新編移動(dòng)通信第6章課件

1、第6章 CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 6.1 引言 6.2 CDMA空中接口協(xié)議層 6.3 CDMA前向信道 6.4 CDMA反向信道 6.5 功率控制 6.6 RAKE接收機(jī) 6.7 CDMA 系統(tǒng)的容量 6.8 CDMA登記 6.9 CDMA切換過程 6.10 從cdmaOne到cdma2000第三代無(wú)線通信系統(tǒng) 6.1 引 言 CDMA是碼分多址的英文縮寫（Code Division Multiple Access），它是在擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)

2、行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)，即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 6.1.1 CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。IS-95是cdmaOne系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，是真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音服務(wù)。其后, 又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn)，它支持1.9 GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn)，其中13K編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，2019年2月

3、，美國(guó)高通公司宣布將IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA基礎(chǔ)平臺(tái)上。IS-95B可提高CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對(duì)64 kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過渡的標(biāo)準(zhǔn)。cdma2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期，提出了1x和3x的發(fā)展策略，隨后的研究表明，1x和1x增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來(lái)發(fā)展方向。 6.1.2 我國(guó)CDMA系統(tǒng)可以占用的頻率 我國(guó)無(wú)線電委員會(huì)分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率如表2-1(見第2章)所示。 我們從該表可以看出，目前中國(guó)聯(lián)通CDMA使用頻段是上行頻率為825835 MHz，下行頻率為870880 MHz，占用10 MHz

4、帶寬。 6.1.3 CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn) 1. 系統(tǒng)容量大2. 軟容量3. 通話質(zhì)量更佳4. 移動(dòng)臺(tái)輔助軟切換 軟切換的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1） 無(wú)縫切換， 可保持通話的連續(xù)性。 （2） 減少掉話可能性。 （3） 處于切換區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率降低。 但同時(shí)， 軟切換也相應(yīng)帶來(lái)了一些缺點(diǎn)， 主要有： （1） 導(dǎo)致硬件設(shè)備（即信道卡）的增加。 （2） 降低了前向容量。 但由于CDMA系統(tǒng)前向容量大于反向容量，所以適量減少前向容量不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)容量的降低。 5. 頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單 用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不同的CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活， 擴(kuò)展簡(jiǎn)單。 6. 建網(wǎng)成本低 CDMA網(wǎng)絡(luò)覆

5、蓋范圍大， 系統(tǒng)容量高， 所需基站少， 降低了建網(wǎng)成本。 7. “綠色手機(jī)” 普通的手機(jī)（GSM和模擬手機(jī)）功率一般能控制在600毫瓦以下， CDMA系統(tǒng)發(fā)射功率最高只有200毫瓦， 普通通話功率可控制在零點(diǎn)幾毫瓦，其輻射作用可以忽略不計(jì)， 對(duì)人體健康沒有不良影響。手機(jī)發(fā)射功率的降低，將延長(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間，意味著電池、 話機(jī)的壽命長(zhǎng)了，對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用，故稱之為“綠色手機(jī)”。 8 . 保密性強(qiáng)， 通話不會(huì)被竊聽 CDMA信號(hào)的擾頻方式提供了高度的保密性，要竊聽通話，必須要找到碼址。但CDMA碼址是個(gè)偽隨機(jī)碼，而且共有4.4萬(wàn)億種可能的排列，因此，要破解密碼或竊聽通話內(nèi)容實(shí)在是太困難了。 9

6、. 多種形式的分集 分集是對(duì)付多徑衰落很好的辦法，有三種主要分集方式： 時(shí)間分集、 頻率分集和空間分集。CDMA系統(tǒng)綜合采用了上述幾種分集方式，使性能大為改善。各種分集方式歸納如下： （1）時(shí)間分集采用了符號(hào)交織、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)編碼等方法。 （2） 頻率分集本身是1.25 MHz寬帶的信號(hào)， 起到了頻率分集的作用。 （3） 空間分集基站使用兩副接收天線，基站和移動(dòng)臺(tái)都采用了Rake接收機(jī)技術(shù)，軟切換也起到了空間分集的作用。 10. CDMA的功率控制 CDMA系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的相互干擾， 所以， 如果每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到最小所需的信噪比，系統(tǒng)容量將會(huì)達(dá)到最大值。 CDM

7、A功率控制的目的就是既維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。 CDMA系統(tǒng)的功率控制除可直接提高容量之外， 同時(shí)也降低了為克服噪聲和干擾所需的發(fā)射功率。這就意味著同樣功率的CDMA移動(dòng)臺(tái)與模擬或TDMA移動(dòng)臺(tái)相比可在更大范圍內(nèi)工作。 CDMA系統(tǒng)引入了功率控制，一個(gè)很大的好處是降低了平均發(fā)射功率而不是峰值功率。 這就是說， CDMA在一般情況下由于傳輸狀況良好，發(fā)射功率較低； 但在遇到衰落時(shí)會(huì)通過功率控制自動(dòng)提高發(fā)射功率， 以抵抗衰落。 11. 話音激活 典型的全雙工雙向通話中，每次通話的占空比小于35%。在FDMA和TDMA系統(tǒng)里，由于通話停頓時(shí)重新分配信道存在一定時(shí)

8、延，所以難以利用話音激活因素。CDMA在不講話時(shí)傳輸速率降低，減輕了對(duì)其他用戶的干擾，這就是CDMA系統(tǒng)中的話音激活技術(shù)。而CDMA的容量又直接與所受總干擾功率有關(guān)， 這樣就可以使容量增加一倍左右。 6.2 CDMA空中接口協(xié)議層圖6-1 CDMA空中接口層結(jié)構(gòu) 6.3 CDMA前向信道 圖6-2 CDMA前向信道結(jié)構(gòu) 6.3.1 前向業(yè)務(wù)信道 圖6-3 CDMA前向信道結(jié)構(gòu) 圖6-4 速率1和速率2前向業(yè)務(wù)信道的產(chǎn)生 1. 語(yǔ)音編碼 CDMA聲碼器是可變速率聲碼器，可工作于全速率，1/2，1/4和1/8速率。 通常對(duì)應(yīng)于速率1和速率2分別有兩種聲碼器：工作于9.6 kb/s數(shù)據(jù)流的8 kb/

9、s聲碼器和工作于14.4 kb/s數(shù)據(jù)流的13.3 kb/s聲碼器。 速率1包含四種速率：9600，4800，2400和1200 b/s。速率2包含四種速率：14400，7200，3600和1800 b/s。 當(dāng)速率2是可選時(shí)，移動(dòng)臺(tái)不得不支持速率1。信道結(jié)構(gòu)對(duì)于速率1和速率2是不同的。兩種聲碼器都能進(jìn)行語(yǔ)音性能檢測(cè)和減少在系統(tǒng)中受到的干擾。 圖6-5 速率1的前向/反向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu) 圖6-6 速率2的前向/反向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu) 從聲碼器得到的信息為每幀20 ms。速率1聲碼器的全速（9600 b/s）輸出速率為8.6 kb/s，每20 ms編碼為172 bit。幀質(zhì)量指示F（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，

10、CRC）與編碼尾比特T(8 bit)加在聲碼器輸出的信息比特之后。幀質(zhì)量指示有兩個(gè)目的：一是允許接收機(jī)在所有172信息比特上計(jì)算了CRC后， 確定是否有幀發(fā)生錯(cuò)誤；二是幫助確定接收幀的數(shù)據(jù)速率。9600 b/s幀是每20 ms有192比特（172+12+8）被傳輸產(chǎn)生的。其中，12 bit為幀質(zhì)量指示，8 bit為尾比特。 同樣的過程產(chǎn)生在4800 b/s幀上。2400 b/s和1200 b/s幀沒有幀質(zhì)量指示的比特字段，這是因?yàn)檫@些幀相對(duì)抗誤碼性能較強(qiáng)， 且發(fā)送的大多數(shù)信息是背景噪聲。 2. 卷積編碼 圖6-7 K=9，1/2比率的卷積編碼器 3. 符號(hào)重復(fù) 符號(hào)重復(fù)器跟隨在卷積編碼之后，它

11、根據(jù)需要重復(fù)數(shù)據(jù)，速率1產(chǎn)生19.2 kb/s，速率2產(chǎn)生28.8 kb/s的速率。對(duì)于速率1，如果輸入是19.2 kb/s，符號(hào)不重復(fù)； 如果輸入是9.6 kb/s，則每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)兩次；如果輸入是4.8 kb/s，則每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)四次; 以此類推。 符號(hào)重復(fù)為無(wú)線信道抵抗衰落提供附加的措施，可增加接收的可靠性。 重復(fù)符號(hào)比全速率符號(hào)的功率電平低。由于所有符號(hào)總功率是一樣的， 因此各符號(hào)功率減少了。 導(dǎo)頻信道沒有該過程。對(duì)于同步信道，每個(gè)經(jīng)卷積編碼后的符號(hào)， 在塊交織前應(yīng)重復(fù)一次（每個(gè)符號(hào)連續(xù)重發(fā)）。尋呼信道與前向業(yè)務(wù)信道的符號(hào)重復(fù)一樣。 4. 符號(hào)抽取 此符號(hào)抽取過程只作用于速率2幀。 IS-

12、95決定對(duì)兩種速率使用同樣的塊交織器，這意味著塊交織器的輸入符號(hào)速率是相同的。CDMA通過從每6輸入中刪除2實(shí)現(xiàn)把28.8 kb/s數(shù)據(jù)流變?yōu)?9.2 kb/s。 5. 塊交織 交織是用來(lái)抗瑞利衰落影響的。瑞利衰落是頻率選擇性衰落，它引起大塊數(shù)據(jù)連續(xù)出錯(cuò)，使接收機(jī)上很難正確接收。交織擾亂信息的順序使交織后的突發(fā)錯(cuò)誤在接收端還原后成為隨機(jī)錯(cuò)誤，隨機(jī)錯(cuò)誤就比較容易通過使用糾錯(cuò)編碼技術(shù)進(jìn)行糾正。 前向業(yè)務(wù)信道的塊交織器每20 ms接收384調(diào)制比特。這些比特被輸入到2416的矩陣。交織擾亂信息，然后輸出送到下一步驟（數(shù)據(jù)擾碼）。 同步信道、 尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道在重復(fù)后進(jìn)行塊交織。 同步信道交織寬

13、度為26.666 ms，在符號(hào)速率為4800符號(hào)/秒時(shí)，等于128個(gè)調(diào)制寬度，交織器陣列為16行8列。前向業(yè)務(wù)信道和尋呼信道交織寬度為20 ms， 在調(diào)制符號(hào)速率為19 200 s/s(符號(hào)/秒)時(shí)，等于384個(gè)調(diào)制符號(hào)（也就是一幀所含調(diào)制符的個(gè)數(shù)）的寬度，交織器陣列為24行16列，如圖6-8所示。三種信道的符號(hào)都是按列寫入陣列， 交織后按行讀出。 圖6-8 前向業(yè)務(wù)信道交織過程示意圖 6. 數(shù)據(jù)擾碼 數(shù)據(jù)擾碼只用于尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道，以提供安全性和保密性。 CDMA反向信道沒有采用數(shù)據(jù)擾碼。長(zhǎng)碼掩碼與使用前向業(yè)務(wù)信道移動(dòng)臺(tái)的電子串號(hào)ESN聯(lián)合使用，長(zhǎng)碼掩碼的周期大約為40天。因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)在

14、發(fā)送的接入信息中包含電子串號(hào)ESN，所以基站能決定移動(dòng)臺(tái)的長(zhǎng)碼掩碼。如果加密程序被用在前向業(yè)務(wù)信道上，那么移動(dòng)臺(tái)使用專用的長(zhǎng)碼掩碼。長(zhǎng)碼掩碼提供安全保障并每40天重復(fù)一次，從而使偷聽者很難確定用戶空中發(fā)射的具體信息。長(zhǎng)碼掩碼根據(jù)具體移動(dòng)臺(tái)的電子串號(hào)ESN而改變， 可提供額外的安全保障。 7. 功率控制子信道 在前向業(yè)務(wù)信道上功率控制子信道是連續(xù)發(fā)送的，控制移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。子信道以每1.25 ms發(fā)射一比特（0或1），也就是發(fā)射速率為800 b/s。0比特指示移動(dòng)臺(tái)提高發(fā)射功率，而1比特則指示移動(dòng)臺(tái)降低發(fā)射功率。每個(gè)功率控制比特提高或降低的功率大小為1 dB。 在CDMA中, 由于“遠(yuǎn)近效應(yīng)”

15、問題， 要求采用快功率控制。 當(dāng)離基站近的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的功率，大于在小區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的功率，那么離基站近的移動(dòng)臺(tái)，就會(huì)覆蓋離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，這就是“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。在CDMA中通過使用快功率控制子信道技術(shù)，能避免發(fā)生“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。 基站前向業(yè)務(wù)信道接收機(jī)，在1.25 ms時(shí)間內(nèi)評(píng)估移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)強(qiáng)度。然后，基站用評(píng)估值來(lái)決定發(fā)射的功率控制比特的值是0還是1，并用抽取技術(shù)（the puncturing technique）在相應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道上發(fā)射功率控制比特。使用抽取技術(shù)，兩符號(hào)長(zhǎng)的功率控制比特取代了兩連續(xù)前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制符號(hào)（不考慮其重要性）。移動(dòng)臺(tái)要完成從前向業(yè)務(wù)信道中分離功率

16、控制子信道的工作，然后修復(fù)被損壞的剩下編碼數(shù)據(jù)流。 這種技術(shù)雖然會(huì)影響鏈路的質(zhì)量，但仍被使用。移動(dòng)臺(tái)在不需要對(duì)幀頭和幀信息解碼的情況下能夠快速對(duì)功率控制比特解碼。一旦恢復(fù)功率控制子信道， 移動(dòng)臺(tái)能根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)RF輸出功率進(jìn)行調(diào)整。 與CDMA反向信道調(diào)制不同，在CDMA前向信道調(diào)制中所有的重復(fù)比特全部發(fā)送，但對(duì)于不同速率其發(fā)射功率不同，速率越低，功率越低。 8. 正交信道擴(kuò)頻 CDMA前向信道上傳送的每個(gè)碼分信道要用1.2288 Mc/s(Mchip/s)固定碼片率的Walsh函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻， CDMA前向信道的各碼分信道分別使用相互正交的Walsh函數(shù)。用Walsh函數(shù)n進(jìn)行擴(kuò)頻的碼分信道定義為

17、第n個(gè)碼分信道（n=063）。 Walsh函數(shù)每52.083 s（即64/1.2288 Mc/s）進(jìn)行重復(fù)， 因?yàn)橐粋€(gè)調(diào)制符用64個(gè)Walsh比特片進(jìn)行調(diào)制，所以它等于一個(gè)前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制符號(hào)的時(shí)間間隔。 圖6-9 正交擴(kuò)頻/解擴(kuò)頻 圖6-10 使用錯(cuò)誤Walsh碼正交解擴(kuò)頻后的輸出結(jié)果 9. 四相擴(kuò)頻調(diào)制 一旦完成Walsh擴(kuò)頻，數(shù)據(jù)會(huì)與基站特定的PN序列(被稱為短碼)進(jìn)行四相擴(kuò)頻。這會(huì)給基站一個(gè)特定識(shí)別碼，并且產(chǎn)生QPSK輸出。實(shí)際上，所有移動(dòng)臺(tái)使用同樣的PN序列，但每個(gè)基站從512個(gè)可能的偏置中選擇一個(gè)作為它的身份擴(kuò)頻碼，然后發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)。 由于每個(gè)基站提供惟一的四相，因此移動(dòng)臺(tái)能夠區(qū)別

18、不同基站發(fā)射的信號(hào)。一旦移動(dòng)臺(tái)被鎖定到明確的基站發(fā)射， 根據(jù)提供給邏輯信道的不同Walsh碼， 移動(dòng)臺(tái)能區(qū)別基站發(fā)射的不同邏輯信道，接著能根據(jù)基站使用的移動(dòng)特定長(zhǎng)碼掩碼選取目標(biāo)信息。 對(duì)于基站， 頻帶利用率比功率有效性更重要。 因此， CDMA前向信道調(diào)制采用QPSK調(diào)制。 6.3.2 前向廣播信道 CDMA前向廣播信道由下列碼分信道組成：一個(gè)導(dǎo)頻信道， 一個(gè)同步信道和七個(gè)尋呼信道。每個(gè)碼分信道通過適當(dāng)?shù)腤alsh函數(shù)進(jìn)行正交擴(kuò)頻。 規(guī)定導(dǎo)頻信道使用Walsh碼W0，同步信道使用W32，而尋呼信道使用W1至W7。Walsh碼正交擴(kuò)頻每個(gè)信道，從而使移動(dòng)臺(tái)能區(qū)分不同的信道。 1. 導(dǎo)頻信道 導(dǎo)頻

19、信道在CDMA前向信道上是不停地發(fā)射的。移動(dòng)臺(tái)利用導(dǎo)頻信道來(lái)獲得初始系統(tǒng)同步，完成對(duì)來(lái)自基站信號(hào)的時(shí)間、 頻率和相位的跟蹤。 基站利用導(dǎo)頻PN序列的時(shí)間偏置來(lái)標(biāo)識(shí)每個(gè)CDMA前向信道。 由于CDMA系統(tǒng)的頻率復(fù)用系數(shù)為“1”, 即相鄰小區(qū)可以使用相同的頻率。 所以頻率規(guī)劃較為簡(jiǎn)單, 在某種程度上相當(dāng)于相鄰小區(qū)導(dǎo)頻PN序列的時(shí)間偏置的規(guī)劃。在一個(gè)系統(tǒng)中可能被復(fù)用的碼分?jǐn)?shù)量為512，所以導(dǎo)頻信道可用，偏置指數(shù)(0511)來(lái)區(qū)別。 在CDMA蜂窩系統(tǒng)中, 可以重復(fù)使用相同的時(shí)間偏置。然而必須注意，盡管兩個(gè)鄰近小區(qū)使用同樣的PN碼，但不能讓它們使用同樣的時(shí)間偏置。偏置指數(shù)是指相對(duì)于0偏置導(dǎo)頻PN序列的

20、偏置值。不論是對(duì)I序列還是Q序列, 在每個(gè)偶數(shù)秒(參照系統(tǒng)時(shí)間)時(shí)開始的序列都是它們的零偏置導(dǎo)頻PN序列, 它們的開始位置被定義為連續(xù)輸出15個(gè)“0”的時(shí)刻。 雖然導(dǎo)頻PN序列偏置值有215個(gè), 但實(shí)際取值只能是512個(gè)值中的一個(gè)(215/64=512)。一個(gè)導(dǎo)頻PN序列的偏置(用比特片表示)等于其偏置指數(shù)乘以64。當(dāng)在一個(gè)地區(qū)分配給相鄰兩個(gè)基站的導(dǎo)頻PN序列偏置指數(shù)相差僅為1時(shí), 其導(dǎo)頻序列的相位間隔僅為64個(gè)比特片。在這種情況下, 若其中一個(gè)基站發(fā)射的時(shí)間誤差較大, 就會(huì)與另一基站的延遲信號(hào)混淆。 所以相鄰基站的導(dǎo)頻PN序列偏置指數(shù)間隔應(yīng)設(shè)置得大一些。 由于導(dǎo)頻信道所有比特都為0, 所以在

21、發(fā)送前, 它只需用Walsh 0函數(shù)進(jìn)行正交擴(kuò)頻、四相擴(kuò)頻和濾波。 2. 同步信道 同步信道使用Walsh碼W32。一旦移動(dòng)臺(tái)“捕獲”到導(dǎo)頻信道，即與導(dǎo)頻PN序列同步, 即可認(rèn)為移動(dòng)臺(tái)與這個(gè)前向信道的同步信道也達(dá)到同步。這是因?yàn)橥叫诺篮推渌行诺朗怯孟嗤膶?dǎo)頻PN序列進(jìn)行擴(kuò)頻的，并且同一前向信道上的幀和交織器定時(shí)也是用導(dǎo)頻PN序列進(jìn)行校準(zhǔn)的。同步信道在發(fā)射前要經(jīng)過卷積編碼、符號(hào)重復(fù)、交織、擴(kuò)頻和調(diào)制等步驟。利用這些信息移動(dòng)臺(tái)獲得初始的時(shí)間同步和知道合適發(fā)射功率，為發(fā)起呼叫作好準(zhǔn)備。同步信道工作在固定速率1200 b/s，若數(shù)據(jù)是半速率卷積編碼，則符號(hào)重復(fù)一次（也就是同樣的編碼符號(hào)出現(xiàn)兩次）

22、。 此數(shù)據(jù)經(jīng)過塊交織器被發(fā)送，輸出用Walsh碼W32擴(kuò)頻。然后是進(jìn)行四相擴(kuò)頻， 四相擴(kuò)頻能給信道提供小區(qū)特定識(shí)別碼。 同步信道消息結(jié)構(gòu)。同步信道是為移動(dòng)臺(tái)提供時(shí)間和幀同步的。它包含的信息有：基站協(xié)議版本，基站支持最小的協(xié)議版本（移動(dòng)臺(tái)使用的版本只有高于或等于此值時(shí)，方能接入系統(tǒng)），系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)識(shí)別號(hào)（SID， NID），導(dǎo)頻PN序列偏置指數(shù)，詳細(xì)的時(shí)間信息，尋呼信道數(shù)據(jù)速率和CDMA信道數(shù)量。 3. 尋呼信道 這些信道是可選的，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)它們的數(shù)量范圍是從0到7（Walsh碼W0W7）。尋呼信道能夠工作在數(shù)據(jù)速率9600或4800 b/s。數(shù)據(jù)經(jīng)過一個(gè)半速率卷積編碼器和一個(gè)符號(hào)重復(fù)器接著是塊

23、交織器。交織器的輸出是持續(xù)的19.2 kb/s，輸出是用長(zhǎng)碼修改過的。長(zhǎng)碼用特定于尋呼信道掩碼來(lái)修改。移動(dòng)臺(tái)通過識(shí)別掩碼和長(zhǎng)碼， 來(lái)對(duì)信息解碼。 在對(duì)所有信道的小區(qū)特定擴(kuò)頻之后，數(shù)據(jù)被賦予Walsh掩碼。 尋呼消息包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)臺(tái)的尋呼。當(dāng)基站接收到對(duì)移動(dòng)臺(tái)的呼叫時(shí)，通常發(fā)送尋呼信號(hào)，并且由幾個(gè)不同的基站發(fā)送尋呼信號(hào)。尋呼信道有一個(gè)特殊模式稱為時(shí)隙模式，這種模式的運(yùn)行方式類似于GSM的不連續(xù)接收（DRX），但仍有差別。在這種模式中，確定移動(dòng)臺(tái)的消息，只有在某一預(yù)先確定的時(shí)隙上被傳輸，此時(shí)隙發(fā)生在某一預(yù)先確定的時(shí)間上。 通過接入處理，移動(dòng)臺(tái)能夠指定哪些時(shí)隙來(lái)監(jiān)控進(jìn)入的尋呼信息。這些時(shí)隙能夠

24、從每2秒發(fā)生一次，到每128秒發(fā)生一次。這種性能允許運(yùn)行在時(shí)隙模式的移動(dòng)臺(tái)，在時(shí)隙上部分的功率下降，但預(yù)先確定的時(shí)隙除外。 移動(dòng)臺(tái)偵聽部分時(shí)隙， 而不是全部時(shí)隙，這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)非常好的方法，通過這個(gè)方法移動(dòng)臺(tái)在空閑時(shí)，電池功耗大大減少，從而延長(zhǎng)一次充電后的手機(jī)使用時(shí)間。 尋呼信道結(jié)構(gòu)：一旦移動(dòng)臺(tái)從同步信道消息處獲得信息，它就會(huì)把時(shí)間調(diào)整到相應(yīng)正常系統(tǒng)時(shí)間。然后，移動(dòng)臺(tái)確定并開始監(jiān)控尋呼信道。正常情況下，一個(gè)9600 b/s的尋呼信道能夠每秒支持大約180個(gè)尋呼。在一個(gè)單獨(dú)的CDMA頻率上使用所有7個(gè)尋呼信道， 能每秒支持1260個(gè)尋呼。尋呼信道消息把信息從基站發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)。 每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的消

25、息地址可通過ESN，IMSI，或TMSI進(jìn)行尋址。尋呼信道支持以下消息： 系統(tǒng)參數(shù)消息。在系統(tǒng)參數(shù)消息上發(fā)送導(dǎo)頻PN序列偏置信息、系統(tǒng)識(shí)別碼和網(wǎng)絡(luò)識(shí)別碼。登記信息有地區(qū)識(shí)別碼和不同種類登記信息，這些信息有功率下降、功率上升和參數(shù)變化等。參數(shù)消息如基站等級(jí)、尋呼信道個(gè)數(shù)、最大時(shí)隙周期指數(shù)、基站緯度與經(jīng)度以及功率控制報(bào)告閾值等。 接入?yún)?shù)消息。 涉及移動(dòng)臺(tái)接入方面的信息，經(jīng)由此消息發(fā)送。 它包括的信息有接入信道個(gè)數(shù)、初始接入功率要求、接入嘗試次數(shù)、接入消息的最大長(zhǎng)度、不同過載等級(jí)值、接入嘗試退出值、鑒權(quán)模式和全球隨機(jī)問題值。移動(dòng)臺(tái)用這些信息來(lái)修改它的接入程序。 CDMA信道列表消息。 這個(gè)消息指示

26、了CDMA信道的個(gè)數(shù)。 信道分配消息。此消息是發(fā)送到移動(dòng)臺(tái)并用來(lái)分配信道的。 這個(gè)被分配的信道能成為一個(gè)CDMA業(yè)務(wù)信道、尋呼信道或是一個(gè)模擬語(yǔ)音信道。 在CDMA中，萬(wàn)一有多個(gè)尋呼信道，則基站分配一個(gè)作為監(jiān)控用的尋呼信道給移動(dòng)臺(tái)。 基站使用這種機(jī)制， 通過尋呼信道分散工作量?；疽材苤敢苿?dòng)臺(tái)獲得一個(gè)模擬系統(tǒng)。如果分配一個(gè)模擬語(yǔ)音信道，那么就需提供模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)識(shí)別信息、模擬語(yǔ)音信道數(shù)和色碼等。移動(dòng)臺(tái)使用這些信息來(lái)獲得模擬語(yǔ)音信道。如果分配一個(gè)CDMA業(yè)務(wù)信道， 那么需提供關(guān)于頻率、 幀偏置和加密模式等信息?；灸苓x擇與移動(dòng)臺(tái)協(xié)商選擇的業(yè)務(wù)或同意移動(dòng)臺(tái)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求。 圖6-11 導(dǎo)頻信道、 同

27、步信道和尋呼信道的產(chǎn)生 6.4 CDMA反向信道圖6-12 CDMA反向信道結(jié)構(gòu) CDMA反向信道實(shí)際的符號(hào)率為28.8千符號(hào)/秒（ks/s）。每個(gè)符號(hào)被調(diào)制成一個(gè)調(diào)制符號(hào)用于傳輸，因此調(diào)制符號(hào)傳輸率為(28800/6=)4800調(diào)制符號(hào)/秒。 調(diào)制符號(hào)又由64階Walsh函數(shù)中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)制，每個(gè)調(diào)制符號(hào)具有64個(gè)Walsh比特片（Chip）。 這樣Walsh比特片率為固定的480064=307.2 kc/s。 又因?yàn)槊恳粋€(gè)Walsh比特片被擴(kuò)成四個(gè)PN比特片，所以其最終的數(shù)據(jù)速率就是擴(kuò)頻PN序列的速率，為307.24 =1.2288 Mc/s。 6.4.1 接入信道 圖6-13 接入信道幀

28、結(jié)構(gòu) 1. 接入信道信息結(jié)構(gòu) CDMA反向接入信道幀由88個(gè)信息比特和8個(gè)編碼尾比特構(gòu)成， 沒有CRC校驗(yàn)比特。數(shù)據(jù)速率固定為4800 b/s，見圖6-13。為了增加接入信道的可靠性，每個(gè)經(jīng)卷積編碼出來(lái)的符號(hào)被重復(fù)一次再進(jìn)行發(fā)射。 接入信道消息由登記、命令、數(shù)據(jù)突發(fā)、源、尋呼響應(yīng)、鑒權(quán)響應(yīng)、狀態(tài)響應(yīng)和臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)TMSI分配完成消息組成。所有接入信道消息分享一些共同的參數(shù)， 這些參數(shù)可分成以下幾類： 應(yīng)答和序列數(shù)。 移動(dòng)識(shí)別參數(shù)。 鑒權(quán)參數(shù)。 2. 接入信道產(chǎn)生 接入信道在每20 ms幀上支持的固定工作速率為4800 b/s。4.8 kb/s速率的信息被輸入到1/3卷積編碼器，此編碼器是

29、進(jìn)行信道編碼用的。從卷積編碼器輸出的信號(hào)輸入到一個(gè)符號(hào)重復(fù)器中。 符號(hào)重復(fù)器的目的是使數(shù)據(jù)以恒定比特速率輸入到塊交織器中。 恒定比特速率輸入能使塊交織器高效運(yùn)行。9600 b/s速率輸入卷積編碼器，28 800 b/s信道編碼數(shù)據(jù)的輸出，這個(gè)輸出然后被送入塊交織器中。因?yàn)榫矸e編碼器對(duì)4800 b/s接入信道數(shù)據(jù)速率的輸出是14.4 kb/s，所以輸出被送入一個(gè)符號(hào)重復(fù)器，這個(gè)重復(fù)器對(duì)每個(gè)編碼數(shù)據(jù)重復(fù)一次，從而產(chǎn)生28.8 kb/s速率的信道編碼數(shù)據(jù)送入塊交織器。 CDMA交織器是一個(gè)32行18列的矩陣（即576個(gè)單元）。數(shù)據(jù)按列寫入交織器，按行輸出。因?yàn)閴K交織器只是擾亂數(shù)據(jù)，并沒有增加數(shù)據(jù)，所

30、以交織器的輸出與輸入是相同的（也就是28.8 kb/s編碼數(shù)據(jù)）。 在交織器的后面是一個(gè)64階正交調(diào)制功能。 每6個(gè)碼比特作為一個(gè)調(diào)制符號(hào)， 使用64階Walsh函數(shù)中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)制。 在此發(fā)射中所有64Walsh碼都是有可能的。 正交調(diào)制器的輸出是307.2 kb/s編碼數(shù)據(jù)，此輸出被一個(gè)長(zhǎng)掩碼序列取代， 這個(gè)長(zhǎng)掩碼序列能從所有基站可能接收到發(fā)射的信道中， 區(qū)分出特定的接入信道。掩碼改變長(zhǎng)碼的一些信息， 如與下行的尋呼信道相應(yīng)的接入信道號(hào)（n）， 基站識(shí)別號(hào)和當(dāng)前PN碼偏置，最后的步驟是每個(gè)接入信道用小區(qū)特定PN碼進(jìn)行四相擴(kuò)頻，這一步驟幫助基站區(qū)分發(fā)射是從它本身的小區(qū)來(lái)，還是來(lái)自其他小區(qū)/扇

31、區(qū)。在一個(gè)20 ms幀上發(fā)射4800 b/s全部的用戶數(shù)據(jù)。 6.4.2 反向業(yè)務(wù)信道 反向業(yè)務(wù)信道用于在呼叫建立期間傳輸用戶信息和信令信息。 反向和前向業(yè)務(wù)信道幀的長(zhǎng)度為20 ms。業(yè)務(wù)和信令都能使用這些幀。當(dāng)一個(gè)業(yè)務(wù)信道被分配時(shí)，CDMA支持兩種模式傳送信令信息：空白突發(fā)序列（blankandburst）模式和半空白突發(fā)序列（dim and burst）模式。這兩個(gè)模式在上行和下行鏈路上都能使用。空白突發(fā)序列信令能夠用來(lái)發(fā)送信令信息。這個(gè)模式的運(yùn)行與AMPS的運(yùn)行相似。一旦信令信息要發(fā)送，初始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)幀（如被編碼的語(yǔ)音）就被信令數(shù)據(jù)代替。 CDMA也支持另一個(gè)模式，即半空白突發(fā)

32、序列模式來(lái)發(fā)送信令信息。 因?yàn)樵贑DMA中使用了變速率聲碼器，所以這種模式是可行的。 在此模式中，聲碼器運(yùn)行在1/2，1/4或1/8模式的其中一個(gè)模式上，但速率1的數(shù)據(jù)速率為全速率9600 b/s，速率2的數(shù)據(jù)速率為14400 b/s。 由于沒有使用全速聲碼器，節(jié)省的比特可為信令使用。只有在全速率發(fā)送時(shí)，在此模式上的聲碼器速率會(huì)受到限制。在所有其他運(yùn)行模式上，因?yàn)槭Ｓ啾忍乇恍帕钍褂茫?所以聲碼器速率不會(huì)受到限制。由于半空白突發(fā)序列模式話音質(zhì)量下降基本上不易被察覺，所以它比空白突發(fā)序列模式有更大的優(yōu)勢(shì)。 CDMA也為半空白突發(fā)序列模式的使用提供主要和次要業(yè)務(wù)。例如，主要數(shù)據(jù)能成為編碼的語(yǔ)音，次要

33、數(shù)據(jù)能成為傳真消息。 通過使用這種模式， CDMA經(jīng)由相同業(yè)務(wù)信道支持同步語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。 根據(jù)所使用的聲碼器種類的不同， 反向業(yè)務(wù)信道支持兩種速率。速率1包括四種速度：9600，4800，2400和1200 b/s。速率2也包括四種速度：14400，7200，3600和1800 b/s。當(dāng)速率2是可選時(shí)， 那么移動(dòng)臺(tái)不得不支持速率1。移動(dòng)臺(tái)在反向業(yè)務(wù)信道上以可變速率的數(shù)據(jù)發(fā)送信息。速率的選擇以一幀（即20 ms）為單位， 如上一幀是9600 b/s，下一幀就可能是4800 b/s。 移動(dòng)臺(tái)業(yè)務(wù)信道初始幀的時(shí)間偏置由尋呼信道的信道指配消息中的幀偏置參數(shù)定義。反向業(yè)務(wù)信道的時(shí)間偏置與前向業(yè)務(wù)信道的時(shí)

34、間偏置相同。僅當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間是20 ms的整數(shù)倍時(shí)，零偏置的反向業(yè)務(wù)信道幀才開始傳輸。 在業(yè)務(wù)信道上，有五種類型的控制消息：呼叫控制消息，切換控制消息，前向功率控制消息，安全和鑒權(quán)控制消息，為移動(dòng)臺(tái)引出或提供特定信息的控制消息。 圖6-14 接入信道及速率1和速率2反向業(yè)務(wù)信道的產(chǎn)生 排列后的電子串號(hào)ESN 1. 聲碼器 信源編碼，減小語(yǔ)音冗余度，降低語(yǔ)音傳輸需要的比特速率。工作在全速率，1/2，1/4和1/8速率的可變模式。速率1聲碼器的全速輸出速率為9.6 kb/s，速率2的全速輸出速率為14.4 kb/s。 2. 卷積編碼 移動(dòng)臺(tái)對(duì)不同速率反向業(yè)務(wù)信道和接入信道的初始信息數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積編碼。卷

35、積編碼率為1/3，約束長(zhǎng)度為9。簡(jiǎn)單地說就是輸入一個(gè)數(shù)據(jù)比特，輸出三個(gè)符號(hào)，且在輸入數(shù)據(jù)比特流中相連的9個(gè)比特是相關(guān)的。該卷積碼的生成函數(shù)為：g0等于是01101111（二進(jìn)制），g1等于是10110011（二進(jìn)制），g2等于是11001001（二進(jìn)制）。這些符號(hào)的輸出順序?yàn)? L由生成函數(shù)g0編碼的符號(hào)c0第一個(gè)輸出，由生成函數(shù)g1編碼的符號(hào)c1第二個(gè)輸出，由生成函數(shù)g2編碼的符號(hào)c2最后輸出。初始化后的卷積編碼器狀態(tài)為全“0”狀態(tài)。初始化后輸出的第一個(gè)符號(hào)是由生成函數(shù)g0編碼的符號(hào)。 圖6-15 反向業(yè)務(wù)信道產(chǎn)生過程 圖6-16 k=9，卷積率為1/3的卷積編碼器 3. 符號(hào)重復(fù) 重復(fù)從卷

36、積編碼器來(lái)的輸入符號(hào)。重復(fù)是維持一個(gè)恒定速率的輸入到塊交織器。反向業(yè)務(wù)信道的符號(hào)重復(fù)率隨數(shù)據(jù)率的不同而不同。全速符號(hào)不被重復(fù)并在全功率上發(fā)送。半速率重復(fù)一次并在半功率上發(fā)送，以此類推。對(duì)于速率1，9600 b/s的數(shù)據(jù)率， 符號(hào)不必重復(fù)； 4800 b/s的數(shù)據(jù)率，每個(gè)符號(hào)將重復(fù)一次（每個(gè)符號(hào)連續(xù)出現(xiàn)兩次）；2400 b/s的數(shù)據(jù)率，每個(gè)符號(hào)將重復(fù)3次（每個(gè)符號(hào)連續(xù)出現(xiàn)4次）；1200 b/s的數(shù)據(jù)率， 每個(gè)符號(hào)將重復(fù)7次（每個(gè)符號(hào)連續(xù)出現(xiàn)8次）。速率1輸出維持在19.2 kb/s（與編碼速率無(wú)關(guān)）， 速率2輸出是28.8 kb/s。在反向業(yè)務(wù)信道上這些重復(fù)的符號(hào)不會(huì)都被傳輸，對(duì)于重復(fù)的符號(hào)，

37、除其中一個(gè)符號(hào)外其他重復(fù)的符號(hào)在傳輸之前均被濾除。 在接入信道上，數(shù)據(jù)速率為4800 b/s每個(gè)符號(hào)都被重復(fù)一次（每個(gè)符號(hào)連續(xù)出現(xiàn)兩次）。所有重復(fù)的符號(hào)均被傳輸， 這可增加接收的可靠性 4. 塊交織 塊交織的主要作用是抗瑞利快衰落造成的突發(fā)錯(cuò)誤。瑞利衰落是一種頻率選擇衰落，這種衰落會(huì)引起大片相鄰數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 如果不采用交織，那么瑞利衰落會(huì)使信息很難在接收端上重新正確接收到。交織打亂了信息原來(lái)的順序， 將突發(fā)錯(cuò)誤變成隨機(jī)錯(cuò)誤， 隨機(jī)錯(cuò)誤能很容易地通過使用糾錯(cuò)技術(shù)來(lái)糾正。 在調(diào)制和發(fā)射以前，移動(dòng)臺(tái)對(duì)所有反向業(yè)務(wù)信道和接入信道上的符號(hào)（符號(hào)重復(fù)結(jié)束后）進(jìn)行交織。塊交織長(zhǎng)度為20 ms。 交織器是一

38、個(gè)32行和18列的陣列（即576個(gè)單元）。符號(hào)（數(shù)據(jù)率低于9600 b/s時(shí)包括重復(fù)的符號(hào)）按列寫入交織器，填滿整個(gè)3218(行列)矩陣。而后按行從交織器中讀出。 通過這種塊交織可將突發(fā)錯(cuò)誤變成隨機(jī)錯(cuò)誤。 5. 正交調(diào)制 CDMA反向信道的調(diào)制為64階正交調(diào)制。每6個(gè)符號(hào)作為一個(gè)調(diào)制符號(hào)，使用64階Walsh函數(shù)中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)制。 Walsh函數(shù)由64個(gè)相互正交的序列組成，標(biāo)號(hào)為0至63。根據(jù)以下公式選擇第i個(gè)調(diào)制符號(hào)（即Walsh函數(shù)序列）來(lái)替代某6個(gè)符號(hào)： 調(diào)制符號(hào)索引i為C0+2C1+4C2+8C3+16C4+32C5 其中，C5表示形成調(diào)制符號(hào)索引的某6個(gè)符號(hào)的最高位（二進(jìn)制數(shù)），C0

39、表示最低位（二進(jìn)制數(shù)）。例如，一組符號(hào)為010011， 即C5=0，C4=1，C3=0，C2=0，C1=1，C0=1。調(diào)制符號(hào)索引i為C0+2C1+4C2+8C3+16C4+32C5=1+2+0+0+16+0=19。即此組符號(hào)使用第19號(hào)Walsh（沃爾什）函數(shù)序列調(diào)制。 6. 數(shù)據(jù)率和傳輸門控 在發(fā)射之前，反向業(yè)務(wù)信道交織器輸出還要經(jīng)過一個(gè)時(shí)間濾波器進(jìn)行選通，通過這種選通允許輸出某些符號(hào)而濾掉另一些符號(hào)。 傳輸門控的工作周期隨發(fā)射數(shù)據(jù)率的變化而變化。工作周期是指在一個(gè)CDMA幀（20 ms）中傳輸數(shù)據(jù)的功率控制組與全部功率控制組的比值。在CDMA系統(tǒng)中一幀被分為16個(gè)時(shí)隙， 每一個(gè)時(shí)隙叫做一

40、個(gè)功率控制組。如果是一個(gè)9600 b/s或14 400 b/s的幀，那么在這16個(gè)功率控制組中的每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)都發(fā)送數(shù)據(jù)， 所以9600 b/s或14 400 b/s幀的傳輸工作周期為100%。 而對(duì)于4800 b/s或7200 b/s的幀將只在其中的8個(gè)功率控制組里發(fā)送， 所以4800 b/s或7200 b/s幀的傳輸工作周期為50%。2400 b/s或3600 b/s的幀將只在其中的4個(gè)功率控制組里發(fā)送，所以2400 b/s或3600 b/s的傳輸工作周期為25%。 1200 b/s或1800 b/s的幀只有其中的2個(gè)功率控制組發(fā)射數(shù)據(jù)，所以1200 b/s或1800 b/s幀的傳輸工作周期

41、為12.5%。并且不傳輸數(shù)據(jù)的功率控制組發(fā)射的功率比相鄰的傳輸數(shù)據(jù)的功率控制組的發(fā)射功率低20 dB或干脆低于噪聲電平（兩個(gè)值中哪個(gè)更低就取哪個(gè)值）。這有助于減少反向鏈路的干擾，增加了系統(tǒng)的容量與性能。 7. 數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化算法 為了均勻地在整個(gè)20 ms幀上擴(kuò)頻數(shù)據(jù)， 要使用一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化算法。數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)“0”和“1”的屏蔽模式，它可以隨機(jī)地屏蔽掉由碼重復(fù)產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)。屏蔽模式與幀數(shù)據(jù)率有關(guān)。具體屏蔽與否是由從長(zhǎng)碼中取出的14位比特決定的。 對(duì)于接入信道沒有這個(gè)問題， 因其在所有的功率控制組上都發(fā)送。這14個(gè)比特為前一幀的倒數(shù)第二個(gè)功率控制組用于擴(kuò)頻的長(zhǎng)碼的最后14個(gè)

42、比特。 該14個(gè)比特表示為 b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13 每20 ms的反向業(yè)務(wù)信道幀將被劃分為16個(gè)等長(zhǎng)（即1.25 ms）的功率控制組，編號(hào)從0至15。數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)數(shù)算法如下： 如果所選數(shù)據(jù)率是9600 b/s或14400 b/s， 則在以下標(biāo)號(hào)功率控制組上發(fā)射： 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15 如果所選數(shù)據(jù)是4800 b/s或7200 b/s， 則在以下標(biāo)號(hào)的功率控制組上發(fā)射： b0，2+b1，4+b2，6+b3，8+b4，10+b5，12+b6，14+b7 如果所選數(shù)據(jù)率是2400 b/s或3600 b/s

43、， 則在以下標(biāo)號(hào)的4個(gè)功率控制組上發(fā)射： b0 (若b8=0)； 或2+b1(若b8=1)； 4+b2(若b9=0)； 或6+b3 (若b9=1)。 8+b4(若b10=0)；或10+b5 (若b10=1)； 12+b6(若b11=0)； 或14+b7 (若b11=1)。 如果所選數(shù)據(jù)率是1200 b/s或1800 b/s， 則在以下標(biāo)號(hào)的2個(gè)功率控制組上發(fā)射： b0（若b8=0且b12=0）或2+b1（若b8=1且b12=0）或4+b2（若b9=0且b12=1）或6+b3（若b9=1且b12=1）； 8+b4（若b10=0且b13=0）或10+b5（若b10=1且b13=0）或12+b6（若

44、b11=0且b13=1）或者說4+b7（若b11=1且b13=1）。 8. 直接序列擴(kuò)頻 反向業(yè)務(wù)信道在數(shù)據(jù)隨機(jī)化之后被長(zhǎng)碼直接序列擴(kuò)頻； 而接入信道在經(jīng)過正交調(diào)制后就被長(zhǎng)碼直接序列擴(kuò)頻。對(duì)于反向業(yè)務(wù)信道， 該擴(kuò)頻操作就是數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器輸出的數(shù)據(jù)流與長(zhǎng)碼的模2加。對(duì)于接入信道，該擴(kuò)頻操作就是64階正交調(diào)制器輸出的數(shù)據(jù)流與長(zhǎng)碼的模2加。 該長(zhǎng)碼的周期為242-1比特片，且滿足以下特征多項(xiàng)式定義的線性遞推公式： P（x）=x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17 +x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x+1 長(zhǎng)碼序列是由42個(gè)移

45、位寄存器組成的序列發(fā)生器產(chǎn)生的。 整個(gè)CDMA系統(tǒng)中所用到的長(zhǎng)碼序列只有一個(gè)，只是初相不同， CDMA系統(tǒng)通過不同的掩碼給每個(gè)信道分配一個(gè)不同的初相。 長(zhǎng)碼序列所用的掩碼與信道類型有關(guān)。 具體來(lái)講， 對(duì)于接入信道，掩碼為：M41至M33置為“110001111”； M32至M28置為所選的接入信道號(hào)；M27至M25置為該移動(dòng)臺(tái)目前所屬尋呼信道的信道號(hào)（范圍是17）；M24至M9置為目前基站的BASE-ID（基站識(shí)別碼）；M8至M0置為CDMA前向信道的PILOT-PN值。 對(duì)于反向業(yè)務(wù)信道，掩碼可選用下面二者之一： 公用長(zhǎng)碼掩碼或?qū)Ｓ瞄L(zhǎng)碼掩碼。公用長(zhǎng)碼掩碼如下：M41至M32置為“110001

46、1000”，M31至M0置為移動(dòng)臺(tái)電子串號(hào)（ESN）比特的重新排列（擾亂），具體排列方式如下： ESN=（E31，E30，E29，E28，E27，E26，E25, E2，E1，E0） 排列后 ESN=（E0，E31，E22，E13，E4，E26，E17，E8，E30，E21，E12， E3，E25，E16，E7，E29，E20，E11，E2，E24，E15，E6，E28，E19， E10，E1，E23，E14，E5，E27，E18，E9） 9. 正交擴(kuò)頻調(diào)制 在直接序列擴(kuò)頻以后，反向業(yè)務(wù)信道和接入信道將進(jìn)行正交擴(kuò)頻，用于該擴(kuò)頻的序列是CDMA前向信道上使用的零偏置I和Q正交導(dǎo)頻PN序列。該序列

47、的周期為215比特片，分別基于下列特征多項(xiàng)式： PI（x）=x15+x13+x9+x7+x5+1 （對(duì)同相I序列）PQ（x）=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1（對(duì)正交相位Q序列） 基于I(x)和PQ(x)特征多項(xiàng)式的最大長(zhǎng)度線性反饋移位寄存器序列i（n）和g（n）的周期為215-1，可以分別從以下線性遞推公式導(dǎo)出i(n)和g(n)： i(n)=i(n-15) i(n-10) i(n-8) i(n-7) i(n-6) i(n-2) g(n)=g(n-15)g(n-12)g(n-11)g(n-10)g(n-9)g(n-5) g(n-4) g(n-3) 其中, i（n）和g

48、（n）是二進(jìn)制值（“0”或“1”）。為了獲得I和Q導(dǎo)頻PN序列（周期為215），在14個(gè)連“0”輸出之后（這在每個(gè)周期僅出現(xiàn)一次），在i（n）和g（n）中要插入一個(gè)“0”。因此，導(dǎo)頻序列中將存在連接15個(gè)“0”的輸出而不是14個(gè)“0”。 導(dǎo)頻PN序列每26666 ms重復(fù)一次（215/12 288 000 s），即每2秒鐘重復(fù)75次。 CDMA反向信道采用了OQPSK調(diào)制。Q導(dǎo)頻PN序列擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)相對(duì)于由I導(dǎo)頻PN序列擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)將延時(shí)半個(gè)PN比特片的時(shí)間（406901 ns）。OQPSK調(diào)制使用了功率效率高、非線性、 完全飽和的C類放大器，節(jié)省了移動(dòng)臺(tái)的功耗，延長(zhǎng)了通話時(shí)間。 6.5 功 率

49、控 制 1. 反向開環(huán)功率控制 CDMA系統(tǒng)的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)都一直在計(jì)算從基站到移動(dòng)臺(tái)的路徑衰耗，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，表明要么離基站很近， 要么有一個(gè)特別好的傳播路徑。這時(shí)移動(dòng)臺(tái)可降低它的發(fā)射功率， 而基站依然可以正常接收。相反當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的來(lái)自基站的信號(hào)很弱時(shí)，它就增加發(fā)射功率，以抵消衰耗，這就是開環(huán)功率控制。 開環(huán)功率控制只是對(duì)發(fā)送電平的粗略估計(jì)，因此它的反應(yīng)時(shí)間既不應(yīng)太快，也不應(yīng)太慢。如反應(yīng)太慢，在開機(jī)或進(jìn)入陰影、拐彎效應(yīng)時(shí)，開環(huán)起不到應(yīng)有的作用；而如果反應(yīng)太快，將會(huì)由于前向鏈路中的快衰落而浪費(fèi)功率，因?yàn)榍跋?、反向衰落是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程， 移動(dòng)臺(tái)接收的尖峰式功率很有可能是由于干

50、擾形成的。 2. 反向閉環(huán)功率控制 圖6-17 外環(huán)和閉環(huán)調(diào)整的具體過程 在圖6-17 中，從BTS來(lái)的語(yǔ)音幀以每秒50幀的速率送到選擇器V/S（該選擇器放在MSC還是BSC，各公司有不同的做法）， 選擇器每過一定的時(shí)間就統(tǒng)計(jì)所收到的壞幀與總幀數(shù)之比是否超過1%。如果超過1%，說明目前所設(shè)的目標(biāo)Eb/N0還不夠，就指令BTS將目標(biāo)Eb/N0 上升幾個(gè)步階；如果小于1%，說明目前所設(shè)的目標(biāo)Eb/N0還有余量，就指令BTS將目標(biāo)Eb/N0下降一個(gè)步階。這就是所說的外環(huán)調(diào)整。而閉環(huán)高速是這樣一個(gè)過程：BTS對(duì)從MS收到的信號(hào)進(jìn)行Eb/N0測(cè)量，每幀分階段6次（即以一個(gè)功率控制組為單位）, 具體的測(cè)量

51、過程如下： 對(duì)于收到的每一個(gè)Walsh符號(hào)進(jìn)行解調(diào)，取64個(gè)解調(diào)值中的最大值。 把每六個(gè)最大值加在一起（6個(gè)Walsh符號(hào)=1個(gè)功率控制組）。 總和與一個(gè)門限相比。 3. 軟切換時(shí)的閉環(huán)功率控制 在軟切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)同時(shí)接收兩個(gè)或兩個(gè)以上基站對(duì)它的功率控制命令，如果有上升和下降的功率控制命令，則只執(zhí)行讓它功率下降的命令。 4. 前向功率控制 圖6-18 12個(gè)用戶時(shí)的不同信道分配功率百分比的例子 6.5.1 反向開環(huán)功率控制 反向開環(huán)功率控制是移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中所接收功率的變化，迅速調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率。開環(huán)功率控制的目的是試圖使所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)都有相同的標(biāo)稱功率。它完全是一種移動(dòng)

52、臺(tái)自己進(jìn)行的功率控制。 由于開環(huán)功率控制是為了補(bǔ)償平均路徑衰落的變化和陰影、 拐彎等效應(yīng)，所以它必須要有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍。根據(jù)CDMA空中接口的標(biāo)準(zhǔn)，它至少應(yīng)該達(dá)到32 dB的動(dòng)態(tài)范圍。 開環(huán)功率控制只是移動(dòng)臺(tái)對(duì)發(fā)送電平的粗略估計(jì)，移動(dòng)臺(tái)通過測(cè)量接收功率來(lái)估計(jì)發(fā)射功率，而不需要進(jìn)行任何前向鏈路的解調(diào)。 （1） 剛進(jìn)入接入信道時(shí)（閉環(huán)校正尚未激活）， 移動(dòng)臺(tái)將按下式計(jì)算平均輸出功率，以發(fā)射其第一個(gè)試探序列。 平均輸出功率（dBm）= 平均輸入功率（dBm）73+NOM PWR（dB）+INIT-PWR（dB） 其中：平均功率是相對(duì)于1.23 MHz標(biāo)稱CDMA信道帶寬而言的。INIT-PWR是

53、對(duì)第一個(gè)接入信道序列所需要作的調(diào)整，NOM-PWR是為了補(bǔ)償由于前向CDMA信道和反向CDMA信道之間不相關(guān)造成的路徑損耗。這兩個(gè)參數(shù)都需要根據(jù)具體傳播環(huán)境的通信當(dāng)?shù)卦肼曤娖酵ㄟ^計(jì)算得出。 （2） 其后的試探序列不斷增加發(fā)射功率（增加的步長(zhǎng)為PRW-STEP），直到收到一個(gè)響應(yīng)或序列結(jié)束。這時(shí)移動(dòng)臺(tái)開始在反向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送信號(hào)， 其平均輸出功率電平為： 平均輸出功率（dBm）=-平均輸入功率（dBm）-73+nom pwr（dB）=+INIT-PWR（dB）+PWR-STEP之和（dB） （1） 在反向業(yè)務(wù)信道開始發(fā)送之后一旦收到一個(gè)功率控制比特， 移動(dòng)臺(tái)的平均輸出功率將變?yōu)?平均輸出功率（d

54、Bm）=-平均輸入功率（dBm）-73+NOM-PWR（dB）+INIT-PWR（dB）+PWR-STEP之和（dB）=+所有閉環(huán)功率控制校正之和（dB） NOM-PWR，INIT-PWR和PWR-STEP均為在接入?yún)?shù)消息中定義的參數(shù)，在移動(dòng)臺(tái)發(fā)射之前便可得到這些參數(shù)。NOM-PWR參數(shù)的范圍為（-87）dB，標(biāo)稱值為0 dB。 INIT-PWR參數(shù)的范圍為（-1615）dB，標(biāo)稱值為0 dB。PWR-STEP參數(shù)的范圍為（07）dB。這些校正參數(shù)對(duì)平均輸出功率所做調(diào)整的精確度為0.5 dB。移動(dòng)臺(tái)平均輸出功率可調(diào)整的動(dòng)態(tài)范圍至少應(yīng)為32 dB。 6.5.2 反向閉環(huán)功率控制 在反向閉環(huán)功率

55、控制中，基站起著很重要的作用。閉環(huán)控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開環(huán)功率估計(jì)迅速作出糾正，以使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率。 這種對(duì)開環(huán)的迅速糾正，解決了前向鏈路和反向鏈路間增益容許度和傳輸損耗不一樣的問題。 在對(duì)反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行閉環(huán)功率控制時(shí)， 移動(dòng)臺(tái)將根據(jù)在前向業(yè)務(wù)信道上收到的有效功率控制比特（在功率控制子信道上）來(lái)調(diào)整其平均輸出功率。 功率控制比特（“0”或“1”）是連續(xù)發(fā)送的，其速率為每比特1.25 ms（即800 b/s）。 “0”比特指示移動(dòng)臺(tái)增加平均輸出功率，“1”比特指示移動(dòng)臺(tái)減少平均輸出功率。每個(gè)功率控制比特使移動(dòng)臺(tái)增加或減少功率的大小為1 dB。 基站接收機(jī)應(yīng)測(cè)量所有移動(dòng)臺(tái)

56、的信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)量周期為1.25 ms。基站接收機(jī)利用測(cè)量結(jié)果，分別確定對(duì)各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的功率控制比特值（“0”或“1”），然后基站在相應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道上將功率控制比特發(fā)送出去。基站發(fā)送的功率控制比特較反向業(yè)務(wù)信道延遲21.25 ms。例如，基站收到反向業(yè)務(wù)信道中第7個(gè)功率控制組的信號(hào)（功率控制組是指：將一個(gè)20 ms的幀分為16個(gè)時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙就叫做一個(gè)功率控制組），其對(duì)應(yīng)的功率控制比特在前向業(yè)務(wù)信道第7個(gè)功率控制組中發(fā)送。 圖6-19 功率控制子信道的結(jié)構(gòu)和取代 圖6-20 信道突然遇到衰落時(shí)的功率控制響應(yīng) 6.5.3 前向功率控制 在前向功率控制中，基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整對(duì)每個(gè)移動(dòng)

57、臺(tái)的發(fā)射功率。其目的是對(duì)路徑衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配較小的前向鏈路功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站和路徑衰落大的移動(dòng)臺(tái)分配較大的前向鏈路功率。 基站通過移動(dòng)臺(tái)對(duì)前向誤幀率的報(bào)告決定是增加發(fā)射功率還是減少發(fā)射功率。移動(dòng)臺(tái)的報(bào)告分為定期報(bào)告和門限報(bào)告。定期報(bào)告就是隔一段時(shí)間匯報(bào)一次，門限報(bào)告就是當(dāng)FER（誤幀率）達(dá)到一定門限時(shí)才報(bào)告。這個(gè)門限是由營(yíng)運(yùn)商根據(jù)對(duì)話音質(zhì)量的不同要求設(shè)置的。這兩種報(bào)告方式可同時(shí)存在，也可只用一種，或者兩種都不用，這可根據(jù)營(yíng)運(yùn)商的具體要求進(jìn)行設(shè)定。 6.6 RAKE接收機(jī) 圖6-21 M支路RAKE接收機(jī) M路信號(hào)的統(tǒng)計(jì)判決參見圖6-21。M個(gè)相關(guān)器的輸出分別為Z1，Z2，ZM，其權(quán)重分別

58、為1，2，M。權(quán)重大小是由各支路的輸出功率或SNR決定的。如果支路的輸出功率或SNR小，那么相應(yīng)的權(quán)重就小。正如最大比率合并分集方案一樣， 總的輸出信號(hào)Z為： 權(quán)重M可用相關(guān)器的輸出信號(hào)總功率歸一化，其總和為1，即 6.7 CDMA系統(tǒng)的容量 6.7.1 干擾對(duì)CDMA容量的影響 CDMA系統(tǒng)的容量是干擾受限的，而在FDMA和TDMA中是帶寬受限的。因此，干擾的減少可使CDMA系統(tǒng)的容量線性增加。 從另一方面看，在CDMA系統(tǒng)中，當(dāng)用戶數(shù)減少時(shí)每一用戶的鏈路性能就會(huì)增加。減少干擾的一個(gè)最直接的方法就是使用定向天線，這樣使用戶在空間上隔離。定向天線只從一部分用戶接收到信號(hào)，因此減少了干擾。增加C

59、DMA容量的另一個(gè)方法是采用不連續(xù)發(fā)射模式（DTX），此模式利用了語(yǔ)音斷斷續(xù)續(xù)這一特點(diǎn)。在DTX中，在沒有語(yǔ)音時(shí)可以關(guān)掉發(fā)射機(jī)。已觀察到有線網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音信號(hào)有大約3/8的激活因子，而移動(dòng)通信系統(tǒng)只為1/2。 在無(wú)線系統(tǒng)中，背景噪音和振動(dòng)能觸發(fā)語(yǔ)音激活檢測(cè)電路。因此， CDMA系統(tǒng)的平均容量與激活因子成反比增加。在陸地?zé)o線傳播中，TDMA和FDMA的頻率復(fù)用取決于由路徑損耗所產(chǎn)生的小區(qū)間的隔離，而CDMA小區(qū)可以復(fù)用所有頻率，因而容量有了較大增加。 為了評(píng)估CDMA系統(tǒng)的容量，首先應(yīng)考慮單一小區(qū)系統(tǒng)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)與基站保持通信的移動(dòng)用戶組成（在一個(gè)多小區(qū)系統(tǒng)中， 所有的基站被移動(dòng)交換中心相互連

60、接起來(lái)）。小區(qū)發(fā)射機(jī)包含一個(gè)線性合路機(jī)，這個(gè)合路機(jī)把所有用戶的擴(kuò)頻信號(hào)加起來(lái)，并且對(duì)每一信號(hào)使用一個(gè)加權(quán)因子來(lái)實(shí)現(xiàn)前向鏈路功率控制。當(dāng)只考慮一個(gè)單小區(qū)系統(tǒng)時(shí)，假設(shè)這些加權(quán)因子都相等。 一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)也包括在小區(qū)發(fā)射機(jī)中， 并被每個(gè)移動(dòng)臺(tái)用來(lái)為反向鏈路設(shè)置功率控制。 在一個(gè)具有功率控制的單小區(qū)系統(tǒng)中， 反向信道上的所有信號(hào)在基站以相同功率水平被接收。 設(shè)用戶數(shù)為N, 那么，在當(dāng)前小區(qū)中的每一解調(diào)器接收到一個(gè)復(fù)合波形，此復(fù)合波形含有所需信號(hào)功率S和（N-1）個(gè)干擾用戶的功率，其中每一干擾用戶的功率為S。因此，信噪比為 除了SNR，在通信系統(tǒng)中比特能量-噪聲比也是一重要的參數(shù)。它可通過用信號(hào)功率除以基