第二章

CDMA技術及現代通信系統組成

第二代移動通信系統產生于20世紀80年代末期，使用數字調制技術，網絡采用數字信令，除提供語音業務外，還含有少量短消息服務。GSM系統就屬于第二代移動通信系統，它采用的是TDMA方式。在第二代移動通信系統中，還有一種系統采用的是碼分多址（CDMA）方式，簡稱CDMA系統。CDMA通信Qualcomm公司發明，叫IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne1993年，北美電信工業聯合會（TIA）把CDMA系統的公共空中接口IS-95定為數字蜂窩移動通信標準。1995年開始商用現為僅次于GSM發展最快的系統，全球現己近一億用戶，二十多個國家采用中國聯通大規模建網并投入使用，截止2006年6月CDMA用戶數達到3453萬

。中國移動已經開始大規模TD-CDMA試驗，先期硬件采購247億元。CDMA是碼分多址的英文縮寫（CodeDivisionMuitipleAccess），它是在數字技術的分支--擴頻通信技術上發展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信息通信。

目前中國聯通、中國移動所使用的GSM移動電話網采用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結合。GSM比模擬移動電話有很大的優勢，但是，在頻譜效率上僅是模擬系統的3倍，容量有限；在話音質量上也很難達到有線電話水平；TDMA終端接入速率最高也只能達到9.6kbit/s；TDMA系統無軟切換功能，因而容易掉話，影響服務質量。因此，TDMA并不是現代蜂窩移動通信的最佳無線接入，而CDMA多址技術完全適合現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換等，正受到越來越多的運營商和用戶的青睞。CDMA能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求，具有頻譜利用率高、話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆覆蓋廣等特點，可以大量減少投資和降低運營成本。CDMA也有2代、2.5代和3代技術。中國聯通推出的CDMA屬于2.5代技術。CDMA被認為是第3代移動通信技術的首選，目前的標準有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。CDMA2000

是TIA標準組織用于指代第三代CDMA的名稱。適用于3GCDMA的TIA規范稱為IS-2000，該技術本身被稱為CDMA2000。

CDMA2000的第一階段也稱為1x，其使擁有現有IS-95系統的通信公司能將其整體系統容量增加一倍，并可將數據速率增加到高達614kbps。

比1x更高的CDMA2000技術進展包括1xEV(高速數據速率)。

CDMA2000標準由3GPP2組織制訂，版本包括Release0、ReleaseA、EV-DO和EV-DV，Release0的主要特點是沿用基于ANSI-41D的核心網，在無線接入網和核心網增加支持分組業務的網絡實體，此版本已經穩定。聯通開通的CDMA二期工程采用的就是這個版本，單載波最高上下行速率可以達到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加強，單載波最高速率可以達到307.2kbit/s，并且支持話音業務和分組業務的并發。1x

EV-DO

Release

0標準（正式的名稱為HRPD-High

Rate

Packet

Data）。該標準根據無線數據業務的非對稱特性，優化了數據業務的傳輸能力，前向最高傳輸速率提高到2.4Mbit/s。CDMA2000

1x

Release

0中還定義了CDMA2000

3x多載波模式。它與CDMA2000

1x的主要區別是，前向信道采用3載波方式，而CDMA2000

1x用單載波方式。

1x

EV-DV與CDMA2000系列標準完全后向兼容，能夠在一個載波上提供混合的高速數據和話音業務。1x

EV-DV空中接口標準分為兩個版本：Release

C和Release

D。Release

C主要改進和增強了CDMA2000

1x的前向鏈路，前向峰值速率達到3.1Mbit/s。Release

D在Release

C的基礎上改進和增強了反向鏈路，反向峰值速率達到1.8Mbit/s。隨著EV-DV的性能在Release

D中獲得完善和增強，CDMA2000

EV-DO也于同期針對Release

0的不足做了改進，制定了Release

A。Release

A的分組數據信道采用了和EV-DV

Release

D相同的復用和調制方式，支持的前反向峰值速率亦達到3.1和1.8Mbit/s。同時，增強了QoS支持，前向鏈路增加了對小數據包的支持，反向鏈路采用子分組發送、公共速率控制的調度機制，這些改進有效減少了時延，保障了EV-DO的QoS。CDMA原理示意圖

編碼與交織BPF擴頻編碼擴頻編碼數字濾波器去交織和解碼BPF載波載波數據數據CDMA系統的主要優點

大容量軟容量軟切換話音激活保密性好高質量和低功率二、CDMA的特點

（1）系統容量大，多址能力強

CDMA技術多址能力決定于地址碼間的多址干擾的大小，在實際的CDMA系統中，各地址碼之間不是完全正交，它們之間存在一定的互相關性，此互相關性導致的多址干擾是影響CDMA多址能力的決定性因素。（1）系統容量大，多址能力強CDMA采用多種手段使得多址干擾足夠小，從而使CDMA的多址能力比FDMA、TDMA更強，這些手段包括選擇有良好的自相關性、互相關性的地址碼；采用信號處理的方法消除多址干擾；使用功率控制克服遠—近效應，使得系統在一定接收質量下，每用戶以“剛剛足夠”的功率通信。此外，在蜂窩移動通信中，還采用語音激活技術、高效糾錯碼及CDMA扇形分區等技術，使整個CDMA通信系統的容量增大。（1）系統容量大，多址能力強根據W.C.Y.Lee的分析、比較，認為以頻譜資源帶寬1.25MHz為基礎條件，采用話音激活技術和分扇區技術，當扇區數為3時，CDMA系統每小區內容量比AMPS/FDMA模擬系統大20倍，比DMPS/TDMA數字系統大4倍。（1）系統容量大，多址能力強分析的依據是：CDMA是一種容量受限于干擾的系統。碼間干擾越小，容許的用戶越多。而FDMA的容量受限于頻帶，頻帶寬帶決定了容量的大小；TDMA同樣受限于頻帶寬度和時間。在話音通信中，大量統計表明，話音占空比在35%~40%之間，因此采用動態編碼技術可使互干擾降低了60%~65%，從而使CDMA容量增加，這種現象僅有CDMA可利用。（1）系統容量大，多址能力強扇形天線的應用也促進了容量的增大。扇形天線的應用是一種共同的技術，但在FDMA和TDMA中，應用扇形天線只是為了減少干擾源，提高話音質量；而在CDMA中，應用扇形天線減少干擾源就能提高系統容量，這是CDMA與FDMA和TDMA的重大區別。W.C.Y.Lee的分析就基于使用120°有效束寬的扇形天線，這樣干擾減少到1/3，系統容量增大3倍，如果使用更窄束寬的扇形天線，容量還將進一步增加。實際IS-95CDMA蜂窩系統的容量可達到模擬系統的10倍，達到現有TDMA系統的2~3倍。（2）良好的抗干擾、抗衰落性能

多徑傳輸問題是移動通信，特別是城市移動通信影響通信質量的重要問題。在擴頻通信中，由于多徑傳播中的多條路徑可以利用擴頻碼進行分離，并通過分集合并取得分集增益，使通信質量得到較大的改善。（2）良好的抗干擾、抗衰落性能

在CDMA系統中，對多徑衰落，擴頻編碼相關輸出是彼此分離互不干擾的。這樣，不僅由于擴頻后的寬帶信號比未擴頻的窄帶信號具有更好的頻率分集作用，使最壞衰落深度減少以及衰落速率降低，而且由于擴頻信號在設計時往往使不同路徑的傳播時延超過PN碼片（chip）寬度，從而使我們能把不同路徑的信號區分開來，通過路徑分集加以利用。（2）良好的抗干擾、抗衰落性能，語音質量好

在CDMA系統中采用多種分集方式，大大地改善了信號傳輸的性能。所采用分集方式為：時間分集—符號交織和糾錯編碼；頻率分集—1.25MHz寬帶信號；空間（路徑）分集—基站采用多副接收天線，基站和移動臺采用多徑Rake接收機。（3）嚴格的功率控制

為了實現大容量、高質量和其它優點，CDMA采用了嚴格的功率控制。反向（移動臺至基站方向）功率控制的目的，是使小區內工作的每個移動臺發射機在基站接收機產生額定的接收信號功率，不管移動臺的位置及傳播損耗如何，每個移動臺的信號在小區基站均以相同電平被接收，使得每個移動臺僅以“剛剛足夠”的功率發射信號。（3）嚴格的功率控制

正向（基站至移動臺方向）功率控制的目的是降低靠近基站用戶的信號功率，盡量減少對其它小區的干擾，讓多余的功率可以分配給環境更困難或遠離移動臺和誤碼高的用戶。同時，由于CDMA采用功率控制，減小了平均發射功率。功率控制技術不但能減少相互干擾，還使CDMA電話發射功率消耗低，從而使通話時間更長，電池體積更小。（4）軟切換

在CDMA系統中，其相鄰小區工作頻率采用同一頻率，只是擴頻地址碼不一樣。這樣用戶越區切換不需改變頻率，而只改變地址碼，這使切換方便容易，這種切換稱為軟切換。在CDMA系統中，當移動臺越區時，能夠同時連接到兩個或多個小區；在老的連接中斷之前，新的連接已經建立，這就減少了呼叫中斷的概率，改善了切換時的話音質量。“硬切換”呼叫常在切換過程中斷,軟切換明顯優于TDMA、FDMA系統在切換時需變換工作頻率的“硬切換”。（5）軟容量由于FDMA、TDMA的容量是由頻率和時隙所決定的，因此容量是固定值，當同時工作的用戶數超過系統容量時，必會出現阻塞。而CDMA雖然在一定的信干比下也有一個對應的容量限值，但由于CDMA是受干擾限制的系統，如果用戶數超過了容量，只會使系統性能下降，而不會出現阻塞。這樣，CDMA系統中某一局部區域的短期過載對性能影響不大，增加了系統運行的靈活性。（6）保密性好CDMA具有天然的保密性。CDMA系統采用的擴頻地址碼一般是長周期碼，接收時，需接收方的本地相關碼與發端的擴頻碼同步，且兩碼必須完全相同，這就使CDMA系統比一般系統安全，竊聽者必須要先破譯和產生一個相關的本地碼，這是十分困難的。（7）電磁污染小CDMA信號在空中傳播時，由于擴展了頻譜，使空中的信號功率譜密度低，這樣造成的電磁污染小，對使用者人體和其它電子設備的影響小。所以，有時人們稱CDMA手機為“綠色手機”。（8）組網方便、建網經濟CDMA可以單頻組網，組網方便CDMA的基站覆蓋面大,在同一地區,CDMA組網的小區數比GSM少三分之一,成本下降三分之一。CDMA通信關鍵技術1、分集技術與Rake接收2、信道估計技術3、智能天線技術4、多用戶檢測技術5、功率控制技術6、初始同步控制技術GSM關鍵技術：蜂窩技術功率控制多址技術IS-95CDMA系統Qualcomm公司(高通公司)具有幾乎所有知識產權南韓最早引進CDMA技術與系統中國在九十年代中期開始研究CDMA技術中國己與高通公司簽了有關許可協議中國的公司己開始生產有關設備IS-95CDMA的相關標準(一)IS-95空中接口，IS-95A、IS-95BIS-96CDMA話音業務選擇標準IS-97CDMA基站最低性能測試標準IS-98CDMA/AMPS雙模移動臺最低性能測試標準IS-99CDMA數據業務選擇標準IS-125CDMA話音業務選擇最低性能測試標準IS-126移動臺環回業務選擇標準IS-127CDMA話音編碼EVRC標準IS-95CDMA的相關標準(二)IS-634A接口IS-41無線網絡IS-637短消息IS-53補充業務IS-52編號計劃IS-93Ai、Di接口IS-771無線智能網IS-707數據業務IS-95CDMA系統反向鏈路前向鏈路BTSBTS基站控制器（BSC）移動電話移動交換中心（MSC）PSTN聲碼器HLR,VLR

3個板狀天線構成3個無線扇形小區。移動交換機BSC模塊

IS-95CDMA主要技術指標語音編碼方式：8k或13k變速率QCELP碼信道編碼方式：卷積碼（k=9,正向Rb=1/2，反向Rb=1/3）數據幀長：20ms擴頻解調門限：7dB(Pe=10-4)基站邏輯信道數：大于30/每載波小區結構：1200三扇區構成IS-95CDMA主要技術指標功率控制范圍：正向：6dB

反向：80dB功率控制精度：正向：0.5dB

反向：1dB分集接收：基站4路RAKE接收移動臺3路RAKE接收邏輯信道在CDMA系統中，各種邏輯信道都是由不同的碼序列來區分的。因為任一個通信網絡除去要傳輸業務信息外，還必須傳輸有關的控制信息。對于大容量系統，一般采用集中控制方式，以便加快建立鏈路的過程。為此，CDMA蜂窩系統在基站至移動臺的傳輸方向(正向傳輸)上，設置了導頻信道、同步信道、尋呼信道和正問業務信信；在移動臺至基站的傳輸方向(反向傳輸)上，設置了接入信道和反向業務傳道。CDMA蜂窩系統采用碼分多址方式，收發使用不同載頻(收發頻差45MHz)，亦即通信方式是頻分雙工，一個載頻包含64個邏輯信道，占用帶寬約1.25MHz。由于正向傳輸(下行)和反向傳輸的要求及條件不同，因此邏輯信道的構成及產生方式也不同．基站信道導頻信道同步信道尋呼信道＃1尋呼信道＃2接入信道#1接入信道＃2業務信道＃1業務信道＃2基站信道前向鏈路反向鏈路控制信道兩種邏輯信道–控制信道和業務信道控制信道反向鏈路接入前向鏈路導頻同步呼叫全速率1/2速率業務信道語音或數據全速率1/2速率1/4速率1/8速率隨機信令部分話務和大量信號無話務但有大量信號功率控制（前向）業務信道導頻信道同步信道尋呼信道正項業務信道反項業務信道接入信道基站移動臺CDMA蜂窩系統信道劃分前向反向無線鏈路CDMA無線鏈路在頻率上分為1.25MHz間隔的頻道，一個小區可在一個頻道上工作也可有多個頻道，常采用多個頻道工作。CDMA頻道中碼速率為1.2288Mc/S。碼分多址方式形成物理信道和邏輯信道。CDMA中的前向鏈路(基站發射)與反向鏈路(移動臺發射)在信號設計與處理上是不相同的。前向鏈路空中接口特征(1)信道分離前向鏈路的信道劃分是基于正交碼分復用方案，所用碼是Walsh函數的一組正交子集。從多址角度講，CDMA中的C在前向鏈路中指沃爾什函數的復用。基站及扇區分離前向鏈路波形用直接序列短PN碼擴譜技術進行調制，用以分離特定基站或扇區的信號，并減少接收到的其他基站或扇區信號的干擾。移動臺用短PN碼的相位來區分基站或扇區的信號。用戶分離前向鏈路波形用直接序列長PN碼擴譜技術進行調制，用以分離用戶。移動臺用長PN碼的相位來表示用戶的ESN（電子序列號）。空中接口特征(2)調制前向波形使I路和Q路的射頻載波被不同短PN碼的雙極性基帶數據流調制，成為一種四相相移鍵控(QPSK)信號脈沖成形I路和Q路輸出信道中的基帶數字脈沖形狀由FIR濾波器決定，濾波器的設計要使發射的功率譜對鄰近頻率影響最小。碼片速率Walsh碼的碼片速率是1.2288Mbits/s，是最大數據率9.6kbits/s的128倍。短PN碼的碼片速率是1.2288Mbits/s。長PN碼的碼片速率是19.2Kbits/s。空中接口特征(3)有效帶寬前向鏈路信號能量基本上控制在1.25MHz的帶寬內。語音編碼采用變速率語音編碼，根據語音的動態范圍，數據率可為：1200、2400、4800和9600bit/s。糾錯編碼前向鏈路應用了碼率1/2的卷積編碼和維特比譯碼。交織為了防止突發錯誤，前向鏈路在發送前對符號進行交織，交織長度為20ms。信道配置載有編碼的語音或其它業務數據，插入必需的隨路信令導頻信道尋呼信道1尋呼信道7業務信道1業務信道24業務信道25業務信道55同步信道.........+H0H1H7H8H31H32H33H63呼叫連接階段傳輸控制信息用于傳達導頻信息傳輸同步信息1.2288McpsCDMA無線信道前向鏈路正向傳輸中，采用64階沃爾什函數區分邏輯信道，分別用H0，H1…H63表示。其中H0用作導頻信道．H1是首選的尋呼信道，H2…H7也是尋呼信道，即尋呼信道最多可達7個。H8…H63作業務信道(其中H32為同步信道)共計55個。導頻信道用于傳達導頻信息，由基站連續不斷地發送一種直接序列擴頻信號，移動臺可從中獲得信道的信息并提取相干載波以進行相干解調，并可對導頻信號電平進行檢測，以比較相鄰基站的信號強度和決定是否需要進行越區切換。為了保證各移動臺載波檢測和提取的可靠性，導頻信道的功率高于業務信道和尋呼信遭的平均功率。例如導頻信道可占64個信道總功率的12%。導頻信道用于移動臺作相位定時、相干載波提取以及在過境切換時信號強度的比較。同步信道用于傳輸同步信息，在基站覆蓋范圍內，各移動臺可利用這些信息進行同步捕獲，進行同步調整。同步信道上載有系統的時間和基站引導PN碼的偏置系數，以實現移動臺接收解調。同步信道在捕捉階段使用，一旦捕獲成功，一般就不再使用。但當設備關機后重新開機時，還需要重新進行同步。同步信道也可臨時改做業務信道使用。同步信道還包括供移動臺選用的尋呼信道數據率。同步信道的數據速率是固定的，為1200bps。分幀傳輸，幀長是26.66ms，即與引導PN序列周期的時間相同。由3個同步信道幀構成2個超幀(80ms，96比特)。在同步信道上傳送消息只能從同步信道超幀的起始點開始。同步信道的調制碼元速率為4.8ks/s，它與1.2288Mc/s的沃爾什函數進行模2加，即進行擴頻調制。每個調制符號包含子碼數1.2288*106/4.8*103=256，每信息比特包含子碼數4*256=1024話務信道框圖1.2288MbpsR=1/2卷積編碼和重復塊交織器長PN編碼生成器抽取器(64:1)抽取器(24:1)PCB功率控制比特Walsh碼19.2kbps19.2kbps19.2kbps19.2kbps1.2288Mbps基于ESN的模塊（32位）Gain增益數據編碼擾碼正交擴譜(x64)MUX1.228Mc/sK=9800Hz800b/s信息比特幀質量指示器加編碼器尾比特8.6,4.0,2.0,0.8Kbps9.2,4.4,2.0,0.8Kbps9.6,4.8,2.4,1.2Kbps導頻、同步、尋呼信道框圖H000000....導頻信道（全０）同步信道尋呼信道長碼掩碼H32塊交織器R=1/2卷積編碼和重復4800bps4800bps1200bpsHpagingR=1/2卷積編碼和重復塊交織器19.2kbps9600bpsor4800bps19.2kbps長碼發生器抽取器(64:1)19.2kbps1.228Mc/sK=9尋呼信道供基站在呼叫連接階段傳輸控制信息，每個基站有一個或幾個(最多7個)尋呼信道．當有市話用戶呼叫移動用戶時，經移動交換中心(MSC)或移動電話交換局(MTSO)送至基站．尋呼信道上就播送該移動用戶的識別碼。通常，移動臺在建立同步后，就在首選的H2尋呼信道或在基站指定的尋呼信道上，監聽由基站發來的信令．當收到基站分配業務信道的指令后，就轉入指配的業務信道中進行信息傳輸。當小區內需要通信的用戶數目很多，業務信道不敷應用時，某幾個尋呼信道可臨時用作業務信道。在極端情況下，7個尋呼信道和一個同步信道都可改作業務信道。這時候，總數為64的邏輯信道中，除去一個導頻信道外，其余63個均用于業務信道。在尋呼信道上的數據速率是4800或9600bps，由經營者自行決定。通過分組交織的尋呼信號，還要進行數據掩蔽，其目的是為了信息的安全，起到保密作用。因為尋呼信道中含有移動用戶號碼等重要信息，因此必須采取安全措施。為了保密安全起見，42級移位寄存器的各級輸出與尋呼信道長碼的時標(42比特)相乘，再進行模2相加，產生一種長碼輸出。長碼的時鐘工作頻率是1.2288MHz，相應的長碼速率是1.2288Mc/s，經分頻器(分頻比為64)，得到了經人為擾亂的數據速率19.2Kbps。再與經卷積、交織處理后的調制碼元進行模2加，然后才進行Walsh正交擴頻調制。需要指出的是，由于每一調制碼元長度等于64個PN碼的寬度，長碼經分頻后，其速率變為19.2ks/s．因而送入模2加法器進行最后數據掩蔽的是每64個PN子碼中的第1個子碼起作用。3位，8個（7個尋呼信道）9位，512個偏置系數業務信道載有編碼的語音或其它業務數據，此外，還可以插入必需的隨路信令，例如必須安排功率控制子信道，傳輸功率控制指令，又如在通話過程中，發生越區切換時，必須插入過境切換指令等。正向業務信道上傳輸的業務信息和信令信息，可以通過復接方式把它們裝載到物理信道上；通過復接，業務信道每幀還要加上幀質量指示比特和尾比特。前者于循環冗余編碼，具有檢糾錯能力，從而能表明該幀信息傳輸的質量：后著是末位加入8個“0”．其作用是每幀要進行卷幟編碼，為使卷積編碼器中8級移位寄存器(約束長度為9)復位至”0”而添加的。正向業務信道的數據掩蔽原理與尋呼信道信號掩蔽相同。數據掩蔽也稱作數據擾碼，其目的是為了數據的安全。這種擾碼是在分組交織器輸出的19.2ks/s的調制字符上進行的，通過交織器輸出字符與長碼PN碼片的二進制值模2相加完成的，此長碼PN碼片是在交織器輸出字符傳送期的開始時有效。PN序列是工作時鐘為1.2288MHz的長碼(長碼周期為242-1)，每一調制碼元長度為64個PN子碼寬度。每64碼片中第一個子碼在參與運算。每一個邏輯信道都先用相應的沃爾什函數作正交擴頻，沃爾什函數的碼片(或稱子碼)速率為1.2288Mc/s，即子碼的碼元寬度為0.814us。功率控制子信道信號是連續地在正向業務信道上發送，該子信道以每1.25ms中1個比特(“0”或“1”)的速率(800bps)發送，“0”或“1”比特分別表示增加或降低移動臺的平均輸出功率電平。基站反向業務信道接收機對在1.25ms期間所分配的特定移動臺的信號強度進行接收和估算，1.25ms相當于6個調制字符．基站接收機利用估算來確定功率控制比特值(“0”或“1”)，基站在相應的正向業務信道上使用收縮(Puncturing)技術來發送功率控制比特。在正向業務信道上傳輸功率控制比特的功率控制組，是跟隨相應反向信道上估算信號強度的功率控制組之后的第二個功率控制組。例如在下圖實例中．反向業務信道在編號為5的功率控制組上接收信號，那末正向業務信道便在功率控制組編號為5+2=7期間發送相應的功率控制比特．一個功率控制比特的長度相當于正向業務信道的兩個調制字符(104.166…us)，每個功率控制比特取代兩個連貫的正向業務信道調制字符，這一技術就是通常所說的字符收縮。這樣，收縮的調制字符就被功率控制比特所取代。功率控制比特的發送能量不小于Eb，如圖所示，Eb是正向業務信道上每信息比特的能量，而x值給定為在一幀中的所有非收縮調制字符是在同樣功率電平上發送的．而在鄰近幀中的調制字符可以不同的功率電平發送。功率控制比特有16種可能的起動位置，每個位置相當于1.25ms期間最初16個編碼為0~15的調制字符之一。在每1.25ms期間，來自長碼、用干擾亂的比特總數為24。這些比特編號為0~23，其中0位最先被使用，而第23位最后被使用。具有0~15的4位二進制數由擾亂位23、22、21和20構成，并用來確定功率控制比特的位置。比特20是最低位，比特23是最高位。上頁圖實例中，比特23、22、21和20的值是”101l”(十進制數為11)，功率控制比特起動位置是11。下頁圖示明了擾亂的調制字符(19200s/s)和收縮的功率控制子信道(800bps)之間的關系。每一個邏輯信道，對輸入的數據都要進行卷積編碼(碼率為l/2，約束長度為9)、分組交織(導頻信道除外，導頻信道為全0，無需卷積和交織)、沃爾什函數擴展頻譜。由于沃爾什函數是一正交函數族，互相關值為零，所以在擴頻的同時，給各個邏輯信道(總共64個)帶上了正交性，稱作正交擴頻。擴頻后的信號再進行四相調制，基站發射信號采用QPSK調制方式。在同相支路(I)和正交支路(Q)引入兩個互為準正交的m序列，即I信道引導PN序列和Q信道引導PN序列，序列周期長度均為215(32768)。為了得到周期長度為215的I序列和Q序列，當生成的m序列中出現14個連”0”時，從中再插入一個“0”，便序列14個“0”的游程變成15個，不僅得到了引導序列周期長度為偶數，而且序列中“0”和“1”的個數各占一半，使平衡性更好．引導PN序列的王要作用是給不同基站發出的信號賦以不同的特征，便于移動臺識別所需的基站；不同的基站雖然使用相同的PN序列，但各基站PN序列的起始位置是不同的．即各自采用不同的時間偏置。由于m序列的自相關特性在時間偏移大于一個子碼碼元寬度后，其自相關系數值接近于0．因而移動臺用相關器很容易把不同基站的信號區分開來。通常，一個基站的PN序列在其所有配置的頻率上，都采用相同的時間偏置，而在一個CDMA蜂窩系統中．時間偏置也可以再用。不同的時間偏置用下同的偏置系數來表示，偏置系數共512個，編號K從0~511。通常．規定序列中出現15個“0”后，其后的64個子碼的偏置系數K=0。同理K=1，表示后續的64個子碼，直到K=511．是碼序列中最末的64個子碼，它包含序列周期中唯一的15個連“0”。前向鏈路的射頻框圖1.2288MbpsPNQ短碼PNI

短碼1.2288Mbps1.2288Mbps相加cos(wct)sin(wct)HPAG0G63IQW0W63射頻功率放大器

前向鏈路總結最高數據率可至19,200bps數據經19,200bps的長ＰＮ碼擾碼長碼相位由移動臺

ESN確定信道由64個沃爾什函數（H0至H63)之一確定“在一個扇區的前向鏈路上CDMA信道“正交導頻使用H0

同步信道采用H32

１個或多個尋呼信道.導頻只發射短ＰＮ碼每個扇區有一個導頻偏移可供識別不同的ＢＴＳ和扇區的前向鏈路定義了５１２個不同的偏移可變數據速率241,2001/8速率482,4001/4速率964,800半速率1929,600全速率BitsperframeBpsRate重復符號重復用來向交織器和擴譜提供恒定的比特率卷積編碼器r=1/2重復數據塊交織1.2kbps2.4kbps4.8kbps9.6kbps2.4ksps4.8ksps9.6ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps19.2ksps在CDMA蜂窩通信系統中，全網必須有統一的時間基準，以保證整個系統有條不紊地進行信息的傳輸、處理和交換．協調一致地對系統內各種設備進行管理、控制和操作．這種統一而精確的時間基準對CDMA系統尤為重要。CDMA蜂窩系統是利用全球定位系統(GPS)的時標，CPS的時間與”世界協調時間(UTC)”是同步的．二者相差是秒的整數倍．CDMA系統時間的開始是1980.1.6UTC，這與GPS的開始時間正好重合。在CDMA蜂窩系統中．各基站配有GPS接收機，保證系統中各基站有統一的時間基準，即CDMA蜂窩系統的公共時間基準。小區內所有移動臺均以基站的時間基準作為各移動臺的時間基準，從而保證全網的同步。反向鏈路在反向傳輸邏輯信道中，接入信道與正向傳輸的尋呼信道相對應，其作用是在移動臺接續開始階段提供通路．即在移動臺沒有占用業務信道之前，提供由移動臺至基站的傳輸通路，供移動臺發起呼叫或對基站的尋呼進行響應，以及向基站發送登記注冊的信息等。接入信道使用一種隨機接入協議，允許多個用戶以競爭的方式占用。在一個反向信道中，接入信道數n最多可達32個，在極端情況下，業務信道數m最多可達64個．每個用戶信道用不同的用戶長碼序列加以識別；每個接入信道也采用不同的接入信道長碼序列加以區別。在反向傳輸方向上無導頻信道，這樣．基站接收反向傳輸的信號時．只能用非相干解調。空中接口特征(1)多址接入反向鏈路的用戶分離是基于傳統的長PN碼擴譜碼分多址方案，采用42階長PN碼的不同相位偏置來區分用戶，相位偏置相當于用戶的地址。正交擴譜反向鏈路數據用與前向鏈路相同的兩個短PN碼進行直接擴譜正交調制。調制反向鏈路波形用64碼片長的Walsh碼來表示6位二進制符號，進行64進制正交調制。I路和Q路的射頻載波被不同的短PN碼的雙極性基帶數據流調制，其中Q路的數據流經過半個PN碼片延時，成為一種參差四相相移鍵控(OQPSK)。空中接口特征(2)脈沖成形I路和Q路輸出信道中的基帶數字脈沖形狀由FIR濾波器決定，濾波器的設計要使發射的功率譜對鄰近頻率影響最小。碼片速率短PN碼及長PN碼的碼片速率都是1.2288Mbit/s，為最大數據率9.6kbit/s的128倍。捕獲基站通過移動臺發送的不包含數據的報頭來捕獲和跟蹤移動臺信號。空中接口特征(3)語音編碼采用變速率語音編碼，每20ms幀的數據率可為1200、2400、4800和9600bit/s。糾錯編碼反向鏈路應用了1/3的卷積編碼和維特比譯碼。交織為了防止突發性錯誤，方向鏈路在發送前對符號進行交織，交織長度為20ms。反向鏈路簡化框圖data

R=9600bps1/3

Conv.Enc6->64

Block.EncLongPN

codegen.ShortPN

codegen.28.8ksps307.2ksps1.2288Mcps1.2288McpsRFW=1.25MHzESNaddress

maskDataCodingspreadingSpreading

(randomisation)(1)數據速率。接入信道用4800bps的固定速率。反向業務信道用9600．4800．2400和1200bps的可變速率。兩種信道的數據中都要加入編碼器尾比特．用于把卷積編碼器復位到規定的狀態。此外，在反向業務信道上傳送9600和4800bps數據時，也要加質量指示比特(CRC)校驗比特。(2)卷積編碼。接入信道和反向業務信道所傳輸的數據都要進行卷積編碼，卷積碼的碼率為1/3，約束長度為9。(3)碼元重復。反向業務信道的碼元重復辦法和正向業務信道一樣，從而使得各種速率的數據都變換成每秒28800碼元。與下行鏈路的不同在于，這里雖然進行碼元重復，但不會產生每個碼元的多次發送。它只發送其中的一個碼元，而其它的重復碼元將全部被刪除。在接入信道上，因為數據速率固定為4800bps，因而每一碼元只重復1次，而且兩個重復碼元部要發送。(4)分組交織。分組交織的跨度為20ms。交織器組成的陣列是32行X18列(即576個單元)。可變數據速率傳輸為減小移動臺的功耗和減小它對CDMA信道產生的干擾，對交織器輸出的碼元，用一時間濾波器(選通門電路)進行選通，只允許所需的碼元輸出，而刪除其它重復的碼元。傳輸的占空比隨速率而變，當速率是9600bps，選通門允許交織器輸出的所有碼元進行傳輸，占空比為l；當數據率是4800bps時，占空比為l/2；依此類推。在選通過程中．把20ms的幀分成16個等長段，即功率控制段，每段1.25ms，編號為0~15。根據一定的規律，使某些功率段被連通，而某些功率控制段被斷開。這種選通要保證進入交織器的重復碼元只發送其中一個．接入信道，兩個重復碼元都要傳輸通過選通門允許發送的碼元以猝發的方式工作。它在一幀中占用哪一位置進行傳輸是受一PN碼控制的．這一過程稱為數據的猝發隨機化，猝發位置根據前一幀中倒數第二功率控制段內的最末14個PN碼比特進行計算，這14個碼比特表示為b0~b13，圖例中它們取值為00101101100100。數據猝發隨機比算法如下：數據率為9600bps時．所用的功率控制段為：0,1,2，…,15。數據率為4800bps時．所用的功率控制段為：b0,2+b1,4+b2,6+b3,8+b4,10+b5,12+b6,14+b7數據率為2400bps時．所用的功率控制段為: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)數據單為1200bps時，所用的功率控制段為：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),12+b6(如b11=0和b13=1)或14+b7(如b11=1和b13=1)反向鏈路詳細框圖R=1/3卷積編碼和重復塊交織器ToRF9600,4800,2400,1200bps28.8ksps307.2ksps1.2288McpsQShortCodeIShortCode6->64編碼28.8ksps1.2288Mcps1/2chipdelay長PN編碼發生器ESNbasedMask(42bits)基于ESN的掩碼（42位）1.2288McpsX4擴展數據編碼X１擴展（隨機）鑿孔抽取正交多進制調制在反向CDMA信道中，把交織器輸出的碼元每6個作為一組．用26=64進制沃爾什函數之一(稱調制碼元)進行傳輸，調制碼元的傳輸速率為28800/6=4800bps。調制碼元時間寬度為1/4800=208.333us．每一調制碼元含64個子碼，因此沃爾什函數的子碼速率為64X4800＝307.2kbps。相應的子碼寬度為3.255us。注意：正向CDMA信道和反向CDMA信道都使用64進制的沃爾汁函數，但二看的應用目的不同，前者是為了區分信道，而后者是對數據進行正交碼多進制調制，以提高通信質量。因為在反向CDMA信道中，不可能像正向CDMA信道那樣提供共享的導頻信道．因而，這種作法在衰落信道中難以提供精確導頻的場合是很必要的。調制符號可根據下列調制符號指數進行選擇，即調制符號指數(MSI)為：

MSI：c0+2c1+4c2+8c3+16c4+32c5式中c代表輸入碼元第i位的碼元值，0≤i≤5。例如輸入碼元為110100，可得

MSI＝l+2+8=11直接序列擴展在反向業務信道和接入信道傳輸的信號都要用長碼進行擴展。前者是數據猝發隨機化產生器輸出的碼流與長碼模2相加，后者是64進制正變調制器輸出碼流和長碼模2相加，長碼的周期是242-1個子碼。長碼的各個PN子碼是用一42位的掩碼和序列產生器的24位狀態矢量進行模2內乘而產生的。用于長碼產生器的掩碼根據移動臺用來傳輸的信道類型而變。當在接入信道傳輸時，掩碼如下：M41-M33要置成“11000111”，M32-M28要置成選用的接入信道號碼，M27-M25要置成對應的尋呼信道號碼(范圍是1~7)，M24-M9要置成當前的基站標志。M8-M0要置成當前CDMA信道的引導PN偏置。當在反向業務信道傳輸時，移動臺要用到兩個掩碼中的一個：一個是公開俺碼；另一個是私用掩碼。這兩個掩碼都是該移動臺所獨有的。公開掩碼如下：M41-M32要置成“1100011000”，M31-M0要置成置成移動臺的電子序列號碼(ESN)．為了防止和連號ESN相對應的長碼之間出現過大的相關值．移動臺的ESN要進行置換，置換規則如下：置換后．私用掩碼適用于用戶保密通信。反向鏈路的射頻框圖1.2288MspsQShortCodeIShortCode1.2288Mcps1.2288Mcpscos(wct)sin(wct)HPAI1/2chipdelayQFIRFilterFIRFilter使用1/2碼片延時可避免180度相變當經過一個非線性放大器（如移動PA）后，OQPSK的頻譜再生比QPSK小射頻功率放大器

反向鏈路總結1/3率的卷積編碼+6/64率的塊編碼效果相當于1/32率卷積碼。用Walsh函數完成塊編碼每6個數據位選擇64個Walsh函數之一（每個長64碼元）可進行非相關檢測（例如–Wn或+Wn對應同樣的6位數據序列）長PN實現x4擴展至最終的1.25MHz帶寬。

每42天重復一次

每個手機機都有特定的相位（偏移）短PN編碼是隨機的（但不擴展）每26.6667毫秒重復一次IS-95編碼地址碼的選擇1、對CDMA系統的影響：（1）系統容量（2）抗干擾能力（3）接入和切換速度等。2、對地址碼的要求（1）能提供足夠數量的相關函數特性尖銳的碼系列，保證信號經過地址碼解擴后具有高的信噪比。（2）能提供接近白噪聲特性，同時編碼方案簡單，保證具有較快的同步建立速度。用于信道分離用于數據的塊編碼WalshCodes沃爾什碼用于基站或扇區分離對I和Q信道進行擾碼短代碼最大長度+1位長度=215=32,768碼片對用戶數據等隨機化用于用戶分離長代碼來自客戶ESN長度=

242–1前向鏈路反向鏈路IS-95中使用的編碼短代碼I和Q信道采用兩種短代碼。短代碼為最長線性移位寄存器序列，帶一個附加位；長度=215=32,678chips。短代碼的偏移或相位用于區分小區及扇區。所有基站小區都發送一個導頻，該導頻為未調制的I和Q短代碼，可用于手機切換時識別扇區。有512個可用的偏移。IS-95中使用的PN序列長代碼長代碼為最長線性移位寄存器序列。周期為(242–1)

個碼片（碼片速率為1.2288

Mcps），即41天重復一次。長代碼的相位用來表示手機的ESN。在反向鏈路中，長代碼用來區分每個移動設備，即手機；同時提供x4的頻譜擴展。在前向鏈路中，代長碼提供下列功能對用戶數據隨機化；對功率控制的比特位隨機化。IS-95中的Walsh碼在IS－95中，使用64位Walsh碼作為正交碼。在前向鏈路中：在每個扇區內，每一信道通過專用的正交Walsh碼來區別信道。在反向鏈路中：用Walsh碼作分組碼對數據進行調制。功率控制功率控制要求保證足夠的Eb/N0:通過功率控制，使整個手機的發射功率保證接收機所接收的信號至少達到最小Eb/N0

需求值。保持一個不高于需求值的發射功率的要求，使得給其他用戶的干擾達到最小。

在CDMA系統中實現嚴格的功率控制，是CDMA系統的一大技術特點。CDMA系統是一個干擾受限的系統，如果每個移動臺的發射功率受控，使得它的信號以所要求的最小的信號干擾比到達基站，那么這個系統的容量就會達到最大。功率控制的目的，就是要保證每個用戶的接收和發射，在保證信息正確接收的條件下，有剛剛足夠的能量。正向功率控制主要目的是使小區內所有移動臺接收良好，增加小區容量，并減少對鄰區的干擾。正向功率控制一般只需要小動態范圍、慢速率的控制。反向功率控制主要目的是克服遠近效應，使小區內移動臺間干擾最小，保證基站能同時接收穩定數量的移動臺信號，提高系統容量。反向功率控制一般要求動態范圍大、控制速度快、控制精度高，反向功率控制一般又分為反向開環控制與反向閉環控制。功率控制分類反向鏈路開環功率控制為手機提供到達BTS所需的傳輸功率估值反向鏈路閉環功率控制基于在BTS接收到的Eb/No，和在BSC接收到的FER通過由BTS每1.25毫秒向手機發送±1dB指令來完成要注意到抗衰落的問題

前向鏈路功率控制根據來自手機的FER報告對每個前向信道進行功率調整（50赫茲）不如反向鏈路關鍵，因為所有的信道（一個扇區）是在一個公共的集合信道中并一起衰減。反向鏈路閉環功率控制需要的Eb/No隨速度、相異性和環境（通常為4到9dB）的變化而變化功率控制最終由FER（質量）推動BS-RXEb/No(est.)MS+-Filter濾波器FER

target(1%)FEREb/No設定點±1dB/1.25ms反向鏈路功率控制子信道前向鏈路功率控制正向鏈路功率控制比較緩慢（50赫茲）。兩個觸發器用于正向鏈路功率控制周期的報告門限的報告BS-TXMSFERtarget(1%)TCHGainStart

ErroredFrameCountTCHGainMin

TCHGainMax

FPC

AlgorithmGainTCHModulation話音激活與可變速率聲碼器技術

在典型的全雙工通信中，每次通話的占空比小于35%。CDMA系統在通話的停頓期間，降低信號傳輸速率，從而減輕對其它用戶的干擾。這即是CDMA系統中的話音激活技術。由于CDMA系統的容量與所受干擾功率有關，降低用戶間的干擾，則可增加系統容量。目前CDMA系統普遍采用可變速率聲碼器，可變速率聲碼器的一個重要特點是使用適當的門限值來決定所需速率，門限值隨背景噪聲電平的變化而變化，從而提高了話音的質量，同時在低速率工作時又降低了信道間的干擾，提高了系統的容量。在IS-95CDMA系統中，采用了8kbs和13kbs的變速率聲碼器技術。在8kbs聲碼器中，采用了4種碼率的傳輸速率，根據話音信號激活程度，聲碼器自動選擇傳輸速率。設了三個門限來變換聲碼器速率，三個門限由前一幀話音自相關函數和前一幀噪聲電平決定，每幀更新一次（20ms）。聲碼器采用了QCELP編碼（Q碼激勵線性預測）如若話音幀自相關函數：＞三個門限，選擇全速率（9.6kbs）＞大于二個門限，選擇半速率（4.8kbs）＞僅大于一個門限，選擇1/4速率（2.4kbs）＜所有三個門限，選擇1/8速率（1.2kbs）；當不講話時，用1.2kbs速率，只傳背景噪聲。RAKE分集接收技術

在移動通信中，多徑傳播往往會產生有害的多徑干擾。但在擴頻通信系統中卻可以對這些多徑信號進行分離和合并，實現多徑分離，以改善系統的性能。具有這種功能的接收機稱為RAKE接收機。1958年Price和Green提出一種解決多徑的方法：利用偽PN碼的特征，時移序列與原序列相關性小，因看似相關接收機圖像耙子（RAKE），而稱為RAKE接收機。RAKE接收機包含多個相關器，每一相關器接收一個多徑信號，多徑信號被相關器解擴后，可按最大比組合在一起。因為接收到的多徑信號的衰落是獨立的，經分集后，系統的性能可得到改善，這也是CDMA系統的話音質量優于TDMA系統，通話時不易掉話的原因之一。CDMA系統中基站4路RAKE，移動臺3路RAKE的基本原理圖RAKE接收機的基本原理圖

相關器1

相關器2

相關器3

搜索器

合并

信道估計

圖中假設有多條路徑，路徑具有不同的時延t1、t2、t3tN，以及不同的衰落因子a1、a2、a3

aN。RAKE接收機設計成三個支路對應三條路徑的多徑分量。對每一支路，接收信號分別與一個對應時延t的擴頻碼相關，信號經解擴后加權再組合，從而達到分集接收的目的。相關時延小于的多徑分量不能被分解。1.2288Mcps的PN碼片允許以0.814μs的時間間隔分解多徑成分。越區切換CDMA切換GSM和AMPS系統采用“先中斷再連接”的方式進行切換手機識別目標BTS扇區并向BSC報告在與BTS2建立連接之前，先斷開與BTS1的連接CDMA采用“先連接再中斷”的方式進行切換手機識別目標BTS扇區并向BSC報告同時連接多達6個扇區被稱為“軟切換”軟切換技術是CDMA系統獨有的技術。軟切換的機理是：當移動臺在工作時，特別在運動的狀態下，移動臺對鄰近基站發出的同一工作頻率的導頻信號不斷地進行測量，而且把檢測到的導頻信號根據強弱進行分類、登錄，并動態進行調整，根據通信環境的變化，作出可靠的切換判決，同時，把測量結果通知基站，作為切換的判決依據。軟切換技術主要涉及導頻搜索技術，導頻強度的測量技術，切換過程中的導頻變換技術。軟切換的好處

改善話音質量通過功率控制降低小區間干擾降低掉話率增加容量和覆蓋范圍CDMA系統的一個重要優點是軟切換，可以實現無縫通信。軟切換的過程是先連后斷。切換過程中，移動臺輔助（測量導頻信號強度）、基站引導完成。軟切換是宏分集的一種實現形式，可以提高系統性能和容量。現代通信系統技術體制考慮原則有效性：在給定的頻率、功率和空間條件下實現最大的傳輸容量。可靠性：在給定的信道衰落和干擾條件下實現最好的業務質量。靈活性：為固定及移動用戶提供最靈活的無線接入手段。實用性：成本、體積、重量、耗電等。關于有效性信源編碼技術：采用有效的信源編碼技術，在保證原始消息質量的條件下，盡可能壓縮傳輸所需的比特率。調制技術：采用高效率的調制技術（包括頻譜成形技術），盡可能壓縮傳輸給定比特率所需的帶寬。蜂窩技術：控制發射機的功率，在通信區域內劃分出許多蜂窩狀小區，從而提高無線頻譜的利用率。智能天線技術：利用天線的自動定向或扇區劃分，在通信區域內形成許多定向的小區，從而提高無線頻譜利用率。關于可靠性冗余度技術 －糾錯編碼，比特上的冗余度； －擴頻與跳頻，頻率上的冗余度； －電平儲備，功率上的冗余度； －備份切換，設備上的冗余度。抵銷技術 －均衡，用頻域或時域的方法校正信道的傳遞函數； －分集，用多重頻率、時間或天線接收的信號抵銷多徑效應；