第八章CDMA移动通信系统一课件.ppt

1、第第8章章 CDMA移动通信系统移动通信系统（一）（一）8.1 8.1 概述概述 8.2 CDMA8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量蜂窝通信系统的通信容量8.3 IS-95 CDMA8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输蜂窝系统的无线传输 * *8.4 IS-95 CDMA8.4 IS-95 CDMA蜂窝系统的消息格式和信道结构蜂窝系统的消息格式和信道结构 8.5 IS-95 CDMA8.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的控制功能蜂窝系统的控制功能 内容提要内容提要8.1 概概 述述 CDMA是码分多址的英文缩写（CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS)。它是在

2、数字扩频技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术Qualcomm（高通）公司发明，IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne1993年7月，北美电信工业联合会（TIA）把 CDMA系统的公共空中接口IS-95定为数字蜂窝移动通信标准，1995年开始商用现为仅次于GSM发展最快的系统己大规模建网并投入使用8.1.0 扩频的概念扩频的概念 码分多址是以扩频技术为基础的。所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。 适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频(DS)或简称直扩。 扩频

3、信号的产生包括调制和扩频两个步骤。比如，先用要传送的信息比特对载波进行调制，再用伪随机序列（PN序列）扩展信号的频谱；也可以先用伪随机序列与信息比特相乘（把信息的频谱扩展），再对载波进行调制，二者是等效的。 设信息速率为Rb(bit/s), 伪随机序列的速率为Rp(子码/秒)，定义扩频因子为 bPRRL 通常L1，且为整数，它是信号频谱的扩展倍数，也等于扩频系统抑制噪声的处理增益。 接收端要从收到的扩频信号中恢复出它携带的信息，必须经过解扩和解调两个步骤。所谓解扩是接收机以相同的伪随机序列与接收的扩频信号相乘，也称相关接收。解扩后的信号再经过常规的解调，即可恢复出其中传送的信息。 图 m序列的

4、自相关函数 o1/Rp1KCDMA系统与系统与FDMA系统组网的区别系统组网的区别FDMA系统系统 CDMA系统系统CDMA系统与系统与FDMA系统组网的区别（续）系统组网的区别（续）CDMA系统每一小区采用相同的频率（可有多个载波频率），CDMA的小区如同FDMA系统中的簇。CDMA系统组网取决于每一小区的大小和小区内的容量。CDMA系统是干扰受限的系统，其干扰取决于邻区的同信道干扰和小区内的同信道干扰。在FDMA系统中组网的原则是从提高频率利用率的角度，在保持满意的通信质量的前提下，簇应取最小值最好。即平衡由同频干扰引起的服务质量和频谱效率，决定用户容量。在CDMA系统中核心的问题是限制减

5、少区内和区外的干扰，得到最大容量。CDMA系统与系统与FDMA系统组网的区别（续）系统组网的区别（续）8.1.1 码分多址的特征码分多址的特征 根据理论分析，CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或TDMA数字蜂窝系统相比 CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户，只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍微降低)，而不会出现阻塞现象。在FDMA蜂窝系统或TDMA蜂窝系统中，当全部频道或时隙被占满以后，哪怕只增加一个用户也没有可能。 在业务高峰期间，可以稍微降低系统的误码性能，以适当增多系统的用户数目，即在短时间内提供稍

6、多的可用信道数。举例来说，如规定可同时工作的用户数为 50 个，当 52 个用户同时通话时，信干比的差异仅为10 log(52/50)=0.17 dB。 在其它蜂窝通信系统中，当用户过境切换而找不到可用频道或时隙时， 通信必然中断。CDMA蜂窝系统的软容量特性可以避免发生类似现象。 CDMA蜂窝系统具有 CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现，以提高系统的通信容量。 CDMA蜂窝系统以扩频技术为基站，因而它具有，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。 1. CDMA蜂窝通信系统的多址干扰蜂窝通信系统的多址干扰 蜂窝通信系统无论是采用何种多址方式都会存在各种各样的外部干扰和系统本身

7、产生的特定干扰。FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。对于各种干扰来说，对蜂窝系统的容量起主要制约作用的是系统本身存在的自我干扰。 8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制多址干扰和功率控制图 8-1 CDMA蜂窝系统的多址干扰 (a)(b)2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制蜂窝通信系统的功率控制 功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都，在CDMA系统中，不同用户发射的信号由于距基站的距离不同，到达时的功率也不同。距离近的信号功率大，距离远的功率小，相互形成干扰，这种现象

8、称为。CDMA系统要求所有用户到达基站接收机信号的平均功率要相等才能正常解扩，功率控制就是为解决这一问题。它调整各个用户发射机的功率，使其到达基站接收机的平均功率相等。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，功率控制的原理有两种类型：开环控制与闭环控制。(1) 反向功率控制。反向功率控制也称上行链路功率控制。其主要要求是使显然，能做到这一点，既可以有效地防止“远近效应”，又可以最大限度地减小多址干扰。 进行反向功率控制的办法可以在移动台接收并测量基站发来的信号强度，并估计正向传输损耗，然后根据这种估计来调节移动台的反向发射功率。如果接收信号增强，就降低其发射功率；接收信号减弱，就增加其发射功率

9、。 是：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应(例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强而对其它用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说， (2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功率控制。其要求是调整基站向移动台发射的功率，使作到这一点，可以避免基站向距离近的移动台辐射过大的信号功率，也可以防止或减少由于移动台进入传播条件恶劣或背景干扰过强的地区而发生误码率增大或通信质量下降的现象。 8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率蜂窝系统的工作频率 双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会(FCC)分配给蜂窝通信系统使用的

10、频段。移动台向基站的传输频移动台向基站的传输频段占段占25MHz，由，由 824849 MHz, 基站向移动台的传输频基站向移动台的传输频段占段占25MHz，由，由869894 MHz。频道间隔规定为30kHz。对应的频道编号如下页图所示。允许CDMA蜂窝系统占用的频段如表 8-1 所示。对一个指定的系统可以分配多个CDMA频道，同一个系统中的小区和扇区要使用其中的任一个CDMA频道。 图示图示 蜂窝系统的频率配置蜂窝系统的频率配置表表 8-1 CDMA频道编号及相应的频率频道编号及相应的频率 允许CDMA蜂窝系统使用的频段如表 8-1 所示。如果频道编号以N表示，则对应的中心频率按下表进行计

11、算。 IS95规定的基本频道(或首选频道)号码为： A系统为283， B系统为384。 由上表可分别计算出相应的频率值。 A系统， 频道号码为283：移动台发射频率0.03283825.00833.49(MHz)基站发射频率0.03283870.00878.49(MHz) B系统， 频道号码为384：移动台发射频率0.03 384825.00836.52(MHz)基站发射频率0.03384870.00881.52(MHz)IS-95 CDMA系统系统Qualcomm公司(高通公司)具有几乎所有知识产权南韩最早(1996)引进CDMA技术与系统中国在九十年代中期开始研究CDMA技术中国己与高通公

12、司签了有关许可协议中国的公司己开始生产有关设备IS-95 CDMA主要主要技术指标技术指标 工作频率：前向869-894MHz 反向824-849MHz双工方式：FDD 收发间隔45MHz 多址方式：CDMA 扩频码速率：1.2288Mc/s调制方式：前向QPSK，反向OQPSKIS-95 CDMA主要主要技术指标（续）技术指标（续） 语音编码方式：8k或13k变速率CELP码信道编码方式：卷积码（k=9, 正向Rb=1/2，反向Rb=1/3）数据帧长：20ms扩频解调门限：7dB(Pe=10-4)IS-95 CDMA主要主要技术指标（续）技术指标（续） 基站逻辑信道数：大于30/每载波小区结

13、构：120o三扇区构成功率控制精度：正向：0.5dB 反向：1dB分集接收：基站4路RAKE接收 移动台3路RAKE接收 8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准蜂窝通信系统的时间基准 CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标， GPS的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的，二者之差是秒的整倍数。 各基站都配有GPS接收机，保持系统中各基站有统一的时间基准，称为CDMA系统的公共时间基准系统的公共时间基准。移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立基准。如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径分量，则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。8.1

14、.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码蜂窝系统的话音编码 Qualcomm CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线性预测(CELP)编码算法，也称为QCELP算法。其基本速率是 8 kb/s，但是可随输入话音消息的特征而动态地分为四种，即 8、 4、 2、 1 kb/s， 可以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。发送端的编码器对输入的话音取样，产生编码的话音传输到接收端，接收端的解码器把收到的话音分组解码，再恢复成话音样点。 经过内部测试、现场测试和MOS测试表明，这种声码器的话音质量比其他模拟系统和数字系统的话音质量好，尤其在传播条件恶劣的情况下，改善

15、更为明显。 使用可变速率的声码器，在发送时，调制器必须知道现在要传输的是什么速率；而接收时，解调器又必须判明当前接收的是什么速率。 8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量蜂窝通信系统的通信容量 首先考虑一般扩频通信系统(即暂不考虑蜂窝网络的特点)的通信容量。载干比可以表示为 bbbbbRWIEWIERIC/0式中，Eb是消息的一比特能量；Rb是信息的比特率；I0是干扰的功率谱密度(每赫干扰功率)；W是总频段宽度(在这里W也是CDMA信号所占的频谱宽度，即扩频带宽)； 其取值决定于系统对误码率或话音质量的要求，并与系统的调制方式和编码方案有关； 。 n个用户共用一个无线频道，每一用户的信号都受到

16、其他n-1个用户的信号干扰。，则载干比为11nIC0/1IERWnbb或 通常n1, 故C/I1/n，即 0/IERWnbb(8-4)(8-2)(8-3) 上述结果表明：。 注意：这里所使用的假定条件，所谓“到达一接收机到达一接收机的信号强度和各个干扰强度都一样的信号强度和各个干扰强度都一样”，是指在正向传输时，基站向移动台发送的信号应不加任何功率控制；而在反向传输时，各移动台向基站发送的信号必须具有理想的功率控制。且没有考虑邻近小区的干扰。 在上面分析的基础上，下面根据CDMA蜂窝系统的特征对公式进行逐步修正。1. 1. 话音激活期的影响话音激活期的影响 人类对话的特征是不连续的，对话的激活

17、期(占空比d)通常只有35%左右。在许多用户共享一个无线频道时， 如果利用话音激活技术，使通信中的用户有话音才发射信号，没有话音就停止发射信号，那么任一用户在话音发生停顿时，所有其他通信中的用户都会因为背景干扰减小而受益。这就是说，话音停顿可以使背景干扰减小65%，能提高系统容量到 1/0.35=2.86 倍。 令话音的占空比为d, 则式(8-4)变成 dIERWnbb1/0(8-5) 2. 2. 扇区的作用扇区的作用 在CDMA蜂窝系统中采用有向天线进行分区能明显地提高系统容量。比如，用 120的定向天线把小区分成三个扇区， 可以把背景干扰减少到原值的 1/3, 因而可以提高容量3倍。 FD

18、MA蜂窝系统和TDMA蜂窝系统利用扇形分区同样可以减小来自共道小区的共道干扰，从而减小共道再用距离，以提高系统容量。但是，达不到像CDMA蜂窝系统那样，分成三个扇区系统容量就会增大 3 倍的效果。令G为扇区数，式(8-5)变成 dGIERWnbb0/(8-6)例：如果CDMA系统的频带宽度为1.25MHz，语音编码速率为9.6kb/s，比特能量与噪声功率谱密度为10dB，求出分别使用1）和2）两种技术在一个单小区CDMA系统中时，所能支持的最大用户数（假设系统是干扰受限的）1）基站采用全向天线，没有语音激活检测；2）基站有三个扇区，且采用占空比为d=0.35的语音激活检测。11235. 031

19、06 . 9/1025. 1dGI/ER/Wn 2)30bb13106 . 9/1025. 1I /ER/Wn 1)30bb3. 3. 邻近小区的干扰邻近小区的干扰 (1) 正向传输。 图 8-3 CDMA系统中移动台受干扰的情况 本小区x 假设各小区的基站都同时向n个用户发送功率相等的信号，(图中x处)，。来自本基站的干扰信号功率为a(n-1)r-4；来自紧邻 2 个基站(图中)的干扰信号功率为 2anr-4; 来自较远3个基站(图中)的干扰信号功率为 3an(2r)-4; 来自更远 6 个基站(图中)的干扰信号功率为 6an(2.63r)-4。比这些基站更远的干扰可以忽略，于是得到载干比的

20、表示式如下： nnnranrananrrnaarIC/3 . 03 . 3113 . 31)63. 2(6)2(32) 1(44444 如果不计邻近基站的干扰，此公式的分母只剩下第一项，可得C/I=1/(n-1)，即式(10-2)的结果，而由于邻近基站的干扰不能忽略，载干比将下降为原载干比的 1/3.3。 通常发射机的最大功率是根据最大通信距离进行计算通常发射机的最大功率是根据最大通信距离进行计算的。的。这里，基站的发射功率必须保证移动台在小区交界处基站的发射功率必须保证移动台在小区交界处可以正常工作。可以正常工作。但是，当时，如果基站仍然发射同样强的功率，则除去增大背景干扰处并无好处。为此，

21、令基站发给每一个用户i的功率Pi根据移动台和基站的距离ri进行调整。距离越大，功率越大；反之，则越小。即 iirP(8-8)式中，是一常数，可用试探法进行选择，一般选择=2=2 比较合适。这里没有按照传播损耗的规律把定为4，是考虑到当移动台靠近其基站时，来自本小区基站的干扰与有用信号一起变化；而来自其它小区基站的干扰，虽然有减小，但改变的速度相对较慢。这时，如果基站把发向某个移动台的信号功率按=4的规律急剧减小，则可能使该移动台的基站附近的载干比达不到要求。 令移动台处于小区边缘(ri=r)所需的信号功率Pm，式(8-8)可写为 2rrPPimi(8-9) 假设在各个小区内，移动台的数目较多，

22、而且是均匀分布的，根据图8-3，可用以下公式来表示小区中的用户数目n: riirdrrn022式中，为一常数(与用户密度成比例)。因此，基站在增加功率控制后，发向全部用户的总功率为 rmiiimrPdrrrrPP0224已知n=r2/2，所以 2mnPP (8-10) 功率控制后，基站发射总功率降低一半，显然，这对减少系统中的多址干扰是又好处的。nnnnnnIC6 . 0656. 11)63. 2(262232221144 不考虑邻近小区的干扰时，一个小区允许同时工作的用户数约为n=1/(C/I), 在考虑邻近小区的干扰并且采用功率控制时，这种用户数降低为n=0.6/(C/I), 即后者是前者

23、乘以0.6。这结果说明CDMA蜂窝系统和其它蜂窝系统类似，也存在一种信道再用效率F=0.6。由此可把式(8-6)写成 dGFIERWnbb0/(8-14)重新计算重新计算: :不考虑蜂窝网络的特点时：不考虑蜂窝网络的特点时：W 为频带宽度，Rb为信息比特率，Eb/I0为比特能量与噪声功率谱密度比考虑话音激活期的影响时：考虑话音激活期的影响时：d 为对话的激活期(占空比)考虑扇区的作用时：考虑扇区的作用时：G 为扇区数考虑邻近小区的干扰时：考虑邻近小区的干扰时：F 为信道再用效率，一般取值0.60/IERWnbbdIERWnbb1/0dGIERWnbb0/dGFIERWnbb0/小结：小结：CD

24、MA蜂窝系统蜂窝系统正向传输正向传输的通信容量的计算的通信容量的计算 (2) (2) 反向传输。反向传输。设各小区中的移动台均能自动调整其发射功率，使任一移动台无论处于小区内的任何位置上，其信号功率在到达基站时，都能保持在某一额定值即载干比的门限值。由于基站的位置是固定不变的，各移动台在其小区内是随机分布的(可以看成是均匀分布的)，因而基站附近的背景干扰不会因为某一移动台的位置变化而发生明显的变化。因此，反向功率控制应该按照传播损耗的规反向功率控制应该按照传播损耗的规律来确定。律来确定。即移动台(i)的发射功率(Pi)与距离(ri)的关系应该是 4iirP用式(8-9)相同的表示方法，可得 4

25、rrPPimi 从概念上看，如果功率控制很完善，而且只考虑本小区中移动台的干扰，则基站接收某一信号的载干比也是(C/I)=1(n-1)1/n。实际上，来自邻近小区中移动台的干扰同样不能忽略，因为它必然会降低CDMA蜂窝系统的通信容量。 y图 8-4 CDMA系统中基站受干扰的情况 可以把来自一个邻近小区中所有移动台的干扰等效成由其基站发射来的干扰， 因而小区y的基站收到的载干比为 nnnnnIC1181261118126) 1(1321321 式中，1, 2, 3是分别对应于环路,的比例常数。 由此可得信道再用效率 3211812611F采用数值计算或仿真技术，可以算出F的值大约是 F0.65

26、。 几种蜂窝通信系统的通信容量的比较： 模拟模拟FDMA系统系统 (AMPS)总频段宽度 1.25 MHz频道间隔 30 kHz信道数目 1.2510 6/(30103)=41.7每区群小区数 7通信容量 41.7/7=6 TDMA系统系统总频段宽度1.25 MHz频道间隔30 kHz每载频时隙数 3信道数目 31.25106/(30103)=125每区群小区数 4通信容量 125/4=31.25 CDMA系统系统 总频段宽度 1.25 MHz扇形分区数 3通信容量 120以n表示通信容量，三种系统的比较结果可以写成n(CDMA)=20n(FDMA)=45n(TDMA) 导频信道同步信道寻呼信

27、道正向业务信道反向业务信道接入信道移动台基站8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输蜂窝系统的无线传输 8.3.1 信道组成信道组成 图图 8-5 CDMA8-5 CDMA蜂窝系统的信道示意图蜂窝系统的信道示意图 1. 1. 导频信道导频信道 传输由基站连续发送的导频信号。导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号无调制的直接序列扩频信号，令移动台可迅速而精确地捕获信道的信息，并进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境切换。 2. 2. 同步信道同步信道 主要传输(还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率)。在同步期间，移动台利用此同步信息进

28、行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。当通信业务量很多, 所有业务信道均被占用而不敷应用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。 类似于类似于GSM逻辑信道中的逻辑信道中的SCH3. 3. 寻呼信道寻呼信道 在呼叫接续阶段移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道(也可以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。 类似于类似于GSM逻辑信道中的逻辑信道中的 PCH4. 4. 正向业务信道正向业务信道 共有四种传输速率(9600、4800、2400、1200 b/s)。业务速

29、率可以逐帧(20ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。比如，发音时传输速率提高，停顿时传输速率降低。这样做，有利于减少CDMA系统的多址干扰， 以提高系统容量。在业务信道中，还要插入其它的控制信息，如链路功率控制和过区切换指令等。 反向传输逻辑信道如图 5-5(b)所示。图中，含 55 个业务信道和n个接入信道。 类似于类似于GSM逻辑信道中的逻辑信道中的TCHP189 图图 5-5 CDMA蜂窝系统的逻辑信道示意图蜂窝系统的逻辑信道示意图 导频信道同步信道W0W32寻呼信道W1寻呼信道W7业务信道W8业务信道业务信道业务信道业务信道W31W33W63业务数据控制子信道接入信道接入信道业务

30、信道业务信道业务信道(a)(b)1n1255用户地址长码171N2425555. 5. 接入信道接入信道 当移动台没有使用业务信道时，提供运动台到基站的传输通路，在其中发起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以相应传送指令、应答和其它有关的信息。不过，接入信道是一种分时隙的随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道。每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达 32 个。6. 6. 反向业务信道反向业务信道 与正向业务信道相对应。 8.3.2 正向传输正向传输 导频信道信息比特(全0)同步信道信息比特卷积编码器1.2 kb/s(r1/2,k9)2.

31、4 ks/s码元码元重复调制码元4.8 ks/s分组交织器调制码元4.8 ks/s沃尔什函数32, 1.2288 Mc/s沃尔什函数0 1.2288 Mc/sAA寻呼信道信息比特卷积编码器9.6 kb/s19.2 ks/s码元码元重复调制码元分组交织器调制码元19.2 ks/s沃尔什函数P, 1.2288 Mc/sA4.8 kb/s9.6 ks/s19.2 ks/s分频器长码产生器1.2288 Mc/s19.2kb/s寻呼信道的长码掩蔽帧质量指示器用户m在正向业务信道的信息比特加编码器尾比特9.2(kb/s)4.42.00.8卷积编码器9.6(kb/s)4.82.41.2r1/2k9码元重复1

32、9.2(ks/s)9.64.82.4码元调制码元复接沃尔什函数n, 1.2288 Mc/s功率控制比特分组交织器19.2 ks/s800 b/s19.2 ks/s调制码元19.2 ks/s分频器分频器长码产生器800 Hz1.2288Mc/s用户m的长码掩码基带滤波器基带滤波器cosctsinctQ信道引导PN序列,1.2288 Mc/sIQI信道引导PN序列,1.2288 Mc/sAI(t)Q(t)S(t)8.6kb/s4.0kb/s2.0kb/s0.8kb/sA图图 8-6 8-6 正向正向CDMACDMA信道的电路框图信道的电路框图1. 1. 数据速率数据速率 同步信道的数据速率为120

33、0b/s，寻呼信道为9600或 4800b/s，正向业务信道为9600、4800、2400、1200b/s 正向业务信道的数据在每帧(20ms)末尾含有8bit, 称为编码器尾比特，在前面的TDMA系统中也常用到，它的作用是把卷积码编码器置于规定的状态。此外，在9600和4800b/s的数据中都含有帧质量指示比特(即CRC检验比特)，前者为12bit, 后者为 8bit。因而，正向业务信道的信息速率分别是 8.6、4.0、2.0、0.8kb/s。2. 卷积编码卷积编码 数据在传输之前都要进行卷积编码，卷积码的码率为 1/2， 约束长度为 9。3. 码元重复码元重复 对于同步信道，经过卷积编码后

34、的各个码元，在分组交织之前，都要重复一次(每码元连续出现2次)。对于寻呼信道和正向业务信道，只要数据率低于9600 b/s, 在分组交织之前都要重复。 速率为4800b/s时，各码元要重复一次(每码元连续出现2 次)； 速率为2400b/s时，各码元要重复3次(每码元连续出现4 次)； 速率为1200b/s时，各码元要重复7次(每码元连续出现8 次)。 这样做，使各种信息速率均变换为相同的调制码元速率，即每秒19200个调制码元。 4. 分组交织分组交织 所有码元在重复之后都要进行分组交织。 同步信道所用的交织跨度等于26.666ms，相当于码元速率为4800b/s时的128个调制码元宽度。交

35、织器组成的阵列是8行16列(即128个单元)。 寻呼信道和正向业务信道所用的交织跨度等于20 ms，这相当于码元速率为19200b/s时的384个调制码元宽度。交织器组成的阵列是24行16列(即384个单元)。 5. 数据掩蔽数据掩蔽 。掩蔽器把交织器输出的码元流和按用户编址的PN序列进行模2相加。这种PN序列是工作在时钟为1.2288MHz的长码长码，每一调制码长度等于1.2288106/19200=64个PN子码宽度。长码经分频后，其速率变为19200 b/s，因而送入模 2 相加器进行数据掩蔽的是每64个子码中的第一个子码在起作用。 6. 6. 正交扩展正交扩展 为了使正向传输的各个信道

36、之间具有正交性，。这种沃尔什函数 6464 矩阵可用以下的循环步骤产生： 号码为0的沃尔什函数W0分配给导频信道，号码为32的沃尔什函数W32分配给同步信道。号码为17的沃尔什函数W1W7分配给寻呼信道，其余沃尔什函数分配给正向业务信道 。 沃 尔 什 函 数 的 子 码 速 率 为 1 . 2 2 8 8 MC/ s ， 并 以52.083s(64/1.2288106)为周期重复，此周期就是正向业务信道调制码元的宽度。 7. 四相扩展四相扩展 在正交扩展之后，各种信号都要进行四相扩展。四相扩展所用的序列称为引导PN序列。由于PN序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关值就等于 0

37、或接近于 0，因而移动台用相关检测法很容易把不同基站的信号区分开来。通常，一个基站的PN序列在其所有配置的频率上，都采用相同的时间偏置，而在一个CDMA蜂窝系统中，时间偏置可以再用。 不同的时间偏置用不同的偏置系统表示，偏置系数共512个，编号从0到511。偏置时间等于偏置的系数乘以64，单位是PN序列子码数目。例如，当偏置系数是15 时，相应的偏置时间是1564=960个子码，已知子码宽度为 1/1.338 8106=0.813 8s, 故偏置时间为 9600.813 8=781.25s。 0偏置引导PN序列必须在时间的偶数秒(以基站传输时间为基准)起始传输，其它PN引导序列的偏置指数规定了

38、它和0 偏置引导PN序列偏离的时间值。如上所述，偏置指数15 时， 引导PN序列的偏离时间为781.25s，说明该PN序列要从每一偶数秒之后 781.25s开始。 引导PN序列的有两个：I支路PN序列和Q支路PN序列，它们的长度均为 215(32768)个子码。其构成是以下面的生成多项式为基础的。 1)(1)(34561011121557891315xxxxxxxxxPxxxxxxxPQI按此生成多项式产生的是长为215-1的m序列。为了得到周期为215的I序列和Q序列，当生成的m序列中出现14个“0”时，从中再插入一个“0”，使序列14个“0”的游程变成15个“0”的游程。引导PN序列周期长

39、度是 32768/1228800=26.66 ms, 即每 2 秒有 75 个PN序列周期。表 8-2 正向CDMA信号的相位关系 IQ相 位 00/4 103/4 11-3/4 01-/4 图 8-9 正向CDMA信道的信号相位点及其转换关系 (1,0)(0,0)(0,1)(1,1)I信道Q信道长长 码码在中作掩码：。采用：周期为242-1的m长码长码速率为1.2288Mc/s64分频后为19.2kc/s长码序列生成器多项式为 11235671016171819212225262731323542xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxG9. 9. 信道参数信道参数 表表 8-3 8-3

40、同步信道参数同步信道参数 参 数 数据率1 200 b/s PN子码速率/(Mc/s) 1.228 8 卷积编码码率 1/2 码元重复后出现次数 2 调制码元速率/(s/s) 4 800 每调制码元的子码数 256 每比特的子码数 1 024 参 数 数据率/(b/s) 9 6004 800PN子码速率/(Mc/s) 1.228 8 1.228 8卷积编码码率 码元重复后出现次数 1 2调制码元速率/(s/s) 19 200 19 200每调制码元的子码数 64 64每比特的子码数 128 256表 8-4 寻呼信道参数 表 8-5 正向业务信道参数 8.3.3 反向传输反向传输 9.6(kb

41、/s)4.82.41.2r1/3k928.8 ks/s码元基带滤波器基带滤波器cosctsinctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延时406.9 n/sPN子码12长码产生器1.2288Mc/sPN子码长码掩蔽数据猝发随机化器帧数据率4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交调制器调制码元(64进制)分组交织器码元28.8ks/s码元重复码元28.8(ks/s)14.47.23.6卷积编码器加编码器尾比特帧质量指示器8.64.02.00.8(kb/s)9.2(kb/s)4.42.00.8反向业务信道信息比特(每帧172，80

42、，40或16bit)基带滤波器基带滤波器cosctsinctQ信道序列,1.2288 Mc/sIQI信道序列, 1.2288 Mc/sI(t)Q(t)S(t)D延时406.9n/sPN子码12长码产生器1.2288 Mc/s长码掩蔽PN子码4.8 ks/s(307.2 kc/s)正交调制器调制码元(沃尔什子码)(64进制)码元28.8ks/s分组交织器码元28.8ks/s码元重复码元14.4ks/s卷积编码器r1/3k94.8kb/s加编码器尾比特4.4kb/s接入信道比特(每帧88bit)图 8-10 反向 CDMA 信道的电路框图1. 数据速率数据速率 接入信道用4800b/s的固定速率。

43、反向业务信道用 9600, 4800, 2400和1200b/s的可变速率。两种信道的数据中均要加入编码器尾比特，用于把卷积编码器复位到规定的状态。此外，在反向业务信道上传送9600和4800b/s数据时，也要加质量指示比特(CRC校验比特)。2. 卷积编码卷积编码 接入信道和反向业务信道所传输的数据都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/3，约束长度为9。 3. 3. 码元重复码元重复 反向业业信道的码元重复办法和正向业务信道一样。数据速率为9600b/s时，码元不重复；数据速率为4800, 2400和1200b/s时，码元分别重复1次、3次和7次(每一码元连续出现 2 次、4 次和 8 次)。

44、这样就使得各种速率的数据都变换成每秒28800码元。这里不同的地方是重复的码元不是重复发送多次，相反，除去发送其中的一个码元外，其余的重复码元全部被删除。在接入信道上，因为数据速率固定为4800b/s，因而每一码元只重复1 次，而且两个重复码元都要发送。 4. 分组交织分组交织 所有码元在重复之后都要进行分组交织。分组交织的跨度为20ms。交织器组成的阵列是32行18列(即 576个单元)。5. 可变数据率传输可变数据率传输 为了减少移动台的功耗和减小它对CDMA信道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器进行选通， 只允许所需码元输出，而删除其它重复的码元。这种过程如图 8-9所示。

45、6. 6. 正交多进制调制正交多进制调制 在反向CDMA信道中，把交织器输出的码元每 6 个作为一组, 用26=64 进制的调制码元的传输速率为28800/6=4800b/s。调制码元的时间宽度为 1/4800=208.333s。每一调制码元含 64个子码，因此沃尔什函数的子码速率为644 800=307.2 kb/s，相应的子码宽度为 3.255s。 7. 7. 直接序列扩展直接序列扩展 长码的周期是 242-1 个子码并满足以下特征多项多的线性递归关系： 1)(1235671016171819212225262731333542xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxP 长码的各个PN子

46、码是用一 42 位的掩码和序列产生器的 42 位状态矢量进行模 2 内乘而产生的，见图 8-11。 图 8-11 长码产生器 1+2+3+45+6+7+89404142模2相加器长码42bit长码掩蔽1xx2x3x4x5x6x7x810 x9x39x40 x41x428. 8. 四相扩展四相扩展 。 如图 8-10 所示，经过PN序列扩展之后，Q支路的信号要经过一个，把时间延迟 1/2 个子支宽度(409.901 ns)， 再送入基带滤波器。 信号经过基带滤波器之后，按照表 8-2 的相位关系进行四相调制。 合成信号的相位点及其转换关系如图 8-15 所示。 图 8-15 反向CDMS信道的信

47、号相位点及其转换关系 (1,0)(0,0)(0,1)(1,1)I信道Q信道9. 9. 信道参数信道参数 表 8-6 反向业务信道的参数 表 8-7 接入信道参数 8.5 IS-95 CDMA8.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的控制功能蜂窝系统的控制功能 8.5.1 8.5.1 登记注册（略）登记注册（略）8.5.2 8.5.2 切换切换8.5.3 8.5.3 呼叫处理（略）呼叫处理（略） 8.5.2 8.5.2 切换切换基站和移动台支持三种切换方式：(1) 。 (2) CDMA到CDMA的硬切换。 (3) CDMA到模拟系统的切换。 (1) ，可减小通信中断的概率，更重要的是在切换的过程中移

48、动台开始和一个新基站通信时，并不中断和原来基站的通信，因而当移动台靠近两个小区的交界处，尽管两个基站发来的信号会起伏变化， 但这对移动台的通信没有破坏作用。只有当移动台在新的小区建立起稳定通信之后，原来的小区基站才中断其通信控制。因此，可以说， (2) 软切换为在CDMA通信系统中实现分集接收提供了条件。当移动台处于两个(或三个)小区的交界处进行软切换时，会有两个(或三个)基站同时向它发送相同的信息， 移动台搜索并解调这些信号，即可按一定的方式(比如最大比值合并方式)进行分集合并。这样做，可以明显地提高正向业务信道的抗衰落能力。此外，在软切换的过程中，可能有两个(或三个)基站同时收到一个移动台发出的信号，这些基站对所收信号进行解调并进行质量估计，然后送入移动交换中心(MSC)，这些来自不同基站而内容相同的信息由MSC用一选择分集合并器，逐帧挑选质量最高的比特，作为输出信息，从而实现了反向业务信道的分集接收。