CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

1、第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 第第9章章 CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念擴(kuò)展頻譜通信的基本概念 9.2 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 9.3 CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.4 CDMA正向信道正向信道 9.5 CDMA反向信道反向信道 9.6 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(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系統(tǒng)信道切換、位置登記和呼叫處理 習(xí)題習(xí)題 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念擴(kuò)展頻譜通信的基本概念 9.1.1 擴(kuò)頻

2、通信的含義 擴(kuò)展頻譜(SS， Spread Spectrum)通信簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信。 擴(kuò)頻通信的定義簡(jiǎn)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(hào)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(lái)解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。 這一定義其實(shí)包含了以下三方面意思：第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (1) 信號(hào)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(hào)頻帶寬度。 (2) 采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展寬信號(hào)頻譜。 (3) 在接收端用相關(guān)解調(diào)(或相干解調(diào))來(lái)解擴(kuò)。 第第9 9章

3、章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(zhǎng)期以來(lái)， 人們總是想方設(shè)法使信號(hào)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(hào)來(lái)傳輸窄帶信息呢? 簡(jiǎn)單的回答就是主要為了通信的安全可靠。 這一點(diǎn)可以用信息論和抗干擾理論的基本觀點(diǎn)加以說(shuō)明。 順便指出， 擴(kuò)頻通信技術(shù)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)碼分多址方式， 并為數(shù)字化通信(包括數(shù)字化移動(dòng)通信)增添一種新的多址方式。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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：)1 (l

4、bNSBC (9 - 1) 式中， C為信道容量， 單位為b/s； B為信號(hào)頻帶寬度， 單位為Hz； S為信號(hào)平均功率， 單位為W； N為噪聲平均功率， 單位為W。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 差錯(cuò)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(cuò)概率的公式： 0nEfPe(9 - 2) TESTBm1(9 - 3) 信號(hào)功率S為 (9 - 4) 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 已調(diào)(或已擴(kuò)頻)信號(hào)的帶寬為B， 則噪聲功率為BnN0(9 - 5) 將式(9 - 3)(9 - 5)代入式(9 - 2)，

5、 可得meBBNSfBNSTfP(9 - 6) 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.1.3 處理增益和抗干擾容限 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)端擴(kuò)展了信號(hào)頻譜， 在收端解擴(kuò)后恢復(fù)了所傳信息， 這一處理過(guò)程帶來(lái)了信噪比上的好處， 即接收機(jī)輸出的信噪比相對(duì)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(lái)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(hào)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mpBBGlg10 (9 - 7) 第第9 9章章 CDMACD

6、MA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 僅僅知道擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益， 還不能充分說(shuō)明系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能。 因?yàn)橥ㄐ畔到y(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(dòng)通信系統(tǒng)為7dB)， 并需扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗， 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。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(hào)的頻譜。

7、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(hào)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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 調(diào)相功放載波前端相關(guān)調(diào)相中頻濾波解調(diào)PNPN本振信碼m(t)(1)(2)p(t)時(shí)鐘(4)c(t)(3)(5)(6)s1(t)s1(t)s2(t)s(t)(8)(9)輸出信碼時(shí)鐘(a)(7)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)原理 (a) 直擴(kuò)通信系統(tǒng)

8、原理； (b) 有關(guān)波形和相位關(guān)系 Tb11Tp010111001011110011000010000000000000000000000000000000000 0(1) 信碼m(t)(2) 偽碼p(t)(3) c(t) m(t) p(t)(4) 載波(5)PSK已調(diào)波s1(t)(6)s1(t)相位(7)s2(t)相位(8)中頻相位(9)解調(diào)輸出(b)01第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(gè)碼元， 其碼元寬度為T(mén)b ， 加入擴(kuò)頻調(diào)制器， 圖中為一個(gè)模2加法器， 擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼(PN碼)，

9、記作p(t)， 偽碼的波形如圖9 - 1(b)中第(2)個(gè)波形， 其碼元寬度為T(mén)b ， 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(shuō)， 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(yùn)算規(guī)則可用下式表示： c(t)=m(t)p(t) (9 - 9)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 擴(kuò)頻處理增益也可用下式表示:pbpTTGlg10(9 - 10) 經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻信號(hào)， 還要進(jìn)行載頻調(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

10、)與載頻Acos1t相乘， 輸出為s1(t)； 即 s1(t)=c(t)Acos1t (9 - 11)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 式中， 11)(tc， 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(guò)擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào)s1(t)為 tAtAttActs1111coscoscos)()(9 - 12) 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 接收端工作原理 假設(shè)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸， 不出現(xiàn)差錯(cuò)， 經(jīng)過(guò)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(wèn)題， 因?yàn)閷?duì)PS

11、K調(diào)制信號(hào)而言， 重要的是相位問(wèn)題， 這樣的假定對(duì)分析工作原理是不受影響的。 相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。 接收機(jī)中的本振信號(hào)頻率與載頻相差為一個(gè)固定的中頻。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 所謂相關(guān)器或相關(guān)檢測(cè)的概念， 可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻“用相片去對(duì)照找人”來(lái)說(shuō)明。 如果你想在一群人中尋找某個(gè)不相識(shí)的人， 最簡(jiǎn)單且有效的方法是用相片對(duì)照去找， 只要這一群人當(dāng)中， 存在這一個(gè)人， 自然就會(huì)找到。 同理， 當(dāng)你想檢測(cè)出所需要的有用信號(hào)， 有效的方法是在接收端產(chǎn)生一個(gè)相同的信號(hào)， 然后用它與接收到的信號(hào)對(duì)比， 求其相似性， 或者說(shuō)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算， 其中相關(guān)性最大的，

12、 就可能是你所要的有用信號(hào)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(shí)現(xiàn)碼分多址； 抗衰落、 抗多徑干擾。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.2 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 9.2.1 總體要求與標(biāo)準(zhǔn) 1. 對(duì)系統(tǒng)的要求 由于移動(dòng)通信的迅速發(fā)展， 在20世紀(jì)80年代中期， 不少國(guó)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(guó)蜂窩通信工業(yè)協(xié)會(huì)(CTIA)于1988年9月發(fā)表了“用戶的性能要求(UPR)”文件， 制訂了對(duì)下一代蜂窩網(wǎng)的技術(shù)要求。 第第9

13、9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) IS-54標(biāo)準(zhǔn)雖是按上述要求制訂的， 考慮到實(shí)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(gè)載波為3個(gè)信道(即TDMA一幀為3個(gè)時(shí)隙)。 以后發(fā)展為半速率傳輸， 每個(gè)載波為6個(gè)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. CDMA蜂窩網(wǎng)的崛起 在大量蜂窩移動(dòng)通信工業(yè)部門(mén)的支持下， 美國(guó)圣地亞哥Qualcomm公司設(shè)計(jì)、 開(kāi)發(fā)并試驗(yàn)了CDMA蜂窩網(wǎng)， 于1991年12月作了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并取得

14、了一致好評(píng)。 當(dāng)時(shí)進(jìn)行了5個(gè)基站、 70個(gè)移動(dòng)臺(tái)參加組網(wǎng)的試驗(yàn)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 1991年12月5日， 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告證明： CDMA理論上分析的優(yōu)越性， 在實(shí)際通信條件下是存在的， 并有實(shí)際測(cè)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(guò)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(dòng)臺(tái)的專(zhuān)用集成電路是可靠的， 便于向工業(yè)化方向發(fā)展。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 3. IS-95標(biāo)準(zhǔn) IS-95公共空中接口是美國(guó)TIA于1993年公布的雙模式(CDMA

15、AMPS)的標(biāo)準(zhǔn)， 簡(jiǎn)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(dòng)臺(tái)發(fā)射)； 869894 MHz(移動(dòng)臺(tái)接收)。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2) 信道數(shù) 每一載頻： 64(碼分信道)； 每一小區(qū)可分為3個(gè)扇形區(qū)， 可共用一個(gè)載頻； 每一網(wǎng)絡(luò)分為9個(gè)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。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂

16、窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 4) 調(diào)制方式 基站： QPSK； 移動(dòng)臺(tái)： OQPSK。 5) 擴(kuò)頻方式 DS(直接序列擴(kuò)頻)。 6) 語(yǔ)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(shí)間為20 ms。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 7) 信道編碼 卷積編碼: 下行碼率R=1/2， 約束長(zhǎng)度K=9； 上行碼率R=1/3,約束長(zhǎng)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(shí)別碼為m序列， 周期為215-1； 64個(gè)正交沃爾什函數(shù)組成64個(gè)碼分信道。第第9 9

17、章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 8) 導(dǎo)頻、 同步信道 它們供移動(dòng)臺(tái)作載頻和時(shí)間同步時(shí)使用。 9) 多徑利用 多徑利用采用RAKE接收方式， 移動(dòng)臺(tái)為3個(gè)， 基站為4個(gè)(指3條路徑、 4條路徑)。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(hào)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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

18、系統(tǒng)中， 系統(tǒng)內(nèi)的小區(qū)和扇區(qū)都是靠頻率來(lái)劃分的。 換句話說(shuō)， 每個(gè)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(gè)擴(kuò)頻CDMA蜂窩系統(tǒng)之內(nèi)， 則是采用碼分多址的， 即對(duì)不同的小區(qū)和扇區(qū)基站分配不同的碼型。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.2.3 數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)采用擴(kuò)頻 CDMA技術(shù)帶來(lái)的好處和存在的問(wèn)題 1. 帶來(lái)的好處 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用擴(kuò)頻 CDMA技術(shù)將帶來(lái)下列好處： 多種形式的分集(時(shí)間分集、 空間分集、 頻率分集)； 低的發(fā)射功率； 保密性； 軟

19、切換； 大容量； 語(yǔ)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 存在的問(wèn)題 在CDMA系統(tǒng)中， 由于所有用戶均使用相同頻段的無(wú)線信道和相同的時(shí)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(lèi)干擾為多址干擾。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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)鍵技術(shù)有： 功率控制技術(shù)； 多徑信號(hào)的分離與合并技術(shù)； 多用戶干

20、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(yǔ)音編碼技術(shù)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.3 CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(lèi)似， 主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、 基站子系統(tǒng)和移動(dòng)臺(tái)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。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 2 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 收發(fā)收發(fā)發(fā)

21、基站收/發(fā)信機(jī)(BTS)基站收/發(fā)信機(jī)(BTS)收發(fā)操作管理中心(OMC)本地用戶位置寄存器(HLR)基站控制器(BSC)移動(dòng)交換中心(MSC)/訪問(wèn)用戶寄存器(VLR)移動(dòng)交換中心(MSC)/訪問(wèn)用戶寄存器(VLR)市話網(wǎng)(PSTN/ISDN)U接口全向小區(qū)扇形小區(qū)移動(dòng)臺(tái)Abis接口A接口V接口控制及數(shù)據(jù)鏈路業(yè)務(wù)鏈路第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(dòng)交換中心(MSC),或稱為移動(dòng)電話交換局(MTSO)組成。 此外， 還有本地用戶位置寄存器(HLR)、 訪問(wèn)用戶位置寄存器(VLR)、 操作管理

22、中心(OMC)以及鑒權(quán)中心(圖中未畫(huà))等設(shè)備。 移動(dòng)交換中心(MSC)是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心， 其主要功能是對(duì)位于本MSC控制區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行通信控制和管理。 MSC的結(jié)構(gòu)如圖9 - 3所示。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 3 移動(dòng)交換中心(MSC)結(jié)構(gòu) 交換結(jié)構(gòu)交換結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制器PSTN基站聲碼器/選擇器聲碼器/選擇器聲碼器/選擇器聲碼器/選擇器聲碼器/選擇器聲碼器/選擇器第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 鑒權(quán)中心(AUC)的作用是可靠地識(shí)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

23、心(OMC)的任務(wù)是對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作， 例如系統(tǒng)的自檢、 報(bào)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(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞， 以及各種資料的收集、 分析與顯示等。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(gè)基站的有效覆蓋范圍即為無(wú)線小區(qū)， 簡(jiǎn)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(gè)扇形區(qū)， 分別用、 和表示。一個(gè)基站控制器(BSC)可以控制多個(gè)基站， 每個(gè)基站含有多部收發(fā)信機(jī)。 圖9 - 4為基站控制器(

24、BSC)結(jié)構(gòu)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 4 基站控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 BTS網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口控制代碼轉(zhuǎn)換器插件交換矩陣移動(dòng)性管理器BTSBTS基站BSC群代碼轉(zhuǎn)換器MSCOMCBSC第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 基站控制器(BSC)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口分別連接移動(dòng)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BTS提供集中控制和管理， 如無(wú)線信道分配、 建立或拆除無(wú)線鏈路、 過(guò)境切換操作以及交換等功能。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信

25、系統(tǒng) 由圖9 - 4可見(jiàn)， 它主要包括代碼轉(zhuǎn)換器和移動(dòng)性管理器。 移動(dòng)性管理器負(fù)責(zé)呼叫建立、 拆除、 切換無(wú)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 4 基站控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 5 單個(gè)扇區(qū)的設(shè)備組成 濾波器(Rx和Tx)和LNA(Rx)功率放大器(Tx)GPS接收機(jī)收發(fā)信機(jī)架數(shù)字架信道板信道板信道板信道板RxTxRx小區(qū)控制器第第9 9章章 CDMACD

26、MA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 基站控制器無(wú)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(gè)扇形小區(qū)的設(shè)備組成方框圖。 由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(hào)， 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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 第2層是發(fā)射部分的功率放大器。 第4層是收發(fā)

27、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(shí)作用。 最底層是數(shù)字機(jī)， 裝有多塊信道板。 每個(gè)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。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(yùn)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(yùn)行， 收集有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息， 監(jiān)測(cè)設(shè)備故障、 分配定時(shí)信息等。 需要

28、說(shuō)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(gè)相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)接收， 簡(jiǎn)稱4 RAKE接收機(jī)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 3. 移動(dòng)臺(tái) IS95標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙模式移動(dòng)臺(tái)， 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(dòng)臺(tái)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(diǎn)非常有價(jià)值， 也利于從模擬蜂窩平滑地過(guò)渡到數(shù)字蜂窩網(wǎng)。 雙模式移動(dòng)臺(tái)與原有模擬蜂窩移動(dòng)臺(tái)之間的差別是增加了數(shù)字信號(hào)處理部分， 如圖9 - 6 所示。 圖中， 著重畫(huà)出了增加的部分。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂

29、窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 6 雙模式移動(dòng)臺(tái)方框圖 D / A轉(zhuǎn)換器發(fā)信數(shù)字濾波器擴(kuò)頻交織卷積編碼數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)單路徑接收單路徑接收單路徑接收信號(hào)搜尋AGC 環(huán)FM 收發(fā)信機(jī)信號(hào)合并去交織維特比譯碼A / D轉(zhuǎn)換器模擬前端數(shù)據(jù)質(zhì)量校驗(yàn)聲碼器編譯器控制微處理器按鍵和顯示送受話器模擬和數(shù)字硬件接口第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖9 - 6示出了CDMA移動(dòng)臺(tái)收發(fā)信機(jī)中有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理的內(nèi)容。 發(fā)送時(shí)， 由送話器輸出語(yǔ)音信號(hào)， 經(jīng)編碼輸出PCM信號(hào)， 經(jīng)聲碼器輸出低速率語(yǔ)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

30、、 功放、 濾波等)， 饋至天線。 收、 發(fā)合用一副無(wú)線， 由天線共用器進(jìn)行收、 發(fā)隔離， 收、 發(fā)頻差為 45 MHz。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 4. CDMA系統(tǒng)接口與信令協(xié)議1) 系統(tǒng)接口CDMA系統(tǒng)有如下主要接口(參見(jiàn)圖9 - 7)：MS與BS間的接口Um BS與MSC間的接口AMSC與VLR間的接口B MSC與HLR間的接口CVLR與HLR間的接口D MSC與MSC間的接口EMSC與EIR間的接口F VLR與VLR間的接口GHLR與AUC間的接口H MSC與PSTN間的接口AiMSC與PSPDN間的接口Pi MSC與ISDN間的接口Di 第第9

31、 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 7 CDMA系統(tǒng)的接口 注：IWF互通功能單元SMEMSMEMMCMMCEIRNHLRCFAUCHDVLRABSUmMSMSCERDVLRISDNMSCPSTNPSPDNDiAiPiIWFL第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2) 信令協(xié)議 CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議應(yīng)包括各個(gè)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(bào)文使用同樣的分層格式。 最高層的格式是報(bào)文囊(Capsule)， 它包括報(bào)文( Messag

32、e)和填充物(Padding)。 次一層的格式是將報(bào)文分成報(bào)文長(zhǎng)度、 報(bào)文體和CRC。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(dòng)控制處理 3層是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 8 CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) 第 一 層(物 理 層 )上 層(基 本 業(yè) 務(wù) )第 二 層(基 本 業(yè) 務(wù) )上 層(輔 助 業(yè)

33、務(wù) )第 二 層(輔 助 業(yè) 務(wù) )第 二 層(信 令 )第 二 層(鏈 路 層 )(尋 呼 /接 入 信 道 )第 二 層(同 步 信 道 )第 三 層(移 動(dòng) 臺(tái) 控 制 處 理 )復(fù) 用 子 層 (業(yè) 務(wù) 信 道 )第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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： 1.25 MHz； 信道速率： 1.2288 Mc/s； 接入方式： CDMA；第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信

34、系統(tǒng) 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(yǔ)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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. CDMA頻道號(hào)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(dòng)臺(tái)向基站的傳輸頻段占25 MHz， 為 824849 MHz； 基站向移動(dòng)臺(tái)的傳輸頻段也占25 MHz， 為 86

35、9894 MHz。 雙工收、 發(fā)頻差為45 MHz， 頻道間隔為30 kHz。 CDMA頻道編號(hào)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(hào)以N表示， 則對(duì)應(yīng)的中心頻率可按表9 - 2進(jìn)行計(jì)算。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表 9 - 1 CDMA頻道編號(hào)及相應(yīng)的頻率 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表 9 - 2 由頻道編號(hào)計(jì)算CDMA頻率 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) IS9

36、5規(guī)定的基本頻道(或首選頻道)號(hào)碼為： A系統(tǒng)為283， B系統(tǒng)為384。 由表9 - 2可分別計(jì)算出相應(yīng)的頻率值。 A系統(tǒng)， 頻道號(hào)碼為283： 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻率0.03283825.00833.49(MHz) 基站發(fā)射頻率0.03283870.00878.49(MHz) B系統(tǒng)， 頻道號(hào)碼為384： 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻率0.03 384825.00836.52(MHz) 基站發(fā)射頻率0.03384870.00881.52(MHz)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) IS-95規(guī)定的輔助頻道(即第二個(gè)載頻)號(hào)碼， A系統(tǒng)為691。 相應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)和基站的發(fā)射頻率分別為84

37、5.73 MHz 和 890.73 MHz； B系統(tǒng)的輔助頻道號(hào)碼為771， 相應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)和基站的發(fā)射頻率分別為848.13 MHz和 893.13 MHz。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖9 - 9為AMPS(A系統(tǒng))頻道分布示意。 其中， 頻道序號(hào)313333用于控制頻道， 因?yàn)槭羌锌刂品绞剑?用來(lái)傳輸信令， 為建立通信鏈路服務(wù)， 因此控制頻道也稱建立頻道。 其它的頻道用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)傳輸， 也稱業(yè)務(wù)頻道、 頻道間隔是30 kHz。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 9 AMPS(A系統(tǒng))頻道分布 AMPS控 制

38、 信 道33331431331231128528428328228125525425325225130 kHzAMPS語(yǔ) 音 信 道第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖9 - 10為CDMA(A系統(tǒng))一個(gè)載頻時(shí)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(hào)碼為283。 由于IS-95 CDMA系統(tǒng)帶寬為1.23 MHz， 它等于41個(gè)AMPS頻道， 因?yàn)?4130 1230kHz1.23 MHz第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 10 CDMA主載頻占用的頻帶 3333143133123113043032

39、83263262254253保 護(hù) 頻 帶 9個(gè)AMPS頻 道(0.27 MHz)AMPS語(yǔ) 音 頻 道CDMA載 頻 帶 寬 占 41個(gè) AMPS頻 道(1.23 MHz)AMPS控 制 頻 道保 護(hù) 頻 帶 (0.27MHz)283第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 當(dāng)CDMA系統(tǒng)采用2個(gè)載頻時(shí)， 如圖9 - 11所示， 第二個(gè)載頻的頻道序號(hào)是242(283-41)， 它只需占用41個(gè)AMPS頻道， 即1.23 MHz。 同理， 系統(tǒng)采用3個(gè)載頻時(shí)， 載頻中心頻率為201， 占用1.23 MHz頻帶。 兩個(gè)載頻占用82個(gè)AMPS頻道， 再加上兩邊各9個(gè)頻道，

40、共占用100個(gè)AMPS頻道， 即3 MHz頻帶寬度。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 11 CDMA兩個(gè)載頻占用的頻帶 333314313312304303283263262212211AMPS語(yǔ) 音 頻 道CDMA載 頻 帶 寬41個(gè) AMPS頻 道(1.23 MHz)AMPS控 制 頻 道保 護(hù) 頻 帶 (0.27MHz)283242222221213保 護(hù) 頻 帶 (0.27MHz)CDMA載 頻 帶 寬41個(gè) AMPS頻 道(1.23 MHz)242第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.3.3 CDMA系統(tǒng)的邏

41、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(lái)區(qū)分的。 因?yàn)槿魏我粋€(gè)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(duì)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(guò)程。 為此， CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站至移動(dòng)臺(tái)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； 在移動(dòng)臺(tái)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。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 12 CDMA蜂窩系統(tǒng)信道分類(lèi) 基 站移 動(dòng)臺(tái)反 向 業(yè) 務(wù) 信 道接 入

42、 信 道正 向 業(yè) 務(wù) 信 道尋 呼 信 道同 步 信 道導(dǎo) 頻 信 道第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 正向邏輯信道 在基站至移動(dòng)臺(tái)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(gè)。 W8， ， W63用作業(yè)務(wù)信道(其中W32為同步信道)， 共計(jì)55個(gè)。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 13 正

43、向傳輸?shù)倪壿嬓诺澜M成 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隨路信令CDMA正向信道(基站發(fā)送的1.23 MHz信道)業(yè)務(wù)W0導(dǎo)頻W1尋呼W7W8尋呼W31W32W33W63第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 3. 反向邏輯信道 CDMA系統(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(shí)例。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 14 基站接收機(jī)的反向CDMA信道 CDMA反向信道(基站接收的1.23 MHz信道)接入信道l業(yè)務(wù)信道接入信道 業(yè)務(wù)信道nlm使用長(zhǎng)碼 PN 序列區(qū)分第第9 9章章 CDMA

44、CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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?duì)應(yīng)， 其作用是在移動(dòng)臺(tái)接續(xù)開(kāi)始階段提供通路， 即在移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有占用業(yè)務(wù)信道之前， 提供由移動(dòng)臺(tái)至基站的傳輸通路。 供移動(dòng)臺(tái)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(cè)的信息等。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 4. CDMA系統(tǒng)的基本特征 通過(guò)上面的分析， IS-95的CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本特征， 可歸納為以下幾點(diǎn)。 (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) 抗衰落性能好。 (4) 具有保密性。 (5) CDMA系統(tǒng)

45、容量大， 而且具有軟容量屬性。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (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(duì)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(dòng)用戶到達(dá)基站的信號(hào)功率相等， 避免發(fā)生遠(yuǎn)近效應(yīng)。 在實(shí)際系統(tǒng)中， 按下列公式調(diào)整移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)輻射功率。 (7) 具有軟切換特性。 (8) 充分利用語(yǔ)音激活技術(shù)， 增大通信容量。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系

46、統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 9.4 CDMA 正正 向向 信信 道道 9.4.1 正向信道組成 1. 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(hào)產(chǎn)生過(guò)程及信號(hào)的主要參數(shù)。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 15 CDMA系統(tǒng)的正向信道組成方框圖 導(dǎo)頻信道信息比特(全0)同步信道信息比特卷積編碼器1.2 kb / s(r1/2 , k9)2.4 ks / s碼元碼元重復(fù)調(diào)制碼元4.8 ks / s分組交織器調(diào)制碼元4.8 ks / s沃爾什函數(shù)321.2288 Mc / s沃爾什函數(shù)0 1.2288 Mc

47、/ sAA尋呼信道比特卷積編碼器9.6 kb / s19.2 kb / s碼元碼元重復(fù)調(diào)制碼元分組交織器調(diào)制碼元19.2 ks / s沃爾什函數(shù)p1.2288 Mc / sA4.8 kb / s9.6 kb / s19.2 ks / s分頻器長(zhǎng)碼產(chǎn)生器1.2288 Mc / s19.2 kb / s尋呼信道的長(zhǎng)碼掩蔽幀質(zhì)量指示器用戶 m在正向業(yè)務(wù)信道的信息比特8.6 kb / s4.0 kb / s2.0 kb / s0.8 kb / s加編碼器尾比特9.2(kb / s)4.42.00.8卷積編碼器9.6(kb / s)4.82.41.2碼元重復(fù)19.2(ks / s)9.64.82.4碼元

48、調(diào)制碼元復(fù)接沃爾什函數(shù)n1.2288 Mc / s功率控制比特800 b / s分組交織器19.2 ks / s19.2 ks / s調(diào)制碼元19.2 ks / s分頻器分頻器長(zhǎng)碼產(chǎn)生器800 Hz1.2288 Mc / s用戶 m的長(zhǎng)碼掩碼基帶濾波器基帶濾波器cos ctsin ctQ 信 道引導(dǎo) PN 序列1.2288 Mc / sIQI 信 道引導(dǎo) PN 序列1.2288 Mc / sAI (t)Q (t)s (t)A92/1krr1/2k9第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 信號(hào)組成 基站發(fā)送的信號(hào)帶寬約為1.23 MHz， 包含相互正交的64個(gè)邏輯

49、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。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 3. 四相調(diào)制 正交擴(kuò)頻后的信號(hào)， 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(gè)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(zhǎng)度均為215(32 768)， 其構(gòu)成是以下列生成多項(xiàng)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 第

50、第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 不同的時(shí)間偏置用不同的偏置系數(shù)表示， 偏置系數(shù)共512個(gè)。 編號(hào)K從0到511， 參見(jiàn)圖9 - 16。 通常， 規(guī)定序列中出現(xiàn)15個(gè)“0”后， 后續(xù)的64個(gè)子碼為偏置系數(shù)K=0。 同理， K=1表示后續(xù)的64個(gè)子碼， 直到K=511， 是碼序列中最末的64個(gè)子碼， 它包含序列周期中惟一的15個(gè)連“0”。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 16 偏置系數(shù)K的示意圖 00 00 00 0015個(gè) “0”K 0K 1K 2K 51115個(gè) “0”64個(gè) 子 碼32 768個(gè) 子 碼前 一 周

51、期第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 偏置時(shí)間(tK)等于偏置系數(shù)乘64個(gè)子碼寬度時(shí)間， 即 )(2288. 1164sKtK 例如， 當(dāng)偏置系數(shù)為15時(shí)， 相應(yīng)的偏置時(shí)間是 )(25.7812288. 116415stK第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 17 正向CDMA信道信號(hào)的相位點(diǎn)及其轉(zhuǎn)換關(guān)系 (1,0)(0,0)(0,1)(1,1)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(lèi)。 兩類(lèi)

52、信息幀組成的高幀結(jié)構(gòu)相同， 均含有25個(gè)超幀， 但兩類(lèi)超幀、 幀、符號(hào)的結(jié)構(gòu)則不相同， 兩類(lèi)邏輯信道結(jié)構(gòu)又相同， 具體說(shuō)明如下。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表 9 - 3 正向CDMA信號(hào)的相位關(guān)系 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 18 數(shù)據(jù)傳輸信息幀結(jié)構(gòu) 12127128PN幀(26.66 ms)123超幀(3PN幀)12383384業(yè)務(wù)/尋呼幀(20 ms)1234超幀(4業(yè)務(wù)/尋呼幀)25321高幀(25超幀)(75PN幀、2 s)同步符號(hào)(208.338s)3214(52.0825s)尋呼/業(yè)務(wù)符號(hào)16

53、4Walsh序列(64個(gè)碼片)邏輯信道(同步、尋呼、業(yè)務(wù))263碼片碼片(0.8137 s)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 1) 同步數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu) 高幀： 含25個(gè)超幀， 或75個(gè)PN幀(相當(dāng)于75個(gè)PN周期)， 時(shí)長(zhǎng)為2 s。 超幀： 相當(dāng)于3個(gè)PN周期， 時(shí)長(zhǎng)為80 ms。 PN幀： 含128個(gè)同步符號(hào)(32 768個(gè)碼片)， 時(shí)長(zhǎng)為26.66 ms。 同步符號(hào)： 含256個(gè)碼片(4個(gè)Walsh序列)， 時(shí)長(zhǎng)為208.338 s。 沃爾什序列： 含64個(gè)碼片。 時(shí)長(zhǎng)52.0825 s。 碼片(Chip)： 0.8137 s。第第9 9章章 CDMACDM

54、A蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2) 尋呼業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu) 高幀： 含25個(gè)超幀， 或75個(gè)PN幀(相當(dāng)于75個(gè)PN周期)， 時(shí)長(zhǎng)為2 s。 超幀： 相當(dāng)于4個(gè)業(yè)務(wù)幀， 時(shí)長(zhǎng)為80 ms。 業(yè)務(wù)幀： 含384個(gè)尋呼業(yè)務(wù)符號(hào)(24 576個(gè)碼片)， 時(shí)長(zhǎng)為20 ms。 尋呼業(yè)務(wù)符號(hào)： 含64個(gè)碼片(1個(gè)Walsh序列)， 時(shí)長(zhǎng)52.0825 s。 Walsh序列： 含64個(gè)碼片。 碼片(Chip)： 0.8137 s。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 圖 9 - 19 業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu) 報(bào)文128F9600 b / sT4800 b / s2400 b / s

55、1200 b / s172比特192比特 (20 ms)報(bào)文88FT80比特96比特 (20 ms)報(bào)文8T40比特48比特 (20 ms)報(bào)文8T16比特24比特 (20 ms)(a)報(bào)文8比特 161160比特 16比特報(bào)文長(zhǎng)度報(bào)文體(信息) CRC(b)第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(zhǎng)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(dòng)臺(tái)發(fā)送報(bào)文(消息)。 前向業(yè)務(wù)信道報(bào)文格式示于圖9 - 19(b)中。

56、(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(jiàn)圖9 - 19(a)。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(dòng)臺(tái)作相位定時(shí)、 相干載波提取以及在過(guò)境切換時(shí)信號(hào)強(qiáng)度的比較。 由圖9 - 15可知， 導(dǎo)頻信道輸入為全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(hào)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(gè)移動(dòng)臺(tái)能進(jìn)行正確的解調(diào)， 這是保證正常通信的前提。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2. 同步

57、信道 同步信道主要傳輸同步信息， 移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率。 移動(dòng)臺(tái)一旦同步完成， 它通常不再接收同步信號(hào)， 但當(dāng)設(shè)備關(guān)機(jī)后重新開(kāi)機(jī)時(shí)， 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(shí)， 同步信道也可臨時(shí)改作業(yè)務(wù)信道使用。 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (1) 同步信號(hào)數(shù)據(jù)速率是1200 bs， 分幀傳輸， 幀長(zhǎng)是26.66 ms， 即與引導(dǎo)PN序列周期的時(shí)間相同。 由3個(gè)同步信道幀構(gòu)成2個(gè)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

58、點(diǎn)開(kāi)始。 當(dāng)使用零偏置(K=0)引導(dǎo)PN序列時(shí)， 同步信道超幀要在偶數(shù)秒的時(shí)刻開(kāi)始。 當(dāng)然， 也可在相隔1個(gè)超幀時(shí)刻開(kāi)始。 當(dāng)所用的引導(dǎo)PN序列不是零偏置引導(dǎo)PN序列時(shí)， 同步信道超幀將在偶數(shù)秒加上引導(dǎo)PN序列偏置時(shí)間的時(shí)刻開(kāi)始。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 同步信息速率是1.2 kb/s， 通過(guò)碼率為 12、 約束長(zhǎng)度為 9的卷積編碼器， 則卷積編碼器輸出的符號(hào)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(hào)秒)。 同步信道的調(diào)制碼元速率為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)

59、制。 不難算得， 每個(gè)調(diào)制符號(hào)包含子碼數(shù)為256108 . 4102288. 136第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 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(hào)說(shuō)明如下：二進(jìn)制信息速率用比特?cái)?shù)每秒表示， 記作b/s， 或千比特?cái)?shù)每秒， 記作kb/s。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表 9 - 4 同步信道主要參數(shù) 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

60、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (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(cuò)分散化， 在接收端由卷積編碼器按維特比譯碼法糾正隨機(jī)差錯(cuò)， 從而間接地糾正了突發(fā)性差錯(cuò)。 同步信道使用時(shí)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(gè)調(diào)制字符相對(duì)應(yīng)。同步信道交織器輸入矩陣如表9 - 5所示。第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表 9 - 5 同步信道交織器輸入矩陣 第第9 9章章 CDMACDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 表中數(shù)字為輸入交織器碼元的序號(hào)， 相同的序號(hào)表示由碼元重復(fù)產(chǎn)生的相同碼