 2^15=32768 位元 CDMA 指定 512 個 PN 偏移，也就是 PN
偏移碼有 64 個位元 512*64=32768 。 手機由 PN 碼的偏移，來找到服務的基地台 用來分隔基地台和基地台的之間的區分 每個基地台和行動台都知道的標準
CDMA Principles – 關鍵技術 - PN Code 長碼 長度 2^42=4400 billion( 十億 ) 用來將編碼過的資料展頻 12288 位元 / 秒 長碼由行動台的電子序號所罩遮 使用前，必先確定行動台和基地台已經同
步 使用長碼 PN 產生器所產生
CDMA Principles – 關鍵技術 – 頻道編碼 Channel vs. Carrier FDMA : One carrier has one channel
CDMA : One carrier has several channels
一個載波頻率被分成 64 個華氏碼頻道 是以華氏碼來分，而不是以頻率或時間來
分，所以任一個華氏碼頻道有全部的頻寬 1.25MHz
1.25 MHz 是 IS-95 的標準
CDMA Principles – 正交編碼範例
CDMA Principles – DownLink CDMA Channel
CDMA Principles – UpLink CDMA Channel
CDMA Principles – 展頻技術 1/3
9.6 kb/s -> 1.2288 Mb/s – CDMA 標準 x(t) = data signal c(t) = spreading signal m(t) = message signal
CDMA Principles – 展頻技術 2/3
CDMA Principles – 展頻技術 3/3
隱蔽性好 : 由於展頻信號在很寬的頻帶上被展寬了，單位頻寬內的功率就很小。
安全性高 : 雙方必須先同步其 PN Code 才可解碼。
減少干擾 : 因使用正交編碼，所以無同頻干擾，並且可以增加用戶的容量。
CDMA Principles – 關鍵技術 – 功率控制 CDMA 對功率的依賴 確保所有行動台送到基地台的功率相同 每一行動台的功率被控制在可接受的最低
限度 功率正規化的動作幫助提高系統容量
CDMA Principles – 關鍵技術 – 軟切換 先與新的基地台接續好後再中斷原基地台
的通訊
CDMA Principles – 基地台容量 在 CDMA 系統中，用戶數的增加相當於背景雜訊
的增加，造成話音質量的下降。但對用戶數並無限制，操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。
SNR( 訊號雜訊比 )= 處理增益 -10*log 信號數目 處理增益 = 10*log ( 展頻後頻寬 / 訊號頻寬 ) 處理增益 = 10*log (1228800/9600) = 21 dB 在 Qualcomm 的系統中， SNR 必須大於 7 ～ 8d
B ，所以通道容量大約是二十個相同強度的信號。
CDMA Principles – 細胞結構 GSM Cell CDMA Cell
CDMA Implement : IS-95 800 MHz 的 CDMA
維持一個上下鏈分開為 45MHz 頻段的頻率，移動台傳送的頻率是 824-849MHz ，基地台傳送的頻率是 869-894MHz 。
CDMA Implement : IS-95 1900 MHz 的 CDMA
維持一個上下鏈分開為 80MHz 頻段的頻率，移動台傳送的頻率是 1850-1909MHz ，基地台傳送的頻率是 1930-1989MHz 。
CDMA Implement : IS-95 CDMA 重要縮語 FTC = Forward Traffic Channel 順向話務頻道 cell -> mobile PC = Pilot Channel 領航頻道 cell -> mobile SC = Sync Channel 同步頻道 cell -> mobile PgC = Paging Channel 呼叫頻道 cell -> mobile RTC = Reverse Traffic Channel 逆向話務頻道 mobile -> cell AC = Access Channel 存取頻道 mobile -> cell
CDMA Implement : IS-95 行動台狀態
開始
初始化
閒置
存取
通訊
結束通訊
CDMA Implement : IS-95 初始化得到系統資訊 開機時執行 行動台藉由調整 PN 短碼來找目前環境最強
的領航頻道 一旦找到了，行動台切換到華氏碼 1 ，即
切換到同步頻道利用同步頻道與基地台做時間同步
CDMA Implement : IS-95 閒置監視目前 CDMA 頻道的品質 必要時進入睡眠狀態節省電力
CDMA Implement : IS-95 存取狀態 行動台送出訊息回應基地台送出的引導訊息，註冊訊息和撥接電話
行動台藉由增加存取訊號的功率來嘗試存取系統
行動台監視 PgC 頻道 當接收到 PgC 的回應表示獲得系統的存取
允許
CDMA Implement : IS-95 通訊狀態 當行動台和基地台之間開始傳送使用者資
訊時，稱為通訊狀態得到指派的話務頻道 切換到指派的話務頻道 行動台發話
CDMA Implement : IS-95 行動台發話的步驟1. 在 AC向系統送出存取訊息2. 進入認證3. 基地台在 FTC 指定 WC給行動台4. 行動台在 RTC 指定 PN 長碼給行動台5. 切換至指派的話務頻道6. 調整行動台組態7. 開始通話
CDMA Standard – IS-95 IS-95 規格 :
資料傳輸率 9.6 kb/s
Chip Rate 1.2288 Mchips/s
頻道寬度 1.25MHz
CDMA Standard – W-CDMA W-CDMA = Wideband CDMA 歐洲和日本共同提出能夠架設在現有的 GSM 網路上 Chip Rate = 4.096 Mchips/s 。
CDMA Standard – CDMA-2000 CDMA 開發組織（ CDG ， CDMA Develo
pment Group）所發展出來。 CDMA-2000特別強調與 IS-95 的相容性。 Chip Rate = 3.6864 Mchips/s ，正是 IS-9
5 Chip Rate 1.2288 Mchips/s 的三倍
CDMA vs. GSM 1/3
通訊品質， CDMA 比 GSM 好。雖然兩者都是數位化系統，但因 CDMA抗干擾特性，空中傳輸過程訊號損失少。
塞車、斷訊問題， CDMA 比 GSM 來得少。CDMA 的每一個基地台容量大約是 GSM 的三倍。
基地台涵蓋範圍， CDMA 比 GSM 來得大。在涵蓋相同面積下， CDMA 所需的基地台數比 GSM 所需的基地台數少。
CDMA vs. GSM 2/3
加值功能，相差不多。GSM 系統可以提供的加值服務如語音、簡訊、數據、來話顯示、三方通話等， CDMA 系統都能做得到。
CDMA漫遊國比較少。目前使用 CDMA 系統的只有美、韓、日，不像 GSM 多達二百多個區域使用該項系統，就國際使用便利性來說， GSM 比 CDMA 較能廣為使用。
CDMA vs. GSM 3/3
ＣＤＭＡ系統的發射功率非常小，最大只有0.2mW瓦，正常通話時僅需 0.1mW ，即使與一隻普通燈泡相比，也僅相當於十萬分之一以下， 而 GSM 手機的最大發射功率為 2W ，也因此 CDMA 手機待機與通話時間較長 。註 : 無線市話的手機最大的發射功率為 0.2W 。
CDMA Reference
http://www.cdg.org/ CDG網站 http://www.3g-generation.com/index.htm
3G 技術 http://www.cdmaonline.com/ CDMA-Online
CDMA Appendixes - O-QPSK Offset Quadrature Phase Shift Keying Offset modulation was chosen in an effort
to reduce the envelop modulation of the RF signal and reducing performance requirements on the power amplifiers in the subscriber station.
CDMA Appendixes - 跳頻展頻 1/2跳頻展頻在同步且同時的情況下，發射與接收兩端以特定型式的窄頻電波來傳送訊號，為了避免在一特定頻段受其他雜訊干擾，收發兩端傳送資料經過一段極短的時間後，便同時切換到另一個頻段，由於不斷的切換頻段，因此較能減少在一個特定頻道受到的干擾，也不容易被竊聽。跳頻展頻所展開的訊號，可依特別設計來規避雜訊或重覆的頻道。
CDMA Appendixes - 跳頻展頻 2/2
跳頻訊號必須遵守 FCC（ Federal Communications Commission）的要求，使用 75個以上的跳頻訊號，且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔為 400ms，在802.11中最大時間間隔通常定為 250ms，也就是每秒跳頻 4次。
CDMA Appendixes - 直序展頻 直序展頻是將原來 1 個位元的訊號，利用 10
個以上的位元空間來表示，使得原來高功率、窄頻率的訊號，變成低功率、寬頻率。原先一個位元，展頻後用多少個位元來代表，這個數目稱為 Spreading Ration ，這個值越高，用能夠抵抗雜訊干擾，不過 Spreading Ration越低，則可以增加使用人數。 IEEE 802.11 的標準的 Spreading Ration 為 11 。
CDMA Appendixes - 跳頻展頻 vs. 直序展頻 跳頻展頻的優點在於成本較低 直序展頻傳輸距離較遠 跳頻展頻可用在低功率的短距離傳輸，如 Bluetoo
th 與 HomeRF；應用在無線區域網路上，則多半用在倉儲、醫院等特定用途的場所。
直序展頻一般是用在辦公室 ，或者是利用指向性天線作為建築之間較長距離的傳輸之用。