第9章+CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng).ppt

1、第9章 CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng),9.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念 9.2 系統(tǒng)綜述 9.3 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 9.4 CDMA正向信道 9.5 CDMA反向信道 9.6 CDMA系統(tǒng)的功率控制 9.7 CDMA系統(tǒng)信道切換、位置登記和呼叫處理 習(xí)題,9.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念,9.1.1 擴(kuò)頻通信的含義 擴(kuò)展頻譜(SS， Spread Spectrum)通信簡稱擴(kuò)頻通信。 擴(kuò)頻通信的定義簡單表述如下： 擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式， 在發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制， 使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息所需的帶寬。 在收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。 這一定義其

2、實包含了以下三方面意思：,(1) 信號的頻譜被展寬了。 眾所周知， 傳輸任何信息都需要一定的頻帶， 稱為信息帶寬或基帶信號頻帶寬度。 (2) 采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜。 (3) 在接收端用相關(guān)解調(diào)(或相干解調(diào))來解擴(kuò)。,9.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 1. 仙農(nóng)公式的隱含意義 長期以來， 人們總是想方設(shè)法使信號所占頻譜盡量窄， 以充分提高十分寶貴的頻率資源的利用率。 為什么要用寬頻帶信號來傳輸窄帶信息呢? 簡單的回答就是主要為了通信的安全可靠。 這一點可以用信息論和抗干擾理論的基本觀點加以說明。 順便指出， 擴(kuò)頻通信技術(shù)可用來實現(xiàn)碼分多址方式， 并為數(shù)字化通信(包括數(shù)字化移動通信

3、)增添一種新的多址方式。,仙農(nóng)(Shannon)在其信息論中得出了帶寬與信噪比互換的關(guān)系式， 即仙農(nóng)公式：,(9 - 1),式中， C為信道容量， 單位為b/s； B為信號頻帶寬度， 單位為Hz； S為信號平均功率， 單位為W； N為噪聲平均功率， 單位為W。,2. 差錯概率公式 柯捷爾尼可夫在其潛在抗干擾性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式：,(9 - 2),(9 - 3),信號功率S為,(9 - 4),已調(diào)(或已擴(kuò)頻)信號的帶寬為B， 則噪聲功率為,(9 - 5),將式(9 - 3)(9 - 5)代入式(9 - 2)， 可得,(9 - 6),9.1.3 處理增益和抗干擾容限 擴(kuò)頻通信

4、系統(tǒng)由于在發(fā)端擴(kuò)展了信號頻譜， 在收端解擴(kuò)后恢復(fù)了所傳信息， 這一處理過程帶來了信噪比上的好處， 即接收機(jī)輸出的信噪比相對于輸入的信噪比大有改善， 從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 因此， 可以用系統(tǒng)輸出信噪比與輸入信噪比二者之比來表征擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力。 理論分析表明， 各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力大體上都與擴(kuò)頻信號帶寬B與信息帶寬Bm之比成正比。 工程上常以分貝(dB)表示， 即,(9 - 7),僅僅知道擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益， 還不能充分說明系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能。 因為通信系統(tǒng)要正常工作， 還需要保證輸出端有一定的信噪比(如CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)為7dB)， 并需扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗，

5、 因此需引入抗干擾容限Mj， 其定義如下： Mj=Gp-(S/N)o+Ls (9 - 8) 式中， (S/N)o為輸出端的信噪比， Ls為系統(tǒng)損耗。,9.1.4 直接序列擴(kuò)頻(DS) 1. 直擴(kuò)的原理 所謂直接序列擴(kuò)頻(DS-SS), 就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。 而接收端， 用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)， 把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始信息。 圖9 - 1 示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理及有關(guān)波形或相位關(guān)系。,圖 9 - 1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理 (a) 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理； (b) 有關(guān)波形和相位關(guān)系,圖 9 - 1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理 (a) 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理； (b) 有關(guān)波形和

6、相位關(guān)系,在發(fā)送端輸入信息碼元m(t)， 它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 圖中為0、 1兩個碼元， 其碼元寬度為Tb ， 加入擴(kuò)頻調(diào)制器， 圖中為一個模2加法器， 擴(kuò)頻碼為一個偽隨機(jī)碼(PN碼)， 記作p(t)， 偽碼的波形如圖9 - 1(b)中第(2)個波形， 其碼元寬度為Tb ， 且取Tb =16Tp。 通常在DS系統(tǒng)中， 偽碼的速率Rp遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率Rm， 即RpRm， 就是說， 偽碼的寬度Tp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度， 即TpTb， 這樣才能展寬頻譜。 模2加法器運算規(guī)則可用下式表示： c(t)=m(t)p(t) (9 - 9),擴(kuò)頻處理增益也可用下式表示:,(9 - 10),經(jīng)過擴(kuò)頻信號， 還要進(jìn)行載

7、頻調(diào)制， 以便在信道上有效地傳輸。 圖中采用二相相移鍵控方式。 調(diào)相器可由環(huán)形調(diào)制器完成， 即將c(t)與載頻Acos1t相乘， 輸出為s1(t)； 即,s1(t)=c(t)Acos1t (9 - 11),式中，,， 當(dāng)二進(jìn)制序列為0碼,， 當(dāng)二進(jìn)制序列為1碼,因此， 經(jīng)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號s1(t)為,(9 - 12),2. 接收端工作原理 假設(shè)發(fā)射的信號經(jīng)過信道傳輸， 不出現(xiàn)差錯， 經(jīng)過接收機(jī)前端電路(包括輸入電路、 高頻放大器等)， 輸出仍為s1(t)。 這里不考慮信道衰減等問題， 因為對PSK調(diào)制信號而言， 重要的是相位問題， 這樣的假定對分析工作原理是不受影響的。 相關(guān)器完成相干

8、解調(diào)和解擴(kuò)。 接收機(jī)中的本振信號頻率與載頻相差為一個固定的中頻。,所謂相關(guān)器或相關(guān)檢測的概念， 可以用一個簡單的比喻“用相片去對照找人”來說明。 如果你想在一群人中尋找某個不相識的人， 最簡單且有效的方法是用相片對照去找， 只要這一群人當(dāng)中， 存在這一個人， 自然就會找到。 同理， 當(dāng)你想檢測出所需要的有用信號， 有效的方法是在接收端產(chǎn)生一個相同的信號， 然后用它與接收到的信號對比， 求其相似性， 或者說進(jìn)行相關(guān)運算， 其中相關(guān)性最大的， 就可能是你所要的有用信號。,綜上所述， 擴(kuò)頻通信的主要特性有： 抗干擾能力強(qiáng)； 隱蔽性好； 可以實現(xiàn)碼分多址； 抗衰落、 抗多徑干擾。,9.2 系統(tǒng)綜述,9

9、.2.1 總體要求與標(biāo)準(zhǔn) 1. 對系統(tǒng)的要求 由于移動通信的迅速發(fā)展， 在20世紀(jì)80年代中期， 不少國家都在探索蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)如何從模擬蜂窩系統(tǒng)向數(shù)字蜂窩系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的辦法。 美國蜂窩通信工業(yè)協(xié)會(CTIA)于1988年9月發(fā)表了“用戶的性能要求(UPR)”文件， 制訂了對下一代蜂窩網(wǎng)的技術(shù)要求。,IS-54標(biāo)準(zhǔn)雖是按上述要求制訂的， 考慮到實現(xiàn)技術(shù)的困難， 需要分階段達(dá)到CTIA提出的要求， 即當(dāng)前為全速率傳輸， 每個載波為3個信道(即TDMA一幀為3個時隙)。 以后發(fā)展為半速率傳輸， 每個載波為6個信道， 頻道間隔為30 kHz。 因此即使到半速率工作階段， 其容量要求仍達(dá)不到CTIA的要求

10、。,2. CDMA蜂窩網(wǎng)的崛起 在大量蜂窩移動通信工業(yè)部門的支持下， 美國圣地亞哥Qualcomm公司設(shè)計、 開發(fā)并試驗了CDMA蜂窩網(wǎng)， 于1991年12月作了現(xiàn)場試驗并取得了一致好評。 當(dāng)時進(jìn)行了5個基站、 70個移動臺參加組網(wǎng)的試驗。,1991年12月5日， 現(xiàn)場試驗報告證明： CDMA理論上分析的優(yōu)越性， 在實際通信條件下是存在的， 并有實際測試數(shù)據(jù)證明了系統(tǒng)容量和性能改善了許多； CDMA蜂窩網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)已基本過關(guān)， 可向?qū)嵱没较虬l(fā)展； CDMA雙模式公共空中接口方案是可行的； 基站和移動臺的專用集成電路是可靠的， 便于向工業(yè)化方向發(fā)展。,3. IS-95標(biāo)準(zhǔn) IS-95公共空中接

11、口是美國TIA于1993年公布的雙模式(CDMAAMPS)的標(biāo)準(zhǔn)， 簡稱QCDMA標(biāo)準(zhǔn)， 主要包括下列幾部分。 1) 頻段 下行： 869894 MHz(基站發(fā)射)； 824849 MHz(基站接收)； 上行： 824849 MHz(移動臺發(fā)射)； 869894 MHz(移動臺接收)。,2) 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(luò)分為9個載頻， 其中收、 發(fā)各占12.5 MHz， 共占25 MHz頻段。 3) 射頻帶寬 第一頻道： 21.77 MHz； 其它頻道： 21.23 MHz。,4) 調(diào)制方式 基站： QPSK； 移動臺： OQP

12、SK。 5) 擴(kuò)頻方式 DS(直接序列擴(kuò)頻)。 6) 語音編碼 可變速率CELP， 最大速率為8 kb/s， 最大數(shù)據(jù)速率為9.6 kbs。 每幀時間為20 ms。,7) 信道編碼 卷積編碼: 下行碼率R=1/2， 約束長度K=9； 上行碼率R=1/3,約束長度K=9。 交織編碼： 交織間距 20 ms。 PN碼： 碼片的速率為 1.2288 Mc/s； 基站識別碼為m序列， 周期為215-1； 64個正交沃爾什函數(shù)組成64個碼分信道。,8) 導(dǎo)頻、 同步信道 它們供移動臺作載頻和時間同步時使用。 9) 多徑利用 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

13、徑)。,9.2.2 CDMA與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 1. CDMA蜂窩系統(tǒng)的信號帶寬 窄帶CDMA蜂窩系統(tǒng)頻譜帶寬的確定， 是基于如下考慮： 頻譜資源的限制； 系統(tǒng)容量； 多徑分離； 擴(kuò)頻處理增益。,2. 碼分多址與蜂窩系統(tǒng)的小區(qū)和扇區(qū) 在FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)中， 系統(tǒng)內(nèi)的小區(qū)和扇區(qū)都是靠頻率來劃分的。 換句話說， 每個小區(qū)或扇區(qū)都有它自己的頻道。 在擴(kuò)頻CDMA蜂窩系統(tǒng)之間是采用頻分的， 即不同的CDMA蜂窩系統(tǒng)占用不同頻段的1.25 MHz帶寬。 而在一個擴(kuò)頻CDMA蜂窩系統(tǒng)之內(nèi)， 則是采用碼分多址的， 即對不同的小區(qū)和扇區(qū)基站分配不同的碼型。,9.2.3 數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)采用擴(kuò)頻 CDM

14、A技術(shù)帶來的好處和存在的問題 1. 帶來的好處 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)采用擴(kuò)頻 CDMA技術(shù)將帶來下列好處： 多種形式的分集(時間分集、 空間分集、 頻率分集)； 低的發(fā)射功率； 保密性； 軟切換； 大容量； 語音激活； 頻率重用及扇區(qū)化； 低的信噪比(EbN)或載干比(CI)； 軟容量。,2. 存在的問題 在CDMA系統(tǒng)中， 由于所有用戶均使用相同頻段的無線信道和相同的時間， 用戶間僅靠地址擴(kuò)頻碼的不同， 即靠他們之間互相關(guān)特性加以區(qū)分。 若用戶間的地址碼互相關(guān)不為零， 則用戶間就存在著干擾， 我們稱這類干擾為多址干擾。,3. 擴(kuò)頻CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 擴(kuò)頻CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的關(guān)鍵

15、技術(shù)有： 功率控制技術(shù)； 多徑信號的分離與合并技術(shù)； 多用戶干擾分離技術(shù)； 同步技術(shù)； PN地址碼的選擇； 軟切換技術(shù)； 分集接收技術(shù)； 語音編碼技術(shù)。,9.3 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),9.3.1 CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組成 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9 - 2所示， 它與TDMA蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相類似， 主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、 基站子系統(tǒng)和移動臺3大部分組成。 圖9 - 2中已表明了各部分之間以及與市話網(wǎng)(PSTN或ISDN)之間的接口關(guān)系。,圖 9 - 2 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),1. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)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

16、動電話交換局(MTSO)組成。 此外， 還有本地用戶位置寄存器(HLR)、 訪問用戶位置寄存器(VLR)、 操作管理中心(OMC)以及鑒權(quán)中心(圖中未畫)等設(shè)備。 移動交換中心(MSC)是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心， 其主要功能是對位于本MSC控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信控制和管理。 MSC的結(jié)構(gòu)如圖9 - 3所示。,圖 9 - 3 移動交換中心(MSC)結(jié)構(gòu),鑒權(quán)中心(AUC)的作用是可靠地識別用戶的身份， 只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。 操作和管理(維護(hù))中心(OMC)的任務(wù)是對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作， 例如系統(tǒng)的自檢、 報警與備用設(shè)備的激活， 系統(tǒng)的故障診斷與處理， 話務(wù)量的統(tǒng)計和計費數(shù)據(jù)的記錄

17、與傳遞， 以及各種資料的收集、 分析與顯示等。,2. 基站子系統(tǒng) 基站子系統(tǒng)(BSS)包括基站控制器(BSC)和基站收發(fā)設(shè)備(BTS)。 每個基站的有效覆蓋范圍即為無線小區(qū)， 簡稱小區(qū)。 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。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(jī)。 圖9 - 4為基站控制器(BSC)結(jié)構(gòu)。,圖 9 - 4 基站控制器結(jié)構(gòu)簡化圖,基站控制器(BSC)通過網(wǎng)絡(luò)接口分別連接移動交換中心和基站收發(fā)信機(jī)(BTS)群， 此外， 還與操作維護(hù)中心(OMC)連接。 基站控制器主要為大量的BT

18、S提供集中控制和管理， 如無線信道分配、 建立或拆除無線鏈路、 過境切換操作以及交換等功能。,由圖9 - 4可見， 它主要包括代碼轉(zhuǎn)換器和移動性管理器。 移動性管理器負(fù)責(zé)呼叫建立、 拆除、 切換無線信道等， 這些工作由信道控制軟件和MSC中的呼叫處理軟件共同完成。 代碼轉(zhuǎn)換器主要包含代碼轉(zhuǎn)換器插件、 交換矩陣及網(wǎng)絡(luò)接口單元。,圖 9 - 4 基站控制器結(jié)構(gòu)簡化圖,圖 9 - 5 單個扇區(qū)的設(shè)備組成,基站控制器無論是與MSC還是與BTS之間， 其傳輸速率都很高， 達(dá)1.544 Mb/s。 基站子系統(tǒng)中， 數(shù)量最多的是收發(fā)信機(jī)(BTS)等設(shè)備， 圖9 - 5示出了單個扇形小區(qū)的設(shè)備組成方框圖。 由

19、于接收部分采用空間分集方式， 因此采用兩副接收天線(Rx)， 一副發(fā)射天線(Tx)。 頂端為濾波器和線性功率放大器， 即接收部分輸入電路， 選取射頻信號， 濾除帶外干擾。 接收部分的前置低噪聲放大器(LNA)也置于第1層中， 其主要作用是為了改善信噪比。,第2層是發(fā)射部分的功率放大器。 第4層是收發(fā)信機(jī)主機(jī)部分， 包括發(fā)射機(jī)中的擴(kuò)頻、 調(diào)制， 接收機(jī)中的解調(diào)、 解擴(kuò)， 以及頻率合成器、 發(fā)射機(jī)中的上變頻、 接收機(jī)中的下變頻等。 第3層是全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)， 其作用就是起到系統(tǒng)定時作用。 最底層是數(shù)字機(jī)， 裝有多塊信道板。 每個用戶占用一塊信道板。 數(shù)字架中信道板以中頻與收發(fā)信機(jī)架連接

20、。,數(shù)字架和收發(fā)信機(jī)架均受基站(小區(qū))控制器控制。 它的功能是控制管理蜂窩系統(tǒng)小區(qū)的運行， 維護(hù)基站設(shè)備的硬件和軟件的工作狀況， 為建立呼叫、 接入、 信道分配等正常運行， 收集有關(guān)的統(tǒng)計信息， 監(jiān)測設(shè)備故障、 分配定時信息等。 需要說明的是， 基站接收機(jī)除了上述進(jìn)行空間分集之外， 還采用了多徑分集， 用4個相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)接收， 簡稱4 RAKE接收機(jī)。,3. 移動臺 IS95標(biāo)準(zhǔn)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

21、蜂窩網(wǎng)。 雙模式移動臺與原有模擬蜂窩移動臺之間的差別是增加了數(shù)字信號處理部分， 如圖9 - 6 所示。 圖中， 著重畫出了增加的部分。,圖 9 - 6 雙模式移動臺方框圖,圖9 - 6示出了CDMA移動臺收發(fā)信機(jī)中有關(guān)數(shù)字信號處理的內(nèi)容。 發(fā)送時， 由送話器輸出語音信號， 經(jīng)編碼輸出PCM信號， 經(jīng)聲碼器輸出低速率語音數(shù)據(jù)， 經(jīng)數(shù)據(jù)速率調(diào)節(jié)、 卷積編碼、 交織、 擴(kuò)頻、 濾波后送至射頻前端(含上變頻、 功放、 濾波等)， 饋至天線。 收、 發(fā)合用一副無線， 由天線共用器進(jìn)行收、 發(fā)隔離， 收、 發(fā)頻差為 45 MHz。,4. CDMA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

22、口(參見圖9 - 7)： MS與BS間的接口Um BS與MSC間的接口A MSC與VLR間的接口B MSC與HLR間的接口C VLR與HLR間的接口D MSC與MSC間的接口E MSC與EIR間的接口F VLR與VLR間的接口G HLR與AUC間的接口H MSC與PSTN間的接口Ai MSC與PSPDN間的接口Pi MSC與ISDN間的接口Di,圖 9 7 CDMA系統(tǒng)的接口,2) 信令協(xié)議 CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議應(yīng)包括各個接口間的信令協(xié)議。 這里， 僅介紹空中接口(Um)的信令協(xié)議。 CDMA系統(tǒng)中， 所有信道上的信令使用面向比特的同步協(xié)議。 所有信道上的報文使用同樣的分層格式。 最高層的格式

23、是報文囊(Capsule)， 它包括報文( Message)和填充物(Padding)。 次一層的格式是將報文分成報文長度、 報文體和CRC。,空中接口的信令協(xié)議結(jié)構(gòu)被分作三層， 即物理層、 鏈路層和控制處理層。 圖9 - 8示出CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議的三層結(jié)構(gòu)。 物理層、 復(fù)用子層、 信令2層、 尋呼及接入信道2層、 同步信道2層、 移動控制處理 3層是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)。,圖 9 - 8 CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議的分層結(jié)構(gòu),9.3.2 系統(tǒng)參數(shù)與使用頻段 1. CDMA系統(tǒng)的參數(shù) 頻段： 824849 MHz(反向鏈路)， 869894 MHz(前向鏈路)； 雙工方式： FDD； 載波間隔： 1

24、.25 MHz； 信道速率： 1.2288 Mc/s； 接入方式： CDMA；,調(diào)制方式： /4-QPSK; 分集方式: RAKE、 交織、 天線分集; 信道編碼： 卷積碼， K=9， R=3(反向鏈路), K=9， R=2 (前向鏈路)； 語音編碼： QCELP可變速率聲碼器； 數(shù)據(jù)速率： 9.6 kb/s， 4.8 kb/s， 2.4 kb/s， 1.2 kb/s。,2. CDMA頻道號碼與相應(yīng)頻率值 由于數(shù)、 模兼用， 北美的AMPS和QCDMA系統(tǒng)都具有相同的工作頻段。 其中， 移動臺向基站的傳輸頻段占25 MHz， 為 824849 MHz； 基站向移動臺的傳輸頻段也占25 MHz，

25、 為 869894 MHz。 雙工收、 發(fā)頻差為45 MHz， 頻道間隔為30 kHz。 CDMA頻道編號及相應(yīng)的頻率如表9 - 1所示。表中示出了允許CDMA蜂窩系統(tǒng)使用的頻段， 如果頻道編號以N表示， 則對應(yīng)的中心頻率可按表9 - 2進(jìn)行計算。,表 9 - 1 CDMA頻道編號及相應(yīng)的頻率,表 9 - 2 由頻道編號計算CDMA頻率,IS95規(guī)定的基本頻道(或首選頻道)號碼為： A系統(tǒng)為283， B系統(tǒng)為384。 由表9 - 2可分別計算出相應(yīng)的頻率值。 A系統(tǒng)， 頻道號碼為283： 移動臺發(fā)射頻率0.03283825.00833.49(MHz) 基站發(fā)射頻率0.03283870.0087

26、8.49(MHz) B系統(tǒng)， 頻道號碼為384： 移動臺發(fā)射頻率0.03 384825.00836.52(MHz) 基站發(fā)射頻率0.03384870.00881.52(MHz),IS-95規(guī)定的輔助頻道(即第二個載頻)號碼， A系統(tǒng)為691。 相應(yīng)的移動臺和基站的發(fā)射頻率分別為845.73 MHz 和 890.73 MHz； B系統(tǒng)的輔助頻道號碼為771， 相應(yīng)的移動臺和基站的發(fā)射頻率分別為848.13 MHz和 893.13 MHz。,圖9 - 9為AMPS(A系統(tǒng))頻道分布示意。 其中， 頻道序號313333用于控制頻道， 因為是集中控制方式， 用來傳輸信令， 為建立通信鏈路服務(wù)， 因此控

27、制頻道也稱建立頻道。 其它的頻道用于語音業(yè)務(wù)傳輸， 也稱業(yè)務(wù)頻道、 頻道間隔是30 kHz。,圖 9 - 9 AMPS(A系統(tǒng))頻道分布,圖9 - 10為CDMA(A系統(tǒng))一個載頻時頻帶占有的情況。 圖中的中心頻率為基本(優(yōu)選)頻率， 即頻道號碼為283。 由于IS-95 CDMA系統(tǒng)帶寬為1.23 MHz， 它等于41個AMPS頻道， 因為 4130 1230kHz1.23 MHz,圖 9 - 10 CDMA主載頻占用的頻帶,當(dāng)CDMA系統(tǒng)采用2個載頻時， 如圖9 - 11所示， 第二個載頻的頻道序號是242(283-41)， 它只需占用41個AMPS頻道， 即1.23 MHz。 同理， 系

28、統(tǒng)采用3個載頻時， 載頻中心頻率為201， 占用1.23 MHz頻帶。 兩個載頻占用82個AMPS頻道， 再加上兩邊各9個頻道， 共占用100個AMPS頻道， 即3 MHz頻帶寬度。,圖 9 - 11 CDMA兩個載頻占用的頻帶,9.3.3 CDMA系統(tǒng)的邏輯信道 1. 邏輯信道 在CDMA系統(tǒng)中， 各種邏輯信道都是由不同的碼序列來區(qū)分的。 因為任何一個通信網(wǎng)絡(luò)除主要傳輸業(yè)務(wù)信息外， 還必須傳輸有關(guān)的控制信息。 對于大容量系統(tǒng)一般采用集中控制方式， 以便加快建立鏈路的過程。 為此， CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站至移動臺的傳輸方向(正向傳輸)上設(shè)置了導(dǎo)頻信道、 同步信道、 尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道； 在

29、移動臺至基站的傳輸方向(反向傳輸)上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道。 這些信道的示意如圖9 - 12所示。,圖 9 - 12 CDMA蜂窩系統(tǒng)信道分類,2. 正向邏輯信道 在基站至移動臺的下行鏈路中， 即CDMA正向傳輸?shù)倪壿嬓诺赖慕M成如9 - 13圖所示。 正向傳輸中， 采用64階沃爾什函數(shù)區(qū)分邏輯信道， 分別用W0， W1， ， W63表示。 其中 W0用作導(dǎo)頻信道， W1是首選的尋呼信道， W2， ， W7也是尋呼信道， 即尋呼信道最多可達(dá)7個。 W8， ， W63用作業(yè)務(wù)信道(其中W32為同步信道)， 共計55個。,圖 9 - 13 正向傳輸?shù)倪壿嬓诺澜M成,3. 反向邏輯信道 CDMA系

30、統(tǒng)的反向邏輯信道由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成， 圖9 - 14示出了基站接收的反向CDMA邏輯信道的實例。,圖 9 - 14 基站接收機(jī)的反向CDMA信道,在反向傳輸邏輯信道中， 接入信道與正向傳輸?shù)膶ず粜诺老鄬?yīng)， 其作用是在移動臺接續(xù)開始階段提供通路， 即在移動臺沒有占用業(yè)務(wù)信道之前， 提供由移動臺至基站的傳輸通路。 供移動臺發(fā)起呼叫或?qū)镜膶ず暨M(jìn)行響應(yīng)， 以及向基站發(fā)送登記注冊的信息等。,4. CDMA系統(tǒng)的基本特征 通過上面的分析， IS-95的CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本特征， 可歸納為以下幾點。 (1) 同一頻率可以在所有小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。 (2) 抗干擾性強(qiáng)。 (3) 抗衰落性

31、能好。 (4) 具有保密性。 (5) CDMA系統(tǒng)容量大， 而且具有軟容量屬性。,(6) CDMA系統(tǒng)必須采用功率控制技術(shù)。CDMA系統(tǒng)在下行鏈路采用功率控制， 使基站按所需的最小功率進(jìn)行發(fā)射， 減小對其它小區(qū)的同頻干擾。 其上行鏈路的功率控制保證所有移動用戶到達(dá)基站的信號功率相等， 避免發(fā)生遠(yuǎn)近效應(yīng)。 在實際系統(tǒng)中， 按下列公式調(diào)整移動臺的輻射功率， 即 PR+PT-73 dBm (9 - 13) 式中， PR為基站接收機(jī)輸入功率； PT為移動臺輻射功率。 (7) 具有軟切換特性。 (8) 充分利用語音激活技術(shù)， 增大通信容量。,9.4 CDMA 正 向 信 道,9.4.1 正向信道組成 1

32、. 信道結(jié)構(gòu) CDMA系統(tǒng)的正向信道組成方框圖如圖9 - 15所示， 圖中詳細(xì)指出了信道組成、 信號產(chǎn)生過程及信號的主要參數(shù)。,圖 9 - 15 CDMA系統(tǒng)的正向信道組成方框圖,2. 信號組成 基站發(fā)送的信號帶寬約為1.23 MHz， 包含相互正交的64個邏輯信道。 其中導(dǎo)頻信道使用沃爾什函數(shù)0， 記作W0， 同步信道采用W32， 尋呼信道可用W1W7， 其它沃爾什函數(shù)都用于業(yè)務(wù)信道。,3. 四相調(diào)制 正交擴(kuò)頻后的信號， 都要進(jìn)行四相調(diào)制， 或者稱為四相擴(kuò)展。 在同相支路(I)和正交支路(Q)引入兩個互為準(zhǔn)正交的m序列， 即I信道引導(dǎo)PN序列和Q信道引導(dǎo)PN序列， 序列周期長度均為215(3

33、2 768)， 其構(gòu)成是以下列生成多項式為基礎(chǔ)的： I支路 PI(x)=x15+x13+x9+x8+x7+x5+1 Q支路 PQ(x)=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1,不同的時間偏置用不同的偏置系數(shù)表示， 偏置系數(shù)共512個。 編號K從0到511， 參見圖9 - 16。 通常， 規(guī)定序列中出現(xiàn)15個“0”后， 后續(xù)的64個子碼為偏置系數(shù)K=0。 同理， K=1表示后續(xù)的64個子碼， 直到K=511， 是碼序列中最末的64個子碼， 它包含序列周期中惟一的15個連“0”。,圖 9 - 16 偏置系數(shù)K的示意圖,偏置時間(tK)等于偏置系數(shù)乘64個子碼寬度時間， 即,例如

34、， 當(dāng)偏置系數(shù)為15時， 相應(yīng)的偏置時間是,圖 9 17 正向CDMA信道信號的相位點及其轉(zhuǎn)換關(guān)系,4. 數(shù)據(jù)傳輸與信息幀結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu)如圖9 - 18所示， 它分為同步數(shù)據(jù)信息幀和尋呼業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀兩大類。 兩類信息幀組成的高幀結(jié)構(gòu)相同， 均含有25個超幀， 但兩類超幀、 幀、符號的結(jié)構(gòu)則不相同， 兩類邏輯信道結(jié)構(gòu)又相同， 具體說明如下。,表 9 - 3 正向CDMA信號的相位關(guān)系,圖 9 - 18 數(shù)據(jù)傳輸信息幀結(jié)構(gòu),1) 同步數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu) 高幀： 含25個超幀， 或75個PN幀(相當(dāng)于75個PN周期)， 時長為2 s。 超幀： 相當(dāng)于3個PN周期， 時長為80 ms。 PN幀：

35、含128個同步符號(32 768個碼片)， 時長為26.66 ms。 同步符號： 含256個碼片(4個Walsh序列)， 時長為208.338 s。 沃爾什序列： 含64個碼片。 時長52.0825 s。 碼片(Chip)： 0.8137 s。,2) 尋呼業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu) 高幀： 含25個超幀， 或75個PN幀(相當(dāng)于75個PN周期)， 時長為2 s。 超幀： 相當(dāng)于4個業(yè)務(wù)幀， 時長為80 ms。 業(yè)務(wù)幀： 含384個尋呼業(yè)務(wù)符號(24 576個碼片)， 時長為20 ms。 尋呼業(yè)務(wù)符號： 含64個碼片(1個Walsh序列)， 時長52.0825 s。 Walsh序列： 含64個碼片。 碼

36、片(Chip)： 0.8137 s。,圖 9 - 19 業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu),3) 業(yè)務(wù)信息幀 前向業(yè)務(wù)信道信息幀和反向業(yè)務(wù)信道信息幀的格式相同， 幀長均為20 ms， 如圖9 - 19(a)所示。 (1) 前向業(yè)務(wù)信道。 在業(yè)務(wù)信道工作期間， 基站在前向業(yè)務(wù)信道中的業(yè)務(wù)幀給移動臺發(fā)送報文(消息)。 前向業(yè)務(wù)信道報文格式示于圖9 - 19(b)中。 (2) 反向業(yè)務(wù)信道。 反向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)與前向業(yè)務(wù)信道幀相同， 參見圖9 - 19(a)。,9.4.2 正向CDMA的控制信道 1. 導(dǎo)頻信道 導(dǎo)頻信道用于移動臺作相位定時、 相干載波提取以及在過境切換時信號強(qiáng)度的比較。 由圖9 - 15可知， 導(dǎo)頻信

37、道輸入為全0， 用沃爾什函數(shù)0進(jìn)行擴(kuò)頻， 然后進(jìn)入四相調(diào)制。導(dǎo)頻信號在基站工作期間是連續(xù)不斷地發(fā)送的， 而且所占功率較大(約占20%)， 以保證小區(qū)內(nèi)各個移動臺能進(jìn)行正確的解調(diào)， 這是保證正常通信的前提。,2. 同步信道 同步信道主要傳輸同步信息， 移動臺利用此同步信息進(jìn)行同步調(diào)整。 此外， 同步信道還包括供移動臺選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率。 移動臺一旦同步完成， 它通常不再接收同步信號， 但當(dāng)設(shè)備關(guān)機(jī)后重新開機(jī)時， 還需要重新進(jìn)行同步。 當(dāng)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， 同步信道也可臨時改作業(yè)務(wù)信道使用。,(1) 同步信號數(shù)據(jù)速率是1200 bs， 分幀傳輸， 幀長是26.6

38、6 ms， 即與引導(dǎo)PN序列周期的時間相同。 由3個同步信道幀構(gòu)成2個超幀(80 ms， 含96比特)。 在同步信道上傳送消息只能從同步信道超幀的起始點開始。 當(dāng)使用零偏置(K=0)引導(dǎo)PN序列時， 同步信道超幀要在偶數(shù)秒的時刻開始。 當(dāng)然， 也可在相隔1個超幀時刻開始。 當(dāng)所用的引導(dǎo)PN序列不是零偏置引導(dǎo)PN序列時， 同步信道超幀將在偶數(shù)秒加上引導(dǎo)PN序列偏置時間的時刻開始。,同步信息速率是1.2 kb/s， 通過碼率為 12、 約束長度為 9的卷積編碼器， 則卷積編碼器輸出的符號速率為2.4 kb/s， 然后碼元重復(fù)一次， 速率變?yōu)?.8 kb/s(即4800符號秒)。 同步信道的調(diào)制碼元

39、速率為4.8 kss， 它與1.2288 Mcs的沃爾什函數(shù)進(jìn)行模2加， 即進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。 不難算得， 每個調(diào)制符號包含子碼數(shù)為,信息速率1.2 kbs，調(diào)制碼元速率是4.8 kss，因此每一信息比特含有子碼數(shù)是調(diào)制碼元包含的子碼數(shù)的4倍，即每比特的子碼數(shù)為 2564=1024 表9 - 4列出了同步信道的主要參數(shù)。 表9 - 4中有關(guān)符號說明如下：二進(jìn)制信息速率用比特數(shù)每秒表示， 記作b/s， 或千比特數(shù)每秒， 記作kb/s。,表 9 - 4 同步信道主要參數(shù),(2) 在擴(kuò)頻前， 調(diào)制碼元還需進(jìn)行分組交織， 交織的作用是為了克服突發(fā)性干擾， 它可將突發(fā)性差錯分散化， 在接收端由卷積編碼器按維

40、特比譯碼法糾正隨機(jī)差錯， 從而間接地糾正了突發(fā)性差錯。 同步信道使用時間跨距為26.66 ms的分組交織， 這跨距與4800 s/s字符速率的128個調(diào)制字符相對應(yīng)。同步信道交織器輸入矩陣如表9 - 5所示。,表 9 - 5 同步信道交織器輸入矩陣,表中數(shù)字為輸入交織器碼元的序號， 相同的序號表示由碼元重復(fù)產(chǎn)生的相同碼元。 寫入的順序按列自左至右， 即第一列為1， 1， 2， 2， 3， 3， 4， 4， ， 8， 8， 然后第二列為9， 9, , 16， 16等等。 通過交織器， 輸出矩陣如表9 - 6所示。 輸出碼元的序號依次為1， 33， ， 61；3， 35， ， 63， ， 4， 3

41、6， ， 64。,表 9 - 6 同步信道交織器輸出矩陣,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， 這些信息包括被呼移動臺的號碼， 給移動臺指配業(yè)務(wù)信道的指令等。 尋呼信道最多可達(dá)7條， 分別用W1， W2， ， W7進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。 尋呼信道的信息速率有9.6 kbs和4.8 kb/s兩種， 可供選擇。,(1) 尋呼信道中分組交織器的交織跨度為20 ms， 這相當(dāng)于碼元速率為19.2 kss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個碼元)。 表9 - 7為輸入陣列， 表9 - 8為輸出陣列。,表 9 - 7 正向業(yè)務(wù)和尋呼信道交織器輸入(矩陣寫操

42、作， 9600 b/s),表9 - 8 正向業(yè)務(wù)和尋呼信道交織器輸出(矩陣讀操作，9600 b/s),通過分組交織的尋呼信號， 還要進(jìn)行數(shù)據(jù)掩蔽， 其目的是為了信息的安全， 起到保密作用。 因為尋呼信道中含有移動用戶號碼等重要信息， 因此必須采取安全措施。尋呼信道數(shù)據(jù)掩蔽電路可參見圖9 - 15。 下面說明圖中的重要部件長碼產(chǎn)生器。,(2) 長碼產(chǎn)生器原理方框圖如圖9 - 20所示。 由圖9 - 20知， 長碼產(chǎn)生器是由42級移位寄存器和相應(yīng)反饋支路及模2加法器組成的， 產(chǎn)生的m序列周期很長， 達(dá)242-1， 因此重復(fù)周期的時間很長。 因為移位寄存器共有42級， 圖中未能全部畫出， 下式是該長

43、碼產(chǎn)生器的特征多項式。 P(x) = x42x35x33x31x27 x26x25x22x21x19 = x18x17x16x10 x7x6x5x3x2x1,圖9 20 長碼產(chǎn)生器原理方框圖,(3) 尋呼信道用于長碼產(chǎn)生器的掩碼格式如圖9 - 21所示。 圖中， 尋呼信道號(PCN)用3位二進(jìn)制比特， 即23=8(種)， 滿足實際系統(tǒng)中最多7個尋呼信道要求。 引導(dǎo)PN序列的偏置系數(shù)用9位二進(jìn)制比特， 正好滿足0511(共512個)偏置系數(shù)的需要。 尋呼信道參數(shù)如表9 - 9所示。,圖 9 - 21 尋呼信道用的掩碼格式,表 9 - 9 尋呼信道參數(shù),9.4.3 正向CDMA的業(yè)務(wù)信道 正向CD

44、MA業(yè)務(wù)信道是基站向移動臺傳送業(yè)務(wù)信息(如語音)的信道。 此外， 還必須傳輸必要的隨路信令， 如功率控制和過境切換指令等。 正向CDMA業(yè)務(wù)信道上傳送的信號經(jīng)過卷積編碼、 分組交織、 長碼掩蔽、 沃爾什函數(shù)擴(kuò)頻及正交調(diào)制等步驟產(chǎn)生， 如圖9 - 22所示。,圖 9 - 22 正向業(yè)務(wù)信道信號產(chǎn)生過程,1. 信息的組成及其格式 業(yè)務(wù)信道主要傳送的是可變速率語音編碼器來的數(shù)字語音， 也可傳輸同樣速率的其它業(yè)務(wù)。 前者稱主要業(yè)務(wù)， 后者稱輔助業(yè)務(wù)(可選項)。 此外， 還有些必要的隨路信令。 業(yè)務(wù)信道信息的編碼過程如圖9 - 23所示。,圖 9 - 23 正向業(yè)務(wù)信道信息的編碼過程,可變速率語音編碼器

45、輸出數(shù)據(jù)速率分別是8.6 kb/s、 4.0 kb/s、 2.0 kb/s和0.8 kb/s， 進(jìn)入業(yè)務(wù)幀的復(fù)接。 MM稱作混合模式比特， 當(dāng)MM=0， 表示該幀無信令； MM=1， 表示該幀加入了信令。 IS-95規(guī)定只有速率1(即8.6 kbs)允許加入信令。 當(dāng)MM=0時， 各種速率情況下， 20 ms一幀內(nèi)語音的比特數(shù)， 參見圖9 - 24。,圖 9 - 24 MM=0時的業(yè)務(wù)信道幀格式,20 ms為一組的語音包， 速率為1時， 輸入語音為171比特， MM=0的標(biāo)志符插入1比特(放在第1位)， 其余171比特為語音數(shù)據(jù)信息比特， 合計為172比特， 因此業(yè)務(wù)速率1為8.6 kbs(2

46、0 ms內(nèi)是172比特)。 對于速率12、 1/4和18語音， 不加標(biāo)志位， 因此20 ms業(yè)務(wù)幀， 語音比特分別是80、 40和16比特， 相應(yīng)的業(yè)務(wù)速率是8.6 kb/s、 4.0 kb/s、 2.0 kb/s和0.8 kbs。 總之， 正向業(yè)務(wù)信道上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息和信令信息， 可以通過復(fù)接方式把它們裝載到物理信道上。,通過復(fù)接， 業(yè)務(wù)信道每幀還要加入幀質(zhì)量指示比特和尾比特。 前者屬于循環(huán)冗余編碼， 具有檢糾錯能力， 從而能表明該幀信息傳輸?shù)馁|(zhì)量； 后者是末位加入8個“0”， 其作用是每幀要進(jìn)行卷積編碼， 為使卷積編碼器中8級移位寄存器(約束長度為9)復(fù)位至“0”而添加的。 添加的過程如圖

47、9 - 25所示。,圖 9 - 25 業(yè)務(wù)幀添加CRC和尾比特,在20 ms業(yè)務(wù)內(nèi)， 對于速率為1的業(yè)務(wù)， CRC為12位， 由172比特增加到184比特； 對于速率為12的業(yè)務(wù)， CRC為8位， 由80比特增加到88比特； 對于14和18的速率， 不進(jìn)行CRC校驗。 無論是哪種速率， 后續(xù)都要進(jìn)行卷積編碼(約束長度均為9)， 因此都需要在末位添加8個全“0”比特。至此， CDMA系統(tǒng)正向業(yè)務(wù)信號幀就構(gòu)成了。 對于20 ms業(yè)務(wù)幀，在不同速率情況下，幀結(jié)構(gòu)如圖9 - 26所示。 (關(guān)于CRC產(chǎn)生方法見后述反向信道。 ),圖 9 - 26 正向業(yè)務(wù)信道的幀結(jié)構(gòu),2. 卷積編碼 卷積編碼屬于信道編

48、碼， 主要用來糾正碼元的隨機(jī)差錯， 它是以犧牲效率來換取可靠性的， 利用增加監(jiān)督位， 進(jìn)行檢錯和糾錯， 這對于數(shù)字移動通信而言是十分必要的。 CDMA系統(tǒng)中各種信道， 都使用卷積編碼器， 在正向CDMA信道中， 包括同步信道、 尋呼信道和業(yè)務(wù)信道， 均使用相同的卷積編碼器， 即碼率為12、 約束長度為9的卷積編碼器。 所謂“碼率”就是編碼效率。 碼率為12， 意味著編碼器每輸入1比特信息， 輸出為2比特。 這里僅結(jié)合CDMA系統(tǒng)正向業(yè)務(wù)信道中卷積編碼器給出應(yīng)用實例。 圖9 - 27示出了正向CDMA信道的卷積編碼器。,圖 9 - 27 正向CDMA信道的卷積編碼器(碼率為12約束長度為9),由

49、圖可見， 該編碼器由8級移位器和兩個模2加法器組成。 卷積編碼的碼率為12， 約束長度為9。 編碼的生成函數(shù)g0是753(八進(jìn)制)、 g1是561(八進(jìn)制)。 用二進(jìn)制表示時， 則為 g0=111101011 g1=101110001,3. 碼元重復(fù)和交織 對于正向業(yè)務(wù)信道， 在分組交織之前， 還要進(jìn)行碼元重復(fù)。 對于速率為12的數(shù)據(jù)， 即輸入數(shù)據(jù)速率為9.6 kss， 碼元重復(fù)一次(每個碼元連續(xù)出現(xiàn)兩次)； 速率為4.8kss時， 各碼元重復(fù)3次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)4次)； 速率為2.4 kss時， 各碼元重復(fù)7次(每碼元連續(xù)出現(xiàn)8次)。 這樣， 使各種速率均變換成相間的調(diào)制碼元速率， 即19

50、200個調(diào)制碼元每秒， 即每20 ms有384個調(diào)制碼元， 以便實施統(tǒng)一的分組交織。,4. 數(shù)據(jù)掩蔽 數(shù)據(jù)掩蔽也稱作數(shù)據(jù)擾亂， 其目的是為了數(shù)據(jù)的安全。 正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽原理與尋呼信道信號掩蔽原理相同。 圖9 - 28示出了正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽以及功率控制信號組成原理。,圖 9 - 28 正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽以及功率控制信號,這種擾碼是在分組交織器輸出的19 200 ss的調(diào)制字符上進(jìn)行的。 它是通過交織器輸出字符與長碼PN碼片的二進(jìn)制值模2相加而完成的。 此長碼PN碼片是在交織器輸出字符傳送期的開始時有效。 PN序列是工作時鐘為1.2288 MHz的長碼(長碼周期為242-1)，

51、每一調(diào)制碼元長度為,(PN子碼寬度),5. 功率控制子信道 功率控制子信道信號是連續(xù)地在正向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送的。 該子信道以每1.25 ms中1個比特(“0”或“1”)的速率(即800 b/s)發(fā)送。 “0”或“1”比特分別表示增加或降低移動臺的平均輸出功率電平。,圖 9 - 29 功率控制比特位置隨機(jī)化,功率控制比特的發(fā)送能量不小于Eb， 如圖9 - 30所示， 這里的Eb是正向業(yè)務(wù)信道上每信息比特的能量， 而x值給定為,發(fā)送速率 x值 9600 b/s 2 4800 b/s 4 2400 b/s 8 1200 b/s 16,圖 9 - 30 功率控制子信道的結(jié)構(gòu)與字符收縮,表 9 - 10

52、正向業(yè)務(wù)信道參數(shù),9.5 CDMA反向信道,9.5.1 反向信道組成及特點 1. 組成及其原理 移動臺發(fā)射信號產(chǎn)生過程， 通常稱為反向信道的組成， 其電路框圖如圖9 - 31所示 。 圖中， 上部為接入信道， 下部為反向業(yè)務(wù)信道。,圖 9 - 31 反向CDMA信道的電路框圖,(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 b/s、 4800 b/s、 2400 b/s和1200 bs的可變速率。 (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(jìn)行卷積編碼， 卷積碼的碼率為13， 約束長度為9。 (3) 碼元重復(fù)。 反向業(yè)務(wù)信道的碼元重復(fù)辦法和正

53、向業(yè)務(wù)信道的一樣。 (4) 分組交織。 所有碼元在重復(fù)之后都要進(jìn)行分組交織。,2. 可變數(shù)據(jù)速率傳輸 為了減小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(選通門電路)進(jìn)行選通， 只允許所需的碼元輸出， 而刪除其它重復(fù)的碼元。 這種過程如圖9 - 32所示。,圖 9 - 32 反向CDMA信道的可變數(shù)據(jù)速率傳輸舉例,由圖可見， 傳輸?shù)恼伎毡入S速率而變。 當(dāng)速率是9600 b/s時， 選通門允許交織器輸出的所有碼元進(jìn)行傳輸， 即占空比為1； 當(dāng)數(shù)據(jù)率是4800 bs時， 選通門只允許交織器輸出的碼元有12進(jìn)行傳輸， 即占空比為12； 依此類推， 在選通過程

54、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， 編號為025。 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(jìn)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9 - 33。,圖 9 - 33 接入信道傳輸結(jié)構(gòu),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(jìn)行傳輸是受一PN碼控制的。 該過程稱為數(shù)據(jù)的猝發(fā)隨機(jī)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(jìn)行計算， 這14個比特表示為 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9

55、b10 b11 b12 b13 在圖9 - 30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,數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機(jī)化算法如下： 數(shù)據(jù)率為9600 bs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)率為4800 bs時， 所用的功率控制段為 b0 ， 2b1， 4b2， 6b3， 8b4， 10b5， 12b6， 14b7,數(shù)據(jù)率為2400 bs時， 所用的功率控制段為 b0 (如b8 =)或2b1(如b8 =1) 4b2(如b9 =)或6b3(如b9 =1) 8b4(如

56、b10 =)或10b5(如b10 =1) 12b6(如b11 =)或14b7(如b11 =1),數(shù)據(jù)率為1200 b/s時， 所用的功率控制段為 b0(如b8 =和b12=0)或2b1(如b8 =1和b12=0) 或 4b2(如b9 =和b12=1)或6b3(如b9 =1和b12=1) 8b4(如b10 =和b13=0)或10b5(如b10 =1和b13=0) 或 12b6(如b11 =和b13=1)或14b7(如b11 =0和b13=1),3. 正交多進(jìn)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64進(jìn)制的沃爾什函數(shù)之一(稱調(diào)制碼元)進(jìn)行傳輸。 調(diào)制碼元的傳輸速率為

57、28 8006=4800 bs。 調(diào)制碼元時間寬度為14800=208.333 s。 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644800=307.2 kbs， 相應(yīng)的子碼寬度為3.255 s。,4. 直接序列擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)展。 前者是數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機(jī)化產(chǎn)生器輸出的碼流與長碼模2相加； 后者是64進(jìn)制正交調(diào)制器輸出的碼流和長碼模2相加。 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)= x42x35x33x31x27x26 x25x22x21x19x18 x17x16+x10 x7x6x5x3x2x11,長碼的各個

58、PN子碼是用一個42位的掩碼和序列產(chǎn)生器的42位狀態(tài)矢量進(jìn)行模2內(nèi)乘而產(chǎn)生的。 正交多進(jìn)制調(diào)制和長碼序列擴(kuò)展示意見圖9 - 34。,圖 9 - 34 正交多進(jìn)制調(diào)制和長碼序列擴(kuò)展示意,用于長碼產(chǎn)生器的掩碼隨移動臺用來傳輸?shù)男诺李愋投儭?掩碼的格式見圖9 - 35。 當(dāng)在接入信道傳輸時， 掩碼如下： M8到M33要置成“11000111”， 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17)， M24到M9要置成當(dāng)前的基站標(biāo)志， M8到M0要置成當(dāng)前CDMA信道的引導(dǎo)PN偏置。,在反向業(yè)務(wù)信道傳輸時， 移動臺要用到如下兩個掩碼中的一個： 一個是公開掩碼； 另一個是私用掩碼。 這兩個掩碼都是該移動臺所獨有的。 公開掩碼如下： M41到M32要置成“110