第四章IS-95移动通信系统

1、 4.1 概述概述 4.2 无线信道无线信道 4.3 信号处理过程信号处理过程 4.4 系统控制过程系统控制过程第四章第四章 IS-95系统系统（书（书8.1-5）4.1 概述概述 1988年美国年美国Qualcomm（高通）公司提出将（高通）公司提出将CDMA技术用于技术用于蜂窝移动电话。蜂窝移动电话。 1993年美国年美国TIA（美国通信工业协会（美国通信工业协会 ）接受）接受CDMA技术为北技术为北美的标准，即：美的标准，即：IS-95A。 1995年全球第一个商用年全球第一个商用IS-95A系统在香港建设。系统在香港建设。 1998年中国在北京、上海、西安开通年中国在北京、上海、西安开

2、通CDMA网络。网络。 2002年中国联通宣布在全国建设年中国联通宣布在全国建设CDMA网络。网络。 IS-95标准的全称是：双模宽带扩频蜂窝系统的移动台标准的全称是：双模宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站基站兼容标准。又称为：兼容标准。又称为：CDMA-95，QCDMA。 IS-95标准是一个空中接口（标准是一个空中接口（CAI）标准，只提出信令协议和）标准，只提出信令协议和数据结构的特点与限制，包括波形及数据序列的规定。数据结构的特点与限制，包括波形及数据序列的规定。 所谓所谓“双模双模”，是指该系统可以兼容模拟及数字的操作，从，是指该系统可以兼容模拟及数字的操作，从而容易实现模拟蜂窝系统和数

3、字蜂窝系统之间的转换。而容易实现模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统之间的转换。 IS-95标准的系统及网络结构与标准的系统及网络结构与GSM类似。类似。IS-95蜂窝通信系统的关键技术和特点蜂窝通信系统的关键技术和特点1.码分多址技术码分多址技术 在在IS-95系统中采用了三重码域的划分，即：系统中采用了三重码域的划分，即：沃尔什码（扩频码），沃尔什码（扩频码），Wi(t)，i =1,2,64短短PN码（码（m= 215 - 1序列扰码）序列扰码）， SPNj(t), j=1,2,.,512，周期周期26.66ms长长PN码（码（m= 242 - 1序列扰码）序列扰码）， LPNk(t)，k=1,2,

4、.，周期周期41.4天天 这些码同时叠加在信息比特这些码同时叠加在信息比特I(t)上，即：上，即：I(t) Wi(t) SPNj(t) LPNk(t) 利用码的正交性，可以在接收端恢复出信息比特。利用码的正交性，可以在接收端恢复出信息比特。CDMA系统多址容量大系统多址容量大 CDMA系统是干扰受限的系统。在实际系统中，各地址码之间不系统是干扰受限的系统。在实际系统中，各地址码之间不是完全正交，存在一定的互相关性，此互相关性导致的多址干扰是完全正交，存在一定的互相关性，此互相关性导致的多址干扰是影响是影响CDMA多址能力的决定性因素。多址能力的决定性因素。 CDMA采用多种手段使得多址干扰足够

5、小，从而使采用多种手段使得多址干扰足够小，从而使CDMA的多的多址能力比址能力比FDMA、TDMA更强，这些手段包括：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；选择有良好的自相关性、互相关性的地址码； 采用信号处理的分集技术消除多址干扰；采用信号处理的分集技术消除多址干扰； 使用功率控制克服远使用功率控制克服远近效应，使得系统用户以最小功率通信。近效应，使得系统用户以最小功率通信。 在蜂窝移动通信中，还采用语音激活技术、高效纠错码及在蜂窝移动通信中，还采用语音激活技术、高效纠错码及CDMA扇形分区等技术，使整个扇形分区等技术，使整个CDMA通信系统的干扰减小，通信系统的干扰

6、减小，容量增大。容量增大。CDMA系统软容量限制系统软容量限制 由于由于FDMA、TDMA的容量由频率和时隙所决定，容量是固定的容量由频率和时隙所决定，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。值，当同时工作的用户数超过系统容量时，必会出现阻塞。 CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户，只会引起话音质量的轻微下降增加少数用户，只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍或者说信干比稍微降低微降

7、低)，而不会出现阻塞现象。，而不会出现阻塞现象。 在业务高峰期间，可以稍微降低系统的误码性能，以适当增多在业务高峰期间，可以稍微降低系统的误码性能，以适当增多系统的用户数目，即在短时间内提供稍多的可用信道数。这就系统的用户数目，即在短时间内提供稍多的可用信道数。这就是说是说CDMA蜂窝通信系统具有蜂窝通信系统具有“软容量软容量”特性，或者说特性，或者说“软过软过载载”特性。特性。 这也增加了系统运行的灵活性。这也增加了系统运行的灵活性。CDMA系统具有扩频的优点系统具有扩频的优点 CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优

8、点，如抗干扰、抗多径衰落等。所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落等。 CDMA具有天然的保密性。具有天然的保密性。CDMA系统采用的扩频地址码一般系统采用的扩频地址码一般是长周期码，且有三重处理。接收时，需接收方的本地相关码与是长周期码，且有三重处理。接收时，需接收方的本地相关码与发端的扩频码同步，且必须完全相同，这就使发端的扩频码同步，且必须完全相同，这就使CDMA系统比一般系统比一般系统安全，窃听者必须要先破译和产生相关的本地码，这是十分系统安全，窃听者必须要先破译和产生相关的本地码，这是十分困难的。困难的。 CDMA信号在空中传播时，由于扩展了频谱，使空中的信号功率信号在空中传播时，由于扩

9、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。有时人们称备的影响小。有时人们称CDMA手机为手机为“绿色手机绿色手机”。2.瑞克（瑞克（ RAKE ）技术）技术 在移动通信中，多径传播往往会产生有害的多径干在移动通信中，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可以对这些多径信号进行扰。但在扩频通信系统中可以对这些多径信号进行分离和合并，以改善系统的性能。具有这种功能的分离和合并，以改善系统的性能。具有这种功能的接收机称为接收机称为RAKE接收机。接收机。RAKE接收机包含多个相关

10、器，每一相关器接收一个多径信号，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。多径信号被相关器解扩后，可按最大比组合在一起。接收到的多径信号接收到的多径信号的衰落是独立的，的衰落是独立的，经分集后，系统的经分集后，系统的性能可得到改善。性能可得到改善。CDMA系统的话音系统的话音质量优于质量优于TDMA系系统，通话时不易掉统，通话时不易掉话。话。CDMA系统中系统中RAKE接收机的基本原理接收机的基本原理 相 关 器1 相 关 器2 相 关 器3 搜 索 器 合 并 信 道 估 计 假设有多条路径，路径具有不同的时延假设有多条路径，路径具有不同

11、的时延 t1、 t2tN， 以及不同的衰落因子以及不同的衰落因子a1、a2 aN。RAKE接收机设计成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。而达到分集接收的目的。 对多径参数的检测与测量是由对多径参数的检测与测量是由“搜索接收机搜索接收机”完成的，采用的是完成的，采用的是确定哪些径存在并对它们处理的方法。确定哪些径存在并对它们处理的方法。 IS-95系统中的系统中的RAKE，

12、基站基站4路，路， 移动台移动台3路路. PN码片速率为码片速率为1.2288MHz， 最小可分辨多径间隔为最小可分辨多径间隔为 (1.2288 106)-1 =814 10-9 =0.814 s。3.话音激活与可变速率声码器话音激活与可变速率声码器 在典型的全双工通信中，每次通话的占空比小于在典型的全双工通信中，每次通话的占空比小于35%。CDMA系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。这即是的干扰。这即是CDMA系统中的话音激活技术。由于系统中的话音激活技术。由于CDMA系系统的容量与所受干扰功率有关，降低

13、用户间的干扰，则可增加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。统容量。 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。的容量。 在在8kbs码激励线性预测码激励线性预测(QCELP)声码器中，采用了声码器中，采用了4种码率的种码率的传输速率，即传输速率，即 8、 4、 2、

14、1 kb/s， 可以可以 9.6 kb/s 、 4.8 kb/s 、 2.4 kb/s 、 1.2 kb/s的信道速率分别传输。的信道速率分别传输。 根据话音信号激活程度，声码器设了三个门限来变换声码器速根据话音信号激活程度，声码器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，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（每帧更新一次（20ms）。）。 若话音帧自相关函数：大于三个门限，选择全速率（若话音帧自相关函数：大于三个门限，选择全速率（9.6kbs）；）；大于二个门限，选择半速率（大于二个门限，选择半速率（4.8kbs）；仅大

15、于一个门限，选）；仅大于一个门限，选择择1/4速率（速率（2.4kbs）；小于所有三个门限，选择）；小于所有三个门限，选择1/8速率速率（1.2kbs）；当不讲话时，用）；当不讲话时，用1.2kbs速率，只传背景噪声。速率，只传背景噪声。在在IS-95 CDMA系统中，采用了系统中，采用了8kbs和和13kbs的的变速率声码器技术。变速率声码器技术。4.软切换技术软切换技术 GSM和和AMPS系统采用系统采用“先中断再连接先中断再连接”的硬切换方的硬切换方式式 进行越区切换：手机识别目标进行越区切换：手机识别目标BTS扇区并向扇区并向BSC报告；报告； 在与在与BTS2建立连接之前，先断开与建

16、立连接之前，先断开与BTS1的连接。的连接。 CDMA采用采用“先连接再中断先连接再中断”的软切换方式进行越区切换：手机的软切换方式进行越区切换：手机识别目标识别目标BTS扇区并向扇区并向BSC报告；在与报告；在与BTS2建立连接之后，再断建立连接之后，再断开与开与BTS1的连接。的连接。软切换的机理是：在软切换的机理是：在CDMA系统中，其相邻小区工作频率采用同一系统中，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。移动台在运动的工作状态下，对频率，只是扩频地址码不一样。移动台在运动的工作状态下，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，而且邻近基站发出的同一工作频率的导

17、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，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。在老的连接中断之前，新的连通知基站，作为切换的判决依据。在老的连接中断之前，新的连接已经建立。接已经建立。软切换涉及导频搜索软切换涉及导频搜索、导频强度测量导频强度测量、切换过程的导频变换技术。切换过程的导频变换技术。主要优点：改善话音质量；降低掉话率。主要优点：改善话音质量；降低掉话率。5.统一的时间基准统一的时

18、间基准 利用利用“全球定位系统全球定位系统”(GPS)的时标，的时标， IS-95系统的每个基站系统的每个基站要有一个与要有一个与GPS时间信号保持同步的时钟。时间信号保持同步的时钟。GPS计时的开始计时的开始时间是：时间是：1980年年6月月6日日0时时0分分0秒。秒。 各基站都配有各基站都配有GPS接收机，利用接收机，利用PN码和此时间进行校准。保码和此时间进行校准。保持系统中各基站有统一的时间基准，称为持系统中各基站有统一的时间基准，称为CDMA系统的公共系统的公共时间基准。时间基准。 移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立基移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立

19、基准。如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径准。如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径分量，则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。分量，则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。4.2 无线信道无线信道一一.无线信道参数无线信道参数 FDMA/CDMA/FDD多址方式多址方式 上行上行(移动台发、移动台发、 基站收基站收) 824-849MHz 下行下行(基站发、基站发、 移动台收移动台收) 869-894MHz 频段宽度为频段宽度为25 MHz；收、发频率间隔为；收、发频率间隔为 45 MHz。 载频间隔是载频间隔是1.25MHz，系统分为，系统分为 20 对载频

20、。对载频。 扩频地址码扩频地址码64个，总共有个，总共有2064=1280 个物理信道。个物理信道。 扩频地址码速率：扩频地址码速率：1.2288Mb/s 调制方式：前向调制方式：前向QPSK，反向，反向OQPSK 已调信号带宽已调信号带宽 1.2288MHz 语音编码方式：语音编码方式：8k或或13k变速率变速率QCELP码码 信道编码方式：卷积码（信道编码方式：卷积码（k=9, 正向正向Rb=1/2，反，反向向Rb=1/3） 数据帧长：数据帧长：20ms 扩频解调门限：扩频解调门限：7dB(Pe=10-4) 分集接收：基站分集接收：基站4路路RAKE接收接收 移动台移动台3路路RAKE接收

21、接收 二二.逻辑信道逻辑信道1.前向逻辑信道前向逻辑信道CDMA前向信道前向信道（基站发，移动台收，（基站发，移动台收，1.2288MHz）W0W1W7W8W31W32W33W63业务数据业务数据 随路信令随路信令导频导频寻呼寻呼寻呼寻呼业务业务业务业务同步同步W0为导频信道，用于移动台获取基站的定时和提取相干载波；通为导频信道，用于移动台获取基站的定时和提取相干载波；通过对导频多径信号的检测，实现过对导频多径信号的检测，实现RAKE接收的信号估计；通过比较接收的信号估计；通过比较相邻基站导频信号的强度，决定是否越区切换；通过对导频信号强相邻基站导频信号的强度，决定是否越区切换；通过对导频信号

22、强度的检测，决定开环功率控制的初始值。度的检测，决定开环功率控制的初始值。 W32为同步信道，用来传送同步信息，如系统时间，导频偏置，为同步信道，用来传送同步信息，如系统时间，导频偏置，寻呼信道速率，寻呼信道速率，242-1长码的状态等，供移动台进行同步捕获，根长码的状态等，供移动台进行同步捕获，根据时间信息确定基站引导据时间信息确定基站引导PN码的相位，实现移动台的接收解调。码的相位，实现移动台的接收解调。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，成，它通常不再使用同步信道， 但当设备关机后重新

23、开机时，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。还需要重新进行同步。 当通信业务量大当通信业务量大, 所有业务信道均被占用所有业务信道均被占用时，此时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。同步信道也可临时改作业务信道使用。 W8- W63（除（除W32外）为业务信道（外）为业务信道（55个），用来传送语音编码个），用来传送语音编码数据及其它业务数据，也可以插入必要的随路信令，如：功率控数据及其它业务数据，也可以插入必要的随路信令，如：功率控制、越区切换等信令。制、越区切换等信令。 W1- W7为寻呼信道，定时发送系统信息，入网参数，基为寻呼信道，定时发送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台

24、。移动台通常在建立同步后，接着就选择站寻呼移动台。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道一个寻呼信道(也可以由基站指定也可以由基站指定)来监听系统发出的寻来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。呼信息和其它指令。 在需要时，寻呼信道可以改作业务在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。信道使用，直至全部用完。2.反向逻辑信道反向逻辑信道CDMA反向信道反向信道（移动台发，基站收，（移动台发，基站收，1.2288MHz）1n1m接入接入信道信道接入接入信道信道业务业务信道信道业务业务信道信道使用长使用长PN码区分码区分 反向接入信道提供移动台到基站的传输通路，在其中发反向接入信道

25、提供移动台到基站的传输通路，在其中发 起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。 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。答和其它有关的信息。 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。占同一接入信道。 每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达 32 个。个。 反向业务信道和前向业务逻辑信道相同，用来传送语音编码数据反向业务信道和前向

26、业务逻辑信道相同，用来传送语音编码数据及其它业务数据，也可以插入必要的随路信令，如：功率控制、及其它业务数据，也可以插入必要的随路信令，如：功率控制、越区切换等信令。越区切换等信令。 反向业务信道的最大信道数为反向业务信道的最大信道数为64。 反向逻辑信道中没有导频信道，所以基站在接收反向链路信号时，反向逻辑信道中没有导频信道，所以基站在接收反向链路信号时，不能采用同步相干解调方式。不能采用同步相干解调方式。 A.导频信道导频信道 输入为全输入为全0码，采用码，采用码片速率是码片速率是1.2288Mb/s W0沃尔什函数进沃尔什函数进行扩频，然后进行行扩频，然后进行QPSK调制。在基站工作时间

27、内连续发送。调制。在基站工作时间内连续发送。导频信道导频信道比特比特W01.2288Mb/s全全0 码码A4-3 信号处理过程信号处理过程一一.前向信道前向信道 1.控制信道控制信道 B.同步信道同步信道 输入速率为输入速率为1.2 kb/s，经过，经过1/2卷积编码、卷积编码、1:2重复，速率变成重复，速率变成4.8 kb/s ，经过深度为，经过深度为26.66ms的交织，在的交织，在4800bps时时,有有128个调个调制符号，交织阵列为制符号，交织阵列为16行行8列。列。 采用采用码片速率是码片速率是1.2288Mb/s 沃尔什函数进行扩频，然后进行沃尔什函数进行扩频，然后进行QPSK调

28、制。调制。卷积码卷积码重复重复交织交织同步信道同步信道比特比特W321.2288Mc/s1.2 kb/s2.4 kb/s4.8 kb/s4.8 kb/sAR=1/2 C.寻呼信道寻呼信道 输入速率为输入速率为9.6及及4.8 kb/s，先经过，先经过1/2卷积编码。卷积编码。 速率为速率为 4.8 kb/s时，各码元要重复一次时，各码元要重复一次(每码元连续出现每码元连续出现 2 次次)，使信息速率均变换为相同的调制码元速率，即，使信息速率均变换为相同的调制码元速率，即19.2kb/s 。 交织深度交织深度20ms，当，当19.2Kbps时有时有384个符号，阵列个符号，阵列24行行16列。列

29、。 由于寻呼信道携带了众多的用户信息，为了安全和保密，需要进由于寻呼信道携带了众多的用户信息，为了安全和保密，需要进行人为的扰乱。行人为的扰乱。 IS-95采用采用242 1 的长的长PN码码m序列（序列（ 1.2288Mb/s ），经），经64次分频次分频得得19.2kb/s的伪随机序列，对数据进行加扰，称为的伪随机序列，对数据进行加扰，称为数据掩蔽数据掩蔽。 采用采用码片速率是码片速率是1.2288Mc/s 沃尔什函数进行扩频，然后进行沃尔什函数进行扩频，然后进行QPSK调制。调制。卷积码卷积码重复重复交织交织分频分频长码产生长码产生寻呼信道寻呼信道比特比特寻呼信道寻呼信道长码模板长码模板

30、WP1.2288Mc/s9.6 kb/s4.8 kb/s19.2 kb/s9.6 kb/s19.2 kb/s19.2 kb/s1.2288Mc/s19.2 kb/sAR=1/22.业务信道业务信道帧质量帧质量指示器指示器编码器编码器尾比特尾比特卷积码卷积码用户用户m的的业务信道业务信道比特比特8.64.02.00.8 kb/s9.24.42.00.8 kb/s9.64.82.41.2 kb/s19.29.64.82.4 kb/s19.2 kb/s交织交织分分频频长码产生长码产生用户用户m的的长码模板长码模板19.2 kb/s1.2288Mc/s19.2 kb/sWP1.2288Mc/sA重复重

31、复复复接接800 Hz功率控制比特功率控制比特800b/sR=1/2 前向链路业务信道用于基站向移动台传送业务信息及必前向链路业务信道用于基站向移动台传送业务信息及必 要的随路信令。业务信息主要是变速率语音编码数据，共要的随路信令。业务信息主要是变速率语音编码数据，共 有四种速率：有四种速率：8.6，4.0，2.0，0.8 kb/s。（加帧质量指示。（加帧质量指示CRC检验比特编码器尾比特，数据变为检验比特编码器尾比特，数据变为9.6 /4.8 /2.4 /1.2 kb/s。）。） 经过经过1/2卷积编码，速率提高一倍。卷积编码，速率提高一倍。 只要数据率低于只要数据率低于 19 200 b/

32、s, 在分组交织之前都要重复。在分组交织之前都要重复。 9600 b/s时，各码元要重复一次时，各码元要重复一次(每码元连续出现每码元连续出现 2 次次)， 4800 b/s时，各码元要重复时，各码元要重复 3 次次(每码元连续出现每码元连续出现 4 次次)， 2400 b/s时，各码元要重复时，各码元要重复 7 次次(每码元连续出现每码元连续出现 8 次次)。 信息速率均变换为相同的调制码元速率，即信息速率均变换为相同的调制码元速率，即19.2kb/s。帧质量帧质量指示器指示器编码器编码器尾比特尾比特卷积码卷积码用户用户m的的业务信道业务信道比特比特8.64.02.00.8 kb/s9.24

33、.42.00.8 kb/s9.64.82.41.2 kb/s19.29.64.82.4 kb/s19.2 kb/s交织交织分分频频长码产生长码产生用户用户m的的长码模板长码模板19.2 kb/s1.2288Mc/s19.2 kb/sWP1.2288Mc/sA重复重复复复接接800 Hz功率控制比特功率控制比特800b/sR=1/2 交织深度为交织深度为20ms，19.2Kbps时时384个符号，阵列个符号，阵列24行行16列。列。 和控制信道相同，为了安全和保密，也采用和控制信道相同，为了安全和保密，也采用242 1 的长的长PN码序码序列经过列经过64次分频后，对数据进行加扰。此外，还加入了

34、次分频后，对数据进行加扰。此外，还加入了800b/s的的功率控制比特。功率控制比特。 采用采用码片速率是码片速率是1.2288Mc/s 沃尔什函数进行扩频，最后进行沃尔什函数进行扩频，最后进行QPSK调制。调制。帧质量帧质量指示器指示器编码器编码器尾比特尾比特卷积码卷积码用户用户m的的业务信道业务信道比特比特8.64.02.00.8 kb/s9.24.42.00.8 kb/s9.64.82.41.2 kb/s19.29.64.82.4 kb/s19.2 kb/s交织交织分分频频长码产生长码产生用户用户m的的长码模板长码模板19.2 kb/s1.2288Mc/s19.2 kb/sWP1.2288

35、Mc/sA重复重复复复接接800 Hz功率控制比特功率控制比特800b/sR=1/23.调制及射频处理调制及射频处理cos cos c ct tSinSin c ct tHPAHPA1.2288 1.2288 MbpsMbpsQ Q路短路短PNPN码码I I路路短短PNPN码码1.2288 1.2288 MbpsMbps1.2288 1.2288 MbpsMbps相相加加G G0 0G G6363A AA A基带基带滤波滤波基带基带滤波滤波 来自不同控制信道及业务信道的基带信号来自不同控制信道及业务信道的基带信号A，经过电，经过电 平控制（平控制（G）后相加，使各个信道的功率满足一定的）后相加

36、，使各个信道的功率满足一定的分配关系。分配关系。 在进行在进行QPSK调制前，各种信号都要进行四相扩展。四相扩展所调制前，各种信号都要进行四相扩展。四相扩展所用的序列称为引导用的序列称为引导PN序列。序列。引导引导PN序列的作用是给不同基站发序列的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。出的信号赋以不同的特征，便于移动台识别所需的基站。 不同的基站使用相同的不同的基站使用相同的PN序列，序列， 但各自采用不同的时间偏置。但各自采用不同的时间偏置。由于由于PN序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关值就等于关值

37、就等于 0 或接近于或接近于 0，因而移动台用相关检测法很容易把不，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。同基站的信号区分开来。 一个基站的一个基站的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，而在一个偏置，而在一个CDMA蜂窝系统中，时间偏置可以再用。蜂窝系统中，时间偏置可以再用。 I路及路及Q路分别被引导路分别被引导PN序列（短序列（短PN-I码及短码及短PN-Q码）加权。码）加权。 短短PN码以码以215-1的的m序列为基础，当生成的序列为基础，当生成的m序列中出现序列中出现 14 个个“0”时，从中再插入一个时，从中再插

38、入一个“0”，使序列，使序列 14 个个“0”的游程变成的游程变成 15 个个“0”的游程。为周期等于的游程。为周期等于215（32768）的修正）的修正m序列，序列，码片速率码片速率是是1.2288Mc/s。 引导引导PN序列序列利用不同的时间配置识别不同的基站及扇区，共有利用不同的时间配置识别不同的基站及扇区，共有512个不同的配置。个不同的配置。偏置系数共偏置系数共512 个，编号从个，编号从 0 到到 511。偏置时。偏置时间等于偏置的系数乘以间等于偏置的系数乘以64， 单位是单位是PN序列子码数目，子码宽度序列子码数目，子码宽度为为 0.813 8s。 例如，当偏置系数是例如，当偏置

39、系数是 15 时，相应的偏置时间是时，相应的偏置时间是1564=960个子个子码，偏置时间为码，偏置时间为 9600.813 8=781.25s。 0偏置引导偏置引导PN序列必须在时间的偶数秒序列必须在时间的偶数秒(以基站传输时间为基准以基站传输时间为基准)起始传输，其它起始传输，其它PN引导序列的偏置指数规定了它和引导序列的偏置指数规定了它和0 偏置引导偏置引导PN序列偏离的时间值。偏置指数序列偏离的时间值。偏置指数15 时，时， 引导引导PN序列的偏离时间序列的偏离时间为为781.25s，说明该，说明该PN序列要从每一偶数秒之后序列要从每一偶数秒之后 781.25s开始。开始。 I路和路和

40、Q路输出信道中的基带数字脉冲形状由路输出信道中的基带数字脉冲形状由基带基带滤波器决定，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。滤波器的设计要使发射的功率谱对邻近频率影响最小。二二.反向信道反向信道 1.接入信道接入信道卷积码卷积码重复重复交织交织接入信道接入信道比特比特4.8 kb/s14.4 kb/s28.8 kb/s28.8 kb/s正交正交调制器调制器长码产生长码产生接入信道接入信道长码模板长码模板4.8 kBd1.2288Mc/s编码器编码器尾比特尾比特4.4 kb/s（64 进制）进制）送往调制送往调制及射频单元及射频单元R=1/3 接入信道的输入速率为接入信道的

41、输入速率为4.4kb/s，加入编码器尾比特后为，加入编码器尾比特后为4.8kb/s，经过经过1/3卷积编码（卷积编码（k=9）、）、1:2重复以后速率变成重复以后速率变成28.8 kb/s ，再，再经过深度为经过深度为20ms的交织，交织器组成的阵列是的交织，交织器组成的阵列是 32 行行18 列列(即即 576 个单元个单元)。 然后进行多进制扩频，提高系统的抗干扰能力和信息传输能力。然后进行多进制扩频，提高系统的抗干扰能力和信息传输能力。例：例：DS扩频为二进制扩频扩频为二进制扩频 ，处理增益，处理增益64倍，用倍，用2M个个PN码进行码进行多进制扩频，每个多进制扩频，每个PN码代表码代表

42、M比特的信息，比特的信息，2 M个个PN码的最小码的最小码长为码长为2M。则可将传输带宽减小。则可将传输带宽减小M倍，而保持处理增益不变。倍，而保持处理增益不变。 此时，把交织器输出的码元每此时，把交织器输出的码元每 6 个作为一组个作为一组, 用用26=64 进制的沃尔什函数进行调制。进制的沃尔什函数进行调制。 调制码元的传输速率为调制码元的传输速率为28 800/6=4 800 Bd，调制码元的时间宽度，调制码元的时间宽度为为 1/4 800=208.333 s。每一调制码元含。每一调制码元含 64 个子码，因此沃尔什个子码，因此沃尔什函数的子码速率为函数的子码速率为 644 800=30

43、7.2 kb/s，相应的子码宽度为，相应的子码宽度为 3.255 s。 在反向链路中采用沃尔什函数不是为了区分逻辑信道，而是为了在反向链路中采用沃尔什函数不是为了区分逻辑信道，而是为了利用多进制扩频调制提高通信质量。利用多进制扩频调制提高通信质量。 最后用最后用1.2288Mc/s 的长的长PN码（码（ 242 1 m序列）进行扩频，再送往序列）进行扩频，再送往调制及射频单元。调制及射频单元。 长码的相位改变（偏移），产生一个新的长码的相位改变（偏移），产生一个新的m序列。不同相位的序列。不同相位的m序列之间有良好的相关性，则产生了地址空间，构成逻辑信道和序列之间有良好的相关性，则产生了地址空

44、间，构成逻辑信道和移动台的地址码，可用来区分不同的用户，并实现安全保密。移动台的地址码，可用来区分不同的用户，并实现安全保密。2.业务信道业务信道业务信道业务信道比特比特正交正交调制器调制器长码产生长码产生业务信道业务信道长码模板长码模板4.8 kBd1.2288Mc/s卷积码卷积码重复重复交织交织28.8 kb/s28.8 kb/s编码器编码器尾比特尾比特8.64.02.00.8 kb/s（64 进制）进制）送往调制送往调制及射频单元及射频单元帧质量帧质量指示器指示器数据突发数据突发随机化随机化帧数据率帧数据率9.24.42.00.8 kb/s9.64.82.41.2 kb/s28.814.

45、47.23.6 kb/sR=1/34.8 kBd 业务信道的组成和接入信道基本相同，主要区别是：业务信道的组成和接入信道基本相同，主要区别是： 变速率传输及帧质量指示（变速率传输及帧质量指示（CRC检验比特）检验比特） 。 变速率语音编码的数据，共有四种速率：变速率语音编码的数据，共有四种速率：8.6，4.0，2.0，0.8 kb/s，加入帧质量指示比特及编码器尾比特以后，四种速率变成：加入帧质量指示比特及编码器尾比特以后，四种速率变成： 9.6，4.8，2.4，1.2 kb/s。 经过经过1/3卷积编码（卷积编码（k=9） ，速率分别提高到，速率分别提高到3倍。倍。 再经过重复，速率统一变成

46、再经过重复，速率统一变成28.8kb/s 。这里与前向信道不同的地。这里与前向信道不同的地方是重复的码元不是重复发送多次，相反，后面除去发送其中的方是重复的码元不是重复发送多次，相反，后面除去发送其中的一个码元外，其余的重复码元将全部被删除。一个码元外，其余的重复码元将全部被删除。 交织深度为交织深度为20ms，交织器组成的阵列是，交织器组成的阵列是 32 行行18 列列(即即 576 个个单元单元)。 与接入信道同样采用与接入信道同样采用64进制的沃尔什函数进行多进制扩频。进制的沃尔什函数进行多进制扩频。 可变数据率传输：为了减少移动台的功耗和减小它对可变数据率传输：为了减少移动台的功耗和减

47、小它对CDMA信信道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器进行选道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器进行选通，通， 只允许所需码元输出，而删除其它重复的码元。只允许所需码元输出，而删除其它重复的码元。 传输的占空比随传输速率而变：当数据率是传输的占空比随传输速率而变：当数据率是 9 600 b/s时，选通时，选通门允许交织器输出的所有码元进行传输，即占空比为门允许交织器输出的所有码元进行传输，即占空比为 1；当数；当数据率是据率是 4 800 b/s时，选通门只允许时，选通门只允许1/2码元进行传输，即占空比码元进行传输，即占空比为为 1/2； 依此类推。这种选通要保证进入

48、交织器的重复码元只依此类推。这种选通要保证进入交织器的重复码元只发送其中一个。发送其中一个。 最后用最后用1.2288Mc/s 的长的长PN码（码（ 242 1 m序列）进行扩频，并区序列）进行扩频，并区分不同的用户，实现安全保密。再送往调制及射频单元。分不同的用户，实现安全保密。再送往调制及射频单元。正交正交调制器调制器长码产生长码产生业务信道业务信道长码模板长码模板4.8 kBd1.2288Mc/s（64 进制）进制）送往调制送往调制及射频单元及射频单元数据突发数据突发随机化随机化帧数据率帧数据率4.8 kBd3.调制及射频处理调制及射频处理cos cos c ct tSinSin c c

49、t tHPAHPA1.2288 1.2288 MbpsMbpsQ Q路短路短PNPN码码I I路路短短PNPN码码1.2288 1.2288 MbpsMbps1.2288 1.2288 MbpsMbps相相加加 码片码片延时延时接入信道接入信道业务信道业务信道基带基带滤波滤波基带基带滤波滤波 来自接入信道及业务信道的基带信号，经过相加后送往调制器。来自接入信道及业务信道的基带信号，经过相加后送往调制器。 和前向链路相同，在进行四相调制前，和前向链路相同，在进行四相调制前，I路及路及Q路分别被短路分别被短PN-I码及短码及短PN-Q码加权。短码加权。短PN码采用周期等于码采用周期等于215（32

50、768）的修正）的修正m序列，序列，码片速率是码片速率是1.2288Mc/s。短。短PN码起到扰码的功能。码起到扰码的功能。 I路和路和Q路输出信道中的基带数字脉冲形状由路输出信道中的基带数字脉冲形状由基带基带滤波器决定，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。滤波器的设计要使发射的功率谱对邻近频率影响最小。 OQPSK调制，调制，Q支路比支路比I支路延迟半个码元，从而相位变化只支路延迟半个码元，从而相位变化只有有90，无，无180，频谱效率较高，频谱效率较高 。4.4 系统控制过程系统控制过程一一 登记注册登记注册 为了便于通信进行控制和管理，为了便于通信进行控制和管理，

51、CDMA蜂窝系统划分为三个层次：蜂窝系统划分为三个层次：“系统系统”、“网络网络”和和“区域区域”。 “网络网络”是是“系统系统”的子集，的子集， “区域区域”是是“系统系统”和和“网络网络”的组成部分的组成部分(由一组基站组成由一组基站组成)。 系统用系统用“系统标志系统标志”(SID)区分；网络用区分；网络用“网络标志网络标志”(NID)区分；区分；区域用区域用“区域号区域号”区分。区分。 属于一个系统的网络，由属于一个系统的网络，由“系统系统/网络网络”标志标志(SID, NID)来区分；来区分；属于一个系统中某个网络的区域，用属于一个系统中某个网络的区域，用“区域号区域号”加上加上“系

52、统系统/网网络络”标志标志(SID， NID)来区分。来区分。系统系统i包含三个网络，其标志号分别为包含三个网络，其标志号分别为 t, u, v。在这个系统中的基。在这个系统中的基站可以分别处于三个网络站可以分别处于三个网络(SID=i, NID=t)， 或或(SID=i, NID=u)，或，或(SID=i, NID=v)之中，也可以不处于这三个网络之中，以之中，也可以不处于这三个网络之中，以(SID=i, NID=0)表示。表示。系统与网络的系统与网络的示意图简例。示意图简例。 基站和移动台都保存一张供移动台注册用的基站和移动台都保存一张供移动台注册用的“区域表格区域表格”。 当移动台进入一

53、个新区，区域表格中没有它的登记注册，则移动当移动台进入一个新区，区域表格中没有它的登记注册，则移动台要进行以区域为基础的注册。注册的内容包括区域号与系统台要进行以区域为基础的注册。注册的内容包括区域号与系统/网络标志网络标志(SID, NID)。 每次注册成功，基站和移动台都要更新其存储的区域表格。移动每次注册成功，基站和移动台都要更新其存储的区域表格。移动台为区域表格的每一次注册都提供一个计时器，台为区域表格的每一次注册都提供一个计时器， 根据计时的值根据计时的值可以比较表格中的各次注册的寿命。一旦发现区域表格中注册的可以比较表格中的各次注册的寿命。一旦发现区域表格中注册的数目超过了允许保存

54、的数目，则可根据计时器的值把最早的即寿数目超过了允许保存的数目，则可根据计时器的值把最早的即寿命最长的注册删掉，保证剩下的注册数目不超过允许的数目。命最长的注册删掉，保证剩下的注册数目不超过允许的数目。 允许移动台注册的最大数目由基站控制，允许移动台注册的最大数目由基站控制， 移动台在其区域表格移动台在其区域表格中至少能进行中至少能进行 7 次注册。次注册。 为了实现在系统之间以及网络之间漫游，移动台要专门为了实现在系统之间以及网络之间漫游，移动台要专门建立一种建立一种“系统系统/网络表格网络表格”。移动台可在这种表格中存储。移动台可在这种表格中存储 4 次次注册。注册。 每次注册都包括系统每

55、次注册都包括系统/网络标志网络标志(SID, NID)。 这种注册有两种类型：一是原籍注册；二是访问注册。这种注册有两种类型：一是原籍注册；二是访问注册。 如果要存储的标志如果要存储的标志(SID，NID)与原籍的标志与原籍的标志(SID, NID)不符，则不符，则说明移动台是漫游者。说明移动台是漫游者。 漫游有两种形式：其一是要注册的标志漫游有两种形式：其一是要注册的标志(SID, NID)和原籍标志和原籍标志(SID, NID)中的中的SID相同，则移动台是网络之间的漫游者相同，则移动台是网络之间的漫游者(或称外或称外来来NID漫游者漫游者)；其二是要注册的标志；其二是要注册的标志(SID

56、, NID)和原籍标志和原籍标志(SID, NID)中的中的SID不同，则移动台是系统之间的漫游者不同，则移动台是系统之间的漫游者(或称外来或称外来SID漫游者漫游者)。 移动台的原籍注册可以不限于一个网络或系统。移动台的原籍注册可以不限于一个网络或系统。比如移动台的原籍标志比如移动台的原籍标志(SID, NID)是是(2,3), (2,0), (3,1)，若它进入一，若它进入一个新的基站覆盖区，基站的标志个新的基站覆盖区，基站的标志(SID, NID)是是(2,3), 由于由于(2,3)在移在移动台的原籍表格中，可判断移动台不是漫游者。动台的原籍表格中，可判断移动台不是漫游者。 如果新基站的

57、标志如果新基站的标志(SID, NID)是是(2,7)，这时，这时SID=2 在移动台的原籍在移动台的原籍表格中，但表格中，但(SID, NID)为为(2,7)不在移动台的原籍表格中，故移动不在移动台的原籍表格中，故移动台是外来台是外来NID网络漫游者。网络漫游者。 如果基站的标志如果基站的标志(SID, NID)是是(4,0), 则则SID=4 不在移动台的原籍表格不在移动台的原籍表格中，故移动台是外来中，故移动台是外来SID系统漫游者。系统漫游者。二二 越区切换越区切换 同一同一CDMA信道的导频分类四类：信道的导频分类四类：(1)激活组：与分配给移动台的正向业务信道结合的导频；激活组：与

58、分配给移动台的正向业务信道结合的导频；(2) 候补组：未列入激活组，但有足够的强度能成为激活组；候补组：未列入激活组，但有足够的强度能成为激活组；(3) 邻近组：未列入激活组与候补组，可作切换的备用导频；邻近组：未列入激活组与候补组，可作切换的备用导频；(4) 剩余组：未列入激活组、候补组与邻近组的导频。剩余组：未列入激活组、候补组与邻近组的导频。 当移动台驶向一基站，当移动台驶向一基站， 然后又离开该基站时，然后又离开该基站时， 移动台收到该移动台收到该基站的导频强度先由弱变强，接着又由强变弱，因而该导频基站的导频强度先由弱变强，接着又由强变弱，因而该导频信号可能由邻近组和候补组进入激活组，

59、然后又返回邻近组。信号可能由邻近组和候补组进入激活组，然后又返回邻近组。在此期间，移动台和基站之间的信息交换如下：在此期间，移动台和基站之间的信息交换如下： (1) 导频强度超过门限导频强度超过门限(上上)，移动台向基站发送一导频强度测，移动台向基站发送一导频强度测量消息，并把导频转换到候补组。量消息，并把导频转换到候补组。 (2) 基站向移动台发送一切换引导消息；基站向移动台发送一切换引导消息； (3) 移动台把导频转换到激活组，并向基站发送一切换完成消息；移动台把导频转换到激活组，并向基站发送一切换完成消息； (4) 导频强度降低到门限导频强度降低到门限(下下)之下，移动台起动一之下，移动

60、台起动一“切换下降计时切换下降计时器器”； (5) 切换下降计时器终止，移动台向基站发送一导频测量消息；切换下降计时器终止，移动台向基站发送一导频测量消息； (6) 基站向移动台发送一切换消息；基站向移动台发送一切换消息； (7) 移动台把导频从激活组转移到邻近组，并向基站发送一切换完移动台把导频从激活组转移到邻近组，并向基站发送一切换完成消息。成消息。 CDMA通信系统的软切换不改变频率，可减小通信中断的概通信系统的软切换不改变频率，可减小通信中断的概率。率。 更重要的是在切换的过程中移动台开始和一个新基站通信时，更重要的是在切换的过程中移动台开始和一个新基站通信时，并不中断和原来基站的通信