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1、第第9章章 CDMA移动通信系统移动通信系统引引 言言9.1系统概述系统概述9.1.1 CDMA技术的标准化技术的标准化9.1.2 CDMA系统的基本特性系统的基本特性9.1.3 CDMA技术的优点技术的优点9.2 CDMA蜂窝系统的无线链路蜂窝系统的无线链路9.2.1 前向信道前向信道9.2.2 反向信道反向信道9.3 CDMA自动功率控制自动功率控制9.3.1 反向开环功率控制反向开环功率控制9.3.2 反向闭环功率控制反向闭环功率控制9.4 CDMA蜂窝系统的控制功能蜂窝系统的控制功能9.4.1 登记注册登记注册9.4.2 切换切换9.4.3 呼叫处理呼叫处理本章小结本章小结2024/8
2、/251引 言随着移动通信的飞速发展，因频率资源有限而引起的矛盾也日益突出。如何使有限的频率资源分配给更多的用户使用，已成为当前发展移动通信的首要课题，而CDMA便成为解决这一问题的首选技术。CDMA是码分多址（Code Division Multiple Access）的英文缩写，它是在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技术的出现源于人们对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通信的干扰，在战争期间广泛应用于军事干扰通信，后来由美国高通公司（Qualcom）更新成为商用蜂窝电信技术。2024/8/
3、252【案例案例9.1】1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。1998年全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和商业运营进入高潮。美国CDMA用户在2002年5月达到4200万，超过AMPS的3600万、D-AMPS的2200万和GSM的1100万，成为全美的最大蜂窝系统。截至2009年12月，中国电信CDMA用户数达到5609万。2024/8/253【案例案例9.2】CDMA手机以前不支持UIM卡，号码
4、和手机捆绑在一起，更换号码必须更换手机，或对手机重新写码。图9.1所示是2002年1月推出的中国第一代机卡分离式CDMA手机，自这款手机开始，CDMA手机开始了飞速的发展。UIM卡和GSM手机的SIM卡一样，它包含所有与用户有关的某些无线接口信息，其中也包括鉴权和加密信息。CDMA系统的机卡分离技术促进了CDMA系统的大力发展。图9.1 第一代机卡分离式CDMA手机V80602024/8/2549.1系系统概述概述9.1.1 CDMA技技术的的标准化准化CDMA技术的标准化经历了以下几个阶段。IS-95A是cdmaOne系列标准中最先发布的标准，是1995年美国电信工业协会（TIA）颁布的窄带
5、CDMA（N-CDMA）标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展，主要目的是满足更高的比特速率业务的需求。IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/s，实际上只能实现64kbit/s。IS-95A和IS-95B均有一系列标准，其总称为IS-95。其后，CDMA2000成为窄带CDMA系统向第三代移动通信系统过渡的标准。CDMA2000在标准研究的前期，提出了CDMA2000 1x和CDMA2000 3x的发展策略，但随后的研究表明，1x和1x增强型技术代表了未来发展方向。CDMA2000 1x原意是指CDMA2000的第一阶段，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务。其中1x
6、来源于单载波无线传输技术，即只需要占用一个1.25MHz的无线传输带宽；而3x表示占有连续的3个1.25MHz无线传输带宽，即采用多载波的方式支持多种射频带宽。它与1x相比优势在于能提供更高的数据速率。CDMA2000 1xEV是在CDMA2000 1x基础上进一步提高速率的增强体制，采用高速率数据（HDR）技术，能在1.25MHz内提供2Mbit/s以上的数据业务，是CDMA2000 1x的边缘技术。2024/8/2559.1.2 CDMA系系统的基本特性的基本特性1.工作频段目前，中国电信CDMA使用的频段是上行频率为825835MHz，下行频率为870880MHz，占用10MHz带宽。2
7、.采用直接序列扩频（DSSS）在CDMA蜂窝系统之间是采用频分的，而在一个CDMA蜂窝系统之内是采用码分多址的。不同的码型是由一个伪随机（PN）序列生成的，PN系列周期为215=32768个码片（Chip）。将此周期序列的每64Chip移位序列作为一个码型，共可得到32768/64=512个码型。这就是说，在1.25MHz带宽的CDMA蜂窝系统中，可建多达512个基站（小区）。3.语音编解码CDMA蜂窝系统语音编码的基本速率是8kbit/s，但是可随输入语音消息的特征而动态地分为四种，即8kbit/s、4kbit/s、2kbit/s和1kbit/s，可以以9.6kbit/s、4.8kbit/s
8、、2.4kbit/s和1.2kbit/s的信道速率分别传输。发送端的编码器对输入的语音取样，产生编码的语音分组传输到接收端，接收端的解码器把收到的语音分组解码，再恢复成语音样点，每帧时间为20ms。2024/8/2564.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
9、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。5.RAKE接收机由于移动通信环境的复杂和移动台的不断运动，接收到的信号往往是多个反射波的叠加，形成多径衰落。分集是解决多径衰落很好的方法，CDMA系统在基站和移动台都采用RAKE接收机。RAKE接收机的作用就是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起以改善接收信号的信噪比，提高系统链路质量，给系统带来更好的性能。2024/8/2579.1.3 CDMA技技术的的优点点CDMA是一项革命性的新技术，其优点已经获得全世界广泛的研究和认同。与FDMA、TDMA
10、系统相比，CDMA系统具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率复用等几种技术组合而成，因此它具有抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性好、同频率可在多个小区重复使用、容量和质量之间可作权衡取舍等属性，这些属性使CDMA比其他系统更有优势。1.系系统容量大容量大理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动通信网的容量是模拟网容量的20倍，实际比模拟网大10倍，比GSM网大4-5倍。在CDMA系统中，由于不同的扇区也可以使用相同频率，当小区使用定向天线（如120扇形天线）时，干扰减小1/
11、3，因为每幅天线只收到1/3移动台的发射信号。这样，整个系统所提供的容量又可以提高约3倍(实际上，由于相邻扇区之间有重叠，一般只能提高到2.55倍)，并且小区容量将随着扇区数的增大而增大。但对其他系统来说，由于不同扇区不能使用同一频率，所以即使分成三扇区也只是频率复用的要求，并没有增加小区容量。2024/8/2582.软容量容量在模拟移动通信系统和数字时分系统中，通信信道是以频带或时隙的不同来划分的，每个蜂窝小区提供的信道数一旦固定就很难改变。当没有空闲信道时，系统会出现忙音，移动用户不可能再呼叫其他用户或接收其他用户的呼叫。当移动用户在越区切换时，也很容易出现通话中断现象。在CDMA系统中，
12、信道划分是靠不同的码型来划分的，其标准的信道数是以一定的输入、输出信噪比为条件的，当系统中增加一个通话用户时，所有用户输入、输出信噪比都有所下降，这使该扇区内的移动用户信息数据的误码率有所升高，但增加的用户不会发生因无信道而出现忙音的现象。这对于解决通信高峰期时的通信阻塞问题和提高用户越区切换的成功率无疑是非常有益的。3.通通话质量更佳量更佳CDMA系统的声码器使用的是码激励线性预测（CELP）和CDMA特有的算法，称为QCELP（Qualcomm Code Excited Linear Prediction）。QCELP算法被认为是到目前为止效率最高的算法。可变速率声码器的一个重要特点是使用
13、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。这样就抑制了背景噪声，使得即使在喧闹的环境下，也能得到良好的语音质量。2024/8/2594.移移动台台辅助助软切切换CDMA系统采用软切换技术和先进的数字语音编码技术，并使用多个接收机同时接收不同方向的信号。“先连接再断开”，并不先中断与原基站的联系。移动台在切换过程中与原小区和新小区同时保持通话，以保证通信的畅通。软切换只能在具有相同频率的CDMA信道间进行。软切换在两个基站覆盖区的交界处起到了话务信道的分集作用，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。软切换的主要优点是：（1）无缝切换，可保持通话的连续性；（2）减小掉话可能性。由
14、于在软切换过程中，在任何时候移动台至少可以跟一个基站保持联系，从而减少了掉话的可能性；（3）处于切换区域的移动台发射功率降低。减少发射功率是通过分集接收来实现的，降低发射功率有利于增加反向容量。但同时，软切换也相应带来了一些缺点，主要有：（1）导致硬件设备的增加；（2）降低了前向容量。但由于CDMA系统前向容量大于反向容量，因此适量减少前向容量不会导致整个系统容量的降低。2024/8/25105.频率率规划划简单用户按不同的序列码区分，所以不同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。6.建网成本低建网成本低CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。7.
15、“绿色手机色手机”CDMA系统发射功率最高只有200mW，普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计，对人体健康没有不良影响。手机发射功率的降低，将延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为“绿色手机”。8.保密性保密性强，通，通话不会被窃听不会被窃听CDMA系统的体制本身就决定了它具有良好的保密能力。首先在CDMA移动通信系统中必须采用扩频技术，使它所发射的信号频谱被扩展的很宽，从而使发射的信号完全隐蔽在噪声、干扰之中，不易被发现和接收，因此也就实现了保密通信。其次在通信过程中，各移动用户所使用的地址码各不相同，在接收端只有完全相同(包括码型和
16、相位)的用户才能接收到相应的发送数据，对非相关的用户来说是一种背景噪声，所以CDMA系统可以防止有意或无意的窃取，具有很好的保密性能。2024/8/25119.CDMA的功率控制的功率控制CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的互相干扰，所以，如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。CDMA系统的功率控制除可直接提高容量之外，同时也降低了为克服噪声和干扰所需的发射功率。这就意味着同样功率的CDMA移动台与模拟或者GSM移动台相比可在更大范围内工作。CDMA系统引入了
17、功率控制，一个很大的好处就是降低了平均发射功率而不是峰值功率。这就是说，CDMA在一般情况下由于传输状况良好，发射功率较低，但在遇到衰落时会通过功率控制自动提高发射功率，以抵抗衰落。2024/8/251210.语音激活技音激活技术统计结果表明，人们在通话过程中，只有35%的时间在讲话，另外65%的时间处于听对方讲话、话句间停顿或其他等待状态。在CDMA系统中，所有用户共享同一个无线频道，当某一用户没有讲话时，该用户的发射机不发射或少发射功率，其他用户所受到的干扰都相应地减少。为此，在CDMA系统中，采用相应的编码技术，使用户的发射机所发射的功率随着用户语音编码的需求来作调整。当用户讲话时语音编
18、码器输出速率高，发射机所发射的平均功率大；当用户不讲话时语音编码器输出速率很低，发射机所发射的平均功率很小，这就是语音激活技术。在蜂窝移动通信系统中，采用语音激活技术可以使各用户之间的干扰平均减少65%。也就是当系统容量较大时，采用语音激活技术可以使系统容量增加约3倍，但当系统容量较小时，系统容量的增加值要降低。在频分多址、时分多址和码分多址三种制式中，唯有码分多址可以方便而充分地利用语音激活技术。如果在频分多址和时分多址制式中采用语音激活技术，其系统容量将有不同程度的提高，但二者都必须增加比较复杂的功率控制系统，而且还要实现信道的动态分配，其结果必然带来时间延迟和系统复杂性的增加，而在CDM
19、A系统中实现这种功能就相对简单得多。2024/8/25139.2 CDMA蜂蜂窝系系统的无的无线链路路在CDMA通信系统的无线链路中，各种逻辑信道都是由不同的码序列来区分的。因为任何通信网络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通信系统在基站到移动台的传输方向（前向信道）上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道；在移动台到基站的传输方向（反向信道）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9.2所示。图9.2 CDMA蜂窝系统的信道结构2024/8/25149.2.1 前向信道前向信道1.前向信道结构CDMA前向信道利用不同的Walsh码实现码分
20、多址，以向不同的移动台传送信息。移动台接收机则采用对应的Walsh码通过正交相关处理实现基站多路发射信号的理想分离。前向链路中采用64阶Walsh码，最多可以有64个同时传输的信道，分别用W0，W1，W63表示，它们采用同一射频载波发射。其中W0用作导频信道，W32用作同步信道，W1，W2，W7用作寻呼信道，其他用作业务信道，如图9.3所示。图9.3 前向信道结构2024/8/2515图9.4是前向CDMA信道的功能框图。前向CDMA信道包含1个导频信道，1个同步信道（必要时可以改作业务信道），7个寻呼信道（必要时可以改作业务信道）和55个（最多63个）前向业务信道。2024/8/2516图9
21、.4 前向CDMA信道的功能框图2024/8/25172.前向链路基本操作1）数据速率同步信道的数据速率为1.2kb/s，寻呼信道为9.6kb/s或4.8kb/s，前向业务信道为9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s。2）卷积编码数据在传输之前都要进行卷积编码，包括同步信道、寻呼信道和业务信道，均使用相同的卷积码（2，1，8）码，其编码速率r=1/2，约束长度k=9。3）码元重复对于同步信道，经过卷积编码后的各个码元，在分组交织之前，都要重复一次(每码元连续出现2次)。对于寻呼信道和前向业务信道，只要数据速率低于9.6kb/s，在分组交织之前都要重复。速率为4.8kb/
22、s时，各码元要重复一次(每码元连续出现2次)；速率为2.4kb/s时，各码元要重复3次(每码元连续出现4次)；速率为1.2kb/s时，各码元要重复7次(每码元连续出现8次)。 2024/8/25184）分组交织所有码元在重复之后都要进行分组交织。交织的作用是为了克服突发性干扰，它可将突发性差错分散化，在接收端由卷积编码器按维特比译码法纠正随机差错，从而间接地纠正了突发性差错。同步信道所用的交织跨度等于26.666ms，相当于码元速率为4.8kb/s时的128个调制码元宽度。交织器组成的阵列是8行16列(即128个单元)。寻呼信道和前向业务信道所用的交织跨度等于20ms，这相当于码元速率为19.
23、2kb/s时的384个调制码元宽度。交织器组成的阵列是24行16列(即384个单元)。5）数据掩蔽数据掩蔽也称作数据加扰，用于寻呼信道和前向业务信道，其作用是为通信提供保密。掩蔽器把交织器输出的码元流和按用户编址的PN序列进行模2相加。这种PN序列是工作在时钟为1.2288MHz的长码，每一调制码元长度等于1.2288106/19200=64个PN子码宽度。长码经分频后，其速率变为19.2kb/s，因而送入模2相加器进行数据掩蔽的是每64个子码中的第一个子码在起作用。2024/8/2519图9.5 长码产生器原理框图2024/8/25206）长码产生长码在CDMA系统中用于前向链路寻呼信道和业
24、务信道的数据掩蔽，以及在反向链路中区分用户，长码产生器原理框图如图9.5所示。长码产生器是由42级移位寄存器和相应反馈支路及模2加法器组成的。为了保密起见，42级移位寄存器的各级输出与长码掩码（一个42位的序列）相乘，然后进行模2加，得到长码输出。产生的长码周期为242-1，速率为1.2288Mc/s，该长码产生器的特征多项式为 （9-1）前向业务信道的掩码可使用公共掩码或专用掩码。公共掩码格式如图9.6（a）所示，M41到M32要置成“1100011000”，M31到M0要置成移动台的电子序列号码(ESN)，ESN是设备制造商给移动台分配的32位设备序号。为了防止和连号ESN相对应的长码之间
25、出现过大的相关值，移动台的ESN要进行置换。2024/8/25212024/8/2522专用掩码用于用户的保密通信，其格式由TIA规定。寻呼信道用于长码产生器的掩码格式如图9.5（b）所示。其中，寻呼信道号用3位二进制表示，即23=8种，满足实际系统中最多7个寻呼信道的要求。导频PN序列的偏置系数用9位二进制表示，正好满足0511（共512个）偏置系数的需要。7）正交扩展为了使前向链路的每个信道之间具有正交性，在前向CDMA信道中传输的所有信号都要用64阶的Walsh函数进行正交扩展。8）四向调制在正交扩展之后，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PN序列。引导PN序列的作用是
26、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。不同的基站使用相同的PN序列，但各自采用不同的时间偏置。由于PN序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关值就等于0或接近于0，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。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，时间偏置可以再用。2024/8/2523不同的时间偏置用不同的偏置系数表示，偏置系数共512个，编号从0到511。偏置时间等于偏置系数乘以64个子码宽度时间。例如，当偏置系数是15时，相应的偏置时间是1564=960个子码，已知子码宽度为1/1.228
27、8106=0.8138s，故偏置时间为9600.8138=781.25s。0偏置引导PN序列必须在时间的偶数秒(以基站传输时间为基准)起始传输，其他PN引导序列的偏置指数规定了它和0偏置引导PN序列偏离的时间值。如上所述，偏置指数为15时，引导PN序列的偏离时间为781.25s，说明该PN序列要从每一偶数秒之后781.25s开始。引导PN序列有两个：I支路PN序列和Q支路PN序列，它们的长度均为215（32768）个子码。其构成是以下面的生成多项式为基础的：2024/8/2524按此生成多项式产生的是长为215-1的m序列。为了得到周期为215的I序列和Q序列，当生成的m序列中出现14个连“0
28、”时，在其中再插入一个“0”，使序列14个“0”的游程变成15个“0”的游程。引导PN序列的周期长度是32768/1228800=26.66ms，即每2秒有75个PN序列周期。信号经过基带滤波器之后，按照表9-1的相位关系进行四相调制。两个支路的合成信号具有图9.7所示的相位点和转换关系。显然，它和典型的四相相移键控(QPSK)具有相同的信号相量图。值得注意的是，这里的四相调制是由两个不同的PN序列直接对输入码元进行扩展而得到的。(输入码元未经串/并变换)2024/8/2525图9.7 前向信道的信号相位点及其转换关系2024/8/25263.导频信道信道导频信道用于传送导频信号，由基站在导频
29、信道连续不断地发送一种不调制的直接序列扩频信号，移动台监视导频信道以获取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辅助决定是否需要进行越区切换。为了保证各个移动台载波检测和提取的可靠性，导频信道是不可缺少的。导频信道在每个载频上的每小区或扇区配置一个。导频信号在基站工作期间是连续不断发送的，功率高于其他信道的平均功率，一般情况下，导频信道功率占64个信道总功率的1220%，以19.2kb/s的速率发送全“0”。导频信道的时间周期为2s。每偶数秒的开始作为PN序列的零偏置定时，每2s内可发送导频信号75次。导频信道的时间周期恰好等于同步信道高帧
30、的时间长度，因此移动台捕获导频信道后，就可以与同步信道建立联系，并获取同步信息。2024/8/25274同步信道同步信道同步信道用于传送同步信息，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。同步信道上载有系统的时间和基站引导伪随机码的偏置系数，以实现移动台接收解调。同步信道在捕获阶段使用，一旦捕获成功就不再使用。一般同步信道占64个信道总功率的1.53%，以固定速率1.2kb/s分帧传输。同步信道消息结构由消息长度域、消息正文域和CRC域构成，如图9.8所示。在同步信道消息之后加上填充比特，以形成同步消息容器，使其总长度等于93bit的整倍数，以便与同步信道结构相协调，填充比特均置“
31、0”，且不进行CRC校验。图9.8 同步信道消息结构2024/8/2528同步信道结构如图9.9所示。信道被划分成若干个超帧，超帧长80ms，含96bit。每个超帧分为三个同步信道帧，帧长80/3=26.666ms。各帧的第1个比特为信息启动(SOM)比特。根据需要，可用几个同步信道超帧传输一个同步消息容器，每个容器中第一个同步信道帧的SOM置“1”，而把其后的所有SOM均置“0”。容器中应包括足够的填充比特，以把它延伸到后面新的同步信道容器第一个SOM的前一比特。图9.9 同步信道结构 2024/8/2529在同步信道上传送的消息只能从同步信道超帧的起点处开始。当使用0偏置引导PN序列时，同
32、步信道超帧要在偶数秒的时刻开始，也可在其后距离为3个同步信道帧或其倍数时刻开始；当所用的引导PN序列不是0偏置PN序列时，同步信道超帧将在偶数秒加上引导PN序列偏置时间的时刻开始，参见图9.10的前向信道引导PN序列偏置。图9.10 前向信道引导PN序列偏置2024/8/25305.寻呼信道寻呼信道提供基站在呼叫建立阶段传输控制信息。当呼叫移动用户时，寻呼信道上就播送该移动用户的识别码等信息。通常，移动台在建立同步后，就在首选的W1寻呼信道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，就转入指配的信道传输信息。当需要时，寻呼信道可以变成业务信道，用于传输用户业务数据。一般寻呼信道功率占
33、64个信道总功率的5.256%，支持9.6kb/s、4.8kb/s两种不同速率的传输。寻呼信道消息由长度域、消息正文域和CRC域构成，如图9.11所示。长度域以八进制数值指示寻呼信道消息的长度(含长度域、消息正文域和CRC域)。长度域共计8bit，但是基站要限制寻呼信道消息的最大长度为1488=1184bit，因而长度域的最大值不超过148。CRC域含30bit，其生成多项式和同步信道一样。寻呼信道结构如图9.12所示。2024/8/2531图9.11 寻呼信道消息结构图9.12 寻呼信道结构2024/8/2532寻呼信道容器由寻呼信道消息和填充比特组成。填充比特均置“0”，其长度视需要而定。
34、寻呼信道消息容器可以是同步的，也可以是非同步的。同步容器要从寻呼信道半帧的第2个比特开始，非同步容器要紧接着前面的消息容器立即开始。对后一种情况而言，前一个消息容器不加任何的填充比特(填充长度为零)，因而把这种寻呼信道消息称作是毗邻寻呼信道消息。同步容器可使移动台易于和消息流同步，毗邻寻呼消息在一定条件下(比特差错率低时)可得较大的寻呼信道容量。当一个寻呼信道消息结束后而在下一个SCI比特之前，余下的比特数等于或多于8时，基站可以紧跟这个消息立即发送一个非同步消息容器，而且这个被跟随的消息容器不再包含任何的填充比特。当一个寻呼信道消息结束后而在下一个SCI比特之前，余下的比特数少于8时，或者没
35、有非同步消息容器要跟着发送时，基站要在该消息容器中设置足够的填充比特，使之扩展到下一个SCI比特的前一个比特，然后跟随该SCI比特立即发送一同步消息容器。2024/8/2533基站要把在每个寻呼信道时隙中出现的第1个消息以同步消息容器的形式发送，使得以时隙模式工作的移动台在激活之后立即获得同步。6.前向业务信道前向业务信道用来传输在通话过程中基站向特定移动台发送用户语音编码数据或其他业务数据及随路信令。一般情况下，前向业务信道功率占64个信道总功率的78%左右，最多可有63个业务信道，支持9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s这4种变速率的传输。前向业务信道的消息结构也
36、由长度域、消息正文域和CRC域构成，如图9.13。图9.13 前向业务信道消息结构2024/8/2534同样，在消息结构后面附加必需的填充比特，以形成前向业务信道的消息容器。前向业务信道划分成宽度为20ms的业务信道帧。根据数据速率的不同，这种帧结构如图9.14所示。值得注意的是，在前向业务信道上所传输的信息有不同类型，通常分主要业务、辅助业务和信令业务。具体传输哪一些业务由一种称之为“服务选择”的功能控制，而根据实际情况把这些业务信息综合到前向业务信道帧中进行传输的方法称为“复接选择”。当前，CDMA系统采用的复接方法称为“复接选择1”，其他复接选择有待于进一步研究。当没有主要业务要发送时（
37、主要业务为空白），辅助业务可以占整个帧进行传输，这种方式叫“空白和猝发”；当存在主要业务要发送时，辅助业务和主要业务可以分享一个帧进行传输，这种方式叫“混合和猝发”。同样，信令业务也可以和辅助业务一样通过“空白和猝发”或者“混合和猝发”方式进行传输。在一帧中安排多少主要业务的比特数目，受“复接选择1”的控制。当主要业务服务选择被激活时，如果在一帧中要发送信令业务或辅助业务，“复接选择1”要限制主要业务的比特数，或者使之等于0（实现“空白和猝发”），或者使之少于17（实现“混合和猝发”）。根据需要，“复接选择1”可以把主要业务的比特数限制为0、16、40、80或171，如图9.15所示。一个前向
38、业务信道的消息结构可包含几个不同类型的业务信道帧，如“空白和猝发”帧与“混合和猝发”帧，而且最先出现的是信令业务信息。2024/8/2535图9.14 前向业务信道帧结构2024/8/2536图9.15 数据速率为9.6kb/s时前向业务信道在一帧中的信息复接 2024/8/25379.2.2 反向信道1.反向信道结构CDMA系统反向链路信道结构包括物理信道和逻辑信道。物理信道由长度242-1的PN长码构成，使用长码的不同相位偏置来区分不同的用户。逻辑信道包括接入信道和反向业务信道。反向信道中最少有1个，最多有32个接入信道。每个接入信道都对应正向信道中的一个寻呼信道，而每个寻呼信道可以对应多
39、个接入信道。移动台通过接入信道向基站进行登记、发起呼叫、响应基站发来的呼叫等。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接入信道。当需要时，接入信道可以变成反向业务信道，用于传输用户业务数据。图9.16是反向信道的原理框图，图中上部分为接入信道，下部分为反向业务信道。2024/8/2538图9.16 CDMA系统反向信道组成框图2024/8/25392.反向链路基本操作反向信道的基本操作如下：卷积编码、码元重复与分组交织、可变速率数据传输、正交多进制调制和四相扩展。1）数据速率接入信道用4.8kb/s的固定速率。反向业务信道用9.6kb/s，4.8kb/s，2.4kb/s和1.
40、2kb/s的可变速率。两种信道的数据中均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9.6kb/s和4.8kb/s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）码元重复与分组交织反向链路的输入信息经卷积编码后要进行码元重复，其码元重复方法和前向业务信道一样。数据速率为9.6kb/s时，码元不重复；数据速率为4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s时码元分别重复1次、3次和7次（每一码元连续出现2次、4次和8次），这样使得各种数据的速率都变换成28.8
41、ks/s。2024/8/2540反向业务信道的码元重复与前向业务信道的区别是：(1)反向业务信道的重复码元并不是重复发送多次，而是除了发送其中的一个码元外，其余的重复码元都删除；(2)在接入信道上，因为数据速率固定为4.8kb/s，因而每一码元只重复一次，而且两个重复码元都要发送。所有码元在重复之后都要进行分组交织。其速率为28.8ks/s（每20ms含576个编码符号），输入码元（包括重复码元）按顺序逐列从左到右写入交织器的3218矩阵，直到填满。4）可变数据速率传输为了减少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进行选通，只允许所需码元输出，而删除其他
42、重复的码元。这种过程如图9.17所示。由图可见，传输的占空比随传输速率而变：当数据率是9.6kb/s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1；当数据率是4.8kb/s时，选通门只允许交织器输出的码元有1/2进行传输，即占空比为1/2；依此类推。在选通过程中，把20ms的帧分成16个等长的段，即功率控制段，每段1.25ms，编码从0至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。不过，在接入信道中，两个重复的码元都要传输，如图9.18。2024/8/2541图9.17 反向信道可变速率传输示例2024/8/25
43、42图9.18 接入信道传输结构2024/8/2543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个比特表示为：在图9.17的例子中，它们对应的比特取值为：0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 数据猝发随机化算法如下：数据率为9.6kb/s时，所用的功率控制段为：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15数据率为4.8kb/s时，所用的功率控制段为：b0，2+b1，4+b2，6+b3，8+b
44、4，10+b5，12+b6，14+b7数据率为2.4kb/s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)数据率为1.2kb/s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)或12+b6(如b11=0和b13=1)或14+b7(如b11
45、=1和b13=1)2024/8/25445）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64阶Walsh序列进行调制。交织器输出的码元速率是28.8ks/s，正交调制之后的码元速率是28.8/6=4.8ks/s，一个码元的时间宽度为1/4800=208.333s。每一调制码元含64个子码，因此Walsh函数的子码速率为644800=307.2kc/s，相应的子码宽度为3.255s。又因为每一个Walsh子码被扩成四个PN子码，所以其最终的数据速率就是扩频PN序列的速率，为307.24=1.2288Mc/s。需要注意的是，使用Walsh函数的目的是在前向链路上，用来区
46、分信道；在反向链路上，用来进行多进制正交调制，以提高反向链路的通信质量。2024/8/25456）四相扩展反向CDMA信道四相扩展所用的序列就是前面正向CDMA信道所用的I与Q导频PN序列。如图9.16所示，经过PN序列扩展之后，Q支路的信号要经过一个延迟电路，把时间延迟1/2个子码宽度(409.901ns)，再送入基带滤波器。信号经过基带滤波器之后，进行四相调制，合成信号的相位点及其转换关系如图9.19所示。CDMA反向信道采用OQPSK调制，调制相位跳变小，信号的包络起伏小。OQPSK调制使用功率效率高、非线性、完全饱和的C类放大器，节省了移动台的功耗，延长了通话时间。图9.19 反向CD
47、MA信道的信号相位点及其转换关系2024/8/25463.反向接入信道当移动台不使用业务信道时，接入信道提供从移动台到基站的通信。移动台在接入信道上发送信息的速率固定为4.8kb/s。接入信道帧长度为20ms，仅当系统时间为20ms的整数倍时，接入信道帧才可能开始传输。接入信道和前向传输中的寻呼信道相对应，以相互传送指令、应答和其他有关信息。一个寻呼信道最多可以对应32个CDMA反向接入信道，标号从031。对于每个寻呼信道，至少有一个反向接入信道与之对应。基站根据寻呼信道上的消息，在相应的接入信道上等待移动台的接入。同样，移动台通过在一个相应的接入信道上传输，响应相应的寻呼信道信息。接入信道的
48、消息结构如图9.20所示，它也由消息长度域、消息正文域和CRC域组成。消息长度域长8bit，因为移动台限定消息长度域的值不超过110，故接入信道消息的最大长度(含消息长度域、消息正文域和CRC域)为8110=880bit。CRC域长30bit，其生成多项式和前述同步信道一样。接入信道消息容器由接入信道消息和填充比特组成，填充比特置“0”，其长度根据需要而定。2024/8/2547图9.20 接入信道的消息结构图9.21 接入信道时隙结构2024/8/2548接入信道分成若干个时隙(AS1，AS2，ASn，)，时隙由消息容器和报头组成，其结构如图9.21所示。消息容器含(3+MAX_CAP_SZ
49、)个接入信道帧，报头含(1+PAM_SZ)个接入信道帧。图中MAX_CAP_SZ取0，PAM_SZ取1。接入信道的帧结构如图9.22所示，每帧长20ms，含96bit，其中信息比特88个，编码尾比特8个。图9.22 接入信道的帧结构2024/8/2549图9.23 接入信道结构举例2024/8/25504.反向业务信道反向业务信道用于通信过程中由移动台向基站传输用户信息和必要的信令信息，因而它的许多特征和前向业务信道一样。反向业务信道也以可变数据速率9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s传送信息，帧长也是20ms，数据速率也可逐帧选择。反向业务信道的帧结构与前向业务信道
50、的帧结构完全一样，其消息结构如图9.24所示，包括消息长度域、消息正文域和CRC域。图9.24 反向业务信道的消息结构2024/8/2551消息长度域含8bit，以八进制数值表示消息长度，其最小值为5，即消息长度为58=40bit；最大值为255，即消息长度为2558=2040bit，CRC域含16bit。反向业务信道报头由192个“0”的帧组成(不含帧质量指示比持)，以9.6kb/s的速率传送，其作用是帮助基站完成反向业务信道的初始捕获。没有服务选择被激活的时候，移动台也发送一种无值业务数据，以保持基站和移动台的连接性。无值业务数据由包含16个“1”、跟着8个“0”的帧组成，以1.2kb/s
51、的速率发送。移动台要支持“复接选择1”，其信息比特复接方式与前向业务信道相同。移动台可以使用一个或多个反向业务信道帧发送消息。反向业务信道帧中的第一个信令业务比特是消息开始(SOM)比特。如果此信令消息在当前帧开始，移动台要把其SOM比特置“1”；如果当前帧所含的信令消息是从前一帧开始的，移动台要把其SOM比特置“0”。如果用来发送一消息的最后帧中含有未用的比特，移动台要把这些比特的每一个都置成“0”，这种比特即填充比特。2024/8/25529.3 CDMA自自动功率控制功率控制在CDMA系统中，功率控制（Power Control，PC）被认为是所有关键技术的核心，其控制的范围和精度直接影
52、响到整个系统的性能。如偏差过大，不仅系统容量迅速下降，通信质量也急剧下降。CDMA功率控制的目的有两个：一个是克服反向链路的远近效应；另一个是在保证接收机的解调性能情况下，尽量降低发射功率，减小对其他用户的干扰，增加系统容量。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。9.3.1 反向开环功率控制反向开环功率控制的前提条件是假设前向和反向链路的衰落情况一致，系统内的每一个移动台接收并测量前向链路的信号强度，根据所接收的前向链路信号强度来估计传播路径损耗，然后根据这种估计，调整其发射功率。接收信号较强时，表明信道环
53、境较好，将减小发射功率；接收信号较弱时，表明信道环境较差，将增大发射功率。2024/8/2553开环功率控制只是移动台对发送电平的粗略估计，因此它的反应时间既不应太慢，也不应太快。如反应太慢，在开机或进入阴影时，开环起不到应有的作用；而如果反应太快，将会由于前向链路中的快衰落而浪费功率。下面具体描述移动台通过开环功率控制计算发射功率的方法：（1）刚进入接入信道时（闭环校正尚未激活），移动台将按下式计算平均输出功率，以发射其第一个试探序列。平均输出功率（dBm）=- 平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB） +INIT_PWR（dB） (9-5)其中，平均功率是相对于1.23MHz标
54、称CDMA信道带宽而言的。INIT_PWR用于调整第一个接入探测的功率，NOM_PWR是为了补偿由于前向CDMA信道和反向CDMA信道之间不相关造成的路径损耗。这两个参数都需要根据具体传播环境的通信当地噪声电平通过计算得出。2024/8/2554（2）其后的试探序列不断增加发射功率（增加的步长为PRW_STEP），直到收到一个响应或序列结束。这时移动台开始在反向业务信道上发送信号，其平均输出功率电平为：平均输出功率（dBm）= - 平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB） +INIT-PWR（dB）+PWR_STEP之和（dB） （9-6）（3）在反向业务信道开始发送之后一旦收到一
55、个功率控制比特，移动台的平均输出功率将变为平均输出功率（dBm）=- 平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB） +INIT_PWR（dB）+PWR_STEP之和（dB） +所有闭环功率控制校正之和（dB） （9-7）NOM_PWR，INIT_PWR和PWR_STEP均为在接入参数消息中定义的参数，在移动台发射之前便可得到这些参数。NOM_PWR参数的范围为（-87）dB，标称值为0dB。INIT_PWR参数的范围为（-1615）dB，标称值为0dB。PWR_STEP参数的范围为（07）dB。这些校正参数对平均输出功率所做调整的精确度为0.5dB。移动台平均输出功率可调整的动态范围至
56、少应为32dB。2024/8/25559.3.2 反向反向闭环功率控制功率控制在反向闭环功率控制中，基站起着很重要的作用。闭环控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。这种对开环的迅速纠正，解决了前向链路和反向链路间增益容许度和传输损耗不一样的问题。在开环功率控制的基础上，反向闭环功率控制能提供24dB的动态范围。反向闭环功率控制包括两部分：内环功率控制和外环功率控制，如图9.25所示。图9.25 反向闭环功率控制2024/8/2556内环功率控制的目的是使移动台业务信道的信噪比尽可能接近目标值，而外环功率控制则对指定的移动台调整其信噪比的目标值
57、。内环功率控制由BTS完成，外环功率控制由BSC完成。1）外环功率控制的过程从BTS来的语音帧以每秒50帧的速率送到选择器V/S，选择器每过一定的时间就统计所收到的反向信道误帧率（FER）是否超过1%。如果超过1%，则说明目前所设的目标Eb/N0还不够，就指令BTS将目标Eb/N0上升几个步阶；如果小于1%，说明目前所设的目标Eb/N0还有余量，就指令BTS将目标Eb/N0下降一个步阶，这就是所说的外环调整。2）内环功率控制的过程BTS对从MS收到的信号进行Eb/N0测量，每帧分阶段6次（即以一个功率控制组为单位），具体的测量过程如下：（1）对于收到的每一个Walsh符号进行解调，取64个解调
58、值中的最大值；（2）把每6个最大值加在一起（6个Walsh符号=1个功率控制组）；（3）总和与目标Eb/N0相比。2024/8/2557在对反向业务信道进行闭环功率控制时，移动台将根据在前向业务信道上收到的有效功率控制比特（在功率控制子信道上）来调整其平均输出功率。功率控制比特（“0”或“1”）是连续发送的，其速率为每比特1.25ms（即800b/s）。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率。每个功率控制比特使移动台增加或减少功率的大小为1dB。基站接收机应测量所有移动台的信号强度，测量周期为1.25ms。并利用测量结果，分别确定对各个移动台的功率控制比特值
59、（“0”或“1”），然后基站在相应的前向业务信道上将功率控制比特发送出去。基站发送的功率控制比特较反向业务信道延迟21.25ms。移动台接收前向业务信道后，从中抽取功率控制比特，进而对反向业务信道的发射功率进行调整。2024/8/25589.3.3 前向功率控制前向功率控制的目的是调整基站到移动台发射的功率，对路径衰落小的移动台分配较小的前向链路功率；而对那些远离基站和路径衰落大的移动台分配较大的前向链路功率。使任意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噪比所要求的门限值。这样，就可以避免基站向距离近的移动台辐射过大的信号功率，也可以防止由于移动台进入传播条件恶劣或背
60、景干扰过强的地区而发生误码率增大或通信质量下降的现象。前向信道总功率是按一定比例分配给导频信道、同步信道、寻呼信道以及所有的前向业务信道的。图9.26是当一个基站有12个用户时，每个信道被分配功率百分比的例子。基站通过移动台对前向误帧率的报告决定是增加发射功率还是减少发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。定期报告就是隔一段时间汇报一次，门限报告就是当误帧率达到一定门限时才报告。这个门限是由营运商根据对语音质量的不同要求设置的。这两种报告方式可同时存在，也可只用一种，或者两种都不用，这可根据营运商的具体要求进行设定。2024/8/2559图9.26 12个用户时的不同信道分配功率之比20
61、24/8/25609.4 CDMA蜂蜂窝系系统的控制功能的控制功能9.4.1 登记注册在CDMA系统中，登记注册是一种进程。通过登记移动台向基站表明其位置、状态、识别码，时隙周期和其他特征值。移动台向基站提供位置和状态信息是为了让基站能够方便地寻找到被叫移动台。移动台给基站提供时隙索引以便让基站知道移动台在哪个时隙监听。对于时隙排列的模式操作中，基站同意移动台在所安排的时隙间隔内减小功率输出以便节省电源。这种方案也称为移动台睡眠模式或者叫非连续接收（DRX），这和IS-54以及GSM相类似。移动台同样也提供类标记和协议版本号以便基站能识别出移动台的容量和能力。登记注册可分为自主登记和其他登记。
62、2024/8/25611.自主登记自主登记是与移动台漫游无关的一类登记，它包括下列5种登记：1）开机登记移动台打开电源时或从其它服务系统切换过来时进行的登记。为了防止电源因连续多次的接通和断开而需多次登记，通常移动台要在打开电源后延迟20s才登记。2）关机登记移动台断开电源时也要登记，但只有当它在当前服务的系统中已经登记过才进行断电源登记。3）周期性登记为了使移动台按一定的时间间隔进行周期性登记，移动台要设置一种计数器。计数器的最大值受基站控制。当计数值达到最大（计满或终止）时，移动台即进行一次登记。4）基于距离登记如果当前的基站和上次登记的基站之间的距离超过了门限值，则移动台要进行登记，移动
63、台根据两个基站的纬度和经度之差来计算它已经移动的距离。移动台要存储最后进行登记的基站的纬度和经度和登记距离。5）基于区域登记为了便于对通信进行控制和管理，把CDMA蜂窝通信系统划分为三个层次：系统、网络和区域。网络是系统的子集，区域是系统和网络的组成部分，由一组基站组成。系统用系统标识号（SID）区分，网络用网络标识号（NID）区分，区域用区域号区分。因此，任何系统中的任何网络都可以由系统识别号和网络识别号构成的系统网络识别对（SID，NID）来唯一确定。2024/8/2562图9.27给出了一个系统与网络的简例。图中包括3个系统，标号分别为i、j、k，系统i包括3个网络分别为t、u、v，在这
64、个系统中的基站可以处于这3个网络（i，t）、（i，u）或（i，v）之中；也可以不处于这3个网络之中，其NID=0，以（i，0）表示。基站和移动台都保存一张供移动台注册用的“区域表格”。当移动台进入一个新区，区域表格中没有对它的登记注册，则移动台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（SID，NID）允许移动台注册的最大数目由基站控制。为了实现在系统之间和网络之间漫游，移动台要专门建立一种“系统/网络表格”。移动台可在这种表格中存储4次登记，每次登记都包括（SID，NID）。这种登记有两类：一是原籍登记；二是访问登记。如果要存储的标志（SID，NID）和原籍的标志不符，则说
65、明移动台是漫游者。漫游有两种形式：其一是要登记的标志中和原籍标志中的SID相同，则移动台是网络之间的漫游者；其二是要登记的标志中和原籍标志中的SID不同，则移动台是系统之间的漫游者。2024/8/2563图9.27 系统与网络的示意图2024/8/25642.其他登记除了自主登记之外，还有下列4种登记形式：1）参数改变登记当移动台修改其存储的某些参数时，要进行登记。2）受命登记基站发送请求指令，指挥移动台进行登记。3）默认登记当移动台成功发送出一启动信息或寻呼应答信息时，基站能借此判断出移动台的位置，不涉及二者之间的任何注册信息的交换，这叫作默认登记。4）业务信道登记一旦基站得到移动台已被分配
66、到一业务信道的注册信息时，则基站通知移动台它已被登记了。2024/8/25659.4.2 切切换切换（Handoff）是指移动台在通信期间，由于所在位置发生变化，从而改变与网络的连接关系的过程，也称越区切换。切换过程中，通信链路的转移不能影响通话的正常进行，时间要短，切换过程自动进行。在蜂窝移动通信系统中，切换是保证移动用户在移动状态下，实现不间断通信的可靠保证。1.切换分类根据移动台与原基站及目标基站连接方式的不同，CDMA系统的切换可以分为如下四种：1）软切换软切换是指需要切换时，移动台先与目标基站建立通信链接，再切断与原基站的通信链路的切换方式，即先通后断。由于只有在使用相同频率的小区间
67、才能进行软切换，故这种切换方式是CDMA蜂窝移动通信系统所独有的切换方式。2）更软切换这种切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。移动台与同一基站的不同扇区保持通信，基站RAKE接收机将来自不同扇区分集式天线语音帧中最好的帧合并为一个业务帧，更软切换由基站控制完成。2024/8/25663）硬切换硬切换是指在载波频率配置不同的基站覆盖小区之间的信道切换。在硬切换过程中包括载波频率和导频信道PN序列偏移的转换。在切换过程中，移动用户与基站的通信链路有一个很短的中断时间。在CDMA系统中，硬切换发生在具有不同发射频率的两个基站之间，其切换过程和GSM的硬切换相似。4）CDMA到模拟系统的切换
68、基站引导移动台由前向业务信道向模拟话音信道切换。2.软切换过程在CDMA软切换过程中，移动台需要搜索导频信号并测量其信号强度，设置切换定时器，测量导频信号中的PN序列偏移，并通过移动台与基站的信息交换完成切换。软切换的具体过程包含三个阶段：（1）移动台与原小区基站保持通信链路；（2）移动台与原小区基站保持通信链路的同时，与新的目标小区的基站建立通信链路；（3）移动台与新小区基站保持通信链路。2024/8/2567软切换的前提条件是及时了解各基站发射的信号在到达移动台接收地点的强度，因此，移动台必须对基站发出的导频信号不断进行测量，并把测量结果通知基站。移动台将系统中的导频分为如下4个导频合集：
69、(1)激活集。和分配给移动台的前向业务信道结合的导频。(2)候补集。未列入激活集，但具有足够的强度表明它与前向业务信道结合并能成功地被解调。(3)邻近集。未列入激活集和候补集，但可作为切换的备用导频。(4)剩余集。未列入上述3个集合的导频。当移动台驶向一基站，然后又离开该基站时，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，因而该导频信号可能由邻近集和候补集进入激活集，然后又返回邻近集，如图9.28所示。 2024/8/2568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(上)，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集；(2)基站向移动台发送切换引导
70、消息；(3)移动台把导频转换到激活集，并向基站发送切换完成消息；(4)导频强度降低到门限(下)之下，移动台启动切换下降计时器；(5)切换下降计时器终止，移动台向基站发送导频测量消息；(6)基站向移动台发送切换消息；(7)移动台把导频从激活集转移到邻近集，并向基站发送一切换完成消息。2024/8/2569图9.28 切换门限举例2024/8/25709.4.3 呼叫处理1.移动台呼叫处理移动台通话是通过业务信道和基站之间互相传递信息的。但在接入业务信道时，移动台要经历一系列的呼叫处理状态，包括系统初始化状态、系统空闲状态、系统接入状态，最后进入业务信道控制状态。移动台呼叫处理状态如图9.29所示
71、。(1)移动台初始化状态。移动台接通电源后就进入初始化状态。在此状态下，移动台首先要判定它要在模拟系统中工作还是要在CDMA系统中工作。如果是后者，它就不断的检测周围各基站发来的导频信号和同步信号。各基站使用相同的引导PN序列，但其偏置各不相同，移动台只要改变其本地PN序列的偏置，就能很容易测出周围有哪些基站在发送导频信号。移动台比较这些导频信号的强度，即可捕获导频信号。此后，移动台要捕获同步信道。同步信道中包含有定时信息，当对同步信道解码之后，移动台就能和基站的定时同步。2024/8/2571(2)移动台空闲状态。移动台在完成同步和定时后，即由初始化状态进入空闲状态。在此状态下，移动台可接收
72、外来的呼叫，可进行向外的呼叫和登记注册的处理，还能确定所需的码信道和数据率以及接收来自基站的消息和指令。(3)系统接入状态。如果移动台要发起呼叫，或者要进行注册登记，或者收到一种需要认可或应答的寻呼信息，移动台即进入系统接入状态，并在接入信道上向基站发送有关的信息。这些信息可分为两类：一类属于应答信息(被动发送)；一类属于请求信息(主动发送)。(4)移动台在业务信道控制状态。当接入尝试成功后，移动台进入业务信道状态。在此状态下，移动台和基站之间进行连续的信息交换。移动台利用反向业务信道发送语音和控制数据，通过前向业务信道接收语音和控制数据。2024/8/2572图9.29 移动台呼叫处理状态2
73、024/8/25732.基站呼叫处理基站呼叫处理比较简单，有以下几种类型：(1)导频和同步信道处理。在此期间，基站发送导频信号和同步信号，使移动台捕获和同步到CDMA信道。同时，移动台处于初始化状态。(2)寻呼信道处理。在此期间，基站发送寻呼信号。同时，移动台处于空闲状态或系统接入状态。(3)接入信道处理。在此期间，基站监听接入信道，以接收移动台发来的信息。同时，移动台处于系统接入状态。(4)业务信道处理。在此期间，基站用前向业务信道和反向业务信道与移动台交换信息。同时，移动台处于业务信道控制状态。2024/8/2574本章小结本章小结本章介绍了CDMA移动通信系统，主要涉及CDMA系统的概念
74、、CDMA系统的无线传输、自动功率控制技术以及CDMA系统的控制功能这4部分内容。CDMA系统是以扩频技术为基础的码分多址蜂窝移动通信系统，现在广泛使用的是IS-95标准。CDMA系统具有频谱利用率高、系统容量大、抗干扰能力强等优点。CDMA系统是干扰受限系统，它采用了语音激活、功率控制等技术来减少系统内的干扰，提高系统容量。CDMA系统的前向传输信道和反向传输信道的结构不同，区分信道的方式也不同。在前向传输信道中是以64阶Walsh码来区分不同信道的；在反向传输信道中，则以PN序列扩频调制来区分。CDMA系统采用功率控制技术来减小各用户之间的干扰，软切换是CDMA系统特有的。CDMA系统利用
75、RAKE接收机来提高接收信号的质量。2024/8/2575习题习题9.1 填空题（1）CDMA前向信道可分为_、_、_和_，而反向信道可分为_和_。（2）CDMA手机在_上捕获信息作为时间和相位跟踪参数，而在切换时作为信号测量的参考。（3）扩频PN序列捕获方法有_、_及匹配滤波器法。（4）CDMA系统215-1短码在前向信道是用于_。而242-1长码在前向信道是用于_。（5）CDMA系统采用_技术解决远近效应。（6）CDMA系统反向闭环功率控制调节的速率为_Hz。2024/8/25769.2 说明CDMA蜂窝系统能比TDMA蜂窝系统获得更大通信容量的原因和条件。9.3 IS-95 CDMA蜂窝
76、系统的优点和缺点有哪些？9.4 CDMA蜂窝系统使用了几种PN序列？它们都是怎么实现的？9.5 说明CDMA蜂窝系统采用功率控制的必要性及对功率控制的要求。9.6 什么叫开环功率控制？什么叫闭环功率控制？9.7 在CDMA蜂窝系统中，用来区分前向传输信道和反向传输信道的办法有何不同？9.8 为什么说CDMA蜂窝系统具有软容量特性？这种特性有什么好处?9.9 为什么说CDMA蜂窝系统具有软切换功能？这种功能有何好处?9.10 CDMA系统为什么要采用精确功率控制？精确功率控制是如何实现的？9.11 画示意图说明移动台呼叫处理的状态过程。9.12 CDMA系统的前向业务信道和反向业务信道在电路设计上有哪些不同之处？请画示意图说明。2024/8/2577
