移動通信技術與網(wǎng)絡優(yōu)化-第6章 CDMA

2023/2/11第6章CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)

6.1CDMA系統(tǒng)綜述6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.3碼分多址技術基本原理6.4擴頻CDMA中的關鍵技術6.4典型設備介紹2023/2/126.1.1CDMA的發(fā)展CDMA技術早已在軍用抗干擾通信研究中得到廣泛應用；1989年11月，美國Qualcomm（高通）公司在美國的現(xiàn)場試驗證明CDMA用于蜂窩移動通信的容量大；1995年香港和美國的CDMA公用網(wǎng)開始投入商用。96年韓國用從美國購買的Q-CDMA生產(chǎn)許可證，自己生產(chǎn)的CDMA系統(tǒng)設備開始大規(guī)模商用；無線通信在未來的通信中起著越來越重要的作用，CDMA技術已成為第三代蜂窩移動通信標準的無線接入技術。

6.1CDMA系統(tǒng)綜述2023/2/136.1.2技術標準國際通用的CDMA標準主要是由美國國家標準委員會（ANSITIA）開發(fā)頒布的；ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）作為美國國家標準制訂單位，負責授權其它美國標準制訂實體；電信工業(yè)協(xié)會（TIA）主要開發(fā)IS（InterimStandards,暫定標準）系列標準，如CDMA系列標準IS-95、IS-634、IS-41等；IS系列標準之所以被列為暫定標準是因為它的時限性，最初定義的標準有效期限是5年，現(xiàn)在是3年。CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的技術標準經(jīng)歷了IS-95A、IS-95B、CDMA2000、CDMA2000

1X／EV－DO和CDMA2000

1X／EV－DV幾個發(fā)展階段。

6.1CDMA系統(tǒng)綜述2023/2/146.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)6.2.1CDMA網(wǎng)絡1．CDMA網(wǎng)絡結(jié)構與組成CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和移動臺（MS）組成。圖6.1示。圖6.1CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構2023/2/15網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）。處于市話網(wǎng)與基站控制器之間，它主要由移動交換中心（MSC），或稱為移動電話交換局（MTSO）組成；基站子系統(tǒng)（BSS）?；究刂破鳎˙SC）和基站收發(fā)設備（BTS）。每個基站有效覆蓋范圍即為無線小區(qū)。一個基站控制器（BSC）可以控制多個基站，每個基站可有多部收發(fā)信機。基站控制器（BSC）通過網(wǎng)絡接口分別連接移動交換中心（MSC）和基站收發(fā)信機（BTS）；一個基站控制器（BSC）可以控制多個基站，每個基站含有多部收發(fā)信機。圖6.2示。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/16小區(qū)可分為全向小區(qū)（采用全向天線）和扇形小區(qū)（采用定向天線），常用的小區(qū)分為3個扇形區(qū)，分別用、

和

表示。圖6.3示。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)圖6.22023/2/17圖6.3單個扇區(qū)的設備組成方框圖6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/18移動臺（MS）。IS-95標準規(guī)定的雙模式移動臺，必須與原有的模擬蜂窩系統(tǒng)（AMPS）兼用，以便使CDMA系統(tǒng)的移動臺也能用于所有的現(xiàn)有蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)，從而有利于發(fā)展CDMA蜂窩系統(tǒng)。這一點非常有價值，也利于從模擬蜂窩平滑地過渡到數(shù)字蜂窩網(wǎng)。

圖6.4雙模式移動臺方框圖

6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/192功能實體移動交換中心（MSC）原籍位置寄存器（HLR）訪問位置寄存器（VLR）鑒權中心（AUC）消息中心（MC）短消息實體（SME）操作維護中心（OMC）智能外設（IP）業(yè)務控制點（SCP）業(yè)務交換點（SSP）

6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1106.2.2CDMA系統(tǒng)接口與信令協(xié)議

1．系統(tǒng)接口CDMA系統(tǒng)有如下主要接口（見圖6.4）。MS與BSS間的接口——Um MSC與EIR間的接口——FBSS與MSC間的接口——A VLR與VLR間的接口——GMSC與VLR間的接口——B HLR與AUC間的接口——H6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/111圖6.4CDMA系統(tǒng)的接口6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/112MSC與HLR間的接口——C MSC與PSTN間的接口——AiVLR與HLR間的接口——D MSC與PSPDN間的接口——PiMSC與MSC間的接口——E MSC與ISDN間的接口——Di6.3CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1136.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2．空中接口的信令協(xié)議Um接口(也稱空中接口)的無線信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)空中接口技術規(guī)范》規(guī)定。中國聯(lián)通已頒布的此規(guī)范是基于TIA／EIA／IS-95A——寬帶雙模擴頻蜂窩系統(tǒng)移動臺－基站兼容性標準；在CDMA系統(tǒng)中，最重要的是空中接口（Um）標準，圖6.5中定義了各層的結(jié)構關系。

2023/2/114圖6.5Um接口信令層結(jié)構6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/115第一層是無線信道物理層，包括與車速相關的功能，例如基帶調(diào)制、編碼、組幀等。第一層和第二層之間是一個復用層，允許用戶數(shù)據(jù)和信令共享數(shù)字無線信道。復用層上面的第二層，該層信令協(xié)議的目標是在移動臺與基站之間可靠傳輸?shù)谌龑有帕顓f(xié)議，例如消息重發(fā)、各種信道統(tǒng)計和復制檢測。信令層是關于呼叫建立、切換、功率控制和移動臺鎖定等。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1163．A接口的信令協(xié)議

A接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)移動業(yè)務交換中心與基站子系統(tǒng)間接口信令技術規(guī)范》規(guī)定。中國聯(lián)通已頒布的此規(guī)范是A接口信令規(guī)程與EIA／TIA／IS－634的信令規(guī)程基本兼容，是其一個子集；A接口是BSS和MSC之間的接口，此接口中把BSS看做一體。A接口支持向CDMA用戶提供的業(yè)務，同時允許在PLMN內(nèi)分配無線資源及對這些資源的操作和維護。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/117A接口內(nèi)容包括：①物理和電氣參數(shù)；②信道結(jié)構；③網(wǎng)絡操作程序；④對操作和維護信息的支持。A接口分層定義如下。第一層：采用數(shù)字傳輸，速率為2048kbit/s，性能應符合國標GB7811—87。第二層：基于中國No.7信令系統(tǒng)的MTP。第三層：包括DTAP部分和BSMAP部分。DTAP消息不透明傳輸，可以支持多種空中接口，主要包括呼叫處理、無線資源管理、移動性管理和地面電路管理。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/118圖6.6A接口信令協(xié)議參考模型

6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1194B、C、D、E、N和P接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)移動應用部分技術規(guī)范》規(guī)定。中國聯(lián)通已頒的此規(guī)范是基于TIA／EIA／IS－41C——蜂窩無線通信系統(tǒng)間操作標準。中國聯(lián)通頒布的MAP為IS－41C的子集，第一階段使用IS－41C中51個操作(OPERATION)中的19個，主要為鑒權、切換、登記、路由請求、短消息傳送等；5Ai接口的信令規(guī)程由《800MHzCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)與PSTN網(wǎng)接口技術規(guī)范》規(guī)定。中國聯(lián)通已頒布的此規(guī)范也稱為MTUP。其MTUP為與《中國國內(nèi)電話網(wǎng)No.7信號方式技術規(guī)范》所規(guī)定的信令規(guī)程相兼容的子集，即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息；另外，只接收不發(fā)送4個消息：后續(xù)地址消息SAM，帶一信號后續(xù)地址消息的SAO，主叫用戶掛機信號CCL和用戶本地忙信號SLB。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1206網(wǎng)絡同步中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)的技術體制規(guī)定CDMA網(wǎng)內(nèi)以GPS系統(tǒng)作為時鐘基準，同時以公用數(shù)字同步網(wǎng)的同步基準作為備用時鐘基準；每個基站都需使用GPS作為時間基準參考源；BSC從MSC來的數(shù)據(jù)流中提取時鐘。BTS從BSC來的數(shù)據(jù)流中提取時鐘。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1217．交換網(wǎng)絡組織CDMA網(wǎng)采用3級結(jié)構，具體為：在大區(qū)中心(如北京、上海、廣州、西安、武漢等)設立一級移動業(yè)務匯接中心并網(wǎng)狀相連；在各省會或大城市設立二級移動業(yè)務匯接中心，并與相應的一級匯接中心相連；在移動業(yè)務本地網(wǎng)中設一個或若干個移動端局（MSC），也可視業(yè)務量由一個MSC覆蓋多個移動業(yè)務本地網(wǎng)。移動業(yè)務本地網(wǎng)原則上以固定電話網(wǎng)的長途編號區(qū)編號為2位和3位的區(qū)域來劃分。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/122圖6.7CDMA網(wǎng)的網(wǎng)結(jié)構示意圖6.3CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1238．編號計劃（1）移動用戶號碼簿號碼（DN）為移動用戶作被叫時，主叫用戶所需撥的號碼；DN由國家碼、移動接入碼、HLR識別碼和移動用戶號四部分共13位號碼組成；中國的國家碼為86，國內(nèi)撥號時可省略；移動接入碼采用網(wǎng)號方案，中國聯(lián)通為133。CDMA網(wǎng)與GSM網(wǎng)DN的區(qū)別在于移動接入碼的不同。圖8.9移動用戶號碼簿號碼（MDN）結(jié)構6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/124（2）國際移動用戶識別碼(IMSI)與移動臺識別碼(MIN)IMSI是在CDMA網(wǎng)中唯一地識別一個移動用戶的號碼，由移動國家碼、移動網(wǎng)絡碼和移動用戶識別碼三部分共15位號碼。中國的移動國家碼為460，中國聯(lián)通的移動網(wǎng)絡碼為03。MIN碼是為了保證CDMA／AMPS雙模工作而沿用AMPS標準定義的。中國聯(lián)通的MIN定義為133H0H1H2H3ABCD，其中H0H1H2H3為原籍位置寄存器（HLR）識別碼。

6.3CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/125圖610國際移動用戶識別碼（IMSI）結(jié)構MCC：移動用戶國家碼MCCMNCMSIN3位數(shù)字NMSIIMSI（15位數(shù)字）MNC：移動網(wǎng)絡碼MSIN：移動用戶識別碼NMSI：國內(nèi)移動臺識別IMSI：國際移動用戶識別碼6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/126（3）電子序列號（ESN）ESN是唯一地識別一個移動臺設備的32比特的號碼，每個雙模移動臺分配一個唯一的電子序號，由廠家編號和設備序號構成；空中接口、A接口和MAP的信令消息都使用到ESN。（4）系統(tǒng)識別碼（SID）和網(wǎng)絡識別碼（NID）

SID是CDMA網(wǎng)中唯一識別一個移動業(yè)務本地網(wǎng)的號碼。SID按省份分配；NID是一個移動業(yè)務本地網(wǎng)中唯一識別一個網(wǎng)絡的號碼，可用于區(qū)別不同的MSC。移動臺可根據(jù)SID和NID判斷其漫游狀態(tài)。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/127（5）臨時本地用戶號碼（TLDN）當呼叫一個移動用戶時，為使網(wǎng)絡進行路由選擇，MSC臨時分配給移動用戶的一個號碼。它是133后面第一第二位為44的號碼。（6）登記區(qū)識別碼（REG-ZONE）在一個SID區(qū)或NID區(qū)中唯一識別一個位置區(qū)的號碼，它包含12比特。由各本地網(wǎng)管理。

圖6.11臨時本地用戶號碼（TLDN）結(jié)構6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/128（7）基站識別碼（BSID）一個16比特的數(shù)，唯一地識別一個NID下屬的基站。由各本地網(wǎng)管理。6.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)2023/2/1296.3.1擴頻技術1擴頻通信的種類直接序列(DS)系統(tǒng)：用一高速偽隨機序列與信息數(shù)據(jù)相乘，由于偽隨機序列的帶寬遠大于信息帶寬。擴展發(fā)射信號的頻譜適用于碼分多址（CDMA）蜂窩通信系統(tǒng)的擴頻技術是直接序列擴頻(DSSS)或簡稱直擴。跳頻(FH)系統(tǒng)：在一偽隨機序列的控制下，發(fā)射頻率在一組預先指定的頻率上按規(guī)定順序離散地跳變，擴展發(fā)射信號的頻譜.脈沖線性調(diào)頻(Chirp)系統(tǒng)：系統(tǒng)載頻在一給定的脈沖間隔內(nèi)線性掃過一個寬頻帶，擴展發(fā)射信號頻譜.跳時(TH)系統(tǒng)：與跳頻系統(tǒng)類似，區(qū)別在于該系統(tǒng)是用一偽隨機序列控制發(fā)射時間和發(fā)射時間的長短?；旌舷到y(tǒng)。6.3

碼分多址技術基本原理2023/2/1306.3碼分多址技術基本原理2擴頻通信系統(tǒng)的特點抗干擾能力強，擴展頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力越強。保密性好，有用信號被擴展在很寬的頻帶上，單位頻帶內(nèi)的功率很小，淹沒在噪聲里，非法用戶很難檢測出信號。可以實現(xiàn)碼分多址，可利用擴頻碼的優(yōu)良的自相關和互相關特性實現(xiàn)碼分多址，提高頻率利用。2023/2/131直接序列擴頻通信系統(tǒng)DSSS，即直擴系統(tǒng)DS、偽噪聲擴頻系統(tǒng)。

6.3碼分多址技術基本原理如圖6.12所示圖6.122023/2/132跳頻擴頻通信系統(tǒng)原理，載波頻率受一組快速變化的PN控制而隨機跳變。如圖6.13、6.14所示。6.3碼分多址技術基本原理圖6.132023/2/1336.3碼分多址技術基本原理圖6.14跳頻擴頻系統(tǒng)信號波形2023/2/1343CDMA系統(tǒng)中上下行鏈路工作原理（1）下行鏈路6.3碼分多址技術基本原理圖下行鏈路組成框圖2023/2/135圖下行鏈路發(fā)送端信號處理過程2023/2/136圖下行鏈路接收端信號處理過程6.3碼分多址技術基本原理2023/2/137（2）上行鏈路上行鏈路中各移動臺發(fā)射的信號不用合路器合路，而是各自發(fā)往空中，在空中實現(xiàn)合路?；窘邮湛罩行盘柡笸ㄟ^地址碼的相關檢測，對信號分路并進行后續(xù)解調(diào)處理。圖上行鏈路組成框圖6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1386.3.2碼分多址（CDMA）蜂窩通信系統(tǒng)的特點在碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的，而是用各個不同的編碼系列來區(qū)分的；在碼分多址（CDMA）蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸也是由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即頻分雙工（FDD）；正向傳輸和反向傳輸除傳輸業(yè)務信息外，還傳輸相應的控制信息。為了傳輸不同的信息，需要設置不同的信道；CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，傳輸信息的信道都是靠采用不同的碼型來區(qū)分的。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/139發(fā)射機CDMA信道編號CDMA信道中心頻率（MHz）移動臺（MS）1≤n≤7990.030×n＋825.00991≤n≤10230.030×（n－1023）＋825.00基站（BS）1≤n≤7990.030×n＋870.00991≤n≤10230.030×（n－1023）＋870.00表6.1CDMA系統(tǒng)信道間隔、信道分配和800MHz頻段的發(fā)送中心頻率6.3碼分多址技術基本原理2023/2/140發(fā)射機CDMA信道編號CDMA信道中心頻率（MHz）移動臺（MS）1≤n≤11990.050×n＋1850.00基站（BS）1≤n≤11990.050×n＋1930.00表6.2CDMA系統(tǒng)信道間隔、信道分配和1800MHz頻段的發(fā)送中心頻率6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1412信道數(shù)每一載頻：64（碼分信道）每一小區(qū)可分為3個扇形區(qū)，可共用一個載頻；每一網(wǎng)絡分為9個載頻，其中收、發(fā)各占1.25MHz，共占25MHz頻段.(1.25MHz的帶寬是兩個載波頻率之間的最小中心頻率間隔為1.25MHz)。CDMA系統(tǒng)的接入采用CDMA/FDD方式；3射頻帶寬第一頻道：2?×?1.77MHz；其他頻道：2?×?1.23MHz。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1424調(diào)制方式上行采用OQPSK。移動臺（MS）發(fā)送的所有數(shù)據(jù)以每6個碼符號為一組傳輸調(diào)制符號，6個碼符號對應為64個調(diào)制符號中的一個進行發(fā)送，然后以固定碼片（chip）速率1.2288Mcps，用PN序列進行交錯正交相移鍵（OQPSK）調(diào)制。下行采用QPSK。基站每個信道的信息經(jīng)過適當?shù)奈譅柺玻╓alsh）函數(shù)調(diào)制，然后以固定碼片（chip）速率1.2288Mcps，用PN序列進行正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制。不同的碼型由一個偽隨機（PN）碼系列生成的，PN系列周期（長度）為15=32768個碼片（chip）。將此周期系列的每64chip移位系列作為一個碼型，共可得到32768/64=512個碼型；在1.25MHz帶寬的CDMA蜂窩系統(tǒng)中，可建多達512個基站（或小區(qū)）。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1435編碼語音編碼：QCELP可變速聲碼器，數(shù)據(jù)速率有9.6,4.8,2.4,1.2kb/s四種,每幀時間為20ms。信道編碼：下行卷積碼（r=1/2，k=9）上行卷積碼（r=1/3，k=9）。卷積編碼的下行碼率R?=，約束長度K?=?9；上行碼串R?=，約束長度K?=?9。交織編碼：交織間距20ms。PN碼：碼片的速率為1.2288Mc/s；基站識別碼為m序列，周期為215???1；用戶識別碼242???1。6擴頻方式DS（直接序列擴頻）。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1447其他接入方式：CDMA/FDD分集方式：RANK、天線分集多徑利用采用RAKE接收方式，移動臺為3個，基站為4個（指3條路徑、4條路徑）。導頻、同步信道它們供移動臺做載頻和時間同步時使用。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1456.4.2IS-95(DS)CDMA與蜂窩結(jié)構的關系在FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)中，頻率復用與蜂窩區(qū)群結(jié)構具有密切關系。在DS-CDMA與蜂窩系統(tǒng)中，各個小區(qū)可以共享同一個頻帶，頻率復用與蜂窩區(qū)群結(jié)構關系大衛(wèi)減弱。FDMA和TDMA系統(tǒng)內(nèi)的小區(qū)和扇區(qū)都是靠頻率來劃分的。即每個小區(qū)或扇區(qū)都有它自己的頻點。CDMA蜂窩系統(tǒng)每個載頻占用1.25MHz帶寬，不同的DS-CDMA蜂窩系統(tǒng)可采用不同的載頻區(qū)分。而對同一個DS-CDMA蜂窩系統(tǒng)的某一個載頻，則是采用碼分選擇站址的，即對不同的小區(qū)和扇區(qū)基站分配不同的碼型。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/146在IS-95CDMA系統(tǒng)中，這些不同的碼型是由一個PN碼序列生成的，PN序列周期為215?=?32768個碼片（chip），并將此周期序列每隔64碼片移位序列作為一個碼，共可得到?32768/64=?512個碼。也就是說在1.25MHz帶寬的CDMA蜂窩系統(tǒng)中，可區(qū)分多達512個基站（或扇區(qū)站）。在一個小區(qū)（或扇區(qū)）內(nèi)，基站（BS）與移動臺（MS）之間的信道，是在PN序列上再采用正交序列進行碼分的信道。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1476.4.3CDMA蜂窩系統(tǒng)信道組成如下圖6.15所示.圖6.15CDMA蜂窩系統(tǒng)信道示意圖6.3碼分多址技術基本原理2023/2/148一般將基站到移動臺方向的鏈路稱做前向鏈路（ForwardLink），將移動臺到基站方向的鏈路稱做反向鏈路（ReverseLink）。前向鏈路和反向鏈路均是由碼分物理信道構成的。在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，上、下行鏈路使用不同載頻（頻率間隔為45MHz），通信方式為FDD(頻分雙工)；利用碼分物理信道可以傳送不同功能的信息。依據(jù)所傳送的信息功能不同而分類的信道，稱為邏輯信道。一個載頻包含64個邏輯信道，占用帶寬約1.23MHz。正向傳輸（下行）和反向傳輸（上行）的要求及條件不同，邏輯信道的構成及產(chǎn)生方式也不同；6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1491正向(鏈路)信道的組成（1）物理信道在IS-95中，基站與移動臺之間的前向(鏈路)物理信道，是在PN序列上再采用正交信號進行碼分的物理信道64條，為W0～W63。（2）邏輯信道邏輯信道由前向傳輸邏輯信道和反向傳輸邏輯信道組成。①正向傳輸邏輯信道正向傳輸邏輯信道由正向控制信道前向業(yè)務信道（TrafficChannel）等組成?；景l(fā)送的信號帶寬約為1.23MHz，包含相互正交的64個邏輯信道。6.3碼分多址技術基本原理64個正交碼分信道分配：W0導頻信道；W1～W7尋呼信道；W32同步信道；其余為前向業(yè)務信道。圖6.17。圖6.17正向碼分物理信道和邏輯信道配置

6.3碼分多址技術基本原理2023/2/151圖6.17CDMA蜂窩系統(tǒng)的邏輯信道示意圖6.3碼分多址技術基本原理正向控制信道由導頻信道（PilotChannel）；同步信道（SynchronizingChannel）；尋呼信道（PagingChannel）組成。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/153A導頻信道主要功能包括：移動臺用它來捕獲系統(tǒng)；提供時間與相位跟蹤的參數(shù)；用于使所有在基站覆蓋區(qū)中的移動臺進行同步和切換；導頻相位的偏置用于扇區(qū)或基站的識別?；臼褂脤ьl信道發(fā)送導頻信號（其信號功率比其他信道高20dB)供移動臺識別基站并引導移動臺入網(wǎng)。導頻信號是一種未調(diào)制的直接序列擴頻（DSSS）信號，由基站連續(xù)發(fā)送的導頻信號。所有基站的導頻信號使用相同的PN序列，可以通過唯一對應的時間偏移來識別每一個基站；基站的信號處理如圖所示。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/154B同步信道同步信道消息包括以下信息：該同步信道對應的導頻信道的PN偏置；系統(tǒng)時間；長碼狀態(tài)；系統(tǒng)標識；網(wǎng)絡標識；尋呼信道的比特率。基站在此信道上發(fā)送同步信息供移動臺建立于系統(tǒng)的定時和同步?；镜男盘柼幚砣鐖D所示。同步信道是一種經(jīng)過編碼、交織和調(diào)制的擴頻信號，它主要傳輸同步信息（還包括提供移動臺選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率），移動臺利用導頻信道和同步信道可以得到起始時間同步；6.3碼分多址技術基本原理2023/2/155C尋呼信道基站在此信道尋呼移動臺、發(fā)送有關尋呼、指令及業(yè)務信道指配信息。尋呼信道用來向移動臺發(fā)送控制信息。在呼叫接續(xù)階段傳輸尋呼移動臺的信息。移動臺通常在建立同步后，接著就選擇一個尋呼信道（也可以由基站指定）來監(jiān)聽系統(tǒng)發(fā)出的系統(tǒng)信息和指令；在移動臺接入信道的接入請求完成之后可對信息進行確認。在需要時，尋呼信道可以改作業(yè)務信道使用，直至全部用完。尋呼信道信息的形式類似于同步信道信息?；镜男盘柼幚砣鐖D所示。卷積編碼、碼元重復、交織、數(shù)據(jù)擾碼、Walsh碼的正交調(diào)制。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1566.3碼分多址技術基本原理2023/2/157D正向業(yè)務信道基站與移動臺之間通信，用于傳送用戶業(yè)務數(shù)據(jù)，同時也傳送信令信息，這種信令信息的信道被稱為隨路信令信道（ASCH）,例如功率控制信令信道就是在ASCH中傳送。業(yè)務信道包含業(yè)務數(shù)據(jù)和功率控制子信道，前者傳送用戶信息和隨路信令信息，后者傳送功率控制信息。如鏈路功率控制和過區(qū)切換指令等；基站的信號處理如圖所示。卷積編碼、碼元重復、交織、數(shù)據(jù)擾碼、功率控制子信道的復用、Walsh碼的正交調(diào)制。在業(yè)務信道中，還要插入其它的控制信息，正向業(yè)務信道共有四種傳輸速率（9600、4800、2400、1200bit/s）。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/158（3）各正向信道的信息用對應信道的Walsh碼調(diào)制后，進入正交擴頻和正交調(diào)制電路進行擴頻和射頻調(diào)制，然后由天線發(fā)射出去?；镜男盘柼幚砣鐖D所示。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1592．反向鏈路的組成（1）物理信道用戶地址碼碼長42位，。反向鏈路的碼分物理信道用周期為242-1長PN序列構成。（2）邏輯信道反向鏈路中的邏輯信道由反向接入信道和反向業(yè)務信道等組成，最多可設反向接入信道數(shù)n=32,對應物理信道的PNA1～PNAn，最多可設反向業(yè)務信道m(xù)=64，對應物理信道的PNT1～PNTm。如圖6.14所示。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/160圖6.14反向碼分物理信道和邏輯信道配置6.3碼分多址技術基本原理2023/2/161（1）反向接入信道

接入信道是一個隨機接入信道，網(wǎng)內(nèi)移動臺可隨機占用此信道發(fā)起呼叫及傳送應答信息。移動臺使用接入信道給基站發(fā)送控制信息；移動臺也可以使用接入信道發(fā)送非業(yè)務信息，提供移動臺到基站的傳輸通路；接入信道和正向傳輸中的尋呼信道相對應，以相應傳送指令、應答和其它有關的信息；所有接入同一系統(tǒng)的移動臺共用相同的頻率分配，接入信道是一種分時隙的隨機接入信道，允許多個用戶同時搶占同一接入信道（競爭方式）。移動臺的信號處理如圖所示。6.3碼分多址技術基本原理每個尋呼信道所支撐的接入信道數(shù)最多可達32個，編號從0到31?；究赏ㄟ^每個移動臺的接入代碼序列信息來進行識別。2023/2/1626.3碼分多址技術基本原理2023/2/163(2)反向業(yè)務信道

反向業(yè)務信道（F-TCH），即供移動臺到基站之間通信，它與前向業(yè)務信道一樣，用于傳送用戶業(yè)務數(shù)據(jù)，同時也傳送信令信息，如功率控制信道。與正向業(yè)務信道的特點和作用基本相同。反向業(yè)務信道處理過程類似于接入信道；最主要的不同是反向業(yè)務信道（基本代碼）使用數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化函數(shù)發(fā)生器，通過數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化函數(shù)發(fā)生器利用話音激活性，實現(xiàn)減少語音寂靜區(qū)的反向鏈路功率；6.3碼分多址技術基本原理2023/2/164每個尋呼信道所支撐的接入信道數(shù)最多可達32個，編號從0到31?；究赏ㄟ^每個移動臺的接入代碼序列信息來進行識別?；痉聪驑I(yè)務信道接收機在1.25ms的時間間隔內(nèi)（相當于24個調(diào)制碼元寬度），對特定移動臺來的信號強度進行估值，并根據(jù)此估值來確定正向功率控制子信道的控制比特取“0”還是取“1”，然后采用插入技術，把此控制比特嵌入正向業(yè)務信道的正向功率控制子信道中傳輸。移動臺的信號處理如圖所示。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1656.3碼分多址技術基本原理2023/2/166(3)移動臺的信號處理反向傳輸邏輯信道所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都要進行卷積編碼（r=1/3，k=9）、碼元重復、分組交織和正交多進制調(diào)制等處理后再傳輸，以保證通信的安全和可靠；接入信道用4800b/s的固定速率。反向業(yè)務信道用9600,4800,2400和1200b/s的可變速率；兩種信道的數(shù)據(jù)中均要加入編碼器尾比特，用于把卷積編碼器復位到規(guī)定的狀態(tài)；反向業(yè)務信道上傳送9600和4800b/s數(shù)據(jù)時，也要加質(zhì)量指示比特(CRC校驗比特)。

6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1673功率控制子信道在正向業(yè)務信道中包含有一個功率控制子信道；子信道中，基站要在正向業(yè)務信道上連續(xù)地進行發(fā)送功率控制比特，基站的反向業(yè)務信道接收機在1.25ms的時間間隔內(nèi)(相當于24個調(diào)制碼元寬度)，對移動臺來的信號強度進行估值，然后采用插入技術，把此控制比特嵌入正向業(yè)務信道中傳輸?shù)揭苿优_，以控制移動臺發(fā)射功率，使基站接收到的移動臺發(fā)射功率既能滿足接收機門限值的要求，又能對其它正在通信的移動臺不產(chǎn)生背景干擾。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/1686.3.4

IS-95CDMA系統(tǒng)的同步與定時在數(shù)字CDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)的同步與定時是十分重要的。除數(shù)字通信本身的同步定時外，CDMA系統(tǒng)還需要建立同步。每個基站的標準時基與CDMA系統(tǒng)的時鐘對準，它驅(qū)動導頻信道的m序列、幀以及Walsh函數(shù)的定時。當CDMA系統(tǒng)的外部時鐘丟失時，系統(tǒng)應能使基站發(fā)射定時誤差保持在容限之內(nèi)。CDMA系統(tǒng)的公共時鐘基準是CDMA系統(tǒng)時間，它是采用GPS（全球定位系統(tǒng)）時間標尺，GPS時間標尺跟蹤并同步于UTC（世界協(xié)調(diào)時間）。CDMA系統(tǒng)時間是以幀為單位。若系統(tǒng)時間為s（秒為單位），則以幀為單位的CDMA系統(tǒng)時間t應是幀長（20ms）的整數(shù)，即t?=s/0.02。6.3碼分多址技術基本原理2023/2/169擴頻CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的關鍵技術有：功率控制技術，多徑信號的分離與合并技術，多用戶干擾分離技術，同步技術，PN地址碼的選擇，軟切換技術，分集接收技術，語音編碼技術。6.4.1功率控制技術功率控制技術是CDMA系統(tǒng)的核心技術。CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小。MS信號功率太低，誤比特率太大，無法保證通信質(zhì)量。MS信號功率太高，會對其它MS增加干擾，導致整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量惡化、容量減小。功率控制技術如圖示。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/170圖CDMA中功率控制示意圖6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1716.4擴頻CDMA中的關鍵技術功率控制的原則：當信道的傳播條件突然改善時，功率控制應作出快速反應(例如在幾微秒時間內(nèi))，以防止信號突然增強而對其它用戶產(chǎn)生附加干擾；相反，當傳播條件突然變壞時，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些。也就是說，寧愿單個用戶的信號質(zhì)量短時間惡化，也要防止許多用戶都增大背景干擾。CDMA功率控制的目的有兩個：一個是克服反向鏈路的遠近效應；另一個是在保證接收機的解調(diào)性能情況下，盡量降低發(fā)射功率，減少對其他用戶的干擾，增加系統(tǒng)容量.功率控制的原理有兩種類型：(功率控制分為正向功率控制和反向功率控制)。2023/2/1721反向功率控制

是控制各移動臺的發(fā)射功率大小，可分為反向開環(huán)功率控制、反向閉環(huán)功率控制。（1）反向開環(huán)功率控制反向開環(huán)功率控制也稱上行鏈路開環(huán)功率控制。其主要要求是使任一移動臺無論處于什么位置上，其信號在到達基站的接收機時，都具有相同的電平，而且剛剛達到信干比要求的門限。前提條件：假設上、下行傳輸損耗相同MS接收并測量基站發(fā)來的信號強度，估計下行傳輸損耗，然后自行調(diào)整其發(fā)射功率。完全是MS自主進行的功率控制。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術開環(huán)功率控制是為了補償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應，它必須要有一個很大的動態(tài)范圍，至少應達到±32dB。開環(huán)功率控制的優(yōu)點是簡單易行，不需在MS和BTS間交換控制信息，控制速度快，節(jié)省開銷。2023/2/1736.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/174（2）反向閉環(huán)功率控制上、下行傳輸衰落特性是獨立的，開環(huán)功率控制的前提條件并不成立。閉環(huán)功率控制則由基站根據(jù)收到移動臺發(fā)來的信號測量其信干比（SIR）發(fā)出指令，并通知MS調(diào)整其發(fā)射功率。對于下行鏈路的功率控制主要是用來減少對鄰小區(qū)的干擾。目標：使基站對移動臺的開環(huán)功率估計迅速作出糾正，以使移動臺保持最理想的發(fā)射功率；對開環(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6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1752正向功率控制也稱下行鏈路功率控制；目的:減少下行鏈路的干擾。這不僅限制小區(qū)內(nèi)的干擾，而且對減少其它小區(qū)/扇區(qū)的干擾尤其有效。要求：調(diào)整基站向移動臺發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于小區(qū)中的任何位置上，收到基站的信號電平都剛剛達到信干比所要求的門限值。正向功率控制的最大調(diào)整范圍為±6dB。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1763功率控制的應用功率控制是CDMA提高通信質(zhì)量，增大系統(tǒng)容量的關鍵技術，也是實現(xiàn)這種通信系統(tǒng)的技術難題之一。CDMA系統(tǒng)是一個同頻自干擾系統(tǒng)，任何使干擾減少的措施，都是對系統(tǒng)容量的貢獻。精確功率控制技術是IS-95CDMA系統(tǒng)能夠運行的基本保證。沒有功率控制，CDMA系統(tǒng)是不可能實現(xiàn)的。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/177例：信道突然衰落時的功率控制響應。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1786.4.2

越區(qū)軟切換移動臺如果與兩個基站同時連接時進行的切換稱為軟切換；處理過程是先通后斷，故稱為軟切換，而一般的硬切換則是先斷后通。軟切換的原理：移動臺在上行鏈路中發(fā)射的信號被兩個基站所接收，經(jīng)解調(diào)后轉(zhuǎn)發(fā)到基站控制器（BSC），下行鏈路的信號也同時經(jīng)過兩個基站再傳送到移動臺。移動臺可以將收到的兩路信號合并，起到分集的作用；在CDMA系統(tǒng)中軟切換可以減少對于其它小區(qū)的干擾，并通過分集技術還可以改善性能；6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/179軟切換過程如下圖所示：6.4擴頻CDMA中的關鍵技術圖軟切換過程2023/2/180對于某一個小區(qū)基站的導頻信號而言，在切換過程中其導頻信號是處在不同的狀態(tài)——相鄰、候選、激活。因為處于這三種狀態(tài)的導頻信號不止一個，所以稱他們?yōu)榻M。根據(jù)圖所示的序號表述過程①表示接入軟切換時刻。②表示基站在前向業(yè)務信道上向移動臺發(fā)送一切換導向指示消息時刻。③表示導頻信號由候選變?yōu)榧せ顮顟B(tài)時刻。④表示當移動臺啟動定時器的時刻。

⑤表示定時器中止的時刻。⑥表示移動臺向基站發(fā)送切換導向消息時刻。⑦表示軟切換結(jié)束時刻。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/181切換類型：同一載頻的軟切換；同一載頻同一基站扇區(qū)間更軟切換；不同載頻間的硬切換。在實際系統(tǒng)運行時，切換組合出現(xiàn)，可能同時既有軟切換，又有更軟切換.若處于三個基站交界處，可能發(fā)生三方軟切換若其中某一相鄰基站的相同載頻已經(jīng)達到滿負荷，MSC就會讓基站指示MS切換到相鄰基站的另一載頻上，執(zhí)行硬切換若相鄰基站恰巧處于不同MSC范圍，即使是同一載頻，也只能是進行硬切換系統(tǒng)優(yōu)先進行軟切換6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1826.4.3信號的衰落與分集接收分集接收：接收端對它收到的多個衰落特性互相獨立（攜帶同一個信息數(shù)據(jù)流）的信號進行特定的處理.含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息數(shù)據(jù)流的衰落信號;二是集中合并處理，接收機把收到的多個獨立的衰落信號進行合并，以降低衰落的影響.6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1836.4.4正交調(diào)制與正交擴頻(如下圖所示）發(fā)端：先正交擴頻，再正交調(diào)制收端：先正交解調(diào)，再解擴正交調(diào)制：QPSK調(diào)制6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1846.4.5RAKE接收機(如下圖所示）利用多個并行相關器檢測多徑信號，按照一定的準則合成一路信號供解調(diào)用的接收機RAKE接收機利用多徑現(xiàn)象來增強信號6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1856.4.6話音編碼技術碼激勵線性預測編碼QCELP語音編碼過程：語音按8KHz抽樣，分成20ms長的幀，每一幀含160個抽樣，生成三參數(shù)子幀（線性預測編碼濾波器參數(shù)、音調(diào)參數(shù)、碼表參數(shù)）發(fā)送端的編碼器對輸入的話音取樣，產(chǎn)生編碼的話音分組(packet)傳輸?shù)浇邮斩?，接收端的解碼器把收到的話音分組解碼，再恢復成話音樣點。每幀時間為20ms。語音解碼過程：從數(shù)據(jù)流中解包得到接收的參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)重組語音信號。速率可變。6.4擴頻CDMA中的關鍵技術2023/2/1866.5呼叫處理6.5.1移動臺呼叫處理1移動臺初始化狀態(tài)：移動臺接通電源后就進入“初始化狀態(tài)”。2移動臺空閑狀態(tài)：移動臺在完成同步和定時后，即由初始化狀態(tài)進入“空閑狀態(tài)”。3系統(tǒng)接入狀態(tài)：在接入信道上發(fā)送消息，即接入嘗試，只有當MS收到基站證實后，接入嘗試才結(jié)束，進入業(yè)務信道狀態(tài)。4移動臺在業(yè)務信道控制狀態(tài)：在此狀態(tài)中，移動臺和基站利用反向業(yè)務信道和正向業(yè)務信道進行信息交換。以上四個狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D6.15所示。

2023/2/187圖6.15移動臺呼叫處理狀態(tài)圖6.5呼叫處理2023/2/1886.5.2基站呼叫處理1導頻和同步信息處理。在此期間，基站發(fā)送導頻信號和同步信號，使移動臺捕獲和同步到CDMA信道。同時移動臺處于初始化狀態(tài)。2尋呼信道處理。在此期間，基站發(fā)送尋呼信號。同時移動臺處于空閑狀態(tài)，或系統(tǒng)接入狀態(tài)。3接入信道處理。在此期間，基站監(jiān)聽接入信道，以接收移動臺發(fā)來的信息。同時移動臺處于系統(tǒng)接入狀態(tài)。4業(yè)務信道處理。在此期間，基站用正向業(yè)務信道和反向業(yè)務信道與移動臺交換信息。同時，移動臺處于業(yè)務信道控制狀態(tài)。

6.5呼叫處理2023/2/189

CDMA優(yōu)缺點CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)是建立在擴頻碼分多址技術之上的，因而具有抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗衰落、抗多徑時延擴展和大的系統(tǒng)容量等一系列優(yōu)越的性能，對移動通信的發(fā)展產(chǎn)生了巨大和深遠的影響。在TDMA系統(tǒng)中，DTX和扇區(qū)化技術增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，與系統(tǒng)容量擴大無關。在CDMA系統(tǒng)中的話音激活、扇區(qū)化和擴頻處理增益是CDMA系統(tǒng)容量擴大的基本技術。軟切換、軟容量是CDMA系統(tǒng)獨有的技術，TDMA系統(tǒng)是不可能有的。精確功率控制技術是IS-95CDMA系統(tǒng)能夠運行的基本保證。沒有功率控制，CDMA系統(tǒng)是不可能實現(xiàn)的6.6CDMA系統(tǒng)小結(jié)2023/2/190IS-95CDMA系統(tǒng)的前向信道是相干解調(diào)，反向信道是非相干解調(diào)，這是CDMA系統(tǒng)實現(xiàn)大的系統(tǒng)容量的又一瓶頸。3G將解決這一問題。CDMA系統(tǒng)是一個同頻自干擾系統(tǒng)，任何使干擾減少的措施，都是對系統(tǒng)容量的貢獻。多址干擾是CDMA系統(tǒng)實現(xiàn)大的系統(tǒng)容量的主要問題，需要使用新的多用戶檢測技術。多用戶檢測是3G技術，不在本教材范圍內(nèi)。無線通信在未來的通信中起著越來越重要的作用，CDMA技術已成為第三代蜂窩移動通信標準的無線接入技術。6.6CDMA系統(tǒng)小結(jié)2023/2/1916.7典型設備介紹6.7.1組網(wǎng)結(jié)構圖6.17CDMA系