第二章 CDMA技术及现代

第二章

CDMA技术及现代通信系统组成

第二代移动通信系统产生于20世纪80年代末期，使用数字调制技术，网络采用数字信令，除提供语音业务外，还含有少量短消息服务。GSM系统就属于第二代移动通信系统，它采用的是TDMA方式。在第二代移动通信系统中，还有一种系统采用的是码分多址（CDMA）方式，简称CDMA系统。CDMA通信Qualcomm公司发明，叫IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne1993年，北美电信工业联合会（TIA）把CDMA系统的公共空中接口IS-95定为数字蜂窝移动通信标准。1995年开始商用现为仅次于GSM发展最快的系统，全球现己近一亿用户，二十多个国家采用中国联通大规模建网并投入使用，截止2006年6月CDMA用户数达到3453万

。中国移动已经开始大规模TD-CDMA试验，先期硬件采购247亿元。CDMA是码分多址的英文缩写（CodeDivisionMuitipleAccess），它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。GSM比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上也很难达到有线电话水平；TDMA终端接入速率最高也只能达到9.6kbit/s；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量。因此，TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。CDMA能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。CDMA也有2代、2.5代和3代技术。中国联通推出的CDMA属于2.5代技术。CDMA被认为是第3代移动通信技术的首选，目前的标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。CDMA2000

是TIA标准组织用于指代第三代CDMA的名称。适用于3GCDMA的TIA规范称为IS-2000，该技术本身被称为CDMA2000。

CDMA2000的第一阶段也称为1x，其使拥有现有IS-95系统的通信公司能将其整体系统容量增加一倍，并可将数据速率增加到高达614kbps。

比1x更高的CDMA2000技术进展包括1xEV(高速数据速率)。

CDMA2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release0、ReleaseA、EV-DO和EV-DV，Release0的主要特点是沿用基于ANSI-41D的核心网，在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体，此版本已经稳定。联通开通的CDMA二期工程采用的就是这个版本，单载波最高上下行速率可以达到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加强，单载波最高速率可以达到307.2kbit/s，并且支持话音业务和分组业务的并发。1x

EV-DO

Release

0标准（正式的名称为HRPD-High

Rate

Packet

Data）。该标准根据无线数据业务的非对称特性，优化了数据业务的传输能力，前向最高传输速率提高到2.4Mbit/s。CDMA2000

1x

Release

0中还定义了CDMA2000

3x多载波模式。它与CDMA2000

1x的主要区别是，前向信道采用3载波方式，而CDMA2000

1x用单载波方式。

1x

EV-DV与CDMA2000系列标准完全后向兼容，能够在一个载波上提供混合的高速数据和话音业务。1x

EV-DV空中接口标准分为两个版本：Release

C和Release

D。Release

C主要改进和增强了CDMA2000

1x的前向链路，前向峰值速率达到3.1Mbit/s。Release

D在Release

C的基础上改进和增强了反向链路，反向峰值速率达到1.8Mbit/s。随着EV-DV的性能在Release

D中获得完善和增强，CDMA2000

EV-DO也于同期针对Release

0的不足做了改进，制定了Release

A。Release

A的分组数据信道采用了和EV-DV

Release

D相同的复用和调制方式，支持的前反向峰值速率亦达到3.1和1.8Mbit/s。同时，增强了QoS支持，前向链路增加了对小数据包的支持，反向链路采用子分组发送、公共速率控制的调度机制，这些改进有效减少了时延，保障了EV-DO的QoS。CDMA原理示意图

编码与交织BPF扩频编码扩频编码数字滤波器去交织和解码BPF载波载波数据数据CDMA系统的主要优点

大容量软容量软切换话音激活保密性好高质量和低功率二、CDMA的特点

（1）系统容量大，多址能力强

CDMA技术多址能力决定于地址码间的多址干扰的大小，在实际的CDMA系统中，各地址码之间不是完全正交，它们之间存在一定的互相关性，此互相关性导致的多址干扰是影响CDMA多址能力的决定性因素。（1）系统容量大，多址能力强CDMA采用多种手段使得多址干扰足够小，从而使CDMA的多址能力比FDMA、TDMA更强，这些手段包括选择有良好的自相关性、互相关性的地址码；采用信号处理的方法消除多址干扰；使用功率控制克服远—近效应，使得系统在一定接收质量下，每用户以“刚刚足够”的功率通信。此外，在蜂窝移动通信中，还采用语音激活技术、高效纠错码及CDMA扇形分区等技术，使整个CDMA通信系统的容量增大。（1）系统容量大，多址能力强根据W.C.Y.Lee的分析、比较，认为以频谱资源带宽1.25MHz为基础条件，采用话音激活技术和分扇区技术，当扇区数为3时，CDMA系统每小区内容量比AMPS/FDMA模拟系统大20倍，比DMPS/TDMA数字系统大4倍。（1）系统容量大，多址能力强分析的依据是：CDMA是一种容量受限于干扰的系统。码间干扰越小，容许的用户越多。而FDMA的容量受限于频带，频带宽带决定了容量的大小；TDMA同样受限于频带宽度和时间。在话音通信中，大量统计表明，话音占空比在35%~40%之间，因此采用动态编码技术可使互干扰降低了60%~65%，从而使CDMA容量增加，这种现象仅有CDMA可利用。（1）系统容量大，多址能力强扇形天线的应用也促进了容量的增大。扇形天线的应用是一种共同的技术，但在FDMA和TDMA中，应用扇形天线只是为了减少干扰源，提高话音质量；而在CDMA中，应用扇形天线减少干扰源就能提高系统容量，这是CDMA与FDMA和TDMA的重大区别。W.C.Y.Lee的分析就基于使用120°有效束宽的扇形天线，这样干扰减少到1/3，系统容量增大3倍，如果使用更窄束宽的扇形天线，容量还将进一步增加。实际IS-95CDMA蜂窝系统的容量可达到模拟系统的10倍，达到现有TDMA系统的2~3倍。（2）良好的抗干扰、抗衰落性能

多径传输问题是移动通信，特别是城市移动通信影响通信质量的重要问题。在扩频通信中，由于多径传播中的多条路径可以利用扩频码进行分离，并通过分集合并取得分集增益，使通信质量得到较大的改善。（2）良好的抗干扰、抗衰落性能

在CDMA系统中，对多径衰落，扩频编码相关输出是彼此分离互不干扰的。这样，不仅由于扩频后的宽带信号比未扩频的窄带信号具有更好的频率分集作用，使最坏衰落深度减少以及衰落速率降低，而且由于扩频信号在设计时往往使不同路径的传播时延超过PN码片（chip）宽度，从而使我们能把不同路径的信号区分开来，通过路径分集加以利用。（2）良好的抗干扰、抗衰落性能，语音质量好

在CDMA系统中采用多种分集方式，大大地改善了信号传输的性能。所采用分集方式为：时间分集—符号交织和纠错编码；频率分集—1.25MHz宽带信号；空间（路径）分集—基站采用多副接收天线，基站和移动台采用多径Rake接收机。（3）严格的功率控制

为了实现大容量、高质量和其它优点，CDMA采用了严格的功率控制。反向（移动台至基站方向）功率控制的目的，是使小区内工作的每个移动台发射机在基站接收机产生额定的接收信号功率，不管移动台的位置及传播损耗如何，每个移动台的信号在小区基站均以相同电平被接收，使得每个移动台仅以“刚刚足够”的功率发射信号。（3）严格的功率控制

正向（基站至移动台方向）功率控制的目的是降低靠近基站用户的信号功率，尽量减少对其它小区的干扰，让多余的功率可以分配给环境更困难或远离移动台和误码高的用户。同时，由于CDMA采用功率控制，减小了平均发射功率。功率控制技术不但能减少相互干扰，还使CDMA电话发射功率消耗低，从而使通话时间更长，电池体积更小。（4）软切换

在CDMA系统中，其相邻小区工作频率采用同一频率，只是扩频地址码不一样。这样用户越区切换不需改变频率，而只改变地址码，这使切换方便容易，这种切换称为软切换。在CDMA系统中，当移动台越区时，能够同时连接到两个或多个小区；在老的连接中断之前，新的连接已经建立，这就减少了呼叫中断的概率，改善了切换时的话音质量。“硬切换”呼叫常在切换过程中断,软切换明显优于TDMA、FDMA系统在切换时需变换工作频率的“硬切换”。（5）软容量由于FDMA、TDMA的容量是由频率和时隙所决定的，因此容量是固定值，当同时工作的用户数超过系统容量时，必会出现阻塞。而CDMA虽然在一定的信干比下也有一个对应的容量限值，但由于CDMA是受干扰限制的系统，如果用户数超过了容量，只会使系统性能下降，而不会出现阻塞。这样，CDMA系统中某一局部区域的短期过载对性能影响不大，增加了系统运行的灵活性。（6）保密性好CDMA具有天然的保密性。CDMA系统采用的扩频地址码一般是长周期码，接收时，需接收方的本地相关码与发端的扩频码同步，且两码必须完全相同，这就使CDMA系统比一般系统安全，窃听者必须要先破译和产生一个相关的本地码，这是十分困难的。（7）电磁污染小CDMA信号在空中传播时，由于扩展了频谱，使空中的信号功率谱密度低，这样造成的电磁污染小，对使用者人体和其它电子设备的影响小。所以，有时人们称CDMA手机为“绿色手机”。（8）组网方便、建网经济CDMA可以单频组网，组网方便CDMA的基站覆盖面大,在同一地区,CDMA组网的小区数比GSM少三分之一,成本下降三分之一。CDMA通信关键技术1、分集技术与Rake接收2、信道估计技术3、智能天线技术4、多用户检测技术5、功率控制技术6、初始同步控制技术GSM关键技术：蜂窝技术功率控制多址技术IS-95CDMA系统Qualcomm公司(高通公司)具有几乎所有知识产权南韩最早引进CDMA技术与系统中国在九十年代中期开始研究CDMA技术中国己与高通公司签了有关许可协议中国的公司己开始生产有关设备IS-95CDMA的相关标准(一)IS-95空中接口，IS-95A、IS-95BIS-96CDMA话音业务选择标准IS-97CDMA基站最低性能测试标准IS-98CDMA/AMPS双模移动台最低性能测试标准IS-99CDMA数据业务选择标准IS-125CDMA话音业务选择最低性能测试标准IS-126移动台环回业务选择标准IS-127CDMA话音编码EVRC标准IS-95CDMA的相关标准(二)IS-634A接口IS-41无线网络IS-637短消息IS-53补充业务IS-52编号计划IS-93Ai、Di接口IS-771无线智能网IS-707数据业务IS-95CDMA系统反向链路前向链路BTSBTS基站控制器（BSC）移动电话移动交换中心（MSC）PSTN声码器HLR,VLR

3个板状天线构成3个无线扇形小区。移动交换机BSC模块

IS-95CDMA主要技术指标语音编码方式：8k或13k变速率QCELP码信道编码方式：卷积码（k=9,正向Rb=1/2，反向Rb=1/3）数据帧长：20ms扩频解调门限：7dB(Pe=10-4)基站逻辑信道数：大于30/每载波小区结构：1200三扇区构成IS-95CDMA主要技术指标功率控制范围：正向：6dB

反向：80dB功率控制精度：正向：0.5dB

反向：1dB分集接收：基站4路RAKE接收移动台3路RAKE接收逻辑信道在CDMA系统中，各种逻辑信道都是由不同的码序列来区分的。因为任一个通信网络除去要传输业务信息外，还必须传输有关的控制信息。对于大容量系统，一般采用集中控制方式，以便加快建立链路的过程。为此，CDMA蜂窝系统在基站至移动台的传输方向(正向传输)上，设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正问业务信信；在移动台至基站的传输方向(反向传输)上，设置了接入信道和反向业务传道。CDMA蜂窝系统采用码分多址方式，收发使用不同载频(收发频差45MHz)，亦即通信方式是频分双工，一个载频包含64个逻辑信道，占用带宽约1.25MHz。由于正向传输(下行)和反向传输的要求及条件不同，因此逻辑信道的构成及产生方式也不同．基站信道导频信道同步信道寻呼信道＃1寻呼信道＃2接入信道#1接入信道＃2业务信道＃1业务信道＃2基站信道前向链路反向链路控制信道两种逻辑信道–控制信道和业务信道控制信道反向链路接入前向链路导频同步呼叫全速率1/2速率业务信道语音或数据全速率1/2速率1/4速率1/8速率随机信令部分话务和大量信号无话务但有大量信号功率控制（前向）业务信道导频信道同步信道寻呼信道正项业务信道反项业务信道接入信道基站移动台CDMA蜂窝系统信道划分前向反向无线链路CDMA无线链路在频率上分为1.25MHz间隔的频道，一个小区可在一个频道上工作也可有多个频道，常采用多个频道工作。CDMA频道中码速率为1.2288Mc/S。码分多址方式形成物理信道和逻辑信道。CDMA中的前向链路(基站发射)与反向链路(移动台发射)在信号设计与处理上是不相同的。前向链路空中接口特征(1)信道分离前向链路的信道划分是基于正交码分复用方案，所用码是Walsh函数的一组正交子集。从多址角度讲，CDMA中的C在前向链路中指沃尔什函数的复用。基站及扇区分离前向链路波形用直接序列短PN码扩谱技术进行调制，用以分离特定基站或扇区的信号，并减少接收到的其他基站或扇区信号的干扰。移动台用短PN码的相位来区分基站或扇区的信号。用户分离前向链路波形用直接序列长PN码扩谱技术进行调制，用以分离用户。移动台用长PN码的相位来表示用户的ESN（电子序列号）。空中接口特征(2)调制前向波形使I路和Q路的射频载波被不同短PN码的双极性基带数据流调制，成为一种四相相移键控(QPSK)信号脉冲成形I路和Q路输出信道中的基带数字脉冲形状由FIR滤波器决定，滤波器的设计要使发射的功率谱对邻近频率影响最小。码片速率Walsh码的码片速率是1.2288Mbits/s，是最大数据率9.6kbits/s的128倍。短PN码的码片速率是1.2288Mbits/s。长PN码的码片速率是19.2Kbits/s。空中接口特征(3)有效带宽前向链路信号能量基本上控制在1.25MHz的带宽内。语音编码采用变速率语音编码，根据语音的动态范围，数据率可为：1200、2400、4800和9600bit/s。纠错编码前向链路应用了码率1/2的卷积编码和维特比译码。交织为了防止突发错误，前向链路在发送前对符号进行交织，交织长度为20ms。信道配置载有编码的语音或其它业务数据，插入必需的随路信令导频信道寻呼信道1寻呼信道7业务信道1业务信道24业务信道25业务信道55同步信道.........+H0H1H7H8H31H32H33H63呼叫连接阶段传输控制信息用于传达导频信息传输同步信息1.2288McpsCDMA无线信道前向链路正向传输中，采用64阶沃尔什函数区分逻辑信道，分别用H0，H1…H63表示。其中H0用作导频信道．H1是首选的寻呼信道，H2…H7也是寻呼信道，即寻呼信道最多可达7个。H8…H63作业务信道(其中H32为同步信道)共计55个。导频信道用于传达导频信息，由基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，移动台可从中获得信道的信息并提取相干载波以进行相干解调，并可对导频信号电平进行检测，以比较相邻基站的信号强度和决定是否需要进行越区切换。为了保证各移动台载波检测和提取的可靠性，导频信道的功率高于业务信道和寻呼信遭的平均功率。例如导频信道可占64个信道总功率的12%。导频信道用于移动台作相位定时、相干载波提取以及在过境切换时信号强度的比较。同步信道用于传输同步信息，在基站覆盖范围内，各移动台可利用这些信息进行同步捕获，进行同步调整。同步信道上载有系统的时间和基站引导PN码的偏置系数，以实现移动台接收解调。同步信道在捕捉阶段使用，一旦捕获成功，一般就不再使用。但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。同步信道也可临时改做业务信道使用。同步信道还包括供移动台选用的寻呼信道数据率。同步信道的数据速率是固定的，为1200bps。分帧传输，帧长是26.66ms，即与引导PN序列周期的时间相同。由3个同步信道帧构成2个超帧(80ms，96比特)。在同步信道上传送消息只能从同步信道超帧的起始点开始。同步信道的调制码元速率为4.8ks/s，它与1.2288Mc/s的沃尔什函数进行模2加，即进行扩频调制。每个调制符号包含子码数1.2288*106/4.8*103=256，每信息比特包含子码数4*256=1024话务信道框图1.2288MbpsR=1/2卷积编码和重复块交织器长PN编码生成器抽取器(64:1)抽取器(24:1)PCB功率控制比特Walsh码19.2kbps19.2kbps19.2kbps19.2kbps1.2288Mbps基于ESN的模块（32位）Gain增益数据编码扰码正交扩谱(x64)MUX1.228Mc/sK=9800Hz800b/s信息比特帧质量指示器加编码器尾比特8.6,4.0,2.0,0.8Kbps9.2,4.4,2.0,0.8Kbps9.6,4.8,2.4,1.2Kbps导频、同步、寻呼信道框图H000000....导频信道（全０）同步信道寻呼信道长码掩码H32块交织器R=1/2卷积编码和重复4800bps4800bps1200bpsHpagingR=1/2卷积编码和重复块交织器19.2kbps9600bpsor4800bps19.2kbps长码发生器抽取器(64:1)19.2kbps1.228Mc/sK=9寻呼信道供基站在呼叫连接阶段传输控制信息，每个基站有一个或几个(最多7个)寻呼信道．当有市话用户呼叫移动用户时，经移动交换中心(MSC)或移动电话交换局(MTSO)送至基站．寻呼信道上就播送该移动用户的识别码。通常，移动台在建立同步后，就在首选的H2寻呼信道或在基站指定的寻呼信道上，监听由基站发来的信令．当收到基站分配业务信道的指令后，就转入指配的业务信道中进行信息传输。当小区内需要通信的用户数目很多，业务信道不敷应用时，某几个寻呼信道可临时用作业务信道。在极端情况下，7个寻呼信道和一个同步信道都可改作业务信道。这时候，总数为64的逻辑信道中，除去一个导频信道外，其余63个均用于业务信道。在寻呼信道上的数据速率是4800或9600bps，由经营者自行决定。通过分组交织的寻呼信号，还要进行数据掩蔽，其目的是为了信息的安全，起到保密作用。因为寻呼信道中含有移动用户号码等重要信息，因此必须采取安全措施。为了保密安全起见，42级移位寄存器的各级输出与寻呼信道长码的时标(42比特)相乘，再进行模2相加，产生一种长码输出。长码的时钟工作频率是1.2288MHz，相应的长码速率是1.2288Mc/s，经分频器(分频比为64)，得到了经人为扰乱的数据速率19.2Kbps。再与经卷积、交织处理后的调制码元进行模2加，然后才进行Walsh正交扩频调制。需要指出的是，由于每一调制码元长度等于64个PN码的宽度，长码经分频后，其速率变为19.2ks/s．因而送入模2加法器进行最后数据掩蔽的是每64个PN子码中的第1个子码起作用。3位，8个（7个寻呼信道）9位，512个偏置系数业务信道载有编码的语音或其它业务数据，此外，还可以插入必需的随路信令，例如必须安排功率控制子信道，传输功率控制指令，又如在通话过程中，发生越区切换时，必须插入过境切换指令等。正向业务信道上传输的业务信息和信令信息，可以通过复接方式把它们装载到物理信道上；通过复接，业务信道每帧还要加上帧质量指示比特和尾比特。前者于循环冗余编码，具有检纠错能力，从而能表明该帧信息传输的质量：后着是末位加入8个“0”．其作用是每帧要进行卷帜编码，为使卷积编码器中8级移位寄存器(约束长度为9)复位至”0”而添加的。正向业务信道的数据掩蔽原理与寻呼信道信号掩蔽相同。数据掩蔽也称作数据扰码，其目的是为了数据的安全。这种扰码是在分组交织器输出的19.2ks/s的调制字符上进行的，通过交织器输出字符与长码PN码片的二进制值模2相加完成的，此长码PN码片是在交织器输出字符传送期的开始时有效。PN序列是工作时钟为1.2288MHz的长码(长码周期为242-1)，每一调制码元长度为64个PN子码宽度。每64码片中第一个子码在参与运算。每一个逻辑信道都先用相应的沃尔什函数作正交扩频，沃尔什函数的码片(或称子码)速率为1.2288Mc/s，即子码的码元宽度为0.814us。功率控制子信道信号是连续地在正向业务信道上发送，该子信道以每1.25ms中1个比特(“0”或“1”)的速率(800bps)发送，“0”或“1”比特分别表示增加或降低移动台的平均输出功率电平。基站反向业务信道接收机对在1.25ms期间所分配的特定移动台的信号强度进行接收和估算，1.25ms相当于6个调制字符．基站接收机利用估算来确定功率控制比特值(“0”或“1”)，基站在相应的正向业务信道上使用收缩(Puncturing)技术来发送功率控制比特。在正向业务信道上传输功率控制比特的功率控制组，是跟随相应反向信道上估算信号强度的功率控制组之后的第二个功率控制组。例如在下图实例中．反向业务信道在编号为5的功率控制组上接收信号，那末正向业务信道便在功率控制组编号为5+2=7期间发送相应的功率控制比特．一个功率控制比特的长度相当于正向业务信道的两个调制字符(104.166…us)，每个功率控制比特取代两个连贯的正向业务信道调制字符，这一技术就是通常所说的字符收缩。这样，收缩的调制字符就被功率控制比特所取代。功率控制比特的发送能量不小于Eb，如图所示，Eb是正向业务信道上每信息比特的能量，而x值给定为在一帧中的所有非收缩调制字符是在同样功率电平上发送的．而在邻近帧中的调制字符可以不同的功率电平发送。功率控制比特有16种可能的起动位置，每个位置相当于1.25ms期间最初16个编码为0~15的调制字符之一。在每1.25ms期间，来自长码、用干扰乱的比特总数为24。这些比特编号为0~23，其中0位最先被使用，而第23位最后被使用。具有0~15的4位二进制数由扰乱位23、22、21和20构成，并用来确定功率控制比特的位置。比特20是最低位，比特23是最高位。上页图实例中，比特23、22、21和20的值是”101l”(十进制数为11)，功率控制比特起动位置是11。下页图示明了扰乱的调制字符(19200s/s)和收缩的功率控制子信道(800bps)之间的关系。每一个逻辑信道，对输入的数据都要进行卷积编码(码率为l/2，约束长度为9)、分组交织(导频信道除外，导频信道为全0，无需卷积和交织)、沃尔什函数扩展频谱。由于沃尔什函数是一正交函数族，互相关值为零，所以在扩频的同时，给各个逻辑信道(总共64个)带上了正交性，称作正交扩频。扩频后的信号再进行四相调制，基站发射信号采用QPSK调制方式。在同相支路(I)和正交支路(Q)引入两个互为准正交的m序列，即I信道引导PN序列和Q信道引导PN序列，序列周期长度均为215(32768)。为了得到周期长度为215的I序列和Q序列，当生成的m序列中出现14个连”0”时，从中再插入一个“0”，便序列14个“0”的游程变成15个，不仅得到了引导序列周期长度为偶数，而且序列中“0”和“1”的个数各占一半，使平衡性更好．引导PN序列的王要作用是给不同基站发出的信号赋以不同的特征，便于移动台识别所需的基站；不同的基站虽然使用相同的PN序列，但各基站PN序列的起始位置是不同的．即各自采用不同的时间偏置。由于m序列的自相关特性在时间偏移大于一个子码码元宽度后，其自相关系数值接近于0．因而移动台用相关器很容易把不同基站的信号区分开来。通常，一个基站的PN序列在其所有配置的频率上，都采用相同的时间偏置，而在一个CDMA蜂窝系统中．时间偏置也可以再用。不同的时间偏置用下同的偏置系数来表示，偏置系数共512个，编号K从0~511。通常．规定序列中出现15个“0”后，其后的64个子码的偏置系数K=0。同理K=1，表示后续的64个子码，直到K=511．是码序列中最末的64个子码，它包含序列周期中唯一的15个连“0”。前向链路的射频框图1.2288MbpsPNQ短码PNI

短码1.2288Mbps1.2288Mbps相加cos(wct)sin(wct)HPAG0G63IQW0W63射频功率放大器

前向链路总结最高数据率可至19,200bps数据经19,200bps的长ＰＮ码扰码长码相位由移动台

ESN确定信道由64个沃尔什函数（H0至H63)之一确定“在一个扇区的前向链路上CDMA信道“正交导频使用H0

同步信道采用H32

１个或多个寻呼信道.导频只发射短ＰＮ码每个扇区有一个导频偏移可供识别不同的ＢＴＳ和扇区的前向链路定义了５１２个不同的偏移可变数据速率241,2001/8速率482,4001/4速率964,800半速率1929,600全速率BitsperframeBpsRate重复符号重复用来向交织器和扩谱提供恒定的比特率卷积编码器r=1/2重复数据块交织1.2kbps2.4kbps4.8kbps9.6kbps2.4ksps4.8ksps9.6ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps在CDMA蜂窝通信系统中，全网必须有统一的时间基准，以保证整个系统有条不紊地进行信息的传输、处理和交换．协调一致地对系统内各种设备进行管理、控制和操作．这种统一而精确的时间基准对CDMA系统尤为重要。CDMA蜂窝系统是利用全球定位系统(GPS)的时标，CPS的时间与”世界协调时间(UTC)”是同步的．二者相差是秒的整数倍．CDMA系统时间的开始是1980.1.6UTC，这与GPS的开始时间正好重合。在CDMA蜂窝系统中．各基站配有GPS接收机，保证系统中各基站有统一的时间基准，即CDMA蜂窝系统的公共时间基准。小区内所有移动台均以基站的时间基准作为各移动台的时间基准，从而保证全网的同步。反向链路在反向传输逻辑信道中，接入信道与正向传输的寻呼信道相对应，其作用是在移动台接续开始阶段提供通路．即在移动台没有占用业务信道之前，提供由移动台至基站的传输通路，供移动台发起呼叫或对基站的寻呼进行响应，以及向基站发送登记注册的信息等。接入信道使用一种随机接入协议，允许多个用户以竞争的方式占用。在一个反向信道中，接入信道数n最多可达32个，在极端情况下，业务信道数m最多可达64个．每个用户信道用不同的用户长码序列加以识别；每个接入信道也采用不同的接入信道长码序列加以区别。在反向传输方向上无导频信道，这样．基站接收反向传输的信号时．只能用非相干解调。空中接口特征(1)多址接入反向链路的用户分离是基于传统的长PN码扩谱码分多址方案，采用42阶长PN码的不同相位偏置来区分用户，相位偏置相当于用户的地址。正交扩谱反向链路数据用与前向链路相同的两个短PN码进行直接扩谱正交调制。调制反向链路波形用64码片长的Walsh码来表示6位二进制符号，进行64进制正交调制。I路和Q路的射频载波被不同的短PN码的双极性基带数据流调制，其中Q路的数据流经过半个PN码片延时，成为一种参差四相相移键控(OQPSK)。空中接口特征(2)脉冲成形I路和Q路输出信道中的基带数字脉冲形状由FIR滤波器决定，滤波器的设计要使发射的功率谱对邻近频率影响最小。码片速率短PN码及长PN码的码片速率都是1.2288Mbit/s，为最大数据率9.6kbit/s的128倍。捕获基站通过移动台发送的不包含数据的报头来捕获和跟踪移动台信号。空中接口特征(3)语音编码采用变速率语音编码，每20ms帧的数据率可为1200、2400、4800和9600bit/s。纠错编码反向链路应用了1/3的卷积编码和维特比译码。交织为了防止突发性错误，方向链路在发送前对符号进行交织，交织长度为20ms。反向链路简化框图data

R=9600bps1/3

Conv.Enc6->64

Block.EncLongPN

codegen.ShortPN

codegen.28.8ksps307.2ksps1.2288Mcps1.2288McpsRFW=1.25MHzESNaddress

maskDataCodingspreadingSpreading

(randomisation)(1)数据速率。接入信道用4800bps的固定速率。反向业务信道用9600．4800．2400和1200bps的可变速率。两种信道的数据中都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。此外，在反向业务信道上传送9600和4800bps数据时，也要加质量指示比特(CRC)校验比特。(2)卷积编码。接入信道和反向业务信道所传输的数据都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/3，约束长度为9。(3)码元重复。反向业务信道的码元重复办法和正向业务信道一样，从而使得各种速率的数据都变换成每秒28800码元。与下行链路的不同在于，这里虽然进行码元重复，但不会产生每个码元的多次发送。它只发送其中的一个码元，而其它的重复码元将全部被删除。在接入信道上，因为数据速率固定为4800bps，因而每一码元只重复1次，而且两个重复码元部要发送。(4)分组交织。分组交织的跨度为20ms。交织器组成的阵列是32行X18列(即576个单元)。可变数据速率传输为减小移动台的功耗和减小它对CDMA信道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器(选通门电路)进行选通，只允许所需的码元输出，而删除其它重复的码元。传输的占空比随速率而变，当速率是9600bps，选通门允许交织器输出的所有码元进行传输，占空比为l；当数据率是4800bps时，占空比为l/2；依此类推。在选通过程中．把20ms的帧分成16个等长段，即功率控制段，每段1.25ms，编号为0~15。根据一定的规律，使某些功率段被连通，而某些功率控制段被断开。这种选通要保证进入交织器的重复码元只发送其中一个．接入信道，两个重复码元都要传输通过选通门允许发送的码元以猝发的方式工作。它在一帧中占用哪一位置进行传输是受一PN码控制的．这一过程称为数据的猝发随机化，猝发位置根据前一帧中倒数第二功率控制段内的最末14个PN码比特进行计算，这14个码比特表示为b0~b13，图例中它们取值为00101101100100。数据猝发随机比算法如下：数据率为9600bps时．所用的功率控制段为：0,1,2，…,15。数据率为4800bps时．所用的功率控制段为：b0,2+b1,4+b2,6+b3,8+b4,10+b5,12+b6,14+b7数据率为2400bps时．所用的功率控制段为:b0(如b8=0)或2+b1(如b8=1),4+b2(如b9=0)或6+b3(如b9=1),8+b4(如b10=0)或10+b5(如b10=1),12+b6(如b11=0)或14+b7(如b11=1)数据单为1200bps时，所用的功率控制段为：b0(如b8=0和b12=0)或2+b1(如b8=1和b12=0)或4+b2(如b9=0和b12=1)或6+b3(如b9=1和b12=1),8+b4(如b10=0和b13=0)或10+b5(如b10=1和b13=0),12+b6(如b11=0和b13=1)或14+b7(如b11=1和b13=1)反向链路详细框图R=1/3卷积编码和重复块交织器ToRF9600,4800,2400,1200bps28.8ksps307.2ksps1.2288McpsQShortCodeIShortCode6->64编码28.8ksps1.2288Mcps1/2chipdelay长PN编码发生器ESNbasedMask(42bits)基于ESN的掩码（42位）1.2288McpsX4扩展数据编码X１扩展（随机）凿孔抽取正交多进制调制在反向CDMA信道中，把交织器输出的码元每6个作为一组．用26=64进制沃尔什函数之一(称调制码元)进行传输，调制码元的传输速率为28800/6=4800bps。调制码元时间宽度为1/4800=208.333us．每一调制码元含64个子码，因此沃尔什函数的子码速率为64X4800＝307.2kbps。相应的子码宽度为3.255us。注意：正向CDMA信道和反向CDMA信道都使用64进制的沃尔汁函数，但二看的应用目的不同，前者是为了区分信道，而后者是对数据进行正交码多进制调制，以提高通信质量。因为在反向CDMA信道中，不可能像正向CDMA信道那样提供共享的导频信道．因而，这种作法在衰落信道中难以提供精确导频的场合是很必要的。调制符号可根据下列调制符号指数进行选择，即调制符号指数(MSI)为：

MSI：c0+2c1+4c2+8c3+16c4+32c5式中c代表输入码元第i位的码元值，0≤i≤5。例如输入码元为110100，可得

MSI＝l+2+8=11直接序列扩展在反向业务信道和接入信道传输的信号都要用长码进行扩展。前者是数据猝发随机化产生器输出的码流与长码模2相加，后者是64进制正变调制器输出码流和长码模2相加，长码的周期是242-1个子码。长码的各个PN子码是用一42位的掩码和序列产生器的24位状态矢量进行模2内乘而产生的。用于长码产生器的掩码根据移动台用来传输的信道类型而变。当在接入信道传输时，掩码如下：M41-M33要置成“11000111”，M32-M28要置成选用的接入信道号码，M27-M25要置成对应的寻呼信道号码(范围是1~7)，M24-M9要置成当前的基站标志。M8-M0要置成当前CDMA信道的引导PN偏置。当在反向业务信道传输时，移动台要用到两个掩码中的一个：一个是公开俺码；另一个是私用掩码。这两个掩码都是该移动台所独有的。公开掩码如下：M41-M32要置成“1100011000”，M31-M0要置成置成移动台的电子序列号码(ESN)．为了防止和连号ESN相对应的长码之间出现过大的相关值．移动台的ESN要进行置换，置换规则如下：置换后．私用掩码适用于用户保密通信。反向链路的射频框图1.2288MspsQShortCodeIShortCode1.2288Mcps1.2288Mcpscos(wct)sin(wct)HPAI1/2chipdelayQFIRFilterFIRFilter使用1/2码片延时可避免180度相变当经过一个非线性放大器（如移动PA）后，OQPSK的频谱再生比QPSK小射频功率放大器

反向链路总结1/3率的卷积编码+6/64率的块编码效果相当于1/32率卷积码。用Walsh函数完成块编码每6个数据位选择64个Walsh函数之一（每个长64码元）可进行非相关检测（例如–Wn或+Wn对应同样的6位数据序列）长PN实现x4扩展至最终的1.25MHz带宽。

每42天重复一次

每个手机机都有特定的相位（偏移）短PN编码是随机的（但不扩展）每26.6667毫秒重复一次IS-95编码地址码的选择1、对CDMA系统的影响：（1）系统容量（2）抗干扰能力（3）接入和切换速度等。2、对地址码的要求（1）能提供足够数量的相关函数特性尖锐的码系列，保证信号经过地址码解扩后具有高的信噪比。（2）能提供接近白噪声特性，同时编码方案简单，保证具有较快的同步建立速度。用于信道分离用于数据的块编码WalshCodes沃尔什码用于基站或扇区分离对I和Q信道进行扰码短代码最大长度+1位长度=215=32,768码片对用户数据等随机化用于用户分离长代码来自客户ESN长度=

242–1前向链路反向链路IS-95中使用的编码短代码I和Q信道采用两种短代码。短代码为最长线性移位寄存器序列，带一个附加位；长度=215=32,678chips。短代码的偏移或相位用于区分小区及扇区。所有基站小区都发送一个导频，该导频为未调制的I和Q短代码，可用于手机切换时识别扇区。有512个可用的偏移。IS-95中使用的PN序列长代码长代码为最长线性移位寄存器序列。周期为(242–1)

个码片（码片速率为1.2288

Mcps），即41天重复一次。长代码的相位用来表示手机的ESN。在反向链路中，长代码用来区分每个移动设备，即手机；同时提供x4的频谱扩展。在前向链路中，代长码提供下列功能对用户数据随机化；对功率控制的比特位随机化。IS-95中的Walsh码在IS－95中，使用64位Walsh码作为正交码。在前向链路中：在每个扇区内，每一信道通过专用的正交Walsh码来区别信道。在反向链路中：用Walsh码作分组码对数据进行调制。功率控制功率控制要求保证足够的Eb/N0:通过功率控制，使整个手机的发射功率保证接收机所接收的信号至少达到最小Eb/N0

需求值。保持一个不高于需求值的发射功率的要求，使得给其他用户的干扰达到最小。

在CDMA系统中实现严格的功率控制，是CDMA系统的一大技术特点。CDMA系统是一个干扰受限的系统，如果每个移动台的发射功率受控，使得它的信号以所要求的最小的信号干扰比到达基站，那么这个系统的容量就会达到最大。功率控制的目的，就是要保证每个用户的接收和发射，在保证信息正确接收的条件下，有刚刚足够的能量。正向功率控制主要目的是使小区内所有移动台接收良好，增加小区容量，并减少对邻区的干扰。正向功率控制一般只需要小动态范围、慢速率的控制。反向功率控制主要目的是克服远近效应，使小区内移动台间干扰最小，保证基站能同时接收稳定数量的移动台信号，提高系统容量。反向功率控制一般要求动态范围大、控制速度快、控制精度高，反向功率控制一般又分为反向开环控制与反向闭环控制。功率控制分类反向链路开环功率控制为手机提供到达BTS所需的传输功率估值反向链路闭环功率控制基于在BTS接收到的Eb/No，和在BSC接收到的FER通过由BTS每1.25毫秒向手机发送±1dB指令来完成要注意到抗衰落的问题

前向链路功率控制根据来自手机的FER报告对每个前向信道进行功率调整（50赫兹）不如反向链路关键，因为所有的信道（一个扇区）是在一个公共的集合信道中并一起衰减。反向链路闭环功率控制需要的Eb/No随速度、相异性和环境（通常为4到9dB）的变化而变化功率控制最终由FER（质量）推动BS-RXEb/No(est.)MS+-Filter滤波器FER

target(1%)FEREb/No设定点±1dB/1.25ms反向链路功率控制子信道前向链路功率控制正向链路功率控制比较缓慢（50赫兹）。两个触发器用于正向链路功率控制周期的报告门限的报告BS-TXMSFERtarget(1%)TCHGainStart

ErroredFrameCountTCHGainMin

TCHGainMax

FPC

AlgorithmGainTCHModulation话音激活与可变速率声码器技术

在典型的全双工通信中，每次通话的占空比小于35%。CDMA系统在通话的停顿期间，降低信号传输速率，从而减轻对其它用户的干扰。这即是CDMA系统中的话音激活技术。由于CDMA系统的容量与所受干扰功率有关，降低用户间的干扰，则可增加系统容量。目前CDMA系统普遍采用可变速率声码器，可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需速率，门限值随背景噪声电平的变化而变化，从而提高了话音的质量，同时在低速率工作时又降低了信道间的干扰，提高了系统的容量。在IS-95CDMA系统中，采用了8kbs和13kbs的变速率声码器技术。在8kbs声码器中，采用了4种码率的传输速率，根据话音信号激活程度，声码器自动选择传输速率。设了三个门限来变换声码器速率，三个门限由前一帧话音自相关函数和前一帧噪声电平决定，每帧更新一次（20ms）。声码器采用了QCELP编码（Q码激励线性预测）如若话音帧自相关函数：＞三个门限，选择全速率（9.6kbs）＞大于二个门限，选择半速率（4.8kbs）＞仅大于一个门限，选择1/4速率（2.4kbs）＜所有三个门限，选择1/8速率（1.2kbs）；当不讲话时，用1.2kbs速率，只传背景噪声。RAKE分集接收技术

在移动通信中，多径传播往往会产生有害的多径干扰。但在扩频通信系统中却可以对这些多径信号进行分离和合并，实现多径分离，以改善系统的性能。具有这种功能的接收机称为RAKE接收机。1958年Price和Green提出一种解决多径的方法：利用伪PN码的特征，时移序列与原序列相关性小，因看似相关接收机图像耙子（RAKE），而称为RAKE接收机。RAKE接收机包含多个相关器，每一相关器接收一个多径信号，多径信号被相关器解扩后，可按最大比组合在一起。因为接收到的多径信号的衰落是独立的，经分集后，系统的性能可得到改善，这也是CDMA系统的话音质量优于TDMA系统，通话时不易掉话的原因之一。CDMA系统中基站4路RAKE，移动台3路RAKE的基本原理图RAKE接收机的基本原理图

相关器1

相关器2

相关器3

搜索器

合并

信道估计

图中假设有多条路径，路径具有不同的时延t1、t2、t3tN，以及不同的衰落因子a1、a2、a3

aN。RAKE接收机设计成三个支路对应三条路径的多径分量。对每一支路，接收信号分别与一个对应时延t的扩频码相关，信号经解扩后加权再组合，从而达到分集接收的目的。相关时延小于的多径分量不能被分解。1.2288Mcps的PN码片允许以0.814μs的时间间隔分解多径成分。越区切换CDMA切换GSM和AMPS系统采用“先中断再连接”的方式进行切换手机识别目标BTS扇区并向BSC报告在与BTS2建立连接之前，先断开与BTS1的连接CDMA采用“先连接再中断”的方式进行切换手机识别目标BTS扇区并向BSC报告同时连接多达6个扇区被称为“软切换”软切换技术是CDMA系统独有的技术。软切换的机理是：当移动台在工作时，特别在运动的状态下，移动台对邻近基站发出的同一工作频率的导频信号不断地进行测量，而且把检测到的导频信号根据强弱进行分类、登录，并动态进行调整，根据通信环境的变化，作出可靠的切换判决，同时，把测量结果通知基站，作为切换的判决依据。软切换技术主要涉及导频搜索技术，导频强度的测量技术，切换过程中的导频变换技术。软切换的好处

改善话音质量通过功率控制降低小区间干扰降低掉话率增加容量和覆盖范围CDMA系统的一个重要优点是软切换，可以实现无缝通信。软切换的过程是先连后断。切换过程中，移动台辅助（测量导频信号强度）、基站引导完成。软切换是宏分集的一种实现形式，可以提高系统性能和容量。现代通信系统技术体制考虑原则有效性：在给定的频率、功率和空间条件下实现最大的传输容量。可靠性：在给定的信道衰落和干扰条件下实现最好的业务质量。灵活性：为固定及移动用户提供最灵活的无线接入手段。实用性：成本、体积、重量、耗电等。关于有效性信源编码技术：采用有效的信源编码技术，在保证原始消息质量的条件下，尽可能压缩传输所需的比特率。调制技术：采用高效率的调制技术（包括频谱成形技术），尽可能压缩传输给定比特率所需的带宽。蜂窝技术：控制发射机的功率，在通信区域内划分出许多蜂窝状小区，从而提高无线频谱的利用率。智能天线技术：利用天线的自动定向或扇区划分，在通信区域内形成许多定向的小区，从而提高无线频谱利用率。关于可靠性冗余度技术 －纠错编码，比特上的冗余度； －扩频与跳频，频率上的冗余度； －电平储备，功率上的冗余度； －备份切换，设备上的冗余度。抵销技术 －均衡，用频域或时域的方法校正信道的传递函数； －分集，用多重频率、时间或天线接收的信号抵销多径效应；