第8、9章_CDMA数字蜂窝移动通信系统

1、CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统兰州理工大学计算机与通信学院通信工程系 2009 年CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组22022年5月25日星期三本章教学目的本章教学目的了解了解CDMA的历史背景的历史背景， CDMA 2000，从从CDMA One到到CDMA 2000第三代无线第三代无线通信系统到通信系统到B3G,4G的演进过程。的演进过程。理解理解CDMA前向信道前向信道、 CDMA反向信道反向信道、功率控制功率控制、 CDMA系统的容量、系统的容量、 CDMA切换过程、切换过程、 CDMA登记过程。登记过程。本章原

2、理重点：本章原理重点：功率控制功率控制技术、切换技术、技术、切换技术、CDMA登记过程。登记过程。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组32022年5月25日星期三本章内容本章内容 9.1 引言引言 9.2 CDMA空中接口协议层空中接口协议层 9.3 CDMA前向信道前向信道 9.4 CDMA反向信道反向信道 9.5 功率控制功率控制 9.6 CDMA系统的鉴权技术系统的鉴权技术9.7 CDMA登记登记 9.8 CDMA切换过程切换过程 9.9 从从CDMA One到到CDMA2000第三代无线通信系统第三代无线通信系统 CDMA数字蜂窝移

3、动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组42022年5月25日星期三9.1 引引 言言CDMA是码分多址的英文缩写（是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access）, CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用广泛应用,上世纪末上世纪末 转为民用。转为民用。中国中国CDMA的发展也有长期军用研究的技术积累，的发展也有长期军用研究的技术积累，93年年国家国家863计划开展计划开展CDMA蜂窝技术研究。蜂窝技术研究。1998年具有年具有14万万容量的长城容量的长城CDMA商用试验网商用试验网

4、。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组52022年5月25日星期三9.1.1 CDMA技术的标准化技术的标准化 CDMA技术的标准化经历了几个阶段技术的标准化经历了几个阶段:IS-95AIS-99IS-95BIS-95C, IS-95HDRCDMA2000 1XCDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组62022年5月25日星期三9.1.2 我国我国CDMA系统可以占用的频率系统可以占用的频率我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率如下表所示。我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率如

5、下表所示。 系统或使用部门系统或使用部门 上行频率上行频率/MHz 下行频率下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组72022年5月25日星期三9.1.3 CDMA系统的特点系统的特点 1. 系统容量大系统容量大2

6、. 软容量软容量(自干扰、小区呼吸自干扰、小区呼吸)3. 通话质量更佳（动态调整数据速率）通话质量更佳（动态调整数据速率）4. 移动台辅助软切换移动台辅助软切换5. 频率规划简单频率规划简单6. 建网成本低建网成本低CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组82022年5月25日星期三几种蜂窝通信系统的通信容量的比较：几种蜂窝通信系统的通信容量的比较： 模拟模拟FDMA系统系统:总频段宽度总频段宽度 1.25 MHz (AMPS) 频道间隔频道间隔 30 kHz 信道数目信道数目 1.2510 6/(30103)=41.7 每区群小区数每区群小区

7、数 7 通信容量通信容量 41.7/7=6 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组92022年5月25日星期三1.25 MHz频道间隔频道间隔30 kHz每载频时隙数每载频时隙数 3信道数目信道数目31.25106/(30103)=125每区群小区数每区群小区数 4通信容量通信容量 125/4=31.25 TDMA系统总频段宽度系统总频段宽度(DAMPS) CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组102022年5月25日星期三CDMA系统系统 :总频段宽度总频段宽度 1.25 MHz 扇形分区

8、数扇形分区数 3 通信容量通信容量 120以以n表示通信容量，三种系统的比较结果表示通信容量，三种系统的比较结果可以写成可以写成n(CDMA)=20n(FDMA)=4n(TDMA) CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组112022年5月25日星期三7. “绿色手机绿色手机”(GSM600毫瓦,CDMA200毫瓦,普通零点几毫瓦)8 . 保密性强，保密性强， 通话不会被窃听通话不会被窃听(PN4.4万亿万亿)9. 多种形式的分集多种形式的分集10. CDMA的功率控制的功率控制11. 话音激活话音激活 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大

9、学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组122022年5月25日星期三9.2 CDMA空中接口标准空中接口标准复用子层(业务信道)第二层(链路层)寻呼和接入信道更高层(基本业务)更高层(辅助业务)第三层(呼叫处理和控制)第二层(基本业务)第二层(辅助业务)第二层(信令)第一层物理层图图9-1 CDMA空中接口层结构空中接口层结构 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组132022年5月25日星期三9.3 CDMA前向信道前向信道 图9-2 CDMA前向信道结构 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学

10、计通学院通信学科组142022年5月25日星期三9.3.1 前向业务信道 图6-3 CDMA前向信道结构 PCM语音 减小语音需要的比特速率。工作在全速率，1/2,1/4和1/8速率的可变模式。速率 1声码器的全速输出速率为 9.6 kb/s,速率2的全速输出速率为 14.4 kb/s提供错误检测/纠正。每输入一个比特有两个符号输出 重复从编码器来的输入符号。重复是维持一个持续输入到块交织器。全速符号不被重复，并在全功率上发送。半速率重复一次并在半功率上发送，以此类推。速率1输出维持在19.2 kb/s(与编码速率无关 ） ， 速率2输出是 28.8 kb/s 只用于工作在速率 2的声码器上。

11、一个 28.8 kb/s输出从每 6输入中删除 2。因此实现进入块交织器的输入速率相同，都为 19.2kb/s，而与编码的速率无关通过确保连续的数据不被丢失，以抗瑞利衰落的影响通过输入数据和长掩码扰乱，与用户ENS的序列改变来提供安全保障 通过用一个惟一 Walsh码来扩频，从而提供识别和正交。每一输入符号要和64比特Walsh码进行异或，使之速率成为 1.228 Mc/s 提供惟一的基站识别码。这种扩频序列是32 768码片和每 26.66 ms重复。所有基站使用同样的序列，但相位偏置各不相同，有512种可能的偏置。确保移动台锁定在正确的基站把信号转变到蜂窝频率范围(800 MHz)或PCS

12、频率(1900 MHz)到RF部分 声码器 卷积编码 符号重复 符号收缩 块交织 数据扰码 功率控制子信道 正交扩频 四相扩频 基带滤波 提供一个非常快的功率控制子信道(每秒800次)。输入数据每秒被抽取 800次，向移动台发送一个增加或减少功率命令。每个命令能增加或减少移动台1 dB的功率声码器卷积编码符号重复符号抽取块交织数据扰码功率控制子信道正交信道扩频四相扩频调制CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组152022年5月25日星期三图9-4 速率1和速率2前向业务信道的产生 速 率 2前 向 业 务 信 道 的 产 生14 400 b/

13、s功 率 控 制 比特1.2288 Mc/s从 语 音 编 码 器 来19.2 ks/s1.2288 Mc/s长 码 PN发 生 器用 户 地 址 掩 码(ESN)卷 积 编 码 和重 复符 号重 复块 交 织复用器抽 取 器抽 取 器800 HzWnI PNQ PNR=1/2, K=972 00 b/s36 00 b/s18 00 b/s注：ks/s千 符 号 /秒 (kilosymbol)； Mc/s兆 码 片 /秒 (Megachip/s)。速 率 1前 向 业 务 信 道 的 产 生9600 b/s功 率 控 制 比特1.2288 Mc/s从 语 音 编 码 器 来19.2 ks/s1

14、.2288 Mc/s长 码 PN发 生 器长 掩 码 ( ESN)卷 积 编 码 和重 复块 交 织复用器抽 取 器抽 取 器800 HzWnI PNQ PNR=1/2, K=94800 b/s2400 b/s1200 b/s调 制符 号调 制 符 号19.2 ks/sCDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组162022年5月25日星期三1. 语音编码语音编码 CDMA声码器是可变速率声码器，可工作于全速率，声码器是可变速率声码器，可工作于全速率，1/2，1/4和和1/8速率。速率。 通常对应于速率通常对应于速率1和速率和速率2分别有两种声码器

15、：分别有两种声码器：u 速率速率1包含四种速率：包含四种速率：9600，4800，2400和和1200b/s(工作工作于于9.6kb/s数据流的数据流的8kb/s声码器声码器)。u速率速率2包含四种速率：包含四种速率：14400，7200，3600和和1800 b/s(工工作于作于14.4kb/s数据流的数据流的13.3kb/s声码器）。声码器）。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组172022年5月25日星期三图图9-5 速率速率1的前向的前向/反向业务信道帧结构反向业务信道帧结构 24 bit (20 ms)1200 b/s帧信 息 比

16、 特 (1/8速 率 )16T8信 息 比 特 (1/4速 率 )48 bit (20 ms)40T82400 b/s帧4800 b/s帧9600 b/s帧FT88128FT信 息 比 特 (1/2速 率 )信 息 比 特 (全 速 率 )96 bit (20 ms)192 bit (20 ms)80172F帧 质 量 指 示 (CRC)T编 码 尾 比 特注：CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组182022年5月25日星期三图图9-6 速率速率2的前向的前向/反向业务信道帧结构反向业务信道帧结构 R / E36 bit (20 ms)18

17、00 b/s帧R / E信 息 比 特 (1/8速 率 )R前 向 信 道 的 预 留 比 特E指 示 错 误 帧 接 收F帧 质 量 指 示 (CRC)T编 码 尾 比 特121FT68信 息 比 特 (1/4速 率 )72 bit (20 ms)155FT883600 b/s帧R / E117200 b/s帧14400 b/s帧FT108128FT信 息 比 特 (1/2速 率 )信 息 比 特 (全 速 率 )144 bit (20 ms)288 bit (20 ms)125267R / E注：CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组19

18、2022年5月25日星期三帧质量指示有两个目的帧质量指示有两个目的：u一是允许接收机在所有一是允许接收机在所有172信息比特上计算了信息比特上计算了CRC后，确定是否有帧发生错误；后，确定是否有帧发生错误；u二是帮助确定接收帧的数据速率。二是帮助确定接收帧的数据速率。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组202022年5月25日星期三2. 卷积编码卷积编码 图9-7 K=9，1/2比率的卷积编码器 C0信 息 比 特 (输 入 )符 号 (输出 )TTTTTTTg0C1g1TCDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工

19、大学计通学院通信学科组212022年5月25日星期三3. 符号重复符号重复符号重复器跟随在卷积编码之后，它根据需要重符号重复器跟随在卷积编码之后，它根据需要重复数据，复数据，速率速率1产生产生19.2kb/s，速率，速率2产生产生28.8kb/s的速率。的速率。对于速率对于速率1，如果输入是，如果输入是19.2kb/s，符号不重复；，符号不重复；（9.6kb/s，4.8kb/s）。）。符号重复为无线信道抵抗衰落提供附加的措施，符号重复为无线信道抵抗衰落提供附加的措施，可增加接收的可靠性。可增加接收的可靠性。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学

20、科组222022年5月25日星期三重复符号比全速率符号的功率电平低。由于重复符号比全速率符号的功率电平低。由于所有符号总功率是一样的，所有符号总功率是一样的， 因此各符号功率因此各符号功率减少了。减少了。导频信道没有该过程。导频信道没有该过程。同步信道，每个经卷积编码后的符号，同步信道，每个经卷积编码后的符号， 在块在块交织前应重复一次（每个符号连续重发）。交织前应重复一次（每个符号连续重发）。寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组232022年5月25日星期三4.

21、符号抽取符号抽取作用于速率作用于速率2帧。帧。 IS-95决定对两种速率使用同样的块交织器，即块决定对两种速率使用同样的块交织器，即块交织器的输入符号速率是相同的。交织器的输入符号速率是相同的。CDMA通过从每通过从每6输入中删除输入中删除2实现把实现把28.8 kb/s数数据流变为据流变为19.2 kb/s。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组242022年5月25日星期三5. 块交织块交织前向业务信道的块交织器每前向业务信道的块交织器每20ms接收接收384调制调制比特。这些比特被输入到比特。这些比特被输入到2416的矩阵。交织的矩阵

22、。交织扰乱信息，然后输出送到下一步骤（数据扰扰乱信息，然后输出送到下一步骤（数据扰码）。码）。 同步信道、同步信道、 寻呼信道和前向业务信道在重复寻呼信道和前向业务信道在重复后进行块交织后进行块交织。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组252022年5月25日星期三同步信道交织宽度为同步信道交织宽度为29.666ms，在符号速率，在符号速率为为4800符号符号/秒时，等于秒时，等于128个调制宽度，交织个调制宽度，交织器阵列为器阵列为16行行8列。列。前向业务信道和寻呼信道交织宽度为前向业务信道和寻呼信道交织宽度为20ms，在调制符号速率

23、为在调制符号速率为19200符号符号/秒时，等于秒时，等于384个个调制符号调制符号，如图，如图9-8所示。三种信道的符号都是所示。三种信道的符号都是按列写入阵列，按列写入阵列， 交织后按行读出。交织后按行读出。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组262022年5月25日星期三图图9-8 前向业务信道交织过程示意图前向业务信道交织过程示意图 编 码 块 输 入块 交 织 输 出至 扰 码来 自 信 道 编 码 器20ms20 ms19.2 kb/s块交织器按列写入矩阵按行从矩阵读出384比 特384交 织 比 特19.2 kb/s20 m

24、sCDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组272022年5月25日星期三1111111111010101010111111111110101010101111111111101111111100101111111010111111111111111110000001101按按列列写写入入阵阵列列CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组282022年5月25日星期三1 0 1 0 1 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 0 0 1 01 1 1 1 1

25、1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 0 1 1 1 1交交织织后后按按行行读读出出CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组292022年5月25日星期三9. 数据扰码数据扰码(掩蔽掩蔽)扰码用于寻呼信道和正向业务信道，其作用是为通信提供保扰码用于寻呼信道和正向业务信道，其作用是为通信提供保密。密。掩蔽器把交织器输出的码流和按用户编址的掩蔽器把交织器输出的码

26、流和按用户编址的PN序列进行模序列进行模2加。加。这种这种PN(242-1)序列速率为序列速率为1.2288Mchip/s的长码，每一调制码的长码，每一调制码长度等于长度等于64(1.2288106/19200)个个PN子码宽度。子码宽度。长码经分频后，其速率变为长码经分频后，其速率变为19200b/s，因而送入模，因而送入模2相加器进相加器进行数据掩蔽的是每行数据掩蔽的是每 64 个子码中的第一个子码在起作用。个子码中的第一个子码在起作用。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组302022年5月25日星期三7. 功率控制子信道功率控制子信

27、道在前向业务信道上连续发送，控制移动台的发射功率。在前向业务信道上连续发送，控制移动台的发射功率。子信道以每子信道以每1.25ms发射一比特（发射一比特（0或或1），即速率为），即速率为800b/s。功率电平台阶为功率电平台阶为1dB。发射发射0指示移动台提高发射功率，指示移动台提高发射功率，发射发射1则指示移动台降低发射功率。则指示移动台降低发射功率。在在CDMA中通过使用快功率控制子信道技术，能避免发生中通过使用快功率控制子信道技术，能避免发生“远远近效应近效应”。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组312022年5月25日星期三8.

28、 正交信道扩频正交信道扩频CDMA前向信道上传送的每个码分信道要用前向信道上传送的每个码分信道要用1.2288 Mc/s固定固定码片率的码片率的Walsh函数函数进行扩频，进行扩频， 用用Walsh函数函数n进行扩频的码分信道定义为第进行扩频的码分信道定义为第n个码分信道个码分信道（n=063）(w0,w32,w1 -w7,w8-w63)。 Walsh函数每函数每52.083us（即（即64/1.2288Mc/s）进行重复，）进行重复， 因为因为一个调制符用一个调制符用64个个Walsh比特进行调制，所以它等于一个前向比特进行调制，所以它等于一个前向业务信道业务信道调制符号的时间间隔。调制符号

29、的时间间隔。 正交扩频正交扩频/解扩频解扩频CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组322022年5月25日星期三Walsh码码伪随机序列具有良好的自相关特性伪随机序列具有良好的自相关特性, 但其互相关特性不是很但其互相关特性不是很理想理想(互相关值不是处处为零互相关值不是处处为零), 如果把伪随机序列同时用作扩频如果把伪随机序列同时用作扩频码和地址码码和地址码, 系统性能将受到一定影响。系统性能将受到一定影响。地址码采用地址码采用Walsh(沃尔什沃尔什)编码编码:Walsh码是一种同步正交码码是一种同步正交码, 即在同步传输情况下即在同步传

30、输情况下, 利用利用Walsh码作为地址码具有良好的自相码作为地址码具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性。此外关特性和处处为零的互相关特性。此外, Walsh码生成容易、应码生成容易、应用方便。用方便。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组332022年5月25日星期三正交扩频/解扩频 在基站正交扩频输入数据10 与Walsh20异或后的输出000011110000111111110000111100000000000011110000111111110000111100000000基站输出11110000111100000000111

31、1000011111111000011110000111111110000111100000000移动台解扩移动台接收111100001111000000001111000011111111000011110000111111110000111100000000 与Walsh20异或后的输出111111111111111111111111111111111111000000000000 00000000 0000 0000 0000000输出数据10CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组342022年5月25日星期三图9-10 使用错误Wal

32、sh码正交解扩频后的输出结果 移动台解扩(用错误Walsh函数)移动台接收111100001111000000001111000011111111000011110000111111110000111100000000 与Walsh40(与正交扩频不同)异或后的输出000000001111111100000000111111111111000000001111111100000000111111111111输出数据111100000000111100001111111100000000000011111111000011110000000011111111CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工

33、大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组352022年5月25日星期三9. 四相扩频调制四相扩频调制 四相扩展所用的序列称为引导四相扩展所用的序列称为引导PN序列序列引导引导PN序列使移动台识别所需的基站序列使移动台识别所需的基站基站使用相同的基站使用相同的PN序列，序列， 但采用不同的时间偏但采用不同的时间偏置置(PN序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关值就等于或接近度时，其相关值就等于或接近0，因而移动台用相，因而移动台用相关检测法很容易把不同基站的信号区分开来关检测法很容易把不同基站的信号区分开来)一个基站的一个基站的PN序

34、列序列采用相同的时间偏置采用相同的时间偏置CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组362022年5月25日星期三 不同的时间偏置用不同的偏置系数表示，偏不同的时间偏置用不同的偏置系数表示，偏置系数共置系数共512 个，编号从个，编号从 0 到到 511。偏置时间等于。偏置时间等于偏置的系数乘以偏置的系数乘以64， 单位是单位是PN序列子码数目。序列子码数目。 例如，当偏置系数是例如，当偏置系数是 15 时，相应的偏置时间是时，相应的偏置时间是1564=960个子码，已知子码宽度为个子码，已知子码宽度为 1/1.338 8106=0.813 8s

35、, 故偏置时间为故偏置时间为 9600.813 8=781.25s。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组372022年5月25日星期三9.3.2 前向广播信道前向广播信道 导频信道导频信道(1个个,W0) 同步信道同步信道(1个个,W32 ) 寻呼信道寻呼信道(7个个,W1至至W7 )CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组382022年5月25日星期三1. 导频信道导频信道基站在每一路激活的前向基站在每一路激活的前向CDMA上不停发送导频信号，导频上不停发送导频信号，导频信道传送带有确知信

36、息的导频序列信道传送带有确知信息的导频序列,不仅可以用于系统定时、不仅可以用于系统定时、载波提取、越区切换载波提取、越区切换, 以及移动台用来捕获、定时的参考信道以及移动台用来捕获、定时的参考信道并提供相关解调的相位参考，而且可以对多径衰落信号的幅度并提供相关解调的相位参考，而且可以对多径衰落信号的幅度和相位信息进行估计和相位信息进行估计,从而使得多径分集和相干从而使得多径分集和相干RAKE 接收成接收成为可能。为可能。导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，移动台可迅速导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息。而精确地捕获信道的定时信息。移动台通过对周围

37、不同基站的导频信号进行检测和比较，可移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境切换。以决定什么时候需要进行过境切换。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组392022年5月25日星期三在一个系统中可能被复用的码分数量为在一个系统中可能被复用的码分数量为512，所以导频信道，所以导频信道可用偏置指数可用偏置指数(0511)来区别。来区别。 在在CDMA蜂窝系统中蜂窝系统中, 可以重复使用相同的时间偏置。两可以重复使用相同的时间偏置。两个邻近小区使用同样的个邻近小区使用同样的PN码，但不能使用同样的时间偏置。码

38、，但不能使用同样的时间偏置。偏置指数是指相对于偏置指数是指相对于0偏置导频偏置导频PN序列的偏置值。序列的偏置值。不论是对不论是对I序列还是序列还是Q序列序列, 在每个偶数秒在每个偶数秒(参照系统时间参照系统时间)时时开始的序列都是它们的零偏置导频开始的序列都是它们的零偏置导频PN序列序列, 它们的开始位置它们的开始位置被定义为连续输出被定义为连续输出15个个“0”的时刻。的时刻。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组402022年5月25日星期三导频导频PN序列偏置值取值只能是序列偏置值取值只能是512个值中的一个个值中的一个(215/6

39、4=512)。一个导频一个导频PN序列的偏置等于其偏置指数乘以序列的偏置等于其偏置指数乘以64。相邻基站的导频相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应设置得大一序列偏置指数间隔应设置得大一些。些。 由于导频信道所有比特都为由于导频信道所有比特都为0, 所以在发送前所以在发送前, 它只需它只需用用Walsh 0函数进行正交扩频、四相函数进行正交扩频、四相扩频和滤波。扩频和滤波。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组412022年5月25日星期三2. 同步信道同步信道主要传输同步信息主要传输同步信息,即移动台利用此同步信息进行同步调即移动台利用此同

40、步信息进行同步调整。整。当通信业务量很多当通信业务量很多, 所有业务信道均被占用而不敷应用时，所有业务信道均被占用而不敷应用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。此同步信道也可临时改作业务信道使用。 同步信道在发射前要经过卷积编码、符号重复、交织、同步信道在发射前要经过卷积编码、符号重复、交织、扩频和调制等步骤扩频和调制等步骤(MS利用这些为发起呼叫作好准备利用这些为发起呼叫作好准备)。同步信道工作在固定速率同步信道工作在固定速率1.2kb/s。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组422022年5月25日星期三3. 寻呼信道寻呼信道在呼叫

41、接续阶段传输寻呼移动台的信息。在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道(也可也可以由基站指定以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。 在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。完。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组432022年5月25日星期三图9-11 导频信道、 同步信道和寻呼信道的产生 WpI PN R=1/2, K=9寻 呼 信 道调 制

42、 符 号调 制 符 号1.2288 Mc/s9600 b/s19.2 ks/s4800 b/s寻 呼 信 道1.2288 Mc/s地 址 掩 码卷 积 编 码和 重 复块 交 织长 码 PN发 生 器抽 取 器19.2 ks/sQ PNW32I PN R=1/2, K=9同 步 信 道调 制 符 号调 制 符 号1.2288 Mc/s1200 b/s卷 积 编 码和 重 复块 交 织Q PN4800 s/s4800 s/sW0I PN导 频 信 道1.2288 Mc/s(全 0)Q PN注：s/s符 号 /秒 (symbol/s)；ks/s千 符 号 /秒 (kilosymbol/s)； Mc

43、/s兆 码 片 /秒 (Megachip/s)。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组442022年5月25日星期三9.4 CDMA反向信道反向信道图9-12 CDMA反向信道结构 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组452022年5月25日星期三反向链路由若干业务信道和接入信道组成反向链路由若干业务信道和接入信道组成u业务信道用于用户向基站的信号传输业务信道用于用户向基站的信号传输u接入信道是移动台用来启动与基站的通信及接入信道是移动台用来启动与基站的通信及对寻呼信道的消息作出响应，它是

44、一种随机对寻呼信道的消息作出响应，它是一种随机接入信道。接入信道。u每个每个CDMA信道能有高达信道能有高达62个业务信道个业务信道u每个寻呼信道能支持高达每个寻呼信道能支持高达32接入信道。接入信道。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组462022年5月25日星期三与前向链路相似，反向链路中也采用与前向链路相似，反向链路中也采用 PN 码扩频码扩频调制，此调制，此PN码的长度也与前向链路中的相同，码的长度也与前向链路中的相同，为为215-1，然而在这里使用了一个固定的相位差。，然而在这里使用了一个固定的相位差。移动台发送的数字信号也进行卷

45、积编码、码组交移动台发送的数字信号也进行卷积编码、码组交织、织、Walsh码码64进制正交调制、长进制正交调制、长PN码扩频和码扩频和四相扩频调制。四相扩频调制。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组472022年5月25日星期三与前向链路相比有下面一些主要的不同之处：与前向链路相比有下面一些主要的不同之处： 1 发送的数字信息使用码率为发送的数字信息使用码率为1/3 (不是不是1/2)，约束，约束长度为长度为9的卷积编码，因此，编码后的符号速率的卷积编码，因此，编码后的符号速率是是28.8kb/s。2 卷积编码的信息以卷积编码的信息以20

46、ms间隔进行交织，信号完间隔进行交织，信号完成交织编码后，将成交织编码后，将6个二进制符号形成一组，用个二进制符号形成一组，用它来选择它来选择64个不同正交函数之一作为发射（个不同正交函数之一作为发射（很明很明显这里的显这里的Walsh 函数应用不同于前向链路，在函数应用不同于前向链路，在前向链路上前向链路上Walsh 函数是由分配给移动台的信函数是由分配给移动台的信道来确定，而在反向链路上道来确定，而在反向链路上Walsh 函数则是由函数则是由发送的信息来确定的，也就是说，反向链路上发送的信息来确定的，也就是说，反向链路上Walsh 函数是用来作函数是用来作64元正交调制的。元正交调制的。）

47、 调制后的符号速率变为调制后的符号速率变为28.8/6=4.8 kb/s, 码片速码片速率则为率则为307.2Kcp/s。CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组482022年5月25日星期三3 在反向链路上，长的在反向链路上，长的PN码（码（242 -1）不是用来扰）不是用来扰码，而是直接用来扩频，用它来区别不同的移动码，而是直接用来扩频，用它来区别不同的移动台。由于这个长台。由于这个长PN码每一个可能的相位偏差都码每一个可能的相位偏差都对应于一个有效地址。因而可以提供一个非常大对应于一个有效地址。因而可以提供一个非常大的地址空间，并且具有较

48、高的保密性。的地址空间，并且具有较高的保密性。4 用短用短PN码（码（215）进行四相调制时，对任一移动）进行四相调制时，对任一移动台而言，都统一使用零偏置码，这是因为在反向台而言，都统一使用零偏置码，这是因为在反向信道上不需标识基站身份。信道上不需标识基站身份。反向链路最后送出的信号也是一个由所分配的频率为中心频率，反向链路最后送出的信号也是一个由所分配的频率为中心频率，经过一对经过一对PN码的四相调制，由地址码确定的一定相位的长码的四相调制，由地址码确定的一定相位的长PN码码二相调制、二相调制、Walsh函数的正交调制、交织编码、卷积编码所组成的函数的正交调制、交织编码、卷积编码所组成的

49、CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组492022年5月25日星期三接入信道及速率接入信道及速率1和速率和速率2反向业务信道的产生反向业务信道的产生 业务信道(业务信道或接入信道长掩码)速率2 2正交调制I PN(无偏置)R=1/2, K=928.8 ks/s1/2 PN片延迟1.2288 Mc/s长掩码序列经用户ESN改变卷积编码和重复D块交织数据突发随机性发生器长码PN发生器14 400 b/s72 00 b/s36 00 b/s18 00 b/s307.2 kc/s1.2288 Mc/sQ PN(无偏置)正交调制I PN(无偏置)R=1

50、/2, K=928.8 ks/s1/2 PN片延迟1.2288 Mc/s长掩码序列经用户ESN改变卷积编码和重复D块交织数据突发随机性发生器长码PN发生器4800 b/s2400 b/s1200 b/s307.2 kc/s1.2288 Mc/sQ PN(无偏置)9600 b/s接入信道4800 b/s速率1 1业务信道CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组502022年5月25日星期三 减 小 语 音 需 要 的 比 特 速 率 。 工 作 在 全 速 率 ， 1/2,1/4和 1/8速 率 的 可 变 模 式 。 速 率 1声 码 器 的

51、全 速 输 出 速 率 为 9.6 kb/s， 速 率 2的全 速 输 出 速 率 为 14.4 kb/s提 供 错 误 检 测 /纠 正 。 每 输 入 一 个 比 特 有 两 个 符 号 输 出 重 复 从 编 码 器 来 的 输 入 符 号 。 重 复 是 维 持 一 个 持 续 的 输 入 到 块 交 织 器 。 全 速 符 号 不 被 重 复 并 在 全 功 率 上 发 送 。 半 速 率 重 复 一 次 并在 半 功 率 上 发 送 ， 以 此 类 推 。 速 率 1输 出 维 持 在 19.2 kb/s(与 编 码 速 率 无 关 )， 速 率 2输 出 是 28.8 kb/s

52、声 码 器 卷 积 编 码 符 号 重 复 块 交 织 正 交 扩 频 数 据 突 发 随 机 化 直 接 序 列 扩 频 四 相 扩 频 基 带 滤 波通 过 确 保 连 续 的 数 据 不 被 丢 失 ， 以 抗 瑞 利 衰 落 的 影 响6输 入 比 特 块 被 相 应 的 64片 W alsh码 代 替 提 供 变 速 率 发 射 。 重 复 的 符 号 被 删 除 （ 即 不 被 发 射 ） 。 发 射 周 期 随 声 码 器 数 据 速 率 的变 化 而 变 化 ， 并 且 发 射 时 段 也 是 随 机 的 提 供 码 分 扩 频 。 在 相 反 链 路 上 ， 数 据 通 过

53、使 用 基 于 ESN的 用 户 长 码 掩 码 ， 对 数 据 进 行扩 频通 过 用 导 频 PN码 对 信 道 扩 频 ， 使 用 零 偏 置 。 这 能 确 保 基 站 锁 定 在 其 小 区 发 射 上把 信 号 转 变 到 蜂 窝 频 率 范 围 (800 MHz)或 PCS(个 人 通 信 系 统 )频 率 (1900 MHz)PCM语 音到 RF部 分反向业务信道产生过程 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组512022年5月25日星期三数据突发随机化算法数据突发随机化算法(了解了解)数据突发随机数发生器产生一个数据突发随机

54、数发生器产生一个“0”和和“1”的屏蔽模式，它的屏蔽模式，它可以随机地屏蔽掉由码重复产生的冗余数据。屏蔽模式与帧数可以随机地屏蔽掉由码重复产生的冗余数据。屏蔽模式与帧数据率有关。据率有关。具体屏蔽与否是由从长码中取出的具体屏蔽与否是由从长码中取出的14位比特决定的（接入信位比特决定的（接入信道因在所有功率控制组上都发送，没有）。道因在所有功率控制组上都发送，没有）。这这14个比特为前一帧的倒数第二个比特为前一帧的倒数第二个功率控制组用于扩频的长个功率控制组用于扩频的长码的最后码的最后14个比特。个比特。 该该14个比特表示为个比特表示为 b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b1

55、2b13 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组522022年5月25日星期三每每20ms的反向业务信道帧将被划分为的反向业务信道帧将被划分为16个等长（即个等长（即1.25 ms）的功率控制组，编号从的功率控制组，编号从0至至15。数据突发随机数算法如下：数据突发随机数算法如下： 如果所选数据率是如果所选数据率是9.6kb/s或或14.4kb/s， 则在则在0至至15功率控制功率控制组上发射组上发射; 如果所选数据是如果所选数据是4.8kb/s或或7.2kb/s， 则在以下标号的功率控则在以下标号的功率控制组上发射：制组上发射：b0，2+b

56、1，4+b2，6+b3，8+b4，10+b5，12+b6，14+b7 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组532022年5月25日星期三如果所选数据率是如果所选数据率是2400b/s或或3600b/s， 则在以下标号的则在以下标号的4个功个功率控制组上发射：率控制组上发射： b0 (若若b8=0)； 或或2+b1(若若b8=1)； 4+b2(若若b9=0)； 或或6+b3 (若若b9=1)。 8+b4(若若b10=0)；或或10+b5 (若若b10=1)； 12+b6(若若b11=0)； 或或14+b7 (若若b11=1)。 CDMA数字蜂

57、窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组542022年5月25日星期三如果所选数据率是如果所选数据率是1200 b/s或或1800 b/s， 则在以下标号的则在以下标号的2个个功率控制组上发射：功率控制组上发射： b0（若（若b8=0且且b12=0）或）或2+b1（若（若b8=1且且b12=0）或）或4+b2（若（若b9=0且且b12=1）或）或6+b3（若（若b9=1且且b12=1）；）； 8+b4（若（若b10=0且且b13=0）或）或10+b5（若（若b10=1且且b13=0）或）或12+b6（若（若b11=0且且b13=1）或者说）或者说4+b7（若

58、（若b11=1且且b13=1）。）。 CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组552022年5月25日星期三 对于反向业务信道，掩码可选用下面二者之一：公用长码对于反向业务信道，掩码可选用下面二者之一：公用长码掩码或专用长码掩码。公用长码掩码如下：掩码或专用长码掩码。公用长码掩码如下：M41至至M32置为置为“1100011000”，M31至至M0置置为移动台电子串号（为移动台电子串号（ESN）比特）比特的重新排列（扰乱），具体排列方式如下：的重新排列（扰乱），具体排列方式如下： ESN=（E31，E30，E29，E28，E27，E26，E25

59、, E2，E1，E0） 排列后排列后 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） CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组562022年5月25日星期三9.5 功功 率率 控控 制制 ()CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组572022年5月25日星期三小区呼吸与功率控制小区呼吸与功率控

60、制CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组582022年5月25日星期三vCDMA系统是自干扰系统，限制系统是自干扰系统，限制CDMA系统容系统容量的因素是总干扰量的因素是总干扰v当达到以下条件，系统容量最大当达到以下条件，系统容量最大n当在可接受的信号质量下，功率最小当在可接受的信号质量下，功率最小n基站从各个移动台接收到的功率相同基站从各个移动台接收到的功率相同v在在CDMA系统中，功率控制是关键技术系统中，功率控制是关键技术CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组592022年5月25日星