《數(shù)字通信》六、3G-CDMA移動通信系統(tǒng)(rake)20

碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)王德勝dswang@華中科技大學(xué)電信學(xué)院《數(shù)字通信》第10章碼分多址(CDMA)移動通信系統(tǒng)引言10.1DS-CDMA基本原理10.2DS-CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量10.3IS-95蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸10.4CDMA蜂窩通信的關(guān)鍵技術(shù)習(xí)題引言：蜂窩通信系統(tǒng)發(fā)展歷程1.第一代模擬蜂窩系統(tǒng)(1G)(1).AMPS(美)：1978年，美國貝爾實驗室研制，1983年投入商用，50多個國家采用。

(2).TACS(英)：1983年，在AMPS基礎(chǔ)上開發(fā)，1985年投入商用，20多個國家采用。

(3).其它2.第二代窄帶數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(2G)(1).GSM(歐洲)：1988年，歐洲郵電行政大會(CEPT)下屬歐洲移動通信特別小組頒布泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)標(biāo)準(zhǔn)，

1991年投入商用，成為當(dāng)前全球用戶最多的系統(tǒng)。

4(2).1988年，美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會(CTIA)發(fā)布了用戶性能需求(UPR)文件，提出對第二代蜂窩通信系統(tǒng)的要求，主要有：

系統(tǒng)容量至少是AMPS的10倍；通信質(zhì)量等于或優(yōu)于AMPS；

與模擬AMPS兼容(雙模)，等。有關(guān)組織及公司依此研發(fā)了以下系統(tǒng)：①.D-AMPS(IS-54標(biāo)準(zhǔn)，TDMA技術(shù))：

1989年，美國工業(yè)協(xié)會(TIA)制定標(biāo)準(zhǔn)，

1991年投入商用。但目前容量為AMPS的3~6倍。達不到UPR的要求。②.N-CDMA(IS-95標(biāo)準(zhǔn)，DS-CDMA技術(shù))：

1993年，美國Qualcomm公司開發(fā)的DS-CDMA蜂窩系統(tǒng)被采納為北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)(IS-95)，正式投入商用。

能全面滿足、甚至超過UPR的要求，故有人稱之為2.5G蜂窩系統(tǒng)。

6Concept:CDMAPowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMAFrequencyCDMAPowerTimeEvolutionofmultipleaccesstechniques

7InterferenceSourcesLong&ShortCodeSpreadingEncoding&InterleavingLong&ShortCodeCorrelatorDecode&DeinterleavingBasebandDataBasebandDataBackgroundNoiseExternalInterferenceOtherCellInterferenceOtherUserNoise384kbps1152kbps3.84mcps3.84mcps1152kbps384kbpsCDMATransmitterCDMAReceiver5MHzBWfc5MHzBWfc390kHzBW0390kHzBW05MHzBWfc5MHzBWfcfc-100dB/HzfcSpuriousSignalsConcept:CDMA3.第三代寬帶數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(3G)

全球提出10種標(biāo)準(zhǔn)，主要是寬帶DS-CDMA系統(tǒng)：

①.WCDMA(歐)；

②.cdma2000(美)；

③.TD-SCDMA(中)：時分雙工(TDD)、空分(S)/直擴碼分多址

(DS-CDMA)。

IS-95(N-CDMA)屬于2G，但它是3G、4G的基礎(chǔ)，是本章研究內(nèi)容。10.1DS-CDMA基本原理地址碼同步D1解調(diào)采樣載波同步時鐘同步相關(guān)檢測擴頻信碼D1(Rb)地址碼C1(Rp=PRb)載波

fC……S(t)S’(t)解擴DNCNfCfCC1調(diào)制調(diào)制C1…CN為正交碼序列

10SpreadspectrumsignalDS-CDMAtransmitterGenerationofaBPSK-modulatedSSsignal10.1.DS-CDMA基本原理

10.1.1.正交碼序列

10.1.2.DS-CDMA工作原理

(1).定義設(shè)Ci，i=1、2…N是重復(fù)周期為T的一組碼序列（一周內(nèi)子碼元數(shù)為P，子碼周期為TP=T/P

）。若它們的互相關(guān)函數(shù)為0，即

則稱為正交碼序列組，可作為DS-CDMA系統(tǒng)的地址碼。10.1.1.正交碼序列注：具有尖銳自相關(guān)峰的碼序列稱之為PN碼

(Pseudo-Noisesequence）.

為便于收端實現(xiàn)地址碼同步，它們應(yīng)具有尖銳的自相關(guān)峰，即滿足τP(>>1)Tp0-1(m序列)例：(2).常用正交碼①Walsh(沃爾什)序列：在τ=0時刻嚴格正交(Ri,j(0)=0)，自相關(guān)不好。②

m序列：

τ任意值時都準(zhǔn)正交(Ri,j(τ)<<Ri(0)=P)，自相關(guān)很好。③

Gold序列：

τ任意值時都準(zhǔn)正交(Ri,j(τ)<<Ri(0)=P)，自相關(guān)很好。

例：4階Walsh序列組如下所示（一個序列周期）∴碼序列互相正交。（0、1)域（+1、-1)域1－1…t1－1…t1－1…Tt1－1…TtTpWalsh函數(shù)的定義Wal（n，t）n表示序號2N階Walsh函數(shù)定義為：m序列：最大長度線性移位寄存器序列例：3階m序列3階m序列的一個周期m序列的性質(zhì)：

(1).序列周期長度(n位移存器每位取值0，1值，D1D2D3+CP3階m序列CP1234567D11110010D20111001D31011100各種組合有種，但全0不會出現(xiàn))(2).歸一化自相關(guān)函數(shù)---相關(guān)系數(shù)ρ(τ)=R(τ)/R(0)m(t)1011100+1-1+1+1+1-1-1m(t-TP)0101110-1+1-1+1+1+1-1m(t-2TP)0010111-1-1+1-1+1+1+1m(t-3TP)1001011+1-1-1+1-1+1+1m(t-4TP)1100101+1+1-1-1+1-1+1m(t-5TP)1110010+1+1+1-1-1+1-1m(t-6TP)0111001-1+1+1+1-1-1+13階m序列及其時間偏移m序列

一個周期序列內(nèi)有1個尖銳的自相關(guān)峰另一個角度看問題：m(t)與m(t-τ),τ>Tp,互相關(guān)值很小，準(zhǔn)正交。(2).隨機性①.0，1碼元數(shù)基本相等(1比0多1個)：4個1，3個0②.游程(連0或連1)：

游程總數(shù)=L=2N-1：23-1=22=4

長度為1的游程數(shù)=L/21：2

長度為2的游程數(shù)=L/22：1…

長度為K的游程數(shù)=L/2K，K≤n-1…τ/Tpρ(τ)-2-1012345678911-1/N=-1/7

長度為n-1的連0數(shù)=1

長度為n的連1數(shù)=1(初始狀態(tài)全1，開始輸出n個1)

長度為n的連0不存在(初始狀態(tài)全0，輸出恒為0)

(3).m序列等具有隨機性及尖銳的自相關(guān)峰，與白噪聲類似，故稱為偽噪聲碼(PN碼：Pseudo-NoiseSequence)(4).m序列與其時間偏移序列模2加(相乘)為另一時間偏移的該m序列。例如3階m序列：(5).不同時間偏移(時間偏置τ，)的同一m序列之間準(zhǔn)正交，故可在同步組網(wǎng)的DS-CDMA系統(tǒng)中作地址碼。當(dāng)n很大時，正交性好(相關(guān)系數(shù)ρ=1/N=1/(2n-1)，可用的序列很多(N=2n-1)。

隨機性：波形0，1等概，隨機變化m序列發(fā)生器的一般構(gòu)成(1).構(gòu)成：將移位寄存器某些級(反饋系數(shù)Ci=1的級)模2加后反饋至輸入級，在時鐘驅(qū)動下產(chǎn)生m序列。(2).生成多項式D1D2D3cpDn+n階m序列C0=1C1C2Cn-1Cn=1X0=1X1X2Xn-1例：3階m序列，n=3，反饋系數(shù)=13(八進制)=1×8+3=11D=1011B=C0C1C2C3，則，生成多項式?(x)=1+x2+x3階次n反饋系數(shù)(八進制)313423545，67，756103，147，155……(3).已找到的部分m序列10.1.2.DS-CDMA工作原理地址碼同步DK解調(diào)采樣載波同步時鐘同步相關(guān)檢測擴頻信碼D1(Rb)地址碼C1(Rp=KRb)載波

fC……S(t)S’(t)解擴DNCNfCfCC1調(diào)制調(diào)制設(shè)：系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)如下

(1).N個用戶信碼為d1、d、…、dN，信碼速率Rb（單位：b/s，比特/秒）、周期Tb=1/Rb。

(2).采用包含N個碼序列的正交碼組c1、c2、…、cN作為地址碼，子碼速率Rp（單位：c/s，碼片/秒或子碼/秒）、周期Tp=1/Rp。地址碼序列每周期包含P個子碼元，序列周期

(3).設(shè)置信碼周期Tb為子碼序列周期T的整數(shù)倍

,K為整數(shù)

則

上式表明，信息碼與地址碼相乘后占據(jù)的頻譜寬度擴展了KP倍。

則，由N個正交地址碼在一對雙工載頻上構(gòu)成N個邏輯信道，可供N對用戶同時通信：

由上式可見，發(fā)端先擴頻調(diào)制再載波調(diào)制或先載波調(diào)制再擴頻調(diào)制得到，二者是等效的。與此對應(yīng)，收端也有二種等效的解調(diào)方案。圖中所示系統(tǒng)，發(fā)端先擴頻調(diào)制再載波調(diào)制，收端先載波解調(diào)再擴頻解調(diào)。下面分析其工作原理。,2PSK調(diào)制

收端用戶1從發(fā)端N個用戶發(fā)射在空中，在時域及頻域完全混疊的DS-CDMA信號中，接收到發(fā)端用戶1的信碼，而且不存在多址干擾(其它地址碼用戶的干擾)。10.2DS-CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的容量(由多址干擾限定)信碼d1Rb…信碼dn/PNnPN1(Rp)fcIS1BPFSPN1B=2RbfcS’解擴S”解調(diào)d1…實際接收端是首先解擴(輸入信號與地址碼相乘，再由BPF

濾波輸出解擴后的窄帶信號)，然后再載波解調(diào)。由于無對地址碼的相關(guān)檢測處理(輸入信號與地址碼相乘再積分)，因而存在多址干擾，從而限制了系統(tǒng)的容量。設(shè)：S1=d1(t)·PN1(t)·cosωct

Si=di(t)·PNi(t)·cosωct…式中，PN地址碼為不同時間偏移的同一m序列，互相正交。則收端各點信號功率譜如下圖：

C、I、Io、Rb、Eb、W、n、C/I12S功率譜I=W·Io=(n-1)·P≈n·PfIoS’功率譜f2RbIoEb/2S”功率譜fEb/2IoC’C’/I’=Eb/2Io2Rb

有功率控制各用戶到達接收機信號強度相同

n>>1，n-1≈nC=P=RbEbW=RPI’C=有用信號功率

I=其他用戶干擾(多址干擾)信號功率

Io=多址干擾功率譜密度

Rb=數(shù)據(jù)碼速率(b/s)Eb=數(shù)據(jù)每bit能量W=擴頻信號帶寬。發(fā)端擴頻數(shù)據(jù)要經(jīng)過RP/2帶寬低通成型濾波器

(無碼間串?dāng)_)后再進行2PSK調(diào)制，則W=Rp

n=一個小區(qū)內(nèi)同時工作最大用戶數(shù)，即最大可用邏輯信道數(shù)—小區(qū)容量(ch/cell)C/I=Rb·Eb/WI0=(Eb/I0)/(W/Rb)W/Rb=Rp/Rb

為擴頻因子。是有/無擴頻系統(tǒng)射頻信號帶寬之比。(如果沒有擴頻，信碼要經(jīng)過Rb/2帶寬低通成形濾波器后再進行2PSK調(diào)制，則射頻帶寬為Rb。)

Eb/Io=歸一化信干比。為解擴后信干比Eb/2Io的2倍。決定了2PSK解調(diào)輸出數(shù)據(jù)誤碼率或話音質(zhì)量，對IS-95系統(tǒng)實測表明應(yīng)取Eb/Io=7dB=5(4級話音)?？傻肅/I=RbEb/WIo=(Eb/Io)/(Rp/Rb)又有C/I=P/nP=1/n則得小區(qū)容量

n=(Rp/Rb)/(Eb/Io)

上式推導(dǎo)只考慮了：

(1).本小區(qū)用戶的多址干擾；

(2).各通話用戶是連續(xù)發(fā)射；

(3).小區(qū)未分扇區(qū)

按實際情況修正后小區(qū)容量為

n=(Rp/Rb)/(Eb/Io)·(G·F)/d

式中，

d=話音占空比(0.35)。

G=扇區(qū)系數(shù)(2.55)F=頻道再用效率(0.6)

話音占空比=0.35(1).對方講話時我不講：占空比=50%(2).我講話時有字間、話間、甚至更長時間停頓：占空比=70%×50%=0.35

無話音時停止發(fā)射，則干擾降低到原來的0.35，小區(qū)用戶可增加1/0.35，而總干擾WIo不變，即Io

不變，則Eb/Io不變，話音質(zhì)量不變。G=扇區(qū)系數(shù)(2.55)

基站采用120o定向天線，將小區(qū)劃分為3個扇區(qū)后，干擾降低3倍，小區(qū)用戶可增加3倍，而總干擾Io不變。由于扇區(qū)之間有15%的重疊，所以實際應(yīng)用應(yīng)取

G=3(1-0.15)=3×0.85=2.55F=頻道再用效率(0.6)DS-CDMA所有小區(qū)使用相同頻率，周圍小區(qū)用戶也對本小區(qū)用戶產(chǎn)生干擾，為保持總干擾Io不變，要減少小區(qū)用戶數(shù)，理論分析得其值為0.6。

IS-95系統(tǒng)參數(shù)為

W=Rp=1.2288MHz(留保護帶后占用帶寬1.25MHz)Rb=9.6KHzW/Rb=128Eb/Io=7dB=5d=0.35（語音激活因子）

G=2.55F=0.6

系統(tǒng)容量n=(W/Rb)/(Eb/Io)·(G·F)/d=120(ch/cell)

占用同相帶寬W=1.25MHz，美國FDMA(AMPS)及

TDMA(D-AMPS)蜂窩系統(tǒng)容量：

n(FDMA)=6(ch/cell)

n(TDMA)=31.25(ch/cell)

三種系統(tǒng)容量關(guān)系：

n(CDMA)=4n(TDMA)=20n(FDMA)使用頻段824~849MHz(上行)869~894MHz(下行)載波帶寬1.25MHz信道數(shù)據(jù)速率1.2288Mb/s調(diào)制方式QPSK(下行)OQPSK(上行)語音編碼QCELP(可變速率碼激勵線性預(yù)測編碼)語音碼速率(kb/s)8.6、4.0、2.0、0.8信道編碼CRC+卷積編碼+交織地址碼長PN序列42階m序列，碼速率1.2288MC/s短PN序列15階m序列，子碼速率1.2288MC/sWalsh序列64階Walsh序列IS-95無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)10.3IS-95蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸10.3.1地址碼及邏輯信道IS-95采用全碼分多址方式，有三種地址碼：基站地址碼、信道地址碼和用戶地址碼。它們復(fù)合在一起構(gòu)成完整的地址碼。(1).基站地址碼(下行)

采用不同時間偏置的短PN碼短PN碼為15階m序列，在14個連0后插入1個0構(gòu)成，長度=215=512×64，周期=215/1.2288MC/S=2秒/75=26.67mS

從15個連0之后在CDMA系統(tǒng)偶數(shù)秒開始的短PN碼為0偏置序列(2).信道地址碼同一基站用64階Walsh序列作為地址碼構(gòu)成下行邏輯信道。不同基站的相同序號邏輯信道不會發(fā)生同道干擾，因為不同基站地址碼正交。(3)用戶地址碼

由移動臺電子序號(ESN)作掩碼得到不同時間偏移的長PN碼作為用戶地址碼長PN碼為42階m序列。在41個連0之后開始的序列為0時間偏置序列，與CDMA系統(tǒng)時鐘的一個特殊時刻保持同步。移動臺電子序號(ESN)及用戶地址碼唯一標(biāo)識移動用戶。不同移動臺用戶地址碼相互正交。也作為上行邏輯信道地址碼。(4)由于基站地址碼及用戶地址碼分別采用不同時間偏置的長PN碼及短PN碼，所以全網(wǎng)必須嚴格同步。這由所有基站都采用GPS來實現(xiàn)。

同一基站正/反向(下/上行)邏輯信道構(gòu)成正向邏輯信道(BSMS)導(dǎo)頻信道：無信息調(diào)制的短PN碼擴頻信號，供移動臺提取定時及相干載波。(2)同步信道：傳輸同步信息，包括系統(tǒng)定時及基站短PN碼的偏置系數(shù)，移動臺獲取同步信息后就不再使用該信道(3)尋呼信道：尋呼移動臺(4)業(yè)務(wù)信道：信息共有四種傳輸速率(1.3kb/s)發(fā)音時傳輸速率提高；停頓時傳輸速率降低，有利于減小多址干擾，提高系統(tǒng)容量。業(yè)務(wù)信道也插入隨路信令，用于功率控制和過區(qū)切換。2.反向邏輯信道(MSBS)接入信道：傳送接入信令，與正向?qū)ず粜诺琅浜?，完成移動臺的呼叫接續(xù)。(2)反向業(yè)務(wù)信道：與正向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)。->p6410.3.2下行傳輸沃爾什函數(shù)0

1.2288Mc/sA導(dǎo)頻信道信息比特

（全0）同步信道信息比特分組交織器A沃爾什函數(shù)32

1.2288Mc/s1.2kb/s2.4ks/s4.8ks/s4.8ks/s碼元調(diào)制碼元碼元重復(fù)卷積編碼器調(diào)制碼元r=1/2,k=9尋呼信道比特分組交織器A沃爾什函數(shù)p

1.2288Mc/s9.6kb/s19.2kb/s19.2ks/s19.2ks/s碼元調(diào)制碼元碼元重復(fù)卷積編碼器調(diào)制碼元4.8kb/s9.6kb/s分頻器長碼產(chǎn)生器19.2kb/s1.2288Mc/s尋呼信道的長碼掩蔽用戶m在正向業(yè)務(wù)信道的信息比特卷積交織器A沃爾什函數(shù)n

1.2288Mc/s8.6kb/s9.2調(diào)制碼元幀質(zhì)量指示器碼元r=1/2碼元重復(fù)加編碼器尾比特k=94.0kb/s2.0kb/s0.8kb/s4.42.00.8(kb/s)1.2(kb/s)2.4(ks/s)分頻器調(diào)制碼元19.2ks/s分頻器長碼產(chǎn)生器復(fù)接800Hz1.2288Mc/s分組交織器功率控制比特800b/s19.2ks/s19.2ks/s用戶m的長碼掩碼基帶濾波器基帶濾波器ΣS(t)sinωctcosωctI(t)Q(t)IQI信道引導(dǎo)PN序列1.2288Mc/sQ信道引導(dǎo)PN序列1.2288Mc/sA數(shù)據(jù)速率。(1).同步信道：1.2kb/s(2).尋呼信道：9.6kb/s、4.8kb/s(3).正向業(yè)務(wù)信道：

8.6kb/s—〉9.6kb/s

按幀(20ms)處理：[8.6kb/sx20ms+(CRC)12b+(尾比特)8b]/20ms=9.6kb/sCRC校驗(CyclicRedundancyCheck循環(huán)冗余碼校驗)

循環(huán)線性分組碼，具有糾、檢錯功能，指示幀數(shù)據(jù)質(zhì)量卷積編碼尾比特：8bit全0，加在1幀數(shù)據(jù)尾部，以便完成最后8位有效數(shù)據(jù)的卷積編碼。4.0kb/s—〉4.8kb/s

按幀處理：

[4.0kb/sx20ms+(CRC)8b+(尾比特)8b]/20ms=4.8kb/s2.0kb/s—〉2.4kb/s按幀處理：[2.0kb/sx20ms+(尾比特)8b]/20ms=2.4kb/s0.8kb/s—〉1.2kb/s按幀處理：[0.8kb/sx20ms+(尾比特)8b]/20ms=1.2kb/s2.卷積編碼(糾錯糾錯)碼率r=1/2約束長度=9的卷積編碼。碼率(編碼效率)r=1/2：每輸入1位數(shù)據(jù)，輸出2位編碼約束長度：1位編碼與連續(xù)9位編碼有關(guān)。

編碼器初始狀態(tài)為全0(上1幀的尾比特，8個0)，每輸入1位數(shù)據(jù)比特，便輸出2位編碼符號(C0、C1)。

8位尾比特幫助已進入移存器的最后8位有效數(shù)據(jù)完成卷積編碼。一幀內(nèi)，碼元數(shù)加倍，碼符速率加倍。信息速率b/s=bit/s，符號速率s/s=symbol/s3.碼元重復(fù)卷積編碼送分組交織前，要碼元重復(fù)：(1).同步信道重復(fù)1次，速率加倍成為4.8ks/s(2).尋呼信道及正向業(yè)務(wù)信道4.分組交織。(1).同步信道交織跨度26.666ms，交織塊碼符數(shù)=4.8ks/sx26.666ms=128s

交織矩陣：8行x16列(2).尋呼信道及正向業(yè)務(wù)信道交織跨度20ms，交織塊碼符數(shù)=19.2ks/sx20ms=384s

交織矩陣：24行x16列5.數(shù)據(jù)掩蔽(加擾)。(1).用于尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道，對信息加擾(擾亂、加密)(2).擾碼由用戶地址長PN碼1/64抽樣得到碼速率1.2288MC/S÷64＝19.2KS/S(3).加擾與去擾發(fā)端用擾碼與調(diào)制碼符模2加實現(xiàn)加擾，收端用同樣的擾碼進行去擾。6.功率控制子信道。正向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制碼符以800b/s的平均速率對調(diào)制碼符進行鑿孔(重寫)，插入功率控制比特，去控制移動臺的功率。7.正交擴展(邏輯信道地址碼擴頻)。

64階Walsh序列組有64個正交序列，每個序列有64個子碼元，記為Wi，i=0,1,2…63。它們互相正交，作為邏輯信道地址碼，將對應(yīng)信道的調(diào)制碼符進行擴頻。子碼速率1.2288MC/S。每個調(diào)制碼符對應(yīng)的子碼序列周期：Ts/64Tp=Rp/64Rs(1).同步信道。

W321.2288MC/S÷(64x4.8KS/S)=4個W序列周期/調(diào)制碼符(2).尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道。

Wi,i≠0、321.2288MC/S÷19.2KS/S=1個W序列周期/調(diào)制碼符(3).導(dǎo)頻信道。信號比特為全0，Wo為全0，擴展后為全0。8.四相擴展。各邏輯信道信號分別進行四相擴展，線性疊加后發(fā)射出去。(1).數(shù)據(jù)同時送同相/正交支路(I/Q支路)，無串/并變換。(2).I/Q支路分別用引導(dǎo)PN序列(短PN序列)—PNI/PNQ擴展(擴頻)PNI與PNQ是互相正交的15階m序列(生成多項式不同)，在14個連0后插入1個0，長度==512x64，子碼速率1.2288MC/S，碼序列周期=/1.2288MC/S=2秒/75=26.67ms

從15連0之后在GPS偶數(shù)秒開始的PNI/PNQ為0偏置PNI/PNQ。(3).基站下行信號地址碼為復(fù)合地址碼=Wi短PN碼(4).引導(dǎo)PN碼的作用。①.基站地址碼②.引導(dǎo)幫助W序列擴頻：各信道W序列擴頻帶寬不一致，再用短PN序列擴頻使各信道帶寬一致。

同步：W序列自相關(guān)特性很差(相關(guān)峰不尖銳，且一序列周期內(nèi)有多個相關(guān)峰)，收端只能通過短PN碼同步，來達到W序列同步。(5).QPSK(正交BPSK，即四相PSK)載波調(diào)制。二路載波正交的BPSK相加或成為QPSK，載波相位關(guān)系如圖(6).為什么四相擴展兩支路傳送相同數(shù)據(jù)？①.從信息傳輸角度看，等價于二相擴展(只用1個支路)②.四相擴展屬于分集發(fā)送，收端將二路正交信號(PN碼正交且載波正交)分別檢測后合并，因而具有以下優(yōu)點：

a.減小碼間竄擾及多址干擾

b.可采用非相干解調(diào)(只用在無導(dǎo)頻信道的反向傳輸)。10.3.3反向傳輸接入信道比特(每幀88比特)加編碼器尾比特kb/s4.4卷積編碼器kb/s4.8碼元重復(fù)ks/s14.4碼元碼元ks/s28.8分組交織器碼元ks/s28.8正交調(diào)制器(64進制)調(diào)制碼元(沃爾什子碼)4.8ks/s(=307.2kc/s)D基帶濾波器基帶濾波器Σs(t)sinωctcosωctI(t)Q(t)IQ長碼產(chǎn)生器長碼掩蔽PN子碼I信道序列1.2288Mc/sQ信道序列1.2288Mc/s1/2PN子碼延時＝406.9ns1.2288Mc/sr=1/3k=9反向業(yè)務(wù)信道信息比特(每幀172,80,

40或16比特)加編碼器尾比特卷積編碼器碼元重復(fù)碼元分組交織器碼元ks/s28.8正交調(diào)制器(64進制)調(diào)制碼元4.8ks/sD基帶濾波器基帶濾波器Σs(t)sinωctcosωctI(t)Q(t)IQ長碼產(chǎn)生器長碼掩蔽PN子碼I信道序列1.2288Mc/sQ信道序列1.2288Mc/s1/2PN子碼延時＝406.9nsr=1/3k=9(307.2kc/s)數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化器1.2288

Mc/s幀數(shù)據(jù)率碼元ks/s28.8幀質(zhì)量指示器14.4ks/s1.2kb/s0.8kb/s4.08.62.00.8kb/s1.數(shù)據(jù)速率、卷積編碼、碼元重復(fù)、分組交織、幀質(zhì)量指示(CRC編碼)：與正向傳輸類似。2.正交多進制調(diào)制。(1).方法交織器輸出碼元每6個分為一組，有64種數(shù)值，用64位階W序列之一(稱為調(diào)制符號)進行傳輸。調(diào)制符號速率=28.8KS/S÷6=4.8KS/S

子碼速率=4.8KS/Sx64=307.2KC/S(2).優(yōu)點具有糾檢錯能力：64階Wi相互正交，即Wi/Wj對應(yīng)子碼位相同/不相同的各有32個，碼距32，可糾正32/2=16位以下的子碼誤碼。補償上行信號非相干解調(diào)帶來的誤碼率的增加。3.長PN碼擴展。(1).42階m序列，長度-1，子碼速率1.2288MC/S。碼序列周期=(-1)÷1.2288MC/S≈41天(2).不同時間偏置的長PN碼相互正交，兼作用戶地址碼及邏輯信道地址碼。(3).由掩碼設(shè)置不同時間偏置的長PN碼。例：由掩碼設(shè)置不同時間偏置的3階m序列。D1D2D3與門：選通M3M2M1掩碼M1M2M3001010011100101110111D1D2D3m1110010011100110111001011100011100111001011110010010111010010110010111D1、D2、D3是順次延時一子碼周期的m序列由掩碼選通其中的1、2、3個模2加得不同時間偏置的m序列

m序列與其時間偏置m序列模2加仍為該m序列(時間偏置不同)

不同時間偏置m序列正交

長PN碼發(fā)生器(4).掩碼格式

移動臺有二個獨有的掩碼：公開掩碼、私用掩碼。移動臺電子序號(ESN)：全球唯一，由生產(chǎn)廠家固化在移動臺內(nèi)。

ESN置換規(guī)則：

ESN=(E31、E30、E29…E2、E1、E0)置換后ESN=(E0、E31、E22…E27、E18、E9)

ESN置換目的防止連號ESN(銷售在同一地區(qū))對應(yīng)的長碼時間偏移相近。相關(guān)值過大。4.四相擴展。(1).基本原理同正向信道。(2).有以下二點區(qū)別：①.移動臺固定使用0偏置短PN碼②.Q支路延遲半個子碼周期，成為偏移四相移相鍵控0QPS(OffsetQPSK)

信號相位：OQPSKQPSKOQPSK優(yōu)點：I支路和Q支路子碼數(shù)據(jù)一次只能變一個，相位只能發(fā)生90度改變，消除了QPSK的180度相位變化，包絡(luò)變化相對恒定，對功放線性度要求放寬(包絡(luò)不恒定的調(diào)制信號經(jīng)過非線性功放，頻譜會展寬)。(3).四相擴展的優(yōu)點①.四相擴展兩支路傳送相同的數(shù)據(jù)，從信息傳輸角度看，等價于二相擴展(只用一個支路)。②.四相擴展屬于分集發(fā)送，收端將二路正交信號分別檢測后合并，因而具有以下優(yōu)點：

a.減小碼間竄擾及多址干擾

b.可采用非相干解調(diào)(反向傳輸無導(dǎo)頻信道，基站無法提取相干載頻)?！遰(t)=d(t)·cosw0t+d(t)·sinw0t∴rc(t)=d(t)·cosθ+d(t)·sinθrs(t)=-d(t)·sinθ+d(t)cosθ∴∑LPFLPFr(t)合并，非相干載波正交載波調(diào)制的非相干解調(diào)(IS-95比這復(fù)雜)5.可變數(shù)據(jù)率傳輸(反向業(yè)務(wù)信道)。為減小移動臺功耗及對其它信道的多址干擾，反向業(yè)務(wù)信道重復(fù)的碼元經(jīng)過隨機的選擇，實際只發(fā)送無重復(fù)的碼元：卷積糾碼前速率發(fā)送9.6kb/s4.8kb/s2.4kb/s1.2kb/s全發(fā)送(∵無重復(fù))發(fā)一次(去掉一次重復(fù))發(fā)一次(去掉三次重復(fù))發(fā)一次(去掉七次重復(fù))10.4CDMA蜂窩通信的關(guān)鍵技術(shù)和特點10.4.1自動功率控制

1.遠近效應(yīng)及功率控制MS2MS1BSPT2PT1d1d2

RX框圖。遠近效應(yīng)。功率控制。RX框圖BPF解調(diào)D/A解擴s’s”DsPNfc2.功率控制目標(biāo)(1).上行(MS—〉BS)：BS收到任何位置MS發(fā)來的信號工率都相等，且剛好達到C/I門限。(2).下行(BS—〉MS)：任何位置移動臺收到BS發(fā)來信號剛好達到C/I門限。3.上行(MS—〉BS)功率控制方法。①.方法

MS檢測來自BS的下行信號強度及質(zhì)量，作為BS收到的上行信號強度與質(zhì)量的估值，來調(diào)整上行信號發(fā)射功率。步長/調(diào)整速率：±0.5dB/ms②.特點簡單對陰影效應(yīng)引起的慢衰落有效對多徑效應(yīng)引起的快衰落無效(∵上/下行Δf=4.5MHz∴快衰落獨立)(2)閉環(huán)功率。①.方法BS檢測來自MS的信號強度和質(zhì)量，發(fā)指令給MS調(diào)整發(fā)射功率。②.特點對快衰落也有效(3).實際控制方案：開環(huán)、閉環(huán)結(jié)合，功率控制快速、精確。粗控：開環(huán)功率控制精控：閉環(huán)功率控制4.下行(BS—〉MS)功率控制方法慢速閉環(huán)功率控制(以幀長20ms為單位)

步長±0.5dB

調(diào)節(jié)范圍±6dB

下行功率控制基本未用(控制速率及動態(tài)范圍小)的原因：10.4.2RAKE接收機

1.原理RAKE接收機利用PN碼銳尖的自相關(guān)特性，用多個并行相關(guān)器接受多徑信號，再合并成一路信號，實現(xiàn)多徑分集，降低誤碼率，提高話音質(zhì)量：不同路徑信號傳輸時延不同：0、Δ2、Δ3、…ΔN

每個相關(guān)器本地PN碼時間偏置與對應(yīng)路徑信號的對齊設(shè)計PN碼子碼周期TP小于各路徑傳輸時延差，即各路徑PN碼時間偏置大于TP，則相互正交，可分別解調(diào)出各自路徑的數(shù)據(jù)例：IS-95中PN碼速率Rp=1.2288MC/s，則最小可分開的多徑時延差為Tp=1/Rp=0.814us

時間上對齊后合并2.IS-95系統(tǒng)RAKE接收機并行相關(guān)接收機個數(shù)

B