第8、9章 cdma数字蜂窝移动通信系统.

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1、CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统兰州理工大学计算机与通信学院通信工程系 2008 年9/5/20241CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组本章教学目的本章教学目的了解了解CDMA的历史背景的历史背景， CDMA 2000，从从CDMA One到到CDMA 2000第三代无线第三代无线通信系统到通信系统到B3G,4G的演进过程。的演进过程。理解理解CDMA前向信道前向信道、 CDMA反向信道反向信道、功率控制功率控制、 CDMA系统的容量、系统的容量、 CDMA切换过程、切换过程、 CDMA登记过程。登记过程。本章原理重点：本

2、章原理重点：功率控制功率控制技术、切换技术、技术、切换技术、CDMA登记过程。登记过程。9/5/20242CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组本章内容本章内容 9.1 引言引言 9.2 CDMA空中接口协议层空中接口协议层 9.3 CDMA前向信道前向信道 9.4 CDMA反向信道反向信道 9.5 功率控制功率控制 9.6 CDMA系统的鉴权技术系统的鉴权技术9.7 CDMA登记登记 9.8 CDMA切换过程切换过程 9.9 从从CDMA One到到CDMA2000第三代无线通信系统第三代无线通信系统 9/5/20243CDMA数字蜂窝移动

3、通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.1 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）, CDMA技技术术早早已已在在军军用用抗抗干干扰扰通通信信研研究究中中得得到到广泛应用广泛应用,上世纪末上世纪末 转为民用。转为民用。中中国国CDMA的的发发展展也也有有长长期期军军用用研研究究的的技技术术积积累累，93年年国国家家863计计划划开开展展CDMA蜂蜂窝窝技技术术研研究究。1998年年具具有有14万万容量的长城容量的长城CDMA商用试验网商用试验网。9/5/20244CDMA数字蜂窝

4、移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.1.1 CDMA技术的标准化技术的标准化 CDMA技术的标准化经历了几个阶段技术的标准化经历了几个阶段:IS-95AIS-99IS-95BIS-95C, IS-95HDRCDMA2000 1X9/5/20245CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.1.2 我国我国CDMA系统可以占用的频率系统可以占用的频率我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率如下表所示。我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率如下表所示。 系统或使用部门系统或使用部门 上行频率上行频

5、率/MHz 下行频率下行频率/MHz 中国联通CDMA 825835 870880 中国移动GSM室内分布系统885890 930935 中国移动GSM900 890909 935954 中国联通GSM900909915 954960 中国移动DCS1800 17101720 18051815 中国联通DCS1800 17451755 18401850 9/5/20246CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.1.3 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(自干扰、小区呼吸自干扰、小区呼吸)3. 通话质量

6、更佳（动态调整数据速率）通话质量更佳（动态调整数据速率）4. 移动台辅助软切换移动台辅助软切换5. 频率规划简单频率规划简单6. 建网成本低建网成本低9/5/20247CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组几种蜂窝通信系统的通信容量的比较：几种蜂窝通信系统的通信容量的比较： 模拟模拟FDMA系统系统:总频段宽度总频段宽度 1.25 MHz (AMPS) 频道间隔频道间隔 30 kHz 信道数目信道数目 1.2510 6/(30103)=41.7 每区群小区数每区群小区数 7 通信容量通信容量 41.7/7=6 9/5/20248CDMA数字蜂

7、窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组1.25 MHz频道间隔频道间隔30 kHz每载频时隙数每载频时隙数 3信道数目信道数目31.25106/(30103)=125每区群小区数每区群小区数 4通信容量通信容量 125/4=31.25 TDMA系统总频段宽度系统总频段宽度(DAMPS) 9/5/20249CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组CDMA系统系统 :总频段宽度总频段宽度 1.25 MHz 扇形分区数扇形分区数 3 通信容量通信容量 120以以n表表示示通通信信容容量量，三三种种系系统统的的比比

8、较较结结果果可可以写成以写成n(CDMA)=20n(FDMA)=4n(TDMA) 9/5/202410CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组7. “绿色手机绿色手机”(GSM600毫瓦,CDMA200毫瓦,普通零点几毫瓦)8 . 保密性强，保密性强， 通话不会被窃听通话不会被窃听(PN4.4万亿万亿)9. 多种形式的分集多种形式的分集10. CDMA的功率控制的功率控制11. 话音激活话音激活 9/5/202411CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.2 CDMA空中接口标准空中接口标准

9、图图9-1 CDMA空中接口层结构空中接口层结构 9/5/202412CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.3 CDMA前向信道前向信道 图9-2 CDMA前向信道结构 9/5/202413CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.3.1 前向业务信道 图6-3 CDMA前向信道结构 声码器卷积编码符号重复符号抽取块交织数据扰码功率控制子信道正交信道扩频四相扩频调制9/5/202414CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图9-4 速率

10、1和速率2前向业务信道的产生 9/5/202415CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组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速率。速率。 通常对应于速率通常对应于速率1和速率和速率2分别有两种声码器：分别有两种声码器：u 速速率率1包包含含四四种种速速率率：9600，4800，2400和和1200b/s(工工作作于于9.6kb/s数据流的数据流的8kb/s声码器声码器)。u速速率率2包包含含四四种种速速率率：14400，7200，3600和和180

11、0 b/s(工工作于作于14.4kb/s数据流的数据流的13.3kb/s声码器）。声码器）。9/5/202416CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图图9-5 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 9/5/202417CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图图9-6 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 9/5/202418CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组帧质量指示有两个目的帧质量指示

12、有两个目的：u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，确定是否有帧发生错误；后，确定是否有帧发生错误；u二是帮助确定接收帧的数据速率。二是帮助确定接收帧的数据速率。9/5/202419CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组2. 卷积编码卷积编码 图9-7 K=9，1/2比率的卷积编码器 9/5/202420CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组3. 符号重复符号重复符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

13、重复数据，复数据，速率速率1产生产生19.2kb/s，速率速率2产生产生28.8kb/s的速率。的速率。对对于于速速率率1，如如果果输输入入是是19.2kb/s，符符号号不不重重复复；（9.6kb/s，4.8kb/s）。）。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，可增加接收的可靠性。可增加接收的可靠性。 9/5/202421CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组重复符号比全速率符号的功率电平低。由于重复符号比全速率符号的功率电平低。由于所有符号总功率是一样的，所有符号总功率是一样的， 因此各符号功率因

14、此各符号功率减少了。减少了。导频信道没有该过程。导频信道没有该过程。同步信道，每个经卷积编码后的符号，同步信道，每个经卷积编码后的符号， 在块在块交织前应重复一次（每个符号连续重发）。交织前应重复一次（每个符号连续重发）。寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。9/5/202422CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组4. 符号抽取符号抽取作用于速率作用于速率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，即即块块交交织织器器的的输输入入符符号号速速率率是是相相同同的

15、的。CDMA通通过过从从每每6输入中删除输入中删除2实现把实现把28.8 kb/s数数据流变为据流变为19.2 kb/s。 9/5/202423CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组5. 块交织块交织前前向向业业务务信信道道的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送到到下下一一步步骤骤（数数据据扰扰码码）。 同步信道、同步信道、 寻呼信道和前向业务信道在重复寻呼信道和前向业务信道在重复后进行块交织后进行块交织。 9/5/2

16、02424CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组同同步步信信道道交交织织宽宽度度为为29.666ms，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，交交织织器器阵列为阵列为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20ms，在在调调制制符符号号速速率率为为19200符符号号/秒秒时时，等等于于384个个调调制制符符号号，如如图图9-8所所示示。三三种种信信道道的的符符号号都都是是按列写入阵列，按列写入阵列， 交织后按行读出。交织后按行读出。 9/5/202425

17、CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图图9-8 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 9/5/202426CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组1111111111010101010111111111110101010101111111111101111111100101111111010111111111111111110000001101按按列列写写入入阵阵列列9/5/202427CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组

18、1 0 1 0 1 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 1 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 0 1 1 1 1交交织织后后按按行行读读出出9/5/202428CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9. 数据扰码数据扰码(掩蔽掩蔽)扰扰码码用用于于寻寻呼呼信信道道和和正正向向业业

19、务务信信道道，其其作作用用是是为为通通信信提提供供保保密。密。掩掩蔽蔽器器把把交交织织器器输输出出的的码码流流和和按按用用户户编编址址的的PN序序列列进进行行模模2加。加。这这种种PN(242-1)序序列列速速率率为为1.2288Mchip/s的的长长码码，每每一一调调制制码码长度等于长度等于64(1.2288106/19200)个个PN子码宽度。子码宽度。长长码码经经分分频频后后，其其速速率率变变为为19200b/s，因因而而送送入入模模2相相加加器器进进行数据掩蔽的是每行数据掩蔽的是每 64 个子码中的第一个子码在起作用。个子码中的第一个子码在起作用。 9/5/202429CDMA数字蜂窝

20、移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组7. 功率控制子信道功率控制子信道在前向业务信道上连续发送，控制移动台的发射功率。在前向业务信道上连续发送，控制移动台的发射功率。子子信信道道以以每每1.25ms发发射射一一比比特特（0或或1），即即速速率率为为800b/s。功率电平台阶为功率电平台阶为1dB。发射发射0指示移动台提高发射功率，指示移动台提高发射功率，发射发射1则指示移动台降低发射功率。则指示移动台降低发射功率。在在CDMA中中通通过过使使用用快快功功率率控控制制子子信信道道技技术术，能能避避免免发发生生“远远近效应近效应”。 9/5/202430CDM

21、A数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组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固固定定码片率的码片率的Walsh函数函数进行扩频，进行扩频， 用用Walsh函函数数n进进行行扩扩频频的的码码分分信信道道定定义义为为第第n个个码码分分信信道道（n=063）(w0,w32,w1 -w7,w8-w63)。 Walsh函函数数每每52.083us（即即64/1.2288Mc/s）进进行行重重复复， 因因为为一一个个调调制制符符用用64个个Walsh比比特特进进行行调调制制，

22、所所以以它它等等于于一一个个前前向向业务信道业务信道调制符号的时间间隔。调制符号的时间间隔。 正交扩频正交扩频/解扩频解扩频9/5/202431CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组Walsh码码伪伪随随机机序序列列具具有有良良好好的的自自相相关关特特性性, 但但其其互互相相关关特特性性不不是是很很理理想想(互互相相关关值值不不是是处处处处为为零零), 如如果果把把伪伪随随机机序序列列同同时时用用作作扩扩频码和地址码频码和地址码, 系统性能将受到一定影响。系统性能将受到一定影响。地地址址码码采采用用Walsh(沃沃尔尔什什)编编码码:Wals

23、h码码是是一一种种同同步步正正交交码码, 即即在在同同步步传传输输情情况况下下, 利利用用Walsh码码作作为为地地址址码码具具有有良良好好的的自自相相关关特特性性和和处处处处为为零零的的互互相相关关特特性性。此此外外, Walsh码码生生成成容容易易、应用方便。应用方便。9/5/202432CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组正交扩频/解扩频 9/5/202433CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图9-10 使用错误Walsh码正交解扩频后的输出结果 9/5/202434CDMA数字

24、蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9. 四相扩频调制四相扩频调制 四相扩展所用的序列称为引导四相扩展所用的序列称为引导PN序列序列引导引导PN序列使移动台识别所需的基站序列使移动台识别所需的基站基基站站使使用用相相同同的的PN序序列列， 但但采采用用不不同同的的时时间间偏偏置置(PN序序列列的的相相关关特特性性在在时时间间偏偏移移大大于于一一个个子子码码宽宽度度时时，其其相相关关值值就就等等于于或或接接近近0，因因而而移移动动台台用用相相关检测法很容易把不同基站的信号区分开来关检测法很容易把不同基站的信号区分开来)一个基站的一个基站的PN序列序列采用

25、相同的时间偏置采用相同的时间偏置9/5/202435CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组 不不同同的的时时间间偏偏置置用用不不同同的的偏偏置置系系数数表表示示，偏偏置置系系数数共共512 个个，编编号号从从 0 到到 511。偏偏置置时时间间等等于于偏置的系数乘以偏置的系数乘以64， 单位是单位是PN序列子码数目。序列子码数目。 例例如如，当当偏偏置置系系数数是是 15 时时，相相应应的的偏偏置置时时间间是是1564=960个个 子子 码码 ， 已已 知知 子子 码码 宽宽 度度 为为 1/1.338 8106=0.813 8s, 故故 偏

26、偏 置置 时时 间间 为为 9600.813 8=781.25s。9/5/202436CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.3.2 前向广播信道前向广播信道 导频信道导频信道(1个个,W0) 同步信道同步信道(1个个,W32 ) 寻呼信道寻呼信道(7个个,W1至至W7 )9/5/202437CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组1. 导频信道导频信道基基站站在在每每一一路路激激活活的的前前向向CDMA上上不不停停发发送送导导频频信信号号，导导频频信信道道传传送送带带有有确确知知信信息息的

27、的导导频频序序列列,不不仅仅可可以以用用于于系系统统定定时时、载载波波提提取取、越越区区切切换换, 以以及及移移动动台台用用来来捕捕获获、定定时时的的参参考考信信道道并并提提供供相相关关解解调调的的相相位位参参考考，而而且且可可以以对对多多径径衰衰落落信信号号的的幅幅度度和和相相位位信信息息进进行行估估计计,从从而而使使得得多多径径分分集集和和相相干干RAKE 接接收收成成为可能。为可能。导导频频信信号号是是一一种种无无调调制制的的直直接接序序列列扩扩频频信信号号，移移动动台台可可迅迅速速而精确地捕获信道的定时信息。而精确地捕获信道的定时信息。移移动动台台通通过过对对周周围围不不同同基基站站的

28、的导导频频信信号号进进行行检检测测和和比比较较，可可以决定什么时候需要进行过境切换。以决定什么时候需要进行过境切换。9/5/202438CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组在在一一个个系系统统中中可可能能被被复复用用的的码码分分数数量量为为512，所所以以导导频频信信道道可用偏置指数可用偏置指数(0511)来区别。来区别。 在在CDMA蜂蜂窝窝系系统统中中, 可可以以重重复复使使用用相相同同的的时时间间偏偏置置。两两个邻近小区使用同样的个邻近小区使用同样的PN码，但不能使用同样的时间偏置。码，但不能使用同样的时间偏置。偏置指数是指相对于偏置

29、指数是指相对于0偏置导频偏置导频PN序列的偏置值。序列的偏置值。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被定义为连续输出置被定义为连续输出15个个“0”的时刻。的时刻。 9/5/202439CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组导导频频PN序序列列偏偏置置值值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)。一个导频一个导频PN序列的偏置等于其偏置指数乘

30、以序列的偏置等于其偏置指数乘以64。相相邻邻基基站站的的导导频频PN序序列列偏偏置置指指数数间间隔隔应应设设置置得得大大一一些。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函数进行正交扩频、四相函数进行正交扩频、四相扩频和滤波。扩频和滤波。 9/5/202440CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组2. 同步信道同步信道主主要要传传输输同同步步信信息息,即即移移动动台台利利用用此此同同步步信信息息进进行行同同步步调调整。整。当当通通信信业业务务量量很很多多, 所所有有业

31、业务务信信道道均均被被占占用用而而不不敷敷应应用用时时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。此同步信道也可临时改作业务信道使用。 同同步步信信道道在在发发射射前前要要经经过过卷卷积积编编码码、符符号号重重复复、交交织织、扩扩频和调制等步骤频和调制等步骤(MS利用这些为发起呼叫作好准备利用这些为发起呼叫作好准备)。同步信道工作在固定速率同步信道工作在固定速率1.2kb/s。9/5/202441CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组3. 寻呼信道寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移移动动台台通通常常在

32、在建建立立同同步步后后，接接着着就就选选择择一一个个寻寻呼呼信信道道(也也可可以由基站指定以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。 在在需需要要时时，寻寻呼呼信信道道可可以以改改作作业业务务信信道道使使用用，直直至至全全部部用用完。完。9/5/202442CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组图9-11 导频信道、 同步信道和寻呼信道的产生 9/5/202443CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.4 CDMA反向信道反向信道图9-12 CD

33、MA反向信道结构 9/5/202444CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组反向链路由若干业务信道和接入信道组成反向链路由若干业务信道和接入信道组成u业务信道用于用户向基站的信号传输业务信道用于用户向基站的信号传输u接入信道是移动台用来启动与基站的通信及接入信道是移动台用来启动与基站的通信及对寻呼信道的消息作出响应，它是一种随机接对寻呼信道的消息作出响应，它是一种随机接入信道。入信道。u每个每个CDMA信道能有高达信道能有高达62个业务信道个业务信道u每个寻呼信道能支持高达每个寻呼信道能支持高达32接入信道。接入信道。9/5/202445CD

34、MA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组与前向链路相似，反向链路中也采用与前向链路相似，反向链路中也采用 PN 码扩频码扩频调制，此调制，此PN码的长度也与前向链路中的相同，码的长度也与前向链路中的相同，为为215-1，然而在这里使用了一个固定的相位差。，然而在这里使用了一个固定的相位差。移动台发送的数字信号也进行卷积编码、码组交移动台发送的数字信号也进行卷积编码、码组交织、织、Walsh码码64进制正交调制、长进制正交调制、长PN码扩频和码扩频和四相扩频调制。四相扩频调制。 9/5/202446CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通

35、信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组与前向链路相比有下面一些主要的不同之处：与前向链路相比有下面一些主要的不同之处： 1 发送的数字信息使用码率为发送的数字信息使用码率为1/3 (不是不是1/2)，约束，约束长度为长度为9的卷积编码，因此，编码后的符号速率的卷积编码，因此，编码后的符号速率是是28.8kb/s。2 卷积编码的信息以卷积编码的信息以20ms间隔进行交织，信号完间隔进行交织，信号完成交织编码后，将成交织编码后，将6个二进制符号形成一组，用个二进制符号形成一组，用它来选择它来选择64个不同正交函数之一作为发射（个不同正交函数之一作为发射（很明很明显这里的显这里的Walsh 函数应用

36、不同于前向链路，在前函数应用不同于前向链路，在前向链路上向链路上Walsh 函数是由分配给移动台的信道来函数是由分配给移动台的信道来确定，而在反向链路上确定，而在反向链路上Walsh 函数则是由发送的函数则是由发送的信息来确定的，也就是说，反向链路上信息来确定的，也就是说，反向链路上Walsh 函函数是用来作数是用来作64元正交调制的。元正交调制的。） 调制后的符号速率变为调制后的符号速率变为28.8/6=4.8 kb/s, 码片速码片速率则为率则为307.2Kcp/s。9/5/202447CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组3 在反向链路

37、上，长的在反向链路上，长的PN码（码（242 -1）不是用来扰）不是用来扰码，而是直接用来扩频，用它来区别不同的移动码，而是直接用来扩频，用它来区别不同的移动台。由于这个长台。由于这个长PN码每一个可能的相位偏差都码每一个可能的相位偏差都对应于一个有效地址。因而可以提供一个非常大对应于一个有效地址。因而可以提供一个非常大的地址空间，并且具有较高的保密性。的地址空间，并且具有较高的保密性。4 用短用短PN码（码（215）进行四相调制时，对任一移动）进行四相调制时，对任一移动台而言，都统一使用零偏置码，这是因为在反向台而言，都统一使用零偏置码，这是因为在反向信道上不需标识基站身份。信道上不需标识基

38、站身份。反向链路最后送出的信号也是一个由所分配的频率为中心频率，反向链路最后送出的信号也是一个由所分配的频率为中心频率，经过一对经过一对PN码的四相调制，由地址码确定的一定相位的长码的四相调制，由地址码确定的一定相位的长PN码码二相调制、二相调制、Walsh函数的正交调制、交织编码、卷积编码所组成的函数的正交调制、交织编码、卷积编码所组成的 9/5/202448CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组接入信道及速率接入信道及速率1和速率和速率2反向业务信道的产生反向业务信道的产生 9/5/202449CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计

39、通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组反向业务信道产生过程 9/5/202450CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组数据突发随机化算法数据突发随机化算法(了解了解)数数据据突突发发随随机机数数发发生生器器产产生生一一个个“0”和和“1”的的屏屏蔽蔽模模式式，它它可可以以随随机机地地屏屏蔽蔽掉掉由由码码重重复复产产生生的的冗冗余余数数据据。屏屏蔽蔽模模式式与与帧帧数据率有关。数据率有关。具具体体屏屏蔽蔽与与否否是是由由从从长长码码中中取取出出的的14位位比比特特决决定定的的（接接入入信信道因在所有功率控制组上都发送，没有）。道因在所有

40、功率控制组上都发送，没有）。这这14个个比比特特为为前前一一帧帧的的倒倒数数第第二二个个功功率率控控制制组组用用于于扩扩频频的的长长码的最后码的最后14个比特。个比特。 该该14个比特表示为个比特表示为 b0b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12b13 9/5/202451CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组每每20ms的的反反向向业业务务信信道道帧帧将将被被划划分分为为16个个等等长长（即即1.25 ms）的功率控制组，编号从的功率控制组，编号从0至至15。数据突发随机数算法如下：数据突发随机数算法如下： 如如果果所所选选

41、数数据据率率是是9.6kb/s或或14.4kb/s， 则则在在0至至15功功率率控控制制组组上发射上发射; 如如果果所所选选数数据据是是4.8kb/s或或7.2kb/s， 则则在在以以下下标标号号的的功功率率控控制制组组上上发发射射：b0，2+b1，4+b2，6+b3，8+b4，10+b5，12+b6，14+b7 9/5/202452CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组如果所选数据率是如果所选数据率是2400b/s或或3600b/s， 则在以下标号的则在以下标号的4个功个功率控制组上发射：率控制组上发射： b0 (若若b8=0)； 或或2+

42、b1(若若b8=1)； 4+b2(若若b9=0)； 或或6+b3 (若若b9=1)。 8+b4(若若b10=0)；或或10+b5 (若若b10=1)； 12+b6(若若b11=0)； 或或14+b7 (若若b11=1)。 9/5/202453CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组如如果果所所选选数数据据率率是是1200 b/s或或1800 b/s， 则则在在以以下下标标号号的的2个个功率控制组上发射：功率控制组上发射： b0（若若b8=0且且b12=0）或或2+b1（若若b8=1且且b12=0）或或4+b2（若（若b9=0且且b12=1）或或

43、6+b3（若（若b9=1且且b12=1）；）； 8+b4（若若b10=0且且b13=0）或或10+b5（若若b10=1且且b13=0）或或12+b6（若（若b11=0且且b13=1）或者说或者说4+b7（若（若b11=1且且b13=1）。）。 9/5/202454CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组 对对于于反反向向业业务务信信道道，掩掩码码可可选选用用下下面面二二者者之之一一：公公用用长长码码掩掩码码或或专专用用长长码码掩掩码码。公公用用长长码码掩掩码码如如下下：M41至至M32置置为为“1100011000”，M31至至M0置置为为移移

44、动动台台电电子子串串号号（ESN）比比特特的重新排列（扰乱），具体排列方式如下：的重新排列（扰乱），具体排列方式如下： ESN=（E31，E30，E29，E28，E27，E26，E25, E2，E1，E0） 排列后排列后 ESN=（E0，E31，E22，E13，E4，E26，E17，E8，E30，E21，E12， E3，E25，E16，E7，E29，E20，E11，E2，E24，E15，E6，E28，E19， E10，E1，E23，E14，E5，E27，E18，E9） 9/5/202455CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.5 功功 率

45、率 控控 制制 ()9/5/202456CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组小区呼吸与功率控制小区呼吸与功率控制9/5/202457CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组vCDMA系统是自干扰系统，限制系统是自干扰系统，限制CDMA系统容系统容量的因素是总干扰量的因素是总干扰v当达到以下条件，系统容量最大当达到以下条件，系统容量最大n当在可接受的信号质量下，功率最小当在可接受的信号质量下，功率最小n基站从各个移动台接收到的功率相同基站从各个移动台接收到的功率相同v在在CDMA系统中，功率控

46、制是关键技术系统中，功率控制是关键技术9/5/202458CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组n 反向反向 开环功率控制开环功率控制 闭环功率控制闭环功率控制 内环功率控制内环功率控制 外环功率控制外环功率控制n 前向前向 闭环功率控制闭环功率控制9/5/202459CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组1. 反向开环功率控制反向开环功率控制开开环环估估计计是是指指MS仅仅仅仅根根据据接接收收到到的的来来自自基基站站的的信信号号质质量量来来粗粗略略估估计计信信道道传传播播环环境境，并并相相

47、应应调调整整自自己己的的反反向向发发射射功功率率，是单方面的调整是单方面的调整(动态范围是动态范围是32dB32dB) 。例例如如当当MS检检测测到到所所接接收收到到的的前前向向功功率率比比较较高高时时，通通常常表表明明它它离离基基站站较较近近，传传播播环环境境较较好好，因因此此MS可可以以降降低低其其平平均均发发射射功功率率。当当然然，这这样样就就忽忽略略了了前前向向信信道道和和反反向向信信道道并并不不相相关的的事实关的的事实，会导致在短时间内出现较大的误差，会导致在短时间内出现较大的误差 。 9/5/202460CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学

48、院通信学科组闭环校准是指功率控制指令由闭环校准是指功率控制指令由BS根据反向业务根据反向业务信道指令产生，再通过前向信道发送，信道指令产生，再通过前向信道发送，MS根据根据在前向业务信道上收到的功率控制指令快速校正在前向业务信道上收到的功率控制指令快速校正自己的发射功率（每秒自己的发射功率（每秒800次），形成了控制环次），形成了控制环路，因此称这种方式为闭环校正。路，因此称这种方式为闭环校正。9/5/202461CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组2. 反向闭环功率控制反向闭环功率控制 闭环校正又分为内环和外环两部分闭环校正又分为内环和外

49、环两部分:l内环指内环指BS接收接收MS所谓信号，将其所谓信号，将其强度与一强度与一 闭环门限相比，如果高于闭环门限相比，如果高于该门限，向该门限，向MS发送发送“降低发射功率降低发射功率”的功率控制指令；否则发送的功率控制指令；否则发送“增增加发射功率加发射功率”的指令。的指令。9/5/202462CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组l外环的作用是对内环门限进行调整，这种调整是根据外环的作用是对内环门限进行调整，这种调整是根据BS所所接收到的反向业务信道的指令指标接收到的反向业务信道的指令指标FER （误帧率）的变化来（误帧率）的变化来进

50、行的。通常进行的。通常FER都有一定的目标值，当实际接收的都有一定的目标值，当实际接收的FER高高于目标值时，于目标值时，BS就需要提高内环门限，以增加就需要提高内环门限，以增加MS的反向发的反向发射功率；反之，当实际接收的射功率；反之，当实际接收的FER低于目标值时，低于目标值时，BS就适当就适当降低内环门限，以降低降低内环门限，以降低MS的反向发射功率。的反向发射功率。9/5/202463CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组 3. 软切换时的闭环功率控制软切换时的闭环功率控制 在在软软切切换换时时，移移动动台台同同时时接接收收两两个个或

51、或两两个个以以上上基基站站对对它它的的功功率率控控制制命命令令，如如果果有有上上升升和和下下降降的的功功率率控控制制命命令令，则则只只执行让它功率下降的命令。执行让它功率下降的命令。 9/5/202464CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组4. 前向功率控制前向功率控制 图图9-18 12个用户时的不同信道分配功率百分比的例子个用户时的不同信道分配功率百分比的例子 9/5/202465CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组在在前前向向功功率率控控制制中中，基基站站根根据据MS提提供供的的测

52、测量量结结果果，调调整整对对每每个个MS的的发发射射功功率率(其其目目的的是是对对路路径径衰衰落落小小的的移移动动台台分分配配较较小小的的前前向向链链路路功功率率，而而对对那那些些远远离离基基站站和路径衰落大的和路径衰落大的MS分配较大的前向链路功率分配较大的前向链路功率)。 BS通通过过MS对对前前向向误误帧帧率率的的报报告告决决定定是是增增加加发发射射功功率率还是减少发射功率。还是减少发射功率。MS的的报报告告分分为为定定期期报报告告和和门门限限报报告告(当当FER（误误帧帧率率）达到一定门限时才报告达到一定门限时才报告)。9/5/202466CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通

53、学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.6 CDMA系统的系统的鉴权技术鉴权技术CDMA通过完善的鉴权流程有效防止非法复制手机通过完善的鉴权流程有效防止非法复制手机9/5/202467CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.7 CDMA 登登 记记通通过过登登记记MS向向BS表表明明它它的的位位置置、状状态态、识识别别码码，TS时时隙隙周期和其他特征值。周期和其他特征值。MS向向BS提提供供位位置置和和状状态态信信息息是是为为了了让让BS能能够够方方便便地地寻寻找找到被叫到被叫MS。 MS给给BS提供提供TS索引以便让基站知道索引以

54、便让基站知道MS在哪个在哪个TS监听。监听。对对于于TS排排列列的的模模式式操操作作中中，BS同同意意MS在在所所安安排排的的TS间间隔隔内内减减小小功功率率输输出出以以便便节节省省电电源源。这这种种方方案案也也称称为为MS睡睡眠眠模模式式或或者者叫叫非非连连续续接接收收（DRX）。MS同同样样也也提提供供类类标标记记和和协协议版本号以便议版本号以便BS能识别出能识别出MS的容量和能力。的容量和能力。 9/5/202468CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组CDMA系统支持以下系统支持以下9种不同的登记方式：种不同的登记方式：(1) 开机登

55、记。开机登记。 (2) 关机登记。关机登记。 (3) 时间周期登记。时间周期登记。 (4) 基于距离的登记。基于距离的登记。(5) 基于小区的登记。基于小区的登记。(6) 参数变化登记。参数变化登记。(7) 受命登记。受命登记。(8) 隐含登记。隐含登记。(9) 业务信道登记业务信道登记9/5/202469CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.7.1 漫游的决定因素漫游的决定因素 为为了了达达到到漫漫游游的的目目的的，在在CDMA中中定定义义了了系系统统及及网网络络的的识识别别程序。程序。基站是整个系统和网络中的一员。基站是整个系统和网络

56、中的一员。网络系统是整个系统的子集。网络系统是整个系统的子集。系统通过系统识别号系统通过系统识别号(SID)来标记，来标记，系统中的网络用网络识别号系统中的网络用网络识别号(NID)来标记。来标记。一个网络系统由一个网络系统由SID/NID来标识。来标识。 9/5/202470CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组移动台有一个或多个（不能漫游）移动台有一个或多个（不能漫游）SID/NID表。表。 如果所存储的如果所存储的SID/NID不能和基站所广播发出的不能和基站所广播发出的SID/NID相匹配时，说明此移动台正在漫游。相匹配时，说明此移动

57、台正在漫游。当当SID相同，而相同，而NID不同时，认为移动台是不同时，认为移动台是NID漫漫游者，游者， 当当SID不同时，认为移动台是外来的不同时，认为移动台是外来的SID漫游者。漫游者。9/5/202471CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.8 CDMA切换过程切换过程 9/5/202472CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组软切换技术：软切换技术： 1 改善话音质量；控制手机干扰改善话音质量；控制手机干扰 2 降低掉话率；提高容量与覆盖范围降低掉话率；提高容量与覆盖范围9/5

58、/202473CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组T_ADD：移动台用来检测接收到的导频强度的门限值：移动台用来检测接收到的导频强度的门限值 T_DROP：导频去掉门限：导频去掉门限 9/5/202474CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组移动区域移动区域9/5/202475CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组移动用户识别码移动用户识别码MIN/IMSI9/5/202476CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰

59、州理工大学计通学院通信学科组CDMA:移动号码簿号码移动号码簿号码MDN例如：8613307550001GSM: MSISDN包含国家代码（包含国家代码（CC）、）、 国家目的代码（国家目的代码（NDC）和用户码（）和用户码（SN）9/5/202477CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组临时本地号码临时本地号码TLDN9/5/202478CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组电子序列号电子序列号ESN9/5/202479CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大

60、学计通学院通信学科组9.9 从从CDMAOne 到到CDMA2000第三代无线通信系统第三代无线通信系统 9.9.1 CDMA技术标准的发展技术标准的发展 CDMA技术标准的发展经历了两个阶段。技术标准的发展经历了两个阶段。 第一阶段：第一阶段： 融合融合IS-95 CDMA标准的标准的CDMAOne系统。系统。 第二阶段：第二阶段： 从窄带从窄带CDMAOne向第三代向第三代CDMA2000过渡。过渡。 9/5/202480CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.9.2 CDMA2000的发展趋势的发展趋势 cdma2000-1x是是CD

61、MA2000的的第第一一个个阶阶段段，是是1999年年6月月由由ITU确立的标准，有人称之为确立的标准，有人称之为2.75 G移动通信系统。移动通信系统。第一阶段：第一阶段： 1x-EV-DO(Data Only)。 第二阶段：第二阶段： 1x-EV-DV(Data and Voice)。 9/5/202481CDMA数字蜂窝移动通信系统 兰州理工大学计通学院通信学科组兰州理工大学计通学院通信学科组9.9.3 CDMA在我国的发展前景在我国的发展前景 中中国国CDMA的的发发展展，对对于于全全球球电电信信市市场场无无疑疑是是一一件件举举足足轻轻重重的的大大事事。有有人人指指出出，如如果果当当初

62、初中中国国选选择择的的不不是是GSM，而而是是CDMA，那那么么今今天天全全球球GSM与与CDMA的的力力量量对对比比将将是是另另一一个个格格局局。如如果果中中国国数数年年后后达达到到5000万万CDMA用用户户， 那那就就意意味味着着全全球球25以以上上的的CDMA份份额额将将在在中中国国。显显然然，从从某某种种程程度度上上可可以以说，中国说，中国CDMA的发展决定着的发展决定着CDMA在全球的最终发展。在全球的最终发展。 9/5/202482本章小结CDMACDMA系统的特点系统的特点()CDMACDMA前向信道前向信道, ,反向信道反向信道(包含类型、调制过程包含类型、调制过程)()功率控制功率控制() CDMACDMA切换过程切换过程() 、 CDMACDMA登记过程登记过程() 。从从CDMA OneCDMA One到到CDMA 2000CDMA 2000的演进过程的演进过程(了解了解) 。9/5/202483