第8章 CDMA码分多址(IS-95CDMA)移动通信系统

《第8章 CDMA码分多址(IS-95CDMA)移动通信系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8章 CDMA码分多址(IS-95CDMA)移动通信系统（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第8章 码分多址(IS-95CDMA)移动通信系统8.1 概述 8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量 8.3 IS-95CDMA蜂窝系统的无线传输 8.4 IS-95CDMA蜂窝系统的消息格式和信道结构 8.5 IS-95CDMA蜂窝系统的控制功能 思考题与习题 8.1 概述在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， 而是用各不相同的PN码序列来区分的。 换句话说， 是靠信号的不同波形来区分的 。 如果从频域或时域来观察， 多个CDMA信号是互相重叠的 ， 接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预 定PN码型的信号。在CDMA蜂窝通信系

2、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 反向传输可以使用不同的频率， 即通常所谓的频分双工 (FDD)； 也可以使用不同的时帧， 即通常所谓的时分双工 (TDD)。 CDMA技术标准的发展经历了两个阶段。 第一阶段： 融合IS-95 CDMA标准的cdmaOne系统。 第二阶段： 从窄带cdmaOne向第三代cdma2000过渡。 IS-95是美国TIA(通信工业协会)于1993年公布的双模式 (CDMA/AMPS)标准，而在全球得到广泛应用的第一个CDMA标 准是IS-95A，这一标准支持8 kb/s编码话音服务，后来又推出13 kb/s话音编

3、码器。1998年2月，美国高通公司（Qualcom）宣 布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B是IS-95A的进一 步发展，可提供CDMA系统性能，并提供对64 kb/s数据业务的 支持。IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。 CDMA one是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即 所有基于CDMA one技术的产品，其核心技术均以IS-95为标准 。IS-95建议的CDMA技术扩频带宽约为1.25 MHz，信息数据速 率最高为13kb/s，它属于窄带CDMA范畴。进入21世纪，CDMA的研究进入了一个新的阶段。窄带 CDMA的缺点是传输能力

4、有限，不能提供多媒体业务，扩频增 益不高，不能充分地利用扩频通信的优点。为此，ITU制定了第三代移动通信的标准，统称为IMT- 2000(开始的名称是FPLMTS，欧洲叫UMTS)。IMT-2000空中接口的设计目标是在移动台高速运动时，用 户的最高速率要达到144 kb/s，更高可达到 384 kb/s；在有限的 覆盖区域内，移动台以一定的速率运动时，用户的速率最高可 达到2 Mb/s，包括提供Internet接入、电视会议和其他宽带业务 。这种CDMA系统称为宽带CDMA系统，其中最具代表性的技 术是WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术。2001年12月31日，中国联通CDM

5、A网在全国开通运营。 CDMA移动通信系统是继模拟系统和GSM系统之后，备受人 们关注的移动通信系统，除了技术本身的优势之外，重要的是 国际电信联盟已将CDMA定为未来的移动通信的统一标准之一 。 本章我们主要介绍IS-95标准。频段:上行824MHZ849MHZ； 下行869MHZ894MHZ； 频段带宽：25MHZ 频道间隔：45MHZ； 模拟频道间隔：0.03MHZ；(30KHZ) ;总频道数=25/0.03=833个。 CDMA系统频段：20MHZ。 频道带宽（间隔）1.23(1.25)MHZ频道号1666； ( A系统：1333；B系统：334666；)A系统基本频道号283； （辅

6、助频道号：691）移动台发射F；0.03283+825.00=833.49MHZ基站发射F： 0.03283+870.00=878.49MHZ B系统基本频道号384： （辅助频道号：771）移动台发射F；0.03384+825.00=836.52MHZ基站发射F： 0.03384+870.00=881.52MHZIS-95标准的频段与频道：8.1.1 码分多址蜂窝通信系统的特征如下：(1) 根据理论分析， CDMA蜂窝系统具有更大的通信容量。 可 以证明：CDMA的容量是GSM的4倍；是模拟系统的20倍(实用 为10倍)。(2) CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线频道， 用户信号 的区分

7、只靠所用PN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(或者说信/ 干比稍微降低)， 而不会出现阻塞现象。频分双工/码分多址。(3) CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。 即在过区切换的起始 阶段，由原小区的基站与新小区的基站同时为过区的移动台服 务，直到该移动台与新基站之间建立起可靠的通信链路后， 原 基站才中断它和该移动台的联系。CDMA系统的软切换功能可以保证越区切换的可靠性(防 止切换错误时反复要求切换) 。(4) CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术， 以提高系统的通信容量。 (5) CDMA蜂窝系统以扩频技术为

8、基础， 因而它具有扩频通信系统所固有的优点， 如抗干扰、 抗多径衰落和具有保密性等。8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制1. CDMA蜂窝通信系统的多址干扰蜂窝通信系统无论采用何种多址方式， 都会存在各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。 CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况：一是移动台在接收所属基站发来的信号时， 会受到所属基 站和邻近基站向其他移动台所发信号的干扰。二是基站在接收某一移动台的信号时， 会受到本小区和邻近小区其他移动台所发信号的干扰； 图 8 - 1 是两种多址干

9、扰的示意图。 其中， 图(a) 是基站对移动台产生的正向多址干扰； 图(b) 是移动台对基站产生的反向多址干扰。图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰 2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突出的问题， 它主要发生在上行传输链路上。 移动台在小区内的位置是随机分布的， 而且是经常变化 的， 同一部移动台可能有时处于小区边缘， 有时靠近基站。 如果移动台的发射机功率按照最大通信距离设计， 则当移动 台驶近基站时， 必然会有过量而又有害的功率辐射。 (1) 反向功率控制。 反向功率控制也称上行链路功率控制 。 其主要要求是调整移动台发射功率，使任一移动台无

10、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。(2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功率控制 。 其要求是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。 8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会(FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频段。移动台向基站上行传输频段是 824849 MHz；基站向移动台下行传输频段是 869894 MHz。 允许CDMA蜂窝系统占用的频段如：频段:上行824MHZ84

11、9MHZ； 下行869MHZ894MHZ； 频道间隔：45MHZ； 频段带宽：25MHZ 模拟频道间隔：0.03MHZ； CDMA系统频段：20MHZ。 频道带宽（间隔）1.23(1.25)MHZ频道号1666； ( A系统：1333；B系统：334666；)A系统基本频道号283； （辅助频道号：691）移动台发射F；0.03283+825.00=833.49MHZ基站发射F： 0.03283+870.00=878.49MHZ B系统基本频道号384： （辅助频道号：771）移动台发射F；0.03384+825.00=836.52MHZ基站发射F： 0.03384+870.00=881.52

12、MHZ在数字传输模式工作时， 移动台可以按照预定的或要求的网络标志来安排其频率配置。 如果移动台预定的或要求的网络标志 没有被认出， 它就开始向一个频率指配在“基本CDMA频道”上的基站进行捕获和同步。基本CDMA频道号码在系统A是 283， 在系统B是 384。如果基本CDMA频道的频率指配未起作用而没有选出预定的网络标志， 移动台要试图捕获并同步到“辅助CDMA频道”的频率上， 其频道号码在系统A是 691， 在系统B是 771。规定的频率容差是： 基站发送的载波频率要保持在指配频率的510-8之内； 移动台发送的载波频率要保持比基站发送的频率低 45 MHz300 Hz。 8.1.4 I

13、S-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准在数字蜂窝通信系统中， 全网必须具有统一的时间标准 ， 这种统一而精确的时间基准对CDMA蜂窝系统来说尤为重 要。CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标， GPS的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的， 二者之差是 秒的整倍数。各基站都配有GPS接收机， 保持系统中各基站有统一的时间基准， 称为CDMA系统的公共时间基准。 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时间基准。 如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径分量， 则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码IS

14、-95 CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线性预测(CELP)编码算法， 也称为QCELP算法。 其基本速率是 8 kb/s， 但是可随输入话音消息的特征而动态地分为四种， 即 8, 4, 2, 1 kb/s， 可以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。 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。8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量 CDMA蜂窝通信系统是自干扰系统；CDMA蜂窝通信系统的通信容量具有“软”的特 性； CDMA蜂窝通信系统的通信容量 ，在可以接受

15、 的话音质量条件下，是TDMA系统的4倍；FDMA的 20倍。通过采用“话音激活技术”、“定向天线分区”、“ 功率控制”、“小区分裂”等技术，可以提高CDMA蜂 窝通信系统的通信容量。8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输 8.3.1 信道组成 在CDMA蜂窝系统中， 除去要传输业务信息外， 还必须传 输各种必需的控制信息。 为此， CDMA蜂窝系统在基站到移动 台的下行传输方向上设置了导频信道、 同步信道、 寻呼信道和 正向业务信道； 在移动台到基站的上行传输方向上设置了接入 信道和反向业务信道。 这些信道的示意图如图8 - 5 所示。导频信道、 同步信道、 下行传输方向 寻呼信道正

16、向业务信道上行传输方向：接入信道反向业务信道图 8 - 5 CDMA蜂窝系统的信道示意图 1. 导频信道导频信道传输由基站连续发送的导频信号。导频信道所 有输入比特都为0。导频信号是一种直接序列扩频信号， 令移动台可迅速而精 确地捕获信道的定时信息， 并提取相干载波进行信号的解调。 移动台还通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较， 可以决定什么时候需要进行越区切换。2. 同步信道同步信道主要传输同步信息(还包括提供移动台选用的寻呼 信道数据率)。 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。 但当设备关机后重新开 机时， 还需要重新进行同步。当通