碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)(一)

第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）概述CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量IS-95CDMA蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸IS-95CDMA蜂窩系統(tǒng)的消息格式和信道結(jié)構(gòu)IS-95CDMA蜂窩系統(tǒng)的控制功能cdma2000空中接口

思考題與習題第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1

概

述IS-54是遵循上述要求制定的，考慮到實現(xiàn)技術(shù)存在的困難，IS-54需要分階段達到CTIA提出的標準，即全速率傳輸(每載波3個信道)和半速率傳輸(每載波6個信道)兩個階段。Qualcomm公司開發(fā)的CDMA系統(tǒng)也是遵循上述要求進行的，幾次局部的現(xiàn)場測試說明這種蜂窩系統(tǒng)已能全面滿足CTIA提出的標準。其后，有關(guān)單位討論并通過了Qualcomm公司提交的標準文本，形成了TIA/EIA暫行標準IS-95。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）從IS-95的名稱“雙模寬帶擴頻蜂窩系統(tǒng)的移動臺-基站兼容標準”來看，標準涉及的內(nèi)容是關(guān)于蜂窩系統(tǒng)的“公共空中接口”(CAI)問題。實際上，無論是上面所說的幾種TDMA蜂窩系統(tǒng)，還是本書所介紹的CDMA蜂窩系統(tǒng)，其運行環(huán)境、業(yè)務(wù)要求和控制功能基本上都是相同的，因此它們的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式也是大同小異的。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1.1碼分多址的特征在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，而是用各不相同的編碼序列來區(qū)分的。換句話說，是靠信號的不同波形來區(qū)分的。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的，接收機用相關(guān)器可以在多個CDMA信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）在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可以使用不同的頻率，即通常所謂的頻分雙工(F

D)；也可以使用不同的時幀，即通常所謂的時分雙工(T

D)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）碼分多址蜂窩通信系統(tǒng)的特征如下：根據(jù)理論分析，CDMA蜂窩系統(tǒng)與模擬蜂窩系統(tǒng)或TDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)相比具有更大的通信容量。這個問題將在下面介紹。CDMA蜂窩系統(tǒng)的全部用戶共享一個無線信道，用戶信號的區(qū)分只靠所用碼型的不同，因此當蜂窩系統(tǒng)的負荷滿載時，另外增加少數(shù)用戶只會引起話音質(zhì)量的輕微下降(或者說信干比稍微降低)，而不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(3)CDMA蜂窩系統(tǒng)具有“軟切換”功能。即在過區(qū)切換的起始階段，由原小區(qū)的基站與新小區(qū)的基站同時為過區(qū)的移動臺服務(wù)，直到該移動臺與新基站之間建立起可靠的通信鏈路后，原基站才中斷它和該移動臺的聯(lián)系。CDMA蜂窩系統(tǒng)的軟切換功能既可以保證過區(qū)切換的可靠性(防止切換錯誤時反復(fù)要求切換)，又可以使通信中的用戶不易察覺。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）CDMA蜂窩系統(tǒng)可以充分利用人類對話的不連續(xù)特性來實現(xiàn)話音激活技術(shù)，以提高系統(tǒng)的通信容量。這個問題在下面還要介紹。CDMA蜂窩系統(tǒng)以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)，因而它具有擴頻通信系統(tǒng)所固有的優(yōu)點，如抗干擾、抗多徑衰落和具有保密性等。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1.2

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的多址干擾和功率控制1.CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的多址干擾蜂窩通信系統(tǒng)無論采用何種多址方式，都會存在各種各樣的外部干擾和系統(tǒng)本身產(chǎn)生的特定干擾。FDMA與TDMA蜂窩系統(tǒng)的共道干擾和CDMA蜂窩系統(tǒng)的多址干擾都是系統(tǒng)本身存在的內(nèi)部干擾。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）CDMA蜂窩系統(tǒng)的多址干擾分兩種情況：一是基站

在接收某一移動臺的信號時，會受到本小區(qū)和鄰近小區(qū)其他移動臺所發(fā)信號的干擾；二是移動臺在接收所屬基站發(fā)來的信號時，會受到所屬基站和鄰近基站向其他移動臺所發(fā)信號的干擾。圖8-1是兩種多址干擾的示意圖。其中，圖(a)是基站對移動臺產(chǎn)生的正向多址干擾；圖(b)是移動臺對基站產(chǎn)生的反向多址干擾。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-1

CDMA蜂窩系統(tǒng)的多址干擾第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）2.CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的功率控制CDMA蜂窩系統(tǒng)的“遠近效應(yīng)”是一個非常突出的問題，它主要發(fā)生

在反向傳輸鏈路上。移動臺在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機分布的，而且是經(jīng)常變化的，同一部移動臺可能有時處于小區(qū)邊緣，有時靠近基站。如果移動臺的發(fā)射機功率按照最大通信距離設(shè)計，則當移動臺駛近基站時，必然會有過量而又有害的功率輻射。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）反向功率控制。反向功率控制也稱上行鏈路功率控制。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。正向功率控制。正向功率控制也稱下行鏈路功率控制。其要求是調(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。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1.3

IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)的工作頻率雙模CDMA蜂窩系統(tǒng)使用美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)分配給蜂窩通信系統(tǒng)使用的頻段。移動臺向基站的傳輸頻段是824～849

MHz,基站向移動臺的傳輸頻段是869～894

MHz。允許CDMA蜂窩系統(tǒng)占用的頻段如表8–1（略）所示。在數(shù)字傳輸模式工作時，移動臺可以按照預(yù)定的或要求的網(wǎng)絡(luò)標志來安排其頻率配置。如果移動臺預(yù)定的或要求的網(wǎng)絡(luò)標志沒有被認出，它就開始向一個頻率指配在“基本CDMA頻道”上的基站進行捕獲和同步。基本CDMA頻道號碼在系統(tǒng)A是283，在系統(tǒng)B是384。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）如果基本CDMA頻道的頻率指配未起作用而沒有選出預(yù)定的網(wǎng)絡(luò)標志，移動臺要試圖捕獲并同步到“輔助CDMA頻道”的頻率上，其頻道號碼在系統(tǒng)A是691，在系統(tǒng)B是777。規(guī)定的頻率容差是：基站發(fā)送的載波頻率要保持在指配頻率的±5×10-8之內(nèi)，移動臺發(fā)送的載波頻率要保持比基站發(fā)送的頻率低45MHz±300

Hz。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1.4

IS-95

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的時間基準在數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)中，全網(wǎng)必須具有統(tǒng)一的時間標準，這種統(tǒng)一而精確的時間基準對CDMA蜂窩系統(tǒng)來說尤為重要。CDMA蜂窩系統(tǒng)利用“全球定位系統(tǒng)”(GPS)的時標，GPS的時間和“世界協(xié)調(diào)時間”(UTC)是同步的，二者之差是秒的整倍數(shù)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）各基站都配有GPS接收機，保持系統(tǒng)中各基站有統(tǒng)一的時間基準，稱為CDMA系統(tǒng)的公共時間基準。移動

臺通常利用最先到達并用于解調(diào)的多徑信號分量建立時間基準。如果另一條多徑分量變成了最先到達并用于解調(diào)的多徑分量，則移動臺的時間基準要跟蹤到這個新的多徑分量。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.1.5

IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)的話音編碼IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)開發(fā)的聲碼器采用碼激勵線

性預(yù)測(CELP)編碼算法，也稱為QCELP算法。其基本速率是8

kb/s，但是可隨輸入話音消息的特征而動態(tài)地分為四種，即8,4,2,1

kb/s，可以9.6,4.8,2.4,1.2

kb/s的信道速率分別傳輸。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)浇邮斩恕＝邮斩说慕獯a器把收到的話音分組解碼，再恢復(fù)成話音樣點。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.2

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量蜂窩通信系統(tǒng)能提高其頻譜利用效率的根本原因是利用電波的傳播損耗實現(xiàn)了頻率再用技術(shù)。只要兩個小區(qū)之間的距離大到一定程度，它們就可以使用相同的頻道而不產(chǎn)生明顯的相互干擾。首先考慮一般擴頻通信系統(tǒng)(即暫不考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點)的通信容量。載干比可以表示為(8-

1)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）n個用戶共用一個無線頻道，每一用戶的信號都受到其他n-1個用戶的信號干擾。若到達一接收機的信號強度和各個干擾強度都一樣，則載干比為(8

-

2)(8

-

3)通常n>>1,故C/I≈1/n，即(8

-

4)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）1.話音激活期的影響人類對話的特征是不連續(xù)的，對話的激活期(占空比d)通常只有35%左右。當許多用戶共享一個無線頻道時，如果利用話音激活技術(shù)，使通信中的用戶有話音才發(fā)射信號，沒有話音就停止發(fā)射信號，那么任一用戶在話音發(fā)生停頓時，所有其他通信中的用戶都會因為背景干擾減小而受益。這就是說，話音停頓可以使背景干擾減小65%，能提高系統(tǒng)容量到1/0.35=2.86倍。FDMA和TDMA兩種系統(tǒng)都能利用這種話音特性，實現(xiàn)信道的動態(tài)分配，以獲得不同程度的容量提高。不過要做到這一點，二者都必須增加額外的控制開銷，而且要實現(xiàn)信道的動態(tài)分配，還必然會帶來時間延遲，而CDMA蜂窩系統(tǒng)獲得這種好處是非常容易的。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(8

-

5)令話音的占空比為d,則式(8-4)變成第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(8-

6)2.扇區(qū)的作用在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，采用有向天線進行分區(qū)能明顯地提高系統(tǒng)容量。比如，用120°的定向天線把小區(qū)分成三個扇區(qū)，可以把背景干擾減小到原值的1/3,因而可以提高容量3倍。FDMA蜂窩系統(tǒng)和TDMA蜂窩系統(tǒng)利用扇形分區(qū)同樣可以減小來自共道小區(qū)的共道干擾，從而減小共道再用距離，以提高系統(tǒng)容量，但是達不到像CDMA蜂窩系統(tǒng)那樣，分成三個扇區(qū)系統(tǒng)容量就會增大3倍的效果。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）3.鄰近小區(qū)的干擾(1)正向傳輸。在一個小區(qū)內(nèi)部，同一基站不斷地向所有通信中的移動臺發(fā)送信號。任一移動臺在接收有用信號時，基站發(fā)給所有其他用戶的信號都要對這個移動臺形成干擾。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-2

CDMA系統(tǒng)中移動臺受干擾的情況第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）假設(shè)各小區(qū)的基站都同時向n個用戶發(fā)送功率相等的信號，在三個小區(qū)的交界處(圖中x處)，來自本基站的有用信號功率為ar-4(a為比例常數(shù)，r為小區(qū)半徑)；來自本基站的干擾信號功率為a(n-1)r-4；來自緊鄰2個基站(圖中的Ⅰ)的干擾信號功率為2anr-4;來自較遠3個基站(圖中的Ⅱ)的干擾信號功率為3an(2r)-4;來自更遠6個基站(圖中的Ⅲ)的干擾信號功率為6an(2.63r)-4。比這些基站更遠的干擾可以忽略，于

是得到載干比的表示式如下：(8-

7)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）通常發(fā)射機的最大功率是根據(jù)最大通信距離進行計算的。這里，基站的發(fā)射功率必須保證移動臺在小區(qū)交界處可以正常工作。但是，當移動臺靠近基站時，如果基站仍然發(fā)射同樣強的功率，則除去增大背景干擾外并無好處。為此，令基站發(fā)給每一個用戶i的功率Pi根據(jù)移動臺和基站的距離ri進行調(diào)整。距離越大，功率越大；反之，則越小。即(8-

8)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）令移動臺處于小區(qū)邊緣(ri=r)所需的信號功率為Pm，式(8-8)可寫為(8

-

9)假設(shè)在各個小區(qū)內(nèi)，移動臺的數(shù)目較多，而且是均勻分布的，根據(jù)圖8-3，可用以下公式來表示小區(qū)中的用戶數(shù)目n:(8

-

10)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-3計算小區(qū)中用戶數(shù)目的示意圖第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）式中，γ為一常數(shù)(與用戶密度成比例)。因此，基站在增加功率控制后，發(fā)向全部用戶的總功率為已知n=γr2/2，所以(8

-

11)(8

-

12)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）因為基站在未加功率控制時，發(fā)向全部用戶的總功率為nPm，所以基站增加功率控制后能把其發(fā)射的總功率降低1/2。顯然，這樣做對減少系統(tǒng)中的多址干擾是有好處的。至此，我們再回過來計算基站增加功率控制后，移動臺處于小區(qū)交界處的載干比。參考式(8-7)可得(8

-

13)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）此外，不考慮鄰近小區(qū)的干擾時，一個小區(qū)允許同時工作的用戶數(shù)約為n=1/(C/I)；在考慮鄰近小區(qū)的干擾并且采用功率控制時，這種用戶數(shù)降低為n=0.6/(C/I),即后者是前者乘以0.6。這結(jié)果說明CDMA蜂窩系統(tǒng)和

其他蜂窩系統(tǒng)類似，也存在一種信道再用效率F=0.6。由此可把式(8-6)寫成(8

-

14)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(2)反向傳輸。設(shè)各小區(qū)中的移動臺均能自動調(diào)整其發(fā)射功率，使任一移動臺無論處于小區(qū)內(nèi)的任何位置上，其信號功率在到達基站時，都能保持在某一額定值——即載干比的門限值。由于基站的位置是固定不變的，各移動臺在其小區(qū)內(nèi)是隨機分布的(可以看成是均勻分布的)，因而基站附近的背景干擾不會因為某一移動臺的位置變化而發(fā)生明顯的變化。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）因此，反向功率控制應(yīng)該按照傳播損耗的規(guī)律來確

定，即移動臺(i)的發(fā)射功率(Pi)與距離(ri)的關(guān)系應(yīng)該是用與式(8-9)相同的表示方法，可得(8-

15)(8

-

16)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）從圖8-4可見，圍繞某一小區(qū)y的四周，有6個距離最近的小區(qū)，它們構(gòu)成的環(huán)路用Ⅰ表示；在這6個小區(qū)外面，有12個距離較遠的小區(qū)，它們構(gòu)成的環(huán)路用Ⅱ表示；依此類推。各小區(qū)中的移動臺都根據(jù)它與各自基站的距離調(diào)整其功率，顯然要計算鄰近小區(qū)中各移動臺對環(huán)路中心小區(qū)y的干擾并不簡單?？梢园褋碜砸粋€鄰近小區(qū)中所有移動臺的干擾等效成由其基站發(fā)射來的干擾，因而小區(qū)y的基站收到的載干比為(8

-

17)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）式中，η1,η2,η3是分別對應(yīng)于環(huán)路Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的比例常數(shù)。由此可得信道再用效率采用數(shù)值計算或仿真技術(shù)，可以算出F的值大約是0.65。(8

-

18)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-4

CDMA系統(tǒng)中基站受干擾的情況第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）由此可見，反向傳輸和正向傳輸?shù)男诺涝儆眯蚀笾乱粯印Ｒ簿褪钦f，作為通信容量的估算公式(8-14)，既可用于正向傳輸，也可用于反向傳輸。幾種蜂窩通信系統(tǒng)的通信容量的比較如下：模擬FDMA系統(tǒng)總頻段寬度：1.25

MHz(AMPS)頻道間隔：30

kHz信道數(shù)目：1.25×106/(30×103)=41.7每區(qū)群小區(qū)數(shù)：7

通信容量：41.7/7=6TDMA系統(tǒng)總頻段寬度：1.25

MHz第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）頻道間隔：30

kHz每載頻時隙數(shù)：3信道數(shù)目：3×1.25×106/(30×103)=125每區(qū)群小區(qū)數(shù)：4通信容量：125/4=31.25CDMA系統(tǒng)總頻段寬度：1.25

MHz扇形分區(qū)數(shù)：3通信容量：120以n表示通信容量，三種系統(tǒng)的比較結(jié)果可以寫成［23］n(CDMA)=20

n(FDMA)=4

n(TDMA)(8

-

19)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.3

IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸8.3.1信道組成在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，除去要傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳輸各種必需的控制信息。為此，CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站到移動臺的傳輸方向上設(shè)置了導頻信道、同步信道、尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道，在移動臺到基站的傳輸方向上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道。這些信道的示意圖如圖8-5所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-5

CDMA蜂窩系統(tǒng)的信道示意圖第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）1.導頻信道導頻信道傳輸由基站連續(xù)發(fā)送的導頻信號。導頻信號是一種無調(diào)制的直接序列擴頻信號，令移動臺可迅速而精確地捕獲信道的定時信息，并提取相干載波進行信號的解調(diào)。移動臺通過對周圍不同基站的導頻信號進行檢測和比較，可以決定什么時候需要進行過區(qū)切換。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）2.同步信道同步信道主要傳輸同步信息(還包括提供移動臺選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率)。在同步期間，移動臺利用此同步信息進行同步調(diào)整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但當設(shè)備關(guān)機后重新開機時，還需要重新進行同步。當通信業(yè)務(wù)量很多,所有業(yè)務(wù)信道均被占用而不敷應(yīng)用時，此同步信道也可臨時改作業(yè)務(wù)信道使用。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）3.尋呼信道尋呼信道在呼叫接續(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)出的尋呼信息和其他指令。在需要時，尋呼信道可以改作業(yè)務(wù)信道使用，直至全部用完。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）4.正向業(yè)務(wù)信道正向業(yè)務(wù)信道共有四種傳輸速率(96

0，48

0，24

0，12

0

b/s)。業(yè)務(wù)速率可以逐幀(20

ms)改變，以動態(tài)地適應(yīng)通信者的話音特征。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）接入信道當移動臺沒有使用業(yè)務(wù)信道時，接入信道提供移動臺到基站的傳輸通路，在其中發(fā)起呼叫，對尋呼進行響應(yīng)以及傳送登記注冊等短信息。接入信道和正向傳輸中的尋呼信道相對應(yīng)，以相互傳送指令、應(yīng)答和其他有關(guān)的信息。不過，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。每個尋呼信道所支持的接入信道數(shù)最多可達32個。反向業(yè)務(wù)信道與正向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.3.2正向傳輸CDMA信道綜合使用頻分和碼分多址技術(shù)。所謂頻分，是

指把可供使用的頻段分成若干個寬為1.25

MHz的頻道，它是傳輸擴頻調(diào)制信號所需的最小帶寬。在建網(wǎng)初始階段，一個CDMA蜂窩服務(wù)區(qū)可以只占用一個這樣的頻道，以后隨著通信業(yè)務(wù)量的增多，一個CDMA蜂窩服務(wù)區(qū)可以占用多個這樣的頻道，使各個基站以頻分方式使用這些頻道。所謂碼分，是指用正交沃爾什函數(shù)來區(qū)分不同用途的信道(如導頻信道、同步信道、尋呼信道)，并用一對偽碼的不同偏置進行四相調(diào)制來區(qū)分不同基站發(fā)出的信號。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-6是正向CDMA信道的功能框圖。在上面已經(jīng)介紹過，正向CDMA信道包含1個導頻信道，1個同步信道(必要時可以改作業(yè)務(wù)信道)，7個尋呼信道(必要時可以改作業(yè)務(wù)信道)和5

個(最多63個)正向業(yè)務(wù)信道。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-6正向CDMA信道的功第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）1.數(shù)據(jù)速率同步信道的數(shù)據(jù)速率為1200

b/s，尋呼信道為9600

b/s或4800b/s，正向業(yè)務(wù)信道為9600,4800,2400,1200

b/s。2.卷積編碼數(shù)據(jù)在傳輸之前都要進行卷積編碼，卷積碼的碼率為1/2，約束長度為

9。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）3.碼元重復(fù)對于同步信道，經(jīng)過卷積編碼后的各個碼元，在分組交織之前，都要重復(fù)一次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)2次)。對于尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道，只要數(shù)據(jù)率低于9600

b/s,在分組交織之前都要重復(fù)。速率為4800b/s時，各碼元要重復(fù)一次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)2次);速率為2400

b/s時，各碼元要重復(fù)3次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)4次);速率為1200

b/s時，各碼

元要重復(fù)7次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)8次)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）4.分組交織所有碼元在重復(fù)之后都要進行分組交織。同步信道所用的交織跨度等于26.666

ms，相當于碼元速率為

4800

s/s時的128個調(diào)制碼元寬度。交織器組成的陣列是8行×16列(即128個單元)。尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道所用的交織跨度等于20

ms，這相當于碼元速率為19

200

s/s時的384個調(diào)制碼元寬度。交織器組成的陣列是24行×16列(即384個單元)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）5.數(shù)據(jù)掩蔽數(shù)據(jù)掩蔽用于尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道，其作用是為通信提供保密。掩蔽器把交織器輸出的碼元流和按用戶編址的PN序列進行模2相加。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）6.正交擴展為了使正向傳輸?shù)母鱾€信道之間具有正交性，在正向CDMA信道中傳輸?shù)乃行盘柖家昧倪M制的沃爾什函數(shù)進行擴展。這種沃爾什函數(shù)的

64×64矩陣可用以下的循環(huán)步驟產(chǎn)生：第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）（８-２０）第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）7.四相擴展在正交擴展之后，各種信號都要進行四相擴展。四相擴展所用的序

列稱為引導PN序列。引導PN序列的作用是給不同基站發(fā)出的信號賦以不同的特征，便于移動臺識別所需的基站。不同的基站使用相同的PN序列，但各自采用不同的時間偏置。由于PN序列的相關(guān)特性在時間偏移大于一個子碼寬度時，其相關(guān)值就等于0或接近于0，因而移動臺用相關(guān)檢測

法很容易把不同基站的信號區(qū)分開來。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）0偏置引導PN序列必須在時間的偶數(shù)秒(以基站傳輸時間為基準)起始傳輸，其他PN引導序列的偏置指數(shù)規(guī)定了它和0偏置引導PN序列偏離的時間值。如上所述，偏置指數(shù)為15時，引導PN序列的偏離時間為781.25μs，說明該PN序列要從每一偶數(shù)秒之后781.25μs開始。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）引導PN序列有兩個：I支路PN序列和Q支路PN序列，它們的長度均為215(32

768)個子碼。其構(gòu)成是以下面的生成多項式為基礎(chǔ)的：PI(x)=x15+x13+x9+x8+x7+x5+1PQ(x)=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1(8

-

21)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）引導PN序列的周期長度是32

768/1

228

800=26.66

ms,即每

2秒有75個PN序列周期。信號經(jīng)過基帶濾波器之后，按照表8-2的相位關(guān)系進行四相調(diào)制。兩個支路的合成信號具有圖8-7所示的相位點和轉(zhuǎn)換關(guān)系。顯然，它和典型的四相相移鍵控(QPSK)具有相同的信號相量圖。值得注意的是，這里的四相調(diào)制是由兩個不同的PN序列直接對輸入碼元進行擴展而得到的。(輸入碼元未經(jīng)串/并變換。)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-2正向CDMA信號的第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-7正向CDMA信道的信號相位點及其轉(zhuǎn)換關(guān)系第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.信道參數(shù)表8-3、表8-4和表8-5分別是同步信道參數(shù)、尋呼信道參數(shù)和正向業(yè)務(wù)信道參數(shù)。表8-3同步信道參數(shù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-4尋呼信道參數(shù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-5正向業(yè)務(wù)信道參數(shù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.3.3反向傳輸反向CDMA信道由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。每個接入信道用不同碼序列來區(qū)分，每個反向業(yè)務(wù)信道也用不同的碼序列來區(qū)分。圖8-8是反向CDMA信道的電路框圖。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-8反向CDMA信道的電路框圖第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）1.數(shù)據(jù)速率接入信道用4800

b/s的固定速率。反向業(yè)務(wù)信道用9600，4800，2400和1200

b/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(fù)位到規(guī)定的狀態(tài)。此外，在反向業(yè)務(wù)信道上傳送9600

b/s和4800

b/s數(shù)據(jù)時，也要加質(zhì)量指示比特(CRC校驗比特)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）2.卷積編碼接入信道和反向業(yè)務(wù)信道所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都要進行卷積編碼，卷積碼的碼率為1/3，約束長度為9。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）3.碼元重復(fù)反向業(yè)務(wù)信道的碼元重復(fù)方法和正向業(yè)務(wù)信道一樣。數(shù)據(jù)速

率為9600

b/s時，碼元不重復(fù)；數(shù)據(jù)速率為4800、2400和1200b/s時，碼元分別重復(fù)1次、3次和7次(每一碼元連續(xù)出現(xiàn)2次、

4次和8次)。這樣就使得各種速率的數(shù)據(jù)都變換成28

800碼元每秒。這里不同的地方是重復(fù)的碼元不是重復(fù)發(fā)送多次，相反，除去發(fā)送其中的一個碼元外，其余的重復(fù)碼元全部被刪除。在接入信道上，因為數(shù)據(jù)速率固定為4800

b/s，所以每一碼元只重復(fù)

1次，而且兩個重復(fù)碼元都要發(fā)送。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）4.分組交織所有碼元在重復(fù)之后都要進行分組交織。分組交織的跨度為20

ms。交織器組成的陣列是32行×18列(即576個單元)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）5.可變數(shù)據(jù)速率傳輸為了減少移動臺的功耗和減小它對CDMA信道產(chǎn)生的干擾，

對交織器輸出的碼元用一時間濾波器進行選通，只允許所需碼元輸出，而刪除其他重復(fù)的碼元。這種過程如圖8-9所示。由圖可見，傳輸?shù)恼伎毡入S傳輸速率而變：當數(shù)據(jù)速率是9600

b/s時，選通門

允許交織器輸出的所有碼元進行傳輸，即占空比為1；當數(shù)據(jù)速率

是4800

b/s時，選通門只允許交織器輸出的碼元有1/2進行傳輸，

即占空比為1/2；依此類推。在選通過程中，把20

ms的幀分成16

個等長的段，即功率控制段，每段1.25

ms，編號從0至15。根據(jù)一定的規(guī)律，使某些功率段被連通，而某些功率控制段被斷開。這種選通要保證進入交織器的重復(fù)碼元只發(fā)送其中一個。不過，在接入信道中，兩個重復(fù)的碼元都要傳輸，見圖8-10。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）通過選通門允許發(fā)送的碼元以猝發(fā)的方式工作。它在一幀中占用哪一位置進行傳輸是受一PN碼控制的。這一過程稱為數(shù)據(jù)的猝發(fā)隨機化。猝發(fā)位置根據(jù)前一幀中倒數(shù)第二功率控制段內(nèi)的最末14個PN碼比特進行計算，這14個比特表示為b0

b1

b2

b3

b4

b5

b6

b7

b8b9

b10b11b12b13在圖8-9的例子中,它們對應(yīng)的比特取值為0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

0第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化算法如下：數(shù)據(jù)速率為9600

b/s時，所用的功率控制段為0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15數(shù)據(jù)速率為4800

b/s時，所用的功率控制段為b0,2+b1,4+b2,6+b3,8+b4,10+b5,12+b6,14+b7數(shù)據(jù)速率為2400

b/s時，所用的功率控制段為b0(如b8=0)或2+b

1(如b8=1)4+b2(如b9=0)或6+b

3(如b

9=1)8+b4(如b10=0)或10+b5(如b10=1)12+b6(如b11=0)或14+b7(如b11=1)第8章碼分分多多址址((CCDDMMAA))移移動動通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)（（一一））圖8-9反向CDMA信道的可變數(shù)據(jù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）數(shù)據(jù)速率為1200

b/s時，所用的功率控制段為b0(如b8=0和b12=0)或2+b1(如b8=1和b12=0)或

4+b2(如b9=0

和或6+b3(如b9=1和b12=1)b12=1)8+b4(如b10=0

和

b13=0)

或

10+b5(如b10=1

和b13=0)或12+b6(如b11=0和或14+b7(如b11=1和b13=1)b13=1)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-10接入信道傳輸結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）6.正交多進制調(diào)制在反向CDMA信道中，把交織器輸出的碼元每6個作為一組,用26=64進制的沃爾什函數(shù)之一(稱調(diào)制碼元)進行傳輸。沃爾什函數(shù)的構(gòu)成見式(8-20)。調(diào)制碼元的傳輸速率為28

800/6=4800

s/s。調(diào)制碼元的時間寬度為1/4800=208.333

μs。每一調(diào)制碼元含64個子碼，因此沃爾什函數(shù)的子碼速率為64×4800=307.2

kc/s，相應(yīng)的子碼寬度為3.255

μs。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）7.直接序列擴展在反向業(yè)務(wù)信道和接入信道傳輸?shù)男盘柖家瞄L碼進行擴展。前者是數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化產(chǎn)生器輸出的碼流與長碼模2相加；后者是六十四進制正交調(diào)制器輸出的碼流和長碼模2相加(參考圖8-8)。長碼的周期是242-1個子碼并滿足以下特征多項式的線性遞歸關(guān)系：P(x)=x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x1+1

(8

-

2)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）長碼的各個PN子碼是用一42位的掩碼和序列產(chǎn)生器的42位狀態(tài)矢量進行模2內(nèi)乘而產(chǎn)生的，見圖8-11。用于長碼產(chǎn)生器的掩碼根據(jù)移動臺用來傳輸?shù)男诺李愋投?。掩碼的格式見圖8-12。當在接入信道傳輸時，掩碼為：M41到M33要置成“110001111”,M32到M28要置成選用的接入信道號碼，M27到M25要置成對應(yīng)的尋呼信

道號碼(范圍是1到7)，M24到M9要置成當前的基站標志，M8到M0要置成當前CDMA信道的引導PN偏置。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-11長碼產(chǎn)生器第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-12掩碼格式第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）ESN的置換規(guī)則如下：ESN=(E31,

E30,

E29,

E28,

E27,

E26,…,

E2,

E1,

E0)置換后的ESN為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)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.四相擴展反向CDMA信道四相擴展所用的序列就是前面正向CDMA信道所用的I與Q引導PN序列。如圖8-8所示，經(jīng)過PN序列擴展之后，Q支路的信號要經(jīng)過一個延遲電路，把時間延遲1/2個子碼寬度(409.901

ns)，再送入基帶濾波器。信號經(jīng)過基帶濾波器之后，按照表8-2所示的相位關(guān)系進行四相調(diào)制。合成信號的相位點及其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖8-13所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-13反向CDMA信道的信號相位點及其轉(zhuǎn)換關(guān)系第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）9.信道參數(shù)表8-6和表8-7分別給出了反向業(yè)務(wù)信道參數(shù)和接入信道參數(shù)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-6反向業(yè)務(wù)信道參數(shù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-7接入信道參數(shù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）*8.4

IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)的消息格式和信道結(jié)構(gòu)8.4.1導頻信道導頻信道發(fā)送的是未調(diào)制的擴頻信號。移動臺從導頻信道獲取同步信道PN碼的同步和交織幀定時。捕獲導頻信道碼序列是移動臺獲得系統(tǒng)定時過程的第一步。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）導頻信道的擴展頻譜碼序列是長為215(32

768子碼)的PN碼，子碼速率為1.2288Mc/s，序列重復(fù)時間為32

768/1.2288

MHz(=26.666

ms)，因而在每個2秒中，導頻信道恰好重復(fù)75次?；驹谒袝r間內(nèi)都在激活的正向CDMA信道上發(fā)送導頻信號?；纠靡龑N序列不同的時間偏置來區(qū)分正向CDMA信道。在一個CDMA蜂窩系統(tǒng)中引導PN序列可以再用。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.2同步信道同步信號是經(jīng)過編碼、交織、擴展調(diào)制的擴頻信號，數(shù)據(jù)速率是12

0

b/s。同步信道消息由長度域、消息正文域和CRC域構(gòu)成，如圖8-14所示。在同步信道消息之后加上填充比特，以形成同步消息容器，使其總長度等于93

bit的整倍數(shù)，以便與同步信道結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，填充比特均置“0”，且不進行CRC校驗。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-14同步信道消息結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）長度域以八進制數(shù)值表示同步消息的長度(含長度域、消息正文域和CRC域)，長度域共計8

bit，因此，同步信道消息的最大長度為8×2

5=2040

bit。CRC域長30

bit，其生成多項式如下：g(x)=x30+x29+x21+x20+x15+x13+x12+x11+x8+x7+x6+x2+x+1

(8

-

23)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）同步信道結(jié)構(gòu)如圖8-15所示。信道被劃分成若干個超幀，超幀長80

ms，含96

bit。每個超幀分為三個同步信道幀，幀長80/3=26.666

ms。各幀的第一個比特為信息啟動(SOM)比特。根據(jù)需要，用幾個同步信道超

幀傳輸一個同步消息容器，每個容器中第一個同步信道幀的SOM置“1”,而把其后的所有SOM均置“0”。容

器中應(yīng)包括足夠的填充比特，以把它延伸到后面新的同步信道容器第一個SOM的前一比特。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-15同步信道結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）在同步信道上傳送的消息只能從同步信道超幀的起點處開始。當使用0偏置引導PN序列時，同步信道超幀要在偶數(shù)秒的時刻開始，也可在其后距離為三個同步信道幀或其倍數(shù)時刻開始；當所用的引導PN序列不是0偏置PN序列時，同步信道超幀將在偶數(shù)秒加上引導PN序列偏置時間的時刻開始，參見圖8-16的正向信道引導PN序列偏置。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-16正向信道引導PN序列偏置第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.3尋呼信道尋呼信號也是經(jīng)過編碼、交織、擴展調(diào)制的擴頻信號，數(shù)據(jù)速率為9600

b/s或者4800b/s(不支持2400

b/s和1200

b/s)。在一給定的系統(tǒng)中，所有尋呼信道均以相同的速率發(fā)送信息。尋呼信道消息由長度域、消息正文域和CRC域構(gòu)成，如圖8-17所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-17尋呼信道消息結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）長度域以八進制數(shù)值指示尋呼信道消息的長度(含長度域、消息正文域和CRC域)。長度域共計8

bit，但是基站要限制尋呼信道消息的最大長度為148×8=1184

bit，因而長度域的最大值不超過148。CRC域含30

bit，其生成多項式和同步信道一樣。尋呼信道結(jié)構(gòu)如圖8-18所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-18尋呼信道結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）尋呼信道容器由尋呼信道消息和填充比特組成。填充比特均置“0”，其長度視需要而定。尋呼信道消息容器可以是同步的，也可以是非同步的。同步容器要從尋呼信道半幀的第二個比特開始，非同步容器要緊接著前面的消息容器立即開始。對后一種情況而言，前一個消息容器不加任何的填充比特(填充長度為零)，因

而把這種尋呼信道消息稱作是毗鄰尋呼信道消息。同步容器可使移動臺易于和消息流同步，毗鄰尋呼消息在一定條件下(比特差錯率低時)可得較大的尋呼信道容量。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）當一個尋呼信道消息結(jié)束后而在下一個SCI比特之前，余下的比特數(shù)等于或多于8時，基站可以緊跟這個消息立即發(fā)送一個非同步消息容器，而且這個被跟隨的消息容器不再包含任何的填充比特。當一個尋呼信道消息結(jié)束后而在下一個SCI比特之前，余下的比特數(shù)少于8時，或者沒有非同步消息容器要跟著發(fā)送時，基

站要在該消息容器中設(shè)置足夠的填充比特，使之擴展到下一個SCI比特的前一個比特，然后跟隨該SCI比特立即發(fā)送一同步消息容器。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）基站要把在每個尋呼信道時隙中出現(xiàn)的第一個消息以同步消息容器的形式發(fā)送，使得以時隙模式工作的移動臺在激活之后立即獲得同步。尋呼信道數(shù)據(jù)要用尋呼信道長碼進行掩蔽，掩碼格式見圖8-19。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-19尋呼信道掩碼格式第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.4正向業(yè)務(wù)信道在通話期間，基站用正向業(yè)務(wù)信道給移動臺傳送業(yè)務(wù)信息和信令信息?；驹谡驑I(yè)務(wù)信道上以可變速率9600、4800、2400或

1200

b/s傳送信息，數(shù)據(jù)速率可以逐幀選擇。雖然數(shù)據(jù)速率可以逐幀改變，但調(diào)制碼元速率(靠碼字重復(fù))仍保持恒定，即為19200

s/s。由于碼字重復(fù)的原因，較低數(shù)據(jù)速率的調(diào)制碼元可以用較低能量(Es)發(fā)送。具體如表8-8所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-8碼元能量與數(shù)據(jù)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-20正向業(yè)務(wù)信道的消息結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）長度域用八進制數(shù)值指示消息長度(含長度域、消息正文域和CRC域)。長度域共計8

bit，最小值等于5，即消息長度為5×8=40

bit，最大值等于148；即消息長度為148×8=184

bit。CRC域共含16

bit，

其生成多項式為g(x)=x16+x12+x5+1

(8

-

24)同樣，在消息結(jié)構(gòu)后面附加必需的填充比特，以形成正向業(yè)務(wù)信道的消息容器。正向業(yè)務(wù)信道劃分成寬度為20

ms的業(yè)務(wù)信道幀。根據(jù)數(shù)據(jù)速率的不同，這種幀結(jié)構(gòu)如圖8-21所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-21正向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）數(shù)據(jù)速率為9600

b/s或4800

b/s時，分別使用12

bit或8

bit的幀質(zhì)量指示(CRC)，其生成多項式分別為g(x)=x12+x11+x10+x9+x8+x4+x+1g(x)=x8+x7+x4+x3+x+1

(8

-

25)正向業(yè)務(wù)信道掩碼格式如圖8-22所示。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-22正向業(yè)務(wù)信道掩碼格式第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-23數(shù)據(jù)速率為9600

b/s時，正向業(yè)務(wù)信道在一幀中的信息復(fù)接第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-9列出的是在各種數(shù)據(jù)速率時，用于“復(fù)接選擇1”的正向業(yè)務(wù)信道的業(yè)務(wù)復(fù)接。其中帶*號的是可選項。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）表8-9用于“復(fù)接選擇1”的正向業(yè)務(wù)信道的業(yè)務(wù)復(fù)接第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）在正向業(yè)務(wù)信道幀中，第一個信令業(yè)務(wù)比特稱作消息啟動(SOM)比特。如果一正向業(yè)務(wù)信道消息在一幀中開始，基站要把此比特置“1”；如果此幀中包含的正向業(yè)務(wù)信道消息是在前一幀中開始，基站要把這SOM比特置“0”。如果幀中所發(fā)消息的最后包含任何未用的比特，基站要把這些比特置“0”，稱之為填充比特。作為例子，圖8-24給出了一種正向業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)(9600

b/s)，其中既有空白和猝發(fā)幀，也有混合和猝發(fā)幀。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-24正向業(yè)務(wù)信道結(jié)構(gòu)舉例第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.5功率控制子信道功率控制比特要在正向業(yè)務(wù)信道上連續(xù)地進行傳輸，

每1.25

ms發(fā)送1

bit(“0”或“1”),實際速率為8

0

b/s。

“0”比特表示移動臺要增大其平均功率，“1”比特表示移動臺要減少其平均功率。基站的反向業(yè)務(wù)信道接收機在1.25

ms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)此估值來確定控制比特應(yīng)該取“0”還是取“1”，然后采用插入技術(shù)，把此控制比特嵌入正向業(yè)務(wù)信道中進行傳輸。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）把20

ms的時間間隔分成16個功率控制段，每段寬1.25

ms，編號從

0到15。當基站在某一功率控制段從反向業(yè)務(wù)信道中估計出信號的強度時，它跟著就在此功率控制段的后面，把功率控制比特由另一功率控制段插入正向業(yè)務(wù)信道中。例如，在圖8-25中，信號在編號5的功率控制段中從反向業(yè)務(wù)信道被收到，功率控制比特將在編號5+2=7的功率控制段中，由正向業(yè)務(wù)信道進行傳輸。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-25功率控制子信道第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）一個功率控制比特的寬度嚴格地等于兩個調(diào)制碼元的寬度，即2×1/19

200=104.166

μs。因此，每一功率控制比特要占用正向業(yè)務(wù)信道中2個調(diào)制碼元的位置，它是受數(shù)據(jù)掩蔽長碼控制的。由圖

8-25可見，在1.25

ms的期間內(nèi)，功率控制比特可以有24個開始位置，但只利用其中前面的16個之一作為開始位置，編號從0到15。數(shù)據(jù)掩蔽長碼經(jīng)64次分頻后，在1.25

ms內(nèi)共有24個掩蔽比特，編號從0到23。因為4個二進制比特可編成24=16個十進制數(shù)值，

所以這里只用24個掩蔽比特的最后4位(即23、22、21、20)的取值確定功率控制比特的開始位置。比如，在圖8-25中，它們的取值依次為1011,相當于十進制數(shù)值11,于是功率控制比特的位置編號是11。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.6接入信道移動臺利用接入信道啟動與基站的通信和響應(yīng)尋呼信道所傳送的消息。接入信道使用隨機接入?yún)f(xié)議，數(shù)據(jù)速率固定為4800

b/s。對應(yīng)于正向CDMA信道上的每個尋呼信道，在反向CDMA信道上至少存在一個接入信道，最多可達32個，編號從0到

31。每個接入信道只和單一的尋呼信道相聯(lián)系，使得在接入信道上傳送的消息能在相應(yīng)的尋呼信道上得到響應(yīng)，而在尋呼信道上發(fā)送的消息也能在相應(yīng)的接入信道上得到響應(yīng)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）接入信道的消息結(jié)構(gòu)如圖8-26所示，它也由消息長度域、消息正文域和CRC域組成。消息長度域長8bit，因為移動臺限定消息長度域的值不超過10，故接入信道消息的最大長度(含消息長度域、消息正文域和CRC域)為8×10=80

bit。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-26接入信道的消息結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）CRC域長30

bit，其生成多項式和前述同步信道一樣。接入信道消息容器由接入信道消息和填充比特組成，填充比特置“0”，其長度根據(jù)需要而定。接入信道分成若干個時隙(AS1,AS2,…,ASn,…)，時隙由消息容器和報頭組成，其結(jié)構(gòu)如圖8-27所示。消息容器含(3+MAX-CAP-SZ)個接入信道幀，報頭含(1+PAM-SZ)個接入信道幀。圖中MAX-CAP-SZ取0，PAM-SZ取1。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-27接入信道時隙結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）接入信道的幀結(jié)構(gòu)如圖8-28所示，每幀長20

ms，含96

bit，其中信息比特88個，編碼尾比特8個。圖8-28接入信道的幀結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）接入信道報頭由包含96個“0”的幀組成，其作用是幫助基站捕獲接入信道。接入信道報頭在時隙開始處發(fā)送，其后跟著發(fā)送接入信道消息容器。接入信道時隙是接入信道幀的整倍數(shù)，長度不超過4+MAX-CAP-SZ+PAM-SZ個接入信道幀。接入信道時隙在接入信道幀的分界處開始和結(jié)束,和一特定尋呼信道結(jié)合的所有接入信道具有相同的時隙尺寸。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）不同基站的接入信道時隙可以用不同的長度，因而移動臺在傳輸之前要判定其所用接入信道時隙的長度和開始時間。由此而構(gòu)成的接入信道結(jié)構(gòu)如圖8-29所示。圖中NfS是消息傳輸所需要的接入信道幀數(shù)，T是編碼尾比特。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-29接入信道結(jié)構(gòu)舉例第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.4.7反向業(yè)務(wù)信道移動臺在通信過程中用反向業(yè)務(wù)信道向基站傳輸話音、數(shù)據(jù)和信令信息，因而它的許多特征和正向業(yè)務(wù)信道一樣。反向業(yè)務(wù)信道也以可變數(shù)據(jù)速率9600、4800、2400、1200

b/s傳送信息，幀長也是20

ms，數(shù)據(jù)速率也可逐幀選擇。反向業(yè)務(wù)信道的幀結(jié)構(gòu)與正向業(yè)務(wù)信道的幀結(jié)構(gòu)完全一樣，見圖8-21。反向業(yè)務(wù)信道的消息結(jié)構(gòu)如圖8-30所示，包括消息長度域、消息正文域和CRC域。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-30反向業(yè)務(wù)信道的消息結(jié)構(gòu)第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）消息長度域含8

bit,以八進制數(shù)值表示消息長度，其最小值為5,即

消息長度為5×8=40

bit；最大值為255，即消息長度為255×8=2040

bit。CRC域含16

bit，其生成多項式見式(8-24)。反向業(yè)務(wù)信道報頭由192個

“0”的幀組成(不含幀質(zhì)量指示比持)，以9600

b/s的速率傳送，其作用是幫助基站完成反向業(yè)務(wù)信道的初始捕獲。當沒有服務(wù)選擇被激活的時候，移動臺也發(fā)送一種無值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以保持基站和移動臺的連接性。無值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由包含16個“1”、跟著8個“0”的幀組成，以1200

b/s的速率發(fā)送。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）移動臺要支持“復(fù)接選擇1”。其信息比特復(fù)接方式與正向業(yè)務(wù)信道相同，見圖8-23和表8-9。移動臺可以使用一個或多個反向業(yè)務(wù)信道幀發(fā)送消息。反向業(yè)務(wù)信道幀中的第一個信令業(yè)務(wù)比特是消息開始(SOM)比特。如果此信令消息在當前幀開始，移動臺要把其SOM比特置“1”;如果當前幀所含的信令消息

是從前一幀開始的，移動臺要把其SOM比特置“0”。如果用來發(fā)送一消息的最后幀中含有未用的比特，移動臺要把這些比特的每一個都置成“0”，這種比特即填充比特。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.5.1登記注冊登記注冊是移動臺向基站報告其位置狀態(tài)、身份標志和其他特征的過程。通過注冊，基站可以知道移動臺的位置、等級和通信能力，確定移動臺在尋呼信道的哪個時隙中監(jiān)聽，并能有效地向移動臺發(fā)起呼叫等。顯然，注冊是蜂窩通信系統(tǒng)在控制和操作中不可少的功能。8.5

IS-95

CDMA蜂窩系統(tǒng)的控制功能第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）IS-95

CDMA系統(tǒng)支持以下幾種類型的注冊：開電源注冊。移動臺打開電源時要注冊，移動臺從其他服務(wù)系統(tǒng)

(如模擬系統(tǒng))切換過來時也要注冊。為了防止電源因連續(xù)多次接通和斷開而需多次注冊，通常移動臺在打開電源后要延遲20

s才予以注冊。斷電源注冊。移動臺斷開電源時要注冊，但只有它在當前服務(wù)的系統(tǒng)中已經(jīng)注冊過后才能進行斷電源注冊。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）周期性注冊。為了使移動臺按一定的時間間隔進行周期性注冊，移動臺要設(shè)置一種計數(shù)器。計數(shù)器的最大值受基站控制。當計數(shù)值達到最大(或稱計滿、終止)時，移動臺即進行一次注冊。根據(jù)距離注冊。如果當前的基站和上次注冊的基站之間的距離超過了門限值，則移動臺要進行注冊。移動臺根據(jù)兩個基站的緯度和經(jīng)度之差來計算它已經(jīng)移動的距離。根據(jù)區(qū)域注冊。為了便于對通信進行控制和管理，把蜂窩通信系統(tǒng)劃分為三個層次，即系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的子集，區(qū)域是系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的組成部分(由一組基站組成)。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-31系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的示意圖第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(6)參數(shù)改變注冊。當移動臺修改其存儲的某些參數(shù)時，要進行注冊。受命注冊?；景l(fā)送請求指令，指揮移動臺進行注冊。默認注冊。當移動臺成功地發(fā)送出一啟動信息或?qū)ず魬?yīng)答信息時，基站能借此判斷出移動臺的位置，不涉及二者之間的任何注冊信息的交換，這叫做默認注冊。業(yè)務(wù)信道注冊。一旦基站得到移動臺已被分配到一業(yè)務(wù)信道的注冊信息時，則基站通知移動臺它已被注冊。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.5.2切換基站和移動臺支持三種切換方式。軟切換：移動臺開始與新的基站通信但不立即中斷它和原來基站通信的一種切換方式。軟切換只能在同一頻率的CDMA信道中進行。軟切換是CDMA蜂窩系統(tǒng)獨有的切換功能，可有效

地提高切換的可靠性，而且若移動臺處于小區(qū)的邊緣上，軟切換能提供正向業(yè)務(wù)信道分集，也能提供反向業(yè)務(wù)信道的分集，從而保證通信的質(zhì)量(說明見后)。CDMA到CDMA的硬切換：當各基站使用不同頻率或幀偏置時，基站引導移動臺進行的一種切換方式。CDMA到模擬系統(tǒng)的切換：基站引導移動臺由正向業(yè)務(wù)信道向模擬話音信道切換。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）同一CDMA信道的導頻分為四類。激活組：和分配給移動臺的正向業(yè)務(wù)信道結(jié)合的導頻。候補組：未列入激活組，但具有足夠的強度表明它與正向業(yè)務(wù)信道結(jié)合并能成功地被解調(diào)。鄰近組：未列入激活組和候補組，但可作為切換的備用導頻。剩余組：未列入上述(1)、(2)、(3)組的導頻。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）當移動臺駛向一基站，然后又離開該基站時，移動臺收到該基站的導頻強度先由弱變強，接著又由強變?nèi)?，因而該導頻信號可能由鄰近組和候補組進入激活組，然后又返回鄰近組，見圖8-32。在此期間，移動臺和基站之間的信息交換如下：導頻強度超過門限(上)，移動臺向基站發(fā)送一導頻強度測量消息，并把導頻轉(zhuǎn)換到候補組?；鞠蛞苿优_發(fā)送一切換引導消息；移動臺把導頻轉(zhuǎn)換到激活組，并向基站發(fā)送一切換完成消息；第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(4)導頻強度降低到門限(下)之下，移動臺啟動“切換下降計時器”；切換下降計時器終止，移動臺向基站發(fā)送一導頻測量消息；基站向移動臺發(fā)送一切換消息；移動臺把導頻從激活組轉(zhuǎn)移到鄰近組，并向基站發(fā)送一切換完成消息。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）圖8-32切換門限舉例第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）下面概要地說明軟切換的優(yōu)點。(1)在一般模擬蜂窩系統(tǒng)中，當基站發(fā)現(xiàn)某一移動臺發(fā)來的信號強度低到門限以下時，表明移動臺已接近小區(qū)的邊緣，于是基站就詢問系統(tǒng)控制器是否有其他基站能收到這個移動臺的信號而且有足夠的強度。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）(2)軟切換為在CDMA通信系統(tǒng)中實現(xiàn)分集接收提供了條件。當

移動臺處于兩個(或三個)小區(qū)的交界處進行軟切換時，會有兩個(或三個)基站同時向它發(fā)送相同的信息，移動臺搜索并解調(diào)這些信號，即可按一定的方式(比如最大比值合并方式)進行分集合并。第8章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)（一）8.5.3呼叫處理1.移動臺呼叫處理移動臺呼叫處理狀態(tài)如圖8-33所示。(1)移動臺初始化狀態(tài)。移動臺接通電源后就進入初