移动通信技术与网络优化-第6章 CDMA

2023/2/11第6章CDMA数字蜂窝移动通信系统

6.1CDMA系统综述6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统6.3码分多址技术基本原理6.4扩频CDMA中的关键技术6.4典型设备介绍2023/2/126.1.1CDMA的发展CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用；1989年11月，美国Qualcomm（高通）公司在美国的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大；1995年香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。96年韩国用从美国购买的Q-CDMA生产许可证，自己生产的CDMA系统设备开始大规模商用；无线通信在未来的通信中起着越来越重要的作用，CDMA技术已成为第三代蜂窝移动通信标准的无线接入技术。

6.1CDMA系统综述2023/2/136.1.2技术标准国际通用的CDMA标准主要是由美国国家标准委员会（ANSITIA）开发颁布的；ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）作为美国国家标准制订单位，负责授权其它美国标准制订实体；电信工业协会（TIA）主要开发IS（InterimStandards,暂定标准）系列标准，如CDMA系列标准IS-95、IS-634、IS-41等；IS系列标准之所以被列为暂定标准是因为它的时限性，最初定义的标准有效期限是5年，现在是3年。CDMA蜂窝移动通信系统的技术标准经历了IS-95A、IS-95B、CDMA2000、CDMA2000

1X／EV－DO和CDMA2000

1X／EV－DV几个发展阶段。

6.1CDMA系统综述2023/2/146.2CDMA数字蜂窝移动通信系统6.2.1CDMA网络1．CDMA网络结构与组成CDMA数字蜂窝移动通信系统主要由网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）组成。图6.1示。图6.1CDMA数字蜂窝移动通信系统网络结构2023/2/15网络子系统（NSS）。处于市话网与基站控制器之间，它主要由移动交换中心（MSC），或称为移动电话交换局（MTSO）组成；基站子系统（BSS）。基站控制器（BSC）和基站收发设备（BTS）。每个基站有效覆盖范围即为无线小区。一个基站控制器（BSC）可以控制多个基站，每个基站可有多部收发信机。基站控制器（BSC）通过网络接口分别连接移动交换中心（MSC）和基站收发信机（BTS）；一个基站控制器（BSC）可以控制多个基站，每个基站含有多部收发信机。图6.2示。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/16小区可分为全向小区（采用全向天线）和扇形小区（采用定向天线），常用的小区分为3个扇形区，分别用、

和

表示。图6.3示。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统图6.22023/2/17图6.3单个扇区的设备组成方框图6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/18移动台（MS）。IS-95标准规定的双模式移动台，必须与原有的模拟蜂窝系统（AMPS）兼用，以便使CDMA系统的移动台也能用于所有的现有蜂窝系统的覆盖区，从而有利于发展CDMA蜂窝系统。这一点非常有价值，也利于从模拟蜂窝平滑地过渡到数字蜂窝网。

图6.4双模式移动台方框图

6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/192功能实体移动交换中心（MSC）原籍位置寄存器（HLR）访问位置寄存器（VLR）鉴权中心（AUC）消息中心（MC）短消息实体（SME）操作维护中心（OMC）智能外设（IP）业务控制点（SCP）业务交换点（SSP）

6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1106.2.2CDMA系统接口与信令协议

1．系统接口CDMA系统有如下主要接口（见图6.4）。MS与BSS间的接口——Um MSC与EIR间的接口——FBSS与MSC间的接口——A VLR与VLR间的接口——GMSC与VLR间的接口——B HLR与AUC间的接口——H6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/111图6.4CDMA系统的接口6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/112MSC与HLR间的接口——C MSC与PSTN间的接口——AiVLR与HLR间的接口——D MSC与PSPDN间的接口——PiMSC与MSC间的接口——E MSC与ISDN间的接口——Di6.3CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1136.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2．空中接口的信令协议Um接口(也称空中接口)的无线信令规程由《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术规范》规定。中国联通已颁布的此规范是基于TIA／EIA／IS-95A——宽带双模扩频蜂窝系统移动台－基站兼容性标准；在CDMA系统中，最重要的是空中接口（Um）标准，图6.5中定义了各层的结构关系。

2023/2/114图6.5Um接口信令层结构6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/115第一层是无线信道物理层，包括与车速相关的功能，例如基带调制、编码、组帧等。第一层和第二层之间是一个复用层，允许用户数据和信令共享数字无线信道。复用层上面的第二层，该层信令协议的目标是在移动台与基站之间可靠传输第三层信令协议，例如消息重发、各种信道统计和复制检测。信令层是关于呼叫建立、切换、功率控制和移动台锁定等。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1163．A接口的信令协议

A接口的信令规程由《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网移动业务交换中心与基站子系统间接口信令技术规范》规定。中国联通已颁布的此规范是A接口信令规程与EIA／TIA／IS－634的信令规程基本兼容，是其一个子集；A接口是BSS和MSC之间的接口，此接口中把BSS看做一体。A接口支持向CDMA用户提供的业务，同时允许在PLMN内分配无线资源及对这些资源的操作和维护。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/117A接口内容包括：①物理和电气参数；②信道结构；③网络操作程序；④对操作和维护信息的支持。A接口分层定义如下。第一层：采用数字传输，速率为2048kbit/s，性能应符合国标GB7811—87。第二层：基于中国No.7信令系统的MTP。第三层：包括DTAP部分和BSMAP部分。DTAP消息不透明传输，可以支持多种空中接口，主要包括呼叫处理、无线资源管理、移动性管理和地面电路管理。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/118图6.6A接口信令协议参考模型

6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1194B、C、D、E、N和P接口的信令规程由《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网移动应用部分技术规范》规定。中国联通已颁的此规范是基于TIA／EIA／IS－41C——蜂窝无线通信系统间操作标准。中国联通颁布的MAP为IS－41C的子集，第一阶段使用IS－41C中51个操作(OPERATION)中的19个，主要为鉴权、切换、登记、路由请求、短消息传送等；5Ai接口的信令规程由《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网与PSTN网接口技术规范》规定。中国联通已颁布的此规范也称为MTUP。其MTUP为与《中国国内电话网No.7信号方式技术规范》所规定的信令规程相兼容的子集，即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息；另外，只接收不发送4个消息：后续地址消息SAM，带一信号后续地址消息的SAO，主叫用户挂机信号CCL和用户本地忙信号SLB。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1206网络同步中国联通CDMA网的技术体制规定CDMA网内以GPS系统作为时钟基准，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准；每个基站都需使用GPS作为时间基准参考源；BSC从MSC来的数据流中提取时钟。BTS从BSC来的数据流中提取时钟。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1217．交换网络组织CDMA网采用3级结构，具体为：在大区中心(如北京、上海、广州、西安、武汉等)设立一级移动业务汇接中心并网状相连；在各省会或大城市设立二级移动业务汇接中心，并与相应的一级汇接中心相连；在移动业务本地网中设一个或若干个移动端局（MSC），也可视业务量由一个MSC覆盖多个移动业务本地网。移动业务本地网原则上以固定电话网的长途编号区编号为2位和3位的区域来划分。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/122图6.7CDMA网的网结构示意图6.3CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1238．编号计划（1）移动用户号码簿号码（DN）为移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码；DN由国家码、移动接入码、HLR识别码和移动用户号四部分共13位号码组成；中国的国家码为86，国内拨号时可省略；移动接入码采用网号方案，中国联通为133。CDMA网与GSM网DN的区别在于移动接入码的不同。图8.9移动用户号码簿号码（MDN）结构6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/124（2）国际移动用户识别码(IMSI)与移动台识别码(MIN)IMSI是在CDMA网中唯一地识别一个移动用户的号码，由移动国家码、移动网络码和移动用户识别码三部分共15位号码。中国的移动国家码为460，中国联通的移动网络码为03。MIN码是为了保证CDMA／AMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的。中国联通的MIN定义为133H0H1H2H3ABCD，其中H0H1H2H3为原籍位置寄存器（HLR）识别码。

6.3CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/125图610国际移动用户识别码（IMSI）结构MCC：移动用户国家码MCCMNCMSIN3位数字NMSIIMSI（15位数字）MNC：移动网络码MSIN：移动用户识别码NMSI：国内移动台识别IMSI：国际移动用户识别码6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/126（3）电子序列号（ESN）ESN是唯一地识别一个移动台设备的32比特的号码，每个双模移动台分配一个唯一的电子序号，由厂家编号和设备序号构成；空中接口、A接口和MAP的信令消息都使用到ESN。（4）系统识别码（SID）和网络识别码（NID）

SID是CDMA网中唯一识别一个移动业务本地网的号码。SID按省份分配；NID是一个移动业务本地网中唯一识别一个网络的号码，可用于区别不同的MSC。移动台可根据SID和NID判断其漫游状态。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/127（5）临时本地用户号码（TLDN）当呼叫一个移动用户时，为使网络进行路由选择，MSC临时分配给移动用户的一个号码。它是133后面第一第二位为44的号码。（6）登记区识别码（REG-ZONE）在一个SID区或NID区中唯一识别一个位置区的号码，它包含12比特。由各本地网管理。

图6.11临时本地用户号码（TLDN）结构6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/128（7）基站识别码（BSID）一个16比特的数，唯一地识别一个NID下属的基站。由各本地网管理。6.2CDMA数字蜂窝移动通信系统2023/2/1296.3.1扩频技术1扩频通信的种类直接序列(DS)系统：用一高速伪随机序列与信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽。扩展发射信号的频谱适用于码分多址（CDMA）蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频(DSSS)或简称直扩。跳频(FH)系统：在一伪随机序列的控制下，发射频率在一组预先指定的频率上按规定顺序离散地跳变，扩展发射信号的频谱.脉冲线性调频(Chirp)系统：系统载频在一给定的脉冲间隔内线性扫过一个宽频带，扩展发射信号频谱.跳时(TH)系统：与跳频系统类似，区别在于该系统是用一伪随机序列控制发射时间和发射时间的长短。混合系统。6.3

码分多址技术基本原理2023/2/1306.3码分多址技术基本原理2扩频通信系统的特点抗干扰能力强，扩展频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力越强。保密性好，有用信号被扩展在很宽的频带上，单位频带内的功率很小，淹没在噪声里，非法用户很难检测出信号。可以实现码分多址，可利用扩频码的优良的自相关和互相关特性实现码分多址，提高频率利用。2023/2/131直接序列扩频通信系统DSSS，即直扩系统DS、伪噪声扩频系统。

6.3码分多址技术基本原理如图6.12所示图6.122023/2/132跳频扩频通信系统原理，载波频率受一组快速变化的PN控制而随机跳变。如图6.13、6.14所示。6.3码分多址技术基本原理图6.132023/2/1336.3码分多址技术基本原理图6.14跳频扩频系统信号波形2023/2/1343CDMA系统中上下行链路工作原理（1）下行链路6.3码分多址技术基本原理图下行链路组成框图2023/2/135图下行链路发送端信号处理过程2023/2/136图下行链路接收端信号处理过程6.3码分多址技术基本原理2023/2/137（2）上行链路上行链路中各移动台发射的信号不用合路器合路，而是各自发往空中，在空中实现合路。基站接收空中信号后通过地址码的相关检测，对信号分路并进行后续解调处理。图上行链路组成框图6.3码分多址技术基本原理2023/2/1386.3.2码分多址（CDMA）蜂窝通信系统的特点在码分多址（CDMA）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各个不同的编码系列来区分的；在码分多址（CDMA）蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即频分双工（FDD）；正向传输和反向传输除传输业务信息外，还传输相应的控制信息。为了传输不同的信息，需要设置不同的信道；CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，传输信息的信道都是靠采用不同的码型来区分的。6.3码分多址技术基本原理2023/2/139发射机CDMA信道编号CDMA信道中心频率（MHz）移动台（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系统信道间隔、信道分配和800MHz频段的发送中心频率6.3码分多址技术基本原理2023/2/140发射机CDMA信道编号CDMA信道中心频率（MHz）移动台（MS）1≤n≤11990.050×n＋1850.00基站（BS）1≤n≤11990.050×n＋1930.00表6.2CDMA系统信道间隔、信道分配和1800MHz频段的发送中心频率6.3码分多址技术基本原理2023/2/1412信道数每一载频：64（码分信道）每一小区可分为3个扇形区，可共用一个载频；每一网络分为9个载频，其中收、发各占1.25MHz，共占25MHz频段.(1.25MHz的带宽是两个载波频率之间的最小中心频率间隔为1.25MHz)。CDMA系统的接入采用CDMA/FDD方式；3射频带宽第一频道：2 × 1.77MHz；其他频道：2 × 1.23MHz。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1424调制方式上行采用OQPSK。移动台（MS）发送的所有数据以每6个码符号为一组传输调制符号，6个码符号对应为64个调制符号中的一个进行发送，然后以固定码片（chip）速率1.2288Mcps，用PN序列进行交错正交相移键（OQPSK）调制。下行采用QPSK。基站每个信道的信息经过适当的沃尔什（Walsh）函数调制，然后以固定码片（chip）速率1.2288Mcps，用PN序列进行正交相移键控（QPSK）调制。不同的码型由一个伪随机（PN）码系列生成的，PN系列周期（长度）为15=32768个码片（chip）。将此周期系列的每64chip移位系列作为一个码型，共可得到32768/64=512个码型；在1.25MHz带宽的CDMA蜂窝系统中，可建多达512个基站（或小区）。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1435编码语音编码：QCELP可变速声码器，数据速率有9.6,4.8,2.4,1.2kb/s四种,每帧时间为20ms。信道编码：下行卷积码（r=1/2，k=9）上行卷积码（r=1/3，k=9）。卷积编码的下行码率R =，约束长度K = 9；上行码串R =，约束长度K = 9。交织编码：交织间距20ms。PN码：码片的速率为1.2288Mc/s；基站识别码为m序列，周期为215 − 1；用户识别码242 − 1。6扩频方式DS（直接序列扩频）。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1447其他接入方式：CDMA/FDD分集方式：RANK、天线分集多径利用采用RAKE接收方式，移动台为3个，基站为4个（指3条路径、4条路径）。导频、同步信道它们供移动台做载频和时间同步时使用。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1456.4.2IS-95(DS)CDMA与蜂窝结构的关系在FDMA和TDMA蜂窝系统中，频率复用与蜂窝区群结构具有密切关系。在DS-CDMA与蜂窝系统中，各个小区可以共享同一个频带，频率复用与蜂窝区群结构关系大卫减弱。FDMA和TDMA系统内的小区和扇区都是靠频率来划分的。即每个小区或扇区都有它自己的频点。CDMA蜂窝系统每个载频占用1.25MHz带宽，不同的DS-CDMA蜂窝系统可采用不同的载频区分。而对同一个DS-CDMA蜂窝系统的某一个载频，则是采用码分选择站址的，即对不同的小区和扇区基站分配不同的码型。6.3码分多址技术基本原理2023/2/146在IS-95CDMA系统中，这些不同的码型是由一个PN码序列生成的，PN序列周期为215 = 32768个码片（chip），并将此周期序列每隔64码片移位序列作为一个码，共可得到 32768/64= 512个码。也就是说在1.25MHz带宽的CDMA蜂窝系统中，可区分多达512个基站（或扇区站）。在一个小区（或扇区）内，基站（BS）与移动台（MS）之间的信道，是在PN序列上再采用正交序列进行码分的信道。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1476.4.3CDMA蜂窝系统信道组成如下图6.15所示.图6.15CDMA蜂窝系统信道示意图6.3码分多址技术基本原理2023/2/148一般将基站到移动台方向的链路称做前向链路（ForwardLink），将移动台到基站方向的链路称做反向链路（ReverseLink）。前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。在CDMA蜂窝系统中，上、下行链路使用不同载频（频率间隔为45MHz），通信方式为FDD(频分双工)；利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道，称为逻辑信道。一个载频包含64个逻辑信道，占用带宽约1.23MHz。正向传输（下行）和反向传输（上行）的要求及条件不同，逻辑信道的构成及产生方式也不同；6.3码分多址技术基本原理2023/2/1491正向(链路)信道的组成（1）物理信道在IS-95中，基站与移动台之间的前向(链路)物理信道，是在PN序列上再采用正交信号进行码分的物理信道64条，为W0～W63。（2）逻辑信道逻辑信道由前向传输逻辑信道和反向传输逻辑信道组成。①正向传输逻辑信道正向传输逻辑信道由正向控制信道前向业务信道（TrafficChannel）等组成。基站发送的信号带宽约为1.23MHz，包含相互正交的64个逻辑信道。6.3码分多址技术基本原理64个正交码分信道分配：W0导频信道；W1～W7寻呼信道；W32同步信道；其余为前向业务信道。图6.17。图6.17正向码分物理信道和逻辑信道配置

6.3码分多址技术基本原理2023/2/151图6.17CDMA蜂窝系统的逻辑信道示意图6.3码分多址技术基本原理正向控制信道由导频信道（PilotChannel）；同步信道（SynchronizingChannel）；寻呼信道（PagingChannel）组成。6.3码分多址技术基本原理2023/2/153A导频信道主要功能包括：移动台用它来捕获系统；提供时间与相位跟踪的参数；用于使所有在基站覆盖区中的移动台进行同步和切换；导频相位的偏置用于扇区或基站的识别。基站使用导频信道发送导频信号（其信号功率比其他信道高20dB)供移动台识别基站并引导移动台入网。导频信号是一种未调制的直接序列扩频（DSSS）信号，由基站连续发送的导频信号。所有基站的导频信号使用相同的PN序列，可以通过唯一对应的时间偏移来识别每一个基站；基站的信号处理如图所示。6.3码分多址技术基本原理2023/2/154B同步信道同步信道消息包括以下信息：该同步信道对应的导频信道的PN偏置；系统时间；长码状态；系统标识；网络标识；寻呼信道的比特率。基站在此信道上发送同步信息供移动台建立于系统的定时和同步。基站的信号处理如图所示。同步信道是一种经过编码、交织和调制的扩频信号，它主要传输同步信息（还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率），移动台利用导频信道和同步信道可以得到起始时间同步；6.3码分多址技术基本原理2023/2/155C寻呼信道基站在此信道寻呼移动台、发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息。寻呼信道用来向移动台发送控制信息。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（也可以由基站指定）来监听系统发出的系统信息和指令；在移动台接入信道的接入请求完成之后可对信息进行确认。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。寻呼信道信息的形式类似于同步信道信息。基站的信号处理如图所示。卷积编码、码元重复、交织、数据扰码、Walsh码的正交调制。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1566.3码分多址技术基本原理2023/2/157D正向业务信道基站与移动台之间通信，用于传送用户业务数据，同时也传送信令信息，这种信令信息的信道被称为随路信令信道（ASCH）,例如功率控制信令信道就是在ASCH中传送。业务信道包含业务数据和功率控制子信道，前者传送用户信息和随路信令信息，后者传送功率控制信息。如链路功率控制和过区切换指令等；基站的信号处理如图所示。卷积编码、码元重复、交织、数据扰码、功率控制子信道的复用、Walsh码的正交调制。在业务信道中，还要插入其它的控制信息，正向业务信道共有四种传输速率（9600、4800、2400、1200bit/s）。6.3码分多址技术基本原理2023/2/158（3）各正向信道的信息用对应信道的Walsh码调制后，进入正交扩频和正交调制电路进行扩频和射频调制，然后由天线发射出去。基站的信号处理如图所示。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1592．反向链路的组成（1）物理信道用户地址码码长42位，。反向链路的码分物理信道用周期为242-1长PN序列构成。（2）逻辑信道反向链路中的逻辑信道由反向接入信道和反向业务信道等组成，最多可设反向接入信道数n=32,对应物理信道的PNA1～PNAn，最多可设反向业务信道m=64，对应物理信道的PNT1～PNTm。如图6.14所示。6.3码分多址技术基本原理2023/2/160图6.14反向码分物理信道和逻辑信道配置6.3码分多址技术基本原理2023/2/161（1）反向接入信道

接入信道是一个随机接入信道，网内移动台可随机占用此信道发起呼叫及传送应答信息。移动台使用接入信道给基站发送控制信息；移动台也可以使用接入信道发送非业务信息，提供移动台到基站的传输通路；接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以相应传送指令、应答和其它有关的信息；所有接入同一系统的移动台共用相同的频率分配，接入信道是一种分时隙的随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道（竞争方式）。移动台的信号处理如图所示。6.3码分多址技术基本原理每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达32个，编号从0到31。基站可通过每个移动台的接入代码序列信息来进行识别。2023/2/1626.3码分多址技术基本原理2023/2/163(2)反向业务信道

反向业务信道（F-TCH），即供移动台到基站之间通信，它与前向业务信道一样，用于传送用户业务数据，同时也传送信令信息，如功率控制信道。与正向业务信道的特点和作用基本相同。反向业务信道处理过程类似于接入信道；最主要的不同是反向业务信道（基本代码）使用数据猝发随机化函数发生器，通过数据猝发随机化函数发生器利用话音激活性，实现减少语音寂静区的反向链路功率；6.3码分多址技术基本原理2023/2/164每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达32个，编号从0到31。基站可通过每个移动台的接入代码序列信息来进行识别。基站反向业务信道接收机在1.25ms的时间间隔内（相当于24个调制码元宽度），对特定移动台来的信号强度进行估值，并根据此估值来确定正向功率控制子信道的控制比特取“0”还是取“1”，然后采用插入技术，把此控制比特嵌入正向业务信道的正向功率控制子信道中传输。移动台的信号处理如图所示。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1656.3码分多址技术基本原理2023/2/166(3)移动台的信号处理反向传输逻辑信道所传输的数据都要进行卷积编码（r=1/3，k=9）、码元重复、分组交织和正交多进制调制等处理后再传输，以保证通信的安全和可靠；接入信道用4800b/s的固定速率。反向业务信道用9600,4800,2400和1200b/s的可变速率；两种信道的数据中均要加入编码器尾比特，用于把卷积编码器复位到规定的状态；反向业务信道上传送9600和4800b/s数据时，也要加质量指示比特(CRC校验比特)。

6.3码分多址技术基本原理2023/2/1673功率控制子信道在正向业务信道中包含有一个功率控制子信道；子信道中，基站要在正向业务信道上连续地进行发送功率控制比特，基站的反向业务信道接收机在1.25ms的时间间隔内(相当于24个调制码元宽度)，对移动台来的信号强度进行估值，然后采用插入技术，把此控制比特嵌入正向业务信道中传输到移动台，以控制移动台发射功率，使基站接收到的移动台发射功率既能满足接收机门限值的要求，又能对其它正在通信的移动台不产生背景干扰。6.3码分多址技术基本原理2023/2/1686.3.4

IS-95CDMA系统的同步与定时在数字CDMA系统中，系统的同步与定时是十分重要的。除数字通信本身的同步定时外，CDMA系统还需要建立同步。每个基站的标准时基与CDMA系统的时钟对准，它驱动导频信道的m序列、帧以及Walsh函数的定时。当CDMA系统的外部时钟丢失时，系统应能使基站发射定时误差保持在容限之内。CDMA系统的公共时钟基准是CDMA系统时间，它是采用GPS（全球定位系统）时间标尺，GPS时间标尺跟踪并同步于UTC（世界协调时间）。CDMA系统时间是以帧为单位。若系统时间为s（秒为单位），则以帧为单位的CDMA系统时间t应是帧长（20ms）的整数，即t =s/0.02。6.3码分多址技术基本原理2023/2/169扩频CDMA数字蜂窝系统的关键技术有：功率控制技术，多径信号的分离与合并技术，多用户干扰分离技术，同步技术，PN地址码的选择，软切换技术，分集接收技术，语音编码技术。6.4.1功率控制技术功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自干扰系统，通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。MS信号功率太低，误比特率太大，无法保证通信质量。MS信号功率太高，会对其它MS增加干扰，导致整个系统的通信质量恶化、容量减小。功率控制技术如图示。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/170图CDMA中功率控制示意图6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1716.4扩频CDMA中的关键技术功率控制的原则：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应(例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强而对其它用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增大背景干扰。CDMA功率控制的目的有两个：一个是克服反向链路的远近效应；另一个是在保证接收机的解调性能情况下，尽量降低发射功率，减少对其他用户的干扰，增加系统容量.功率控制的原理有两种类型：(功率控制分为正向功率控制和反向功率控制)。2023/2/1721反向功率控制

是控制各移动台的发射功率大小，可分为反向开环功率控制、反向闭环功率控制。（1）反向开环功率控制反向开环功率控制也称上行链路开环功率控制。其主要要求是使任一移动台无论处于什么位置上，其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。前提条件：假设上、下行传输损耗相同MS接收并测量基站发来的信号强度，估计下行传输损耗，然后自行调整其发射功率。完全是MS自主进行的功率控制。6.4扩频CDMA中的关键技术开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须要有一个很大的动态范围，至少应达到±32dB。开环功率控制的优点是简单易行，不需在MS和BTS间交换控制信息，控制速度快，节省开销。2023/2/1736.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/174（2）反向闭环功率控制上、下行传输衰落特性是独立的，开环功率控制的前提条件并不成立。闭环功率控制则由基站根据收到移动台发来的信号测量其信干比（SIR）发出指令，并通知MS调整其发射功率。对于下行链路的功率控制主要是用来减少对邻小区的干扰。目标：使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率；对开环的迅速纠正，解决了前向链路和反向链路间增益容许度和传输损耗不一样的问题6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1752正向功率控制也称下行链路功率控制；目的:减少下行链路的干扰。这不仅限制小区内的干扰，而且对减少其它小区/扇区的干扰尤其有效。要求：调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区中的任何位置上，收到基站的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。正向功率控制的最大调整范围为±6dB。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1763功率控制的应用功率控制是CDMA提高通信质量，增大系统容量的关键技术，也是实现这种通信系统的技术难题之一。CDMA系统是一个同频自干扰系统，任何使干扰减少的措施，都是对系统容量的贡献。精确功率控制技术是IS-95CDMA系统能够运行的基本保证。没有功率控制，CDMA系统是不可能实现的。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/177例：信道突然衰落时的功率控制响应。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1786.4.2

越区软切换移动台如果与两个基站同时连接时进行的切换称为软切换；处理过程是先通后断，故称为软切换，而一般的硬切换则是先断后通。软切换的原理：移动台在上行链路中发射的信号被两个基站所接收，经解调后转发到基站控制器（BSC），下行链路的信号也同时经过两个基站再传送到移动台。移动台可以将收到的两路信号合并，起到分集的作用；在CDMA系统中软切换可以减少对于其它小区的干扰，并通过分集技术还可以改善性能；6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/179软切换过程如下图所示：6.4扩频CDMA中的关键技术图软切换过程2023/2/180对于某一个小区基站的导频信号而言，在切换过程中其导频信号是处在不同的状态——相邻、候选、激活。因为处于这三种状态的导频信号不止一个，所以称他们为组。根据图所示的序号表述过程①表示接入软切换时刻。②表示基站在前向业务信道上向移动台发送一切换导向指示消息时刻。③表示导频信号由候选变为激活状态时刻。④表示当移动台启动定时器的时刻。

⑤表示定时器中止的时刻。⑥表示移动台向基站发送切换导向消息时刻。⑦表示软切换结束时刻。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/181切换类型：同一载频的软切换；同一载频同一基站扇区间更软切换；不同载频间的硬切换。在实际系统运行时，切换组合出现，可能同时既有软切换，又有更软切换.若处于三个基站交界处，可能发生三方软切换若其中某一相邻基站的相同载频已经达到满负荷，MSC就会让基站指示MS切换到相邻基站的另一载频上，执行硬切换若相邻基站恰巧处于不同MSC范围，即使是同一载频，也只能是进行硬切换系统优先进行软切换6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1826.4.3信号的衰落与分集接收分集接收：接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一个信息数据流）的信号进行特定的处理.含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息数据流的衰落信号;二是集中合并处理，接收机把收到的多个独立的衰落信号进行合并，以降低衰落的影响.6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1836.4.4正交调制与正交扩频(如下图所示）发端：先正交扩频，再正交调制收端：先正交解调，再解扩正交调制：QPSK调制6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1846.4.5RAKE接收机(如下图所示）利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机RAKE接收机利用多径现象来增强信号6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1856.4.6话音编码技术码激励线性预测编码QCELP语音编码过程：语音按8KHz抽样，分成20ms长的帧，每一帧含160个抽样，生成三参数子帧（线性预测编码滤波器参数、音调参数、码表参数）发送端的编码器对输入的话音取样，产生编码的话音分组(packet)传输到接收端，接收端的解码器把收到的话音分组解码，再恢复成话音样点。每帧时间为20ms。语音解码过程：从数据流中解包得到接收的参数，根据这些参数重组语音信号。速率可变。6.4扩频CDMA中的关键技术2023/2/1866.5呼叫处理6.5.1移动台呼叫处理1移动台初始化状态：移动台接通电源后就进入“初始化状态”。2移动台空闲状态：移动台在完成同步和定时后，即由初始化状态进入“空闲状态”。3系统接入状态：在接入信道上发送消息，即接入尝试，只有当MS收到基站证实后，接入尝试才结束，进入业务信道状态。4移动台在业务信道控制状态：在此状态中，移动台和基站利用反向业务信道和正向业务信道进行信息交换。以上四个状态的转变如图6.15所示。

2023/2/187图6.15移动台呼叫处理状态图6.5呼叫处理2023/2/1886.5.2基站呼叫处理1导频和同步信息处理。在此期间，基站发送导频信号和同步信号，使移动台捕获和同步到CDMA信道。同时移动台处于初始化状态。2寻呼信道处理。在此期间，基站发送寻呼信号。同时移动台处于空闲状态，或系统接入状态。3接入信道处理。在此期间，基站监听接入信道，以接收移动台发来的信息。同时移动台处于系统接入状态。4业务信道处理。在此期间，基站用正向业务信道和反向业务信道与移动台交换信息。同时，移动台处于业务信道控制状态。

6.5呼叫处理2023/2/189

CDMA优缺点CDMA蜂窝移动通信系统是建立在扩频码分多址技术之上的，因而具有抗人为干扰、抗窄带干扰、抗衰落、抗多径时延扩展和大的系统容量等一系列优越的性能，对移动通信的发展产生了巨大和深远的影响。在TDMA系统中，DTX和扇区化技术增强了系统的抗干扰能力，与系统容量扩大无关。在CDMA系统中的话音激活、扇区化和扩频处理增益是CDMA系统容量扩大的基本技术。软切换、软容量是CDMA系统独有的技术，TDMA系统是不可能有的。精确功率控制技术是IS-95CDMA系统能够运行的基本保证。没有功率控制，CDMA系统是不可能实现的6.6CDMA系统小结2023/2/190IS-95CDMA系统的前向信道是相干解调，反向信道是非相干解调，这是CDMA系统实现大的系统容量的又一瓶颈。3G将解决这一问题。CDMA系统是一个同频自干扰系统，任何使干扰减少的措施，都是对系统容量的贡献。多址干扰是CDMA系统实现大的系统容量的主要问题，需要使用新的多用户检测技术。多用户检测是3G技术，不在本教材范围内。无线通信在未来的通信中起着越来越重要的作用，CDMA技术已成为第三代蜂窝移动通信标准的无线接入技术。6.6CDMA系统小结2023/2/1916.7典型设备介绍6.7.1组网结构图6.17CDMA系