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1、第第6 6章章 CDMACDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 6.1 引言引言 6.2 CDMA空中接口协议层空中接口协议层 6.3 CDMA前向信道前向信道 6.4 CDMA反向信道反向信道 6.5 功率控制功率控制 6.6 RAKE接收机接收机 6.7 CDMA 系统的容量系统的容量 6.8 CDMA登记登记 6.9 CDMA切换过程切换过程 6.1 引引 言言 CDMA是是码码分分多多址址的的英英文文缩缩写写（Code Division Multiple Access），它它是是在在扩扩频频通通信信技技术术上上发发展展起起来来的的一一种种崭崭新新而而成成熟熟的的无无线线通通信
2、信技技术术。CDMA技技术术的的原原理理是是基基于于扩扩频频技技术术，即即将将需需传传送送的的具具有有一一定定信信号号带带宽宽信信息息数数据据，用用一一个个带带宽宽远远大大于于信信号号带带宽宽的的高高速速伪伪随随机机码码进进行行调调制制，使使原原数数据据信信号号的的带带宽宽被被扩扩展展，再再经经载载波波调调制并发送出去。制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，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，把宽与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。即解扩，以实现信息通信。6.1.1 CDMA技术
3、的标准化技术的标准化 CDMA技技术术的的标标准准化化经经历历了了几几个个阶阶段段。IS-95是是cdmaOne系系列列标标准准中中最最先先发发布布的的标标准准，是是真真正正在在全全球球得得到到广广泛泛应应用用的的第第一一个个CDMA标标准准，这这一一标标准准支支持持8K编编码码话话音音服服务务。其其后后,又又分分别别出出版版了了13K话话音音编编码码器器的的TSB74标标准准，它它支支持持1.9 GHz的的CDMA PCS系系统统的的STD-008标标准准，其其中中13K编编码码话话音音服服务务质质量量已已非非常常接接近近有有线线电电话话的的话话音质量。音质量。随随着着移移动动通通信信对对数
4、数据据业业务务需需求求的的增增长长，1998年年2月月，美美国国高高通通公公司司宣宣布布将将IS-95B标标准准用用于于CDMA基基础础平平台台上上。IS-95B可可提提高高CDMA系系统统性性能能，并并增增加加用用户户移移动动通通信信设设备备的的数数据据流流量量，提提 供供 对对 64 kb/s数数 据据 业业 务务 的的 支支 持持。其其 后后，cdma2000成成为为窄窄带带CDMA系系统统向向第第三三代代系系统统过过渡渡的的标标准准。cdma2000在在标标准准研研究究的的前前期期，提提出出了了1x和和3x的的发发展展策策略略，随随后后的的研研究究表表明明，1x和和3x增强型技术代表了
5、未来发展方向。增强型技术代表了未来发展方向。6.1.2 我国我国CDMA系统可以占用的频率系统可以占用的频率 我我国国无无线线电电委委员员会会分分配配给给蜂蜂窝窝移移动动通通信信系系统的频率如表统的频率如表2-1(见第见第2章章)所示。所示。我我们们从从该该表表可可以以看看出出，目目前前中中国国联联通通CDMA使使用用频频段段是是上上行行频频率率为为825835 MHz，下下行行频频率率为为870880 MHz，占占用用10 MHz带带宽。宽。6.1.3 CDMA系统的特点系统的特点 1.系统容量大系统容量大2.软容量软容量3.通话质量更佳通话质量更佳4.移动台辅助软切换移动台辅助软切换 软切
6、换的主要优点是：软切换的主要优点是：（1）无缝切换，无缝切换，可保持通话的连续性。可保持通话的连续性。（2）减少掉话可能性。减少掉话可能性。（3）处于切换区域的移动台发射功率降低。处于切换区域的移动台发射功率降低。软切换也相应带来了一些缺点，软切换也相应带来了一些缺点，主要有：主要有：（1）导导致致硬硬件件设设备备（即即信信道道卡卡）的的增增加加。（2）降降低低了了前前向向容容量量。但但由由于于CDMA系系统统前前向向容容量量大大于于反反向向容容量量，所所以以适适量量减减少少前向容量不会导致整个系统容量的降低。前向容量不会导致整个系统容量的降低。5.频率规划简单频率规划简单 用用户户按按不不同
7、同的的序序列列码码区区分分，所所以以不不同同的的CDMA载载波波可可在在相相邻邻的的小小区区内内使使用用，网网络络规规划划灵活，灵活，扩展简单。扩展简单。6.建网成本低建网成本低 CDMA网网络络覆覆盖盖范范围围大大，系系统统容容量量高高，所需基站少，所需基站少，降低了建网成本。降低了建网成本。7.“绿色手机绿色手机”普普通通的的手手机机（GSM和和模模拟拟手手机机）功功率率一一般般能能控控制制在在600毫毫瓦瓦以以下下，CDMA系系统统发发射射功功率率最最高高只只有有200毫毫瓦瓦，普普通通通通话话功功率率可可控控制制在在零零点点几几毫毫瓦瓦，对对人人体体健健康康没没有有不不良良影影响响，将
8、将延延长长手手机机的的通通话话时时间间，意意味味着着电电池池的的寿寿命命长长了了，对对环环境境有有保保护护作作用用，故称之为故称之为“绿色手机绿色手机”。8.保密性强，保密性强，通话不会被窃听通话不会被窃听 CDMA信信号号的的扰扰频频方方式式提提供供了了高高度度的的保保密密性性，要要窃窃听听通通话话，必必须须要要找找到到码码址址。但但CDMA码码址址是是个个伪伪随随机机码码，而而且且共共有有4.4万万亿亿种种可可能能的的排排列列，因因此此，要要破破解密码或窃听通话内容实在是太困难了。解密码或窃听通话内容实在是太困难了。9.多种形式的分集多种形式的分集 分分集集是是对对付付多多径径衰衰落落很很
9、好好的的办办法法，有有三三种种主主要要分分集集方方式式：时时间间分分集集、频频率率分分集集和和空空间间分分集集。CDMA系系统统综综合合采采用用了了上上述述几几种种分分集集方方式式，使使性性能能大大为为改改善善。各种分集方式归纳如下：各种分集方式归纳如下：（1）时时间间分分集集采采用用了了符符号号交交织织、检检错错和纠错编码等方法。和纠错编码等方法。（2）频频率率分分集集本本身身是是1.25 MHz宽宽带带的的信号，信号，起到了频率分集的作用。起到了频率分集的作用。（3）空空间间分分集集基基站站使使用用两两副副接接收收天天线线，基基站站和和移移动动台台都都采采用用了了Rake接接收收机机技技术
10、术，软切换也起到了空间分集的作用。软切换也起到了空间分集的作用。10.CDMA的功率控制的功率控制 CDMA系系统统的的容容量量主主要要受受限限于于系系统统内内移移动动台台的的相相互互干干扰扰，所所以以，如如果果每每个个移移动动台台的的信信号号到到达达基基站站时时都都达达到到最最小小所所需需的的信信噪噪比比，系系统统容容量量将将会会达达到到最最大大值值。CDMA功功率率控控制制的的目目的的就就是是既既维维持持高高质质量量通通信信，又又不不对对占占用用同同一一信信道道的其他用户产生不应有的干扰。的其他用户产生不应有的干扰。CDMA系系统统的的功功率率控控制制除除可可直直接接提提高高容容量量之之外
11、外，同同时时也也降降低低了了为为克克服服噪噪声声和和干干扰扰所所需需的的发发射射功功率率。这这就就意意味味着着同同样样功功率率的的CDMA移移动动台台与与模模拟拟或或TDMA移移动台相比可在更大范围内工作。动台相比可在更大范围内工作。CDMA系系统统引引入入了了功功率率控控制制，一一个个很很大大的的好好处处是是降降低低了了平平均均发发射射功功率率而而不不是是峰峰值值功功率率。这这就就是是说说，CDMA在在一一般般情情况况下下由由于于传传输输状状况况良良好好，发发射射功功率率较较低低；但但在在遇遇到到衰衰落落时时会会通通过过功功率率控控制制自自动动提提高高发发射射功功率，率，以抵抗衰落。以抵抗衰
12、落。11.话音激活话音激活 典典型型的的全全双双工工双双向向通通话话中中，每每次次通通话话的的占占空空比比小小于于35%。在在FDMA和和TDMA系系统统里里，由由于于通通话话停停顿顿时时重重新新分分配配信信道道存存在在一一定定时时延延，所所以以难难以以利利用用话话音音激激活活因因素素。CDMA在在不不讲讲话话时时传传输输速速率率降降低低，减减轻轻了了对对其其他他用用户户的的干干扰扰，这这就就是是CDMA系系统统中中的的话话音音激激活活技技术术。而而CDMA的的容容量量又又直直接接与与所所受受总总干干扰扰功功率率有有关关，这这样样就就可以使容量增加一倍左右。可以使容量增加一倍左右。6.2 CD
13、MA空中接口协议层空中接口协议层图图6-16-1给给出出了了CDMACDMA空空中中接接口口层层结结构构。CDMACDMA信信道道包包含含反反向向CDMACDMA信信道道(CDMA(CDMA上上行行信信道道)和和正正向向CDMACDMA信信道道(CDMA(CDMA下下行行信信道道)。反反向向CDMACDMA信信道道由由接接入入信信道道和和反反向向业业务务信信道道组组成成。正正向向CDMACDMA信信道道由由寻寻呼呼信信道道和和正正向向业业务务信信道道组组成成。所所有有信信道道的的信信令令都都使使用用基基于于比比特特同同步的协议。步的协议。所有信道上的消息都有一个相同的层格式。所有信道上的消息都
14、有一个相同的层格式。最高层的协议是由一则消息和填充物最高层的协议是由一则消息和填充物(Padding)(Padding)组成的封装信息。填充物是为了在某些信道上组成的封装信息。填充物是为了在某些信道上让消息适合帧的装配。其中的一个例子是业务让消息适合帧的装配。其中的一个例子是业务信道中空缺突发信道中空缺突发(Blank and(Blank andBurst)Burst)信令模信令模式。如果消息小于一帧，式。如果消息小于一帧，封装的是整一个帧，封装的是整一个帧，填充比特从消息比特的结束至帧的结束。填充比特从消息比特的结束至帧的结束。下一下一层的格式可能将信息分装成长度区域、信息和层的格式可能将信
15、息分装成长度区域、信息和CRC校验。校验。图图6-1 CDMA空中接口层结构空中接口层结构 6.3 CDMA前向信道前向信道 CDMACDMA前前向向信信道道（也也可可称称下下行行信信道道）由由用用于于控控制制的的广广播播信信道道和和用用于于携携带带用用户户信信息息的的业业务务信信道道组组成成。广广播播信信道道由由导导频频信信道道、同同步步信信道道和和寻寻呼呼信信道道组组成成。所所有有这这些些信信道道都都在在同同一一个个1.23MHz1.23MHz的的CDMACDMA载载波波上上。移移动动台台能能够够根根据据分分配配给给每每个个信信道道惟惟一一的的码码分分来来区区分分逻逻辑辑信信道道。这这个个
16、码码分分是是经经过正交扩频的过正交扩频的WalshWalsh码。码。每个码分信道都要经一个每个码分信道都要经一个WalshWalsh函数函数进行正交扩频，然后又由进行正交扩频，然后又由1.228Mc/s1.228Mc/s速率速率的伪噪声系列扩频。在基站可按频分多路的伪噪声系列扩频。在基站可按频分多路方式使用多个方式使用多个CDMACDMA前向信道（前向信道（1.23MHz1.23MHz）。）。图图6-26-2给出了给出了CDMACDMA支持的不同前向信道。支持的不同前向信道。如图所示，如图所示，CDMACDMA前向信道可使用的码分信前向信道可使用的码分信道最多为道最多为64个。个。一一种种典典
17、型型的的配配置置是是:1:1个个导导频频信信道道,1,1个个同同步步信信道道,7,7个个寻寻呼呼信信道道(允允许许的的最最多多值值)和和5555个个业业务务信信道道。但但前前向向信信道道的的码码分分信信道道配配置置并并不不是是固固定定的的,其其中中导导频频信信道道一一定定要要有有,其其余余的的码码分分信信道道可可根根据据情情况况配配置置。例例如如，可可用用业业务务信信道道取取代代寻寻呼呼信信道道和和同同步步信信道道,成成为为1 1个个导导频频信信道道,0,0个个同同步步信信道道,0,0个个寻寻呼呼信信道道和和6363个个业业务务信信道。道。这种情况发生在基站拥有两个以上的这种情况发生在基站拥有
18、两个以上的CDMACDMA信道信道(即带宽大于即带宽大于2.5MHz),2.5MHz),其中一个为其中一个为CDMACDMA基基本信道本信道(1.23MHz),(1.23MHz),所有移动台都先集中在该基所有移动台都先集中在该基本信道上工作。此时本信道上工作。此时,若基本若基本CDMACDMA业务信道忙业务信道忙,可由基站在基本可由基站在基本CDMACDMA信道的寻呼信道上发射信信道的寻呼信道上发射信道指配消息将某移动台分配到另一个道指配消息将某移动台分配到另一个CDMACDMA信道信道进行业务通信进行业务通信,该该CDMACDMA信道只需一个导频信道信道只需一个导频信道,而不再需要同步信道和
19、寻呼信道。而不再需要同步信道和寻呼信道。图图6-2 CDMA前向信道结构前向信道结构 6.3.1 前向业务信道前向业务信道 图图6-3 CDMA前向信道结构前向信道结构 图图6-4 速率速率1和速率和速率2前向业务信道的产生前向业务信道的产生 1.语音编码语音编码 CDMA声声码码器器是是可可变变速速率率声声码码器器，可可工工作作于于全全速速率率，1/2，1/4和和1/8速速率率。通通常常对对应应于于速速率率1和和速速率率2分分别别有有两两种种声声码码器器：工工作作于于9.6 kb/s数数据据流流的的8 kb/s声声码码器器和和工工作于作于14.4 kb/s数据流的数据流的13.3 kb/s声
20、码器。声码器。速率速率1包含四种速率：包含四种速率：9600，4800，2400和和1200 b/s。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。当速率当速率2是可选时，移动台不得不支持速率是可选时，移动台不得不支持速率1。信。信道结构对于速率道结构对于速率1和速率和速率2是不同的。两种是不同的。两种声码器都能进行语音性能检测和减少在系声码器都能进行语音性能检测和减少在系统中受到的干扰。统中受到的干扰。图图6-5 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 图图6-6 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
21、 从从声声码码器器得得到到的的信信息息为为每每帧帧20 ms。速速率率1声声码码器器的的全全速速（9600 b/s）输输出出速速率率为为8.6kb/s，每每20 ms编编码码为为172bit。帧帧质质量量指指示示F（循循环环冗冗余余码码校校验验，CRC）与与编编码码尾尾比比特特T(8 bit)加加在在声声码码器器输输出出的的信信息息比比特特之之后后。帧帧质质量量指指示示有有两两个个目目的的：一一是是允允许许接接收收机机在在所所有有172信信息息比比特特上上计计算算了了CRC后后，确确定定是是否否有有帧帧发发生生错错误误；二二是是帮帮助助确定接收帧的数据速率。确定接收帧的数据速率。9600 b/
22、s帧是每帧是每20 ms有有192比特比特（172+12+8）被传输产生的。其中，）被传输产生的。其中，12 bit为帧质量指示，为帧质量指示，8 bit为尾比特。为尾比特。同样的同样的过程产生在过程产生在4800 b/s帧上。帧上。2400 b/s和和1200 b/s帧没有帧质量指示的比特字段，这是因帧没有帧质量指示的比特字段，这是因为这些帧相对抗误码性能较强，为这些帧相对抗误码性能较强，且发送的且发送的大多数信息是背景噪声。大多数信息是背景噪声。2.2.卷积编码卷积编码卷卷积积编编码码通通过过提提供供纠纠错错/检检错错能能力力为为信信息息比比特特提提供供保保护护。同同步步信信道道、寻寻呼呼
23、信信道道和和前前向向业业务务信信道道在在发发送送前前应应进进行行卷卷积积编编码码。采采用用1/21/2比比率率，约约束束长长度度K K为为9 9的的卷卷积积编编码码器器（见见图图6 67 7，图图中中T T为为移移位位寄寄存存器器）。速速率率1 1和和速速率率2 2的的帧帧被被送送入入1/21/2比比率率卷卷积积编编码码器器。一一个个1/21/2比比率率卷卷积积编编码码器器用用两两符符号号代代替替每每一一个个输输入入比比特特。对对于于约约束束长长度度为为9的的卷积编码器，其延迟长度为卷积编码器，其延迟长度为8。图图6-7 K=9，1/2比率的卷积编码器比率的卷积编码器 3.符号重复符号重复 符
24、符号号重重复复器器跟跟随随在在卷卷积积编编码码之之后后，它它根根据据需需要要重重复复数数据据，速速率率1产产生生19.2 kb/s，速速率率2产产生生28.8 kb/s的的速速率率。对对于于速速率率1，如如果果输输入入是是19.2 kb/s，符符号号不不重重复复；如如果果输输入入是是9.6 kb/s，则则每每个个符符号号出出现现两两次次；如如果果输输入入是是4.8 kb/s，则则每每个个符符号号出出现现四四次次;以以此此类类推推。符符号号重重复复为为无无线线信信道道抵抵抗抗衰衰落落提提供供附附加加的的措措施施，可可增增加接收的可靠性。加接收的可靠性。重重复复符符号号比比全全速速率率符符号号的的
25、功功率率电电平平低低。由由于于所所有有符符号号总总功功率率是是一一样样的的，因因此此各各符号功率减少了。符号功率减少了。导导频频信信道道没没有有该该过过程程。对对于于同同步步信信道道，每每个个经经卷卷积积编编码码后后的的符符号号，在在块块交交织织前前应应重重复复一一次次（每每个个符符号号连连续续重重发发）。寻寻呼呼信道与前向业务信道的符号重复一样。信道与前向业务信道的符号重复一样。4.符号抽取符号抽取 此此符符号号抽抽取取过过程程只只作作用用于于速速率率2帧帧。IS-95决决定定对对两两种种速速率率使使用用同同样样的的块块交交织织器器，这这意意味味着着块块交交织织器器的的输输入入符符号号速速率
26、率是是相相同同的的。CDMA通通过过从从每每6输输入入中中删删除除2实现把实现把28.8 kb/s数据流变为数据流变为19.2 kb/s。5.块交织块交织 交交织织是是用用来来抗抗瑞瑞利利衰衰落落影影响响的的。瑞瑞利利衰衰落落是是频频率率选选择择性性衰衰落落，它它引引起起大大块块数数据据连连续续出出错错，使使接接收收机机上上很很难难正正确确接接收收。交交织织扰扰乱乱信信息息的的顺顺序序使使交交织织后后的的突突发发错错误误在在接接收收端端还还原原后后成成为为随随机机错错误误，随随机机错错误误就就比比较较容容易易通通过过使使用用纠纠错错编编码技术进行纠正。码技术进行纠正。前前向向业业务务信信道道的
27、的块块交交织织器器每每20ms接接收收384调调制制比比特特。这这些些比比特特被被输输入入到到2416的的矩矩阵阵。交交织织扰扰乱乱信信息息，然然后后输输出出送到下一步骤（数据扰码）。送到下一步骤（数据扰码）。同步信道、同步信道、寻呼信道和前向业务信寻呼信道和前向业务信道在重复后进行块交织。道在重复后进行块交织。同同步步信信道道交交织织宽宽度度为为26.666 ms，在在符符号号速速率率为为4800符符号号/秒秒时时，等等于于128个个调调制制宽宽度度，交交织织器器阵阵列列为为16行行8列列。前前向向业业务务信信道道和和寻寻呼呼信信道道交交织织宽宽度度为为20 ms，在在调调制制符符号号速速率
28、率为为19 200 s/s(符符号号/秒秒)时时，等等于于384个个调调制制符符号号（也也就就是是一一帧帧所所含含调调制制符符的的个个数数）的的宽宽度度，交交织织器器阵阵列列为为24行行16列列，如如图图6-8所所示示。三三种种信信道道的的符符号号都是按列写入阵列，都是按列写入阵列，交织后按行读出。交织后按行读出。图图6-8 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 6.数据扰码数据扰码 数数据据扰扰码码只只用用于于寻寻呼呼信信道道和和前前向向业业务务信信道道，以以提提供供安安全全性性和和保保密密性性。CDMA反反向向信信道道没没有有采采用用数数据据扰扰码码。长长码码掩掩码码与与使
29、使用用前前向向业业务务信信道道移移动动台台的的电电子子串串号号ESN联联合合使使用用，长长码码掩掩码码的的周周期期大大约约为为40天天。因因为为移移动动台台在在发发送送的的接接入入信信息息中中包包含含电电子子串串号号ESN，所所以以基基站站能能决决定定移移动动台的长码掩码。台的长码掩码。如果加密程序被用在前向业务信道上，如果加密程序被用在前向业务信道上，那么移动台使用专用的长码掩码。长码掩那么移动台使用专用的长码掩码。长码掩码提供安全保障并每码提供安全保障并每40天重复一次，从而天重复一次，从而使偷听者很难确定用户空中发射的具体信使偷听者很难确定用户空中发射的具体信息。长码掩码根据具体移动台的
30、电子串号息。长码掩码根据具体移动台的电子串号ESN而改变，而改变，可提供额外的安全保障。可提供额外的安全保障。7.功率控制子信道功率控制子信道 在在前前向向业业务务信信道道上上功功率率控控制制子子信信道道是是连连续续发发送送的的，控控制制移移动动台台的的发发射射功功率率。子子信信道道以以每每1.25 ms发发射射一一比比特特（0或或1），也也就就是是发发射射速速率率为为800 b/s。0比比特特指指示示移移动动台台提提高高发发射射功功率率，而而1比比特特则则指指示示移移动动台台降降低低发发射射功功率率。每每个个功功率控制比特提高或降低的功率大小为率控制比特提高或降低的功率大小为1 dB。在在C
31、DMA中中,由于由于“远近效应远近效应”问题，问题，要求采用快功率控制。要求采用快功率控制。当离基站近的移当离基站近的移动台发射的功率，大于在小区边缘的移动动台发射的功率，大于在小区边缘的移动台发射的功率，那么离基站近的移动台，台发射的功率，那么离基站近的移动台，就会覆盖离基站远的移动台发射的信号，就会覆盖离基站远的移动台发射的信号，这就是这就是“远近效应远近效应”。在。在CDMA中通过使中通过使用快功率控制子信道技术，能避免发生用快功率控制子信道技术，能避免发生“远近效应远近效应”。基基站站前前向向业业务务信信道道接接收收机机，在在1.25 ms时时间间内内评评估估移移动动台台接接收收到到的
32、的信信号号强强度度。然然后后，基基站站用用评评估估值值来来决决定定发发射射的的功功率率控控制制比比特特的的值值是是0还还是是1，并并用用抽抽取取技技术术（the puncturing technique）在在相相应应的的前前向向业业务务信信道道上上发发射射功功率率控控制制比比特特。使使用用抽抽取取技技术术，两两符符号号长长的的功功率率控控制制比比特特取取代代了了两两连连续续前前向向业业务务信信道道调调制制符号（不考虑其重要性）。符号（不考虑其重要性）。移动台要完成从前向业务信道中分离移动台要完成从前向业务信道中分离功率控制子信道的工作，然后修复被损坏功率控制子信道的工作，然后修复被损坏的剩下编
33、码数据流。的剩下编码数据流。这种技术虽然会影这种技术虽然会影响链路的质量，但仍被使用。移动台在不响链路的质量，但仍被使用。移动台在不需要对帧头和帧信息解码的情况下能够快需要对帧头和帧信息解码的情况下能够快速对功率控制比特解码。一旦恢复功率控速对功率控制比特解码。一旦恢复功率控制子信道，制子信道，移动台能根据数据对移动台能根据数据对RF输出输出功率进行调整。功率进行调整。8.正交信道扩频正交信道扩频 CDMA前前向向信信道道上上传传送送的的每每个个码码分分信信道道要要用用1.2288 Mc/s(Mchip/s)固固定定码码片片率率的的Walsh函函数数进进行行扩扩频频，CDMA前前向向信信道道的
34、的各各码码分分信信道道分分别别使使用用相相互互正正交交的的Walsh函数。函数。用用Walsh函数函数n进行扩频的码分信道进行扩频的码分信道定义为第定义为第n个码分信道（个码分信道（n=063）。）。Walsh函数每函数每52.083 s（即（即64/1.2288 Mc/s）进行重复，）进行重复，因为一个调制符用因为一个调制符用64个个Walsh比特片进行调制，所以它等于一比特片进行调制，所以它等于一个前向业务信道调制符号的时间间隔。个前向业务信道调制符号的时间间隔。图图6-9 正交扩频正交扩频/解扩频解扩频 图图6-10 使用错误使用错误Walsh码正交解扩频后的输出结果码正交解扩频后的输出
35、结果 9.四相扩频调制四相扩频调制 一一旦旦完完成成Walsh扩扩频频，数数据据会会与与基基站站特特定定的的PN序序列列(被被称称为为短短码码)进进行行四四相相扩扩频频。这这会会给给基基站站一一个个特特定定识识别别码码，并并且且产产生生QPSK输输出出。实实际际上上，所所有有移移动动台台使使用用同同样样的的PN序序列列，但但每每个个基基站站从从512个个可可能能的的偏偏置置中中选选择择一一个个作作为为它它的的身身份份扩频码，然后发送到移动台。扩频码，然后发送到移动台。由由于于每每个个基基站站提提供供惟惟一一的的四四相相，因因此此移移动动台台能能够够区区别别不不同同基基站站发发射射的的信信号号。
36、一一旦旦移移动动台台被被锁锁定定到到明明确确的的基基站站发发射射，根根据据提提供供给给逻逻辑辑信信道道的的不不同同Walsh码码，移移动动台台能能区区别别基基站站发发射射的的不不同同逻逻辑辑信信道道，接接着着能能根根据据基基站站使使用用的的移移动动特特定定长长码码掩掩码码选取目标信息。选取目标信息。对于基站，对于基站，频带利用率比功率有效性更重要。频带利用率比功率有效性更重要。因此，因此，CDMA前向信道调制采用前向信道调制采用QPSK调制。调制。6.3.2 前向广播信道前向广播信道 CDMA前前向向广广播播信信道道由由下下列列码码分分信信道道组组成成：一一个个导导频频信信道道，一一个个同同步
37、步信信道道和和七七个个寻寻呼呼信信道道。每每个个码码分分信信道道通通过过适适当当的的Walsh函函数数进进行行正正交交扩扩频频。规规定定导导频频信信道道使使用用Walsh码码W0，同同步步信信道道使使用用W32，而而寻寻呼呼信信道道使使用用W1至至W7。Walsh码码正正交交扩扩频频每每个个信信道道，从从而而使使移移动动台台能能区区分分不不同的信道。同的信道。1.导频信道导频信道 导导频频信信道道在在CDMA前前向向信信道道上上是是不不停停地地发发射射的的。移移动动台台利利用用导导频频信信道道来来获获得得初初始始系系统统同同步步，完完成成对对来来自自基基站站信信号号的的时时间、间、频率和相位的
38、跟踪。频率和相位的跟踪。基站利用导频基站利用导频PN序列的时间偏置来标识每序列的时间偏置来标识每个个CDMA前向信道。前向信道。由于由于CDMA系统的频率复系统的频率复用系数为用系数为“1”,即相邻小区可以使用相同的频即相邻小区可以使用相同的频率。率。所以频率规划较为简单所以频率规划较为简单,在某种程度上相在某种程度上相当于相邻小区导频当于相邻小区导频PN序列的时间偏置的规划。序列的时间偏置的规划。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，所以导频信道可用，偏置指数所以导频信道可用，偏置指数(0511)来区别。来区别。在在CDMA蜂蜂窝窝系系统统中中,可可以以
39、重重复复使使用用相相同同的的时时间间偏偏置置。然然而而必必须须注注意意，尽尽管管两两个个邻邻近近小小区区使使用用同同样样的的PN码码，但但不不能能让让它它们们使使用用同同样样的的时时间间偏偏置置。偏偏置置指指数数是是指指相相对对于于0偏偏置置导导频频PN序序列列的的偏偏置置值值。不不论论是是对对I序序列列还还是是Q序序列列,在在每每个个偶偶数数秒秒(参参照照系系统统时时间间)时时开开始始的的序序列列都都是是它它们们的的零零偏偏置置导导频频PN序序列列,它它们们的的开开始始位位置置被被定定义义为为连连续续输输出出15个个“0”的时刻。的时刻。虽虽然然导导频频PN序序列列偏偏置置值值有有215个个
40、,但但实实际际取取值值只只能能是是512个个值值中中的的一一个个(215/64=512)。一一个个导导频频PN序序列列的的偏偏置置(用用比比特特片片表表示示)等等于于其其偏偏置置指指数数乘乘以以64。当当在在一一个个地地区区分分配配给给相相邻邻两两个个基基站站的的导导频频PN序序列列偏偏置置指指数数相相差差仅仅为为1时时,其其导导频频序序列的相位间隔仅为列的相位间隔仅为64个比特片。个比特片。在在这这种种情情况况下下,若若其其中中一一个个基基站站发发射射的的时时间间误误差差较较大大,就就会会与与另另一一基基站站的的延延迟迟信信号号混混淆淆。所所以以相相邻邻基基站站的的导导频频PN序序列列偏偏置
41、置指指数数间间隔隔应应设设置得大一些。置得大一些。由由于于导导频频信信道道所所有有比比特特都都为为0,所所以以在在发发送送前前,它它只只需需用用Walsh 0函函数数进进行行正正交交扩扩频频、四四相相扩频和滤波。扩频和滤波。2.同步信道同步信道 同同步步信信道道使使用用Walsh码码W32。一一旦旦移移动动台台“捕捕获获”到到导导频频信信道道，即即与与导导频频PN序序列列同同步步,即即可可认认为为移移动动台台与与这这个个前前向向信信道道的的同同步步信信道道也也达达到到同同步步。这这是是因因为为同同步步信信道道和和其其他他所所有有信信道道是是用用相相同同的的导导频频PN序序列列进进行行扩扩频频的
42、的，并并且且同同一一前前向向信信道道上上的的帧帧和和交交织织器器定定时时也也是是用用导导频频PN序序列列进行校准的。进行校准的。同步信道在发射前要经过卷积编码、符号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。利用这些信重复、交织、扩频和调制等步骤。利用这些信息移动台获得初始的时间同步和知道合适发射息移动台获得初始的时间同步和知道合适发射功率，为发起呼叫作好准备。同步信道工作在功率，为发起呼叫作好准备。同步信道工作在固定速率固定速率1200 b/s，若数据是半速率卷积编码，若数据是半速率卷积编码，则符号重复一次（也就是同样的编码符号出现则符号重复一次（也就是同样的编码符号出
43、现两次）。两次）。此数据经过块交织器被发送，输出用此数据经过块交织器被发送，输出用Walsh码码W32扩频。然后是进行四相扩频，扩频。然后是进行四相扩频，四相四相扩频能给信道提供小区特定识别码。扩频能给信道提供小区特定识别码。同同步步信信道道消消息息结结构构。同同步步信信道道是是为为移移动动台台提提供供时时间间和和帧帧同同步步的的。它它包包含含的的信信息息有有：基基站站协协议议版版本本，基基站站支支持持最最小小的的协协议议版版本本（移移动动台台使使用用的的版版本本只只有有高高于于或或等等于于此此值值时时，方方能能接接入入系系统统），系系统统和和网网络络识识别别号号（SIDSID，NIDNID）
44、，导导频频PNPN序序列列偏偏置置指指数数，详详细细的的时时间间信信息息，寻寻呼呼信道数据速率和信道数据速率和CDMACDMA信道数量。信道数量。3.寻呼信道寻呼信道 这这些些信信道道是是可可选选的的，在在一一个个小小区区内内它它们们的的数数量量范范围围是是从从0到到7（Walsh码码W0W7）。寻寻呼呼信信道道能能够够工工作作在在数数据据速速率率9600或或4800 b/s。数数据据经经过过一一个个半半速速率率卷卷积积编编码码器器和和一一个个符符号号重重复复器器接接着着是是块块交交织织器器。交交织织器器的的输输出出是是持持续续的的19.2 kb/s，输输出出是是用用长长码码修修改改过过的的。
45、长长码码用用特特定定于于寻寻呼呼信信道道掩掩码码来来修修改改。移移动动台台通通过过识识别别掩掩码码和和长长码码，来来对对信信息息解解码码。在在对对所所有有信信道道的的小小区区特定扩频之后，数据被赋予特定扩频之后，数据被赋予Walsh掩码。掩码。寻寻呼呼消消息息包包括括对对一一个个或或多多个个移移动动台台的的寻寻呼呼。当当基基站站接接收收到到对对移移动动台台的的呼呼叫叫时时，通通常常发发送送寻寻呼呼信信号号，并并且且由由几几个个不不同同的的基基站站发发送送寻寻呼呼信信号号。寻寻呼呼信信道道有有一一个个特特殊殊模模式式称称为为时时隙隙模模式式，这这种种模模式式的的运运行行方方式式类类似似于于GSM
46、的的不不连连续续接接收收（DRX），但但仍仍有有差差别别。在在这这种种模模式式中中，确确定定移移动动台台的的消消息息，只只有有在在某某一一预预先先确确定定的的时时隙隙上上被传输，此时隙发生在某一预先确定的时间上。被传输，此时隙发生在某一预先确定的时间上。通过接入处理，移动台能够指定哪些时隙通过接入处理，移动台能够指定哪些时隙来监控进入的寻呼信息。这些时隙能够从每来监控进入的寻呼信息。这些时隙能够从每2秒发生一次，到每秒发生一次，到每128秒发生一次。这种性能秒发生一次。这种性能允许运行在时隙模式的移动台，在时隙上部分允许运行在时隙模式的移动台，在时隙上部分的功率下降，但预先确定的时隙除外。的功
47、率下降，但预先确定的时隙除外。移动台移动台侦听部分时隙，侦听部分时隙，而不是全部时隙，这项技术提而不是全部时隙，这项技术提供了一个非常好的方法，通过这个方法移动台供了一个非常好的方法，通过这个方法移动台在空闲时，电池功耗大大减少，从而延长一次在空闲时，电池功耗大大减少，从而延长一次充电后的手机使用时间。充电后的手机使用时间。寻寻呼呼信信道道结结构构：一一旦旦移移动动台台从从同同步步信信道道消消息息处处获获得得信信息息，它它就就会会把把时时间间调调整整到到相相应应正正常常系系统统时时间间。然然后后，移移动动台台确确定定并并开开始始监监控控寻寻呼呼信信道道。正正常常情情况况下下，一一个个9600
48、b/s的的寻寻呼呼信信道道能能够够每每秒秒支支持持大大约约180个寻呼。个寻呼。在一个单独的在一个单独的CDMA频率上使用所有频率上使用所有7个寻呼信道，个寻呼信道，能每秒支持能每秒支持1260个寻呼。个寻呼。寻呼信道消息把信息从基站发送到移动台。寻呼信道消息把信息从基站发送到移动台。每个移动台的消息地址可通过每个移动台的消息地址可通过ESN，IMSI，或，或TMSI进行寻址。进行寻址。6.4 CDMA反向信道反向信道图图6-12 CDMA反向信道结构反向信道结构 CDMA反反向向信信道道实实际际的的符符号号率率为为28.8千千符符号号/秒秒（ks/s）。每每个个符符号号被被调调制制成成一一个
49、个调调制制符符号号用用于于传传输输，因因此此调调制制符符号号传传输输率率为为(28800/6=)4800调调制制符符号号/秒秒。调调制制符符号号又又由由64阶阶Walsh函函数数中中的的一一个个进进行行调调制制，每每个个调调制制符符号具有号具有64个个Walsh比特片（比特片（Chip）。）。6.4.1 接入信道接入信道 1.接入信道信息结构接入信道信息结构 CDMA反反向向接接入入信信道道帧帧由由88个个信信息息比比特特和和8个个编编码码尾尾比比特特构构成成，没没有有CRC校校验验比比特特。数数据据速速率率固固定定为为4800 b/s，见见图图6-13。为为了了增增加加接接入入信信道道的的可
50、可靠靠性性，每每个个经经卷卷积积编码出来的符号被重复一次再进行发射编码出来的符号被重复一次再进行发射。图图6-13 接入信道帧结构接入信道帧结构 接接入入信信道道消消息息由由登登记记、命命令令、数数据据突突发发、源源、寻寻呼呼响响应应、鉴鉴权权响响应应、状状态态响响应应和和临临时时移移动动用用户户识识别别号号TMSI分分配配完完成成消消息息组组成成。所所有有接接入入信信道道消消息息分分享享一一些些共共同同的的参参数数，这这些些参参数数可可分分成成以下几类：以下几类：应答和序列数。应答和序列数。移动识别参数。移动识别参数。鉴权参数。鉴权参数。2.接入信道产生接入信道产生 接接入入信信道道在在每每