第25章物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)(曾憲武)LXX20147

第25章CDMA數(shù)字蜂窩移動通信25.1擴頻通信原理25.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信結(jié)構(gòu)25.3CDMA正向信道25.4CDMA反向信道25.5CDMA系統(tǒng)功率控制25.6CDMA系統(tǒng)的切換25.7CDMA位置登記及呼叫處理本章小結(jié)25.1擴頻通信原理

25.1.1擴頻理論基礎(chǔ)

1.香農(nóng)(Shannon)公式

香農(nóng)在其信息論中給出了帶寬與信噪比之間的關(guān)系式，即香農(nóng)公式

(25.1.1)式中，C為信道容量，單位為b/s；B為信號的頻帶寬度，單位為Hz；S為信號的平均功率，單位為W；N為噪聲的平均功率，單位為W。由香農(nóng)公式可知，在給定信號功率S和噪聲功率N的情況下，只要采用某種編碼就能以任意小的差錯概率，以接近于C的傳輸速率來傳送信息。在保持信息傳輸速率C不變的條件下，頻帶B和信噪比是可以互換的。也就是說，如果增加信號頻帶寬度，就可以在較低信噪比的條件下以任意小的差錯概率來傳輸信息。甚至在信號被噪聲淹沒即S/N<1的情況下，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，也能進行可靠的通信。2.差錯概率公式

信息傳輸?shù)牟铄e概率Pe由下式?jīng)Q定，即式中，E為信號的能量，no為噪聲的功率譜密度，f(.)為一函數(shù)。設(shè)信息的持續(xù)時間或數(shù)字碼元的寬度為T，則信息的帶寬及信號的功率分別為(25.1.3)(25.1.2)若已調(diào)或已擴頻信號的帶寬為B，則噪聲功率為

N=noB(25.1.4)

將Bm、S、N代入式(25.1.2)，可得由式(25.1.5)可見，差錯概率Pe是輸入信號與噪聲功率之比S/N和信號帶寬與信息帶寬之比B/Bm二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的降低。(25.1.5)3.處理增益與抗干擾容限

在各種擴頻系統(tǒng)中，它們的抗干擾能力總是與擴頻信號帶寬B和信息帶寬Bm之間的比成正比的，在工程中常以分貝(dB)表示，即

（25.1.6)

式中，Gp稱為擴頻系統(tǒng)的處理增益，是擴頻系統(tǒng)一個重要的性能指標。它表示了擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。通信系統(tǒng)要正常工作，還需要保證輸出端有一定的信噪比，并要扣除系統(tǒng)內(nèi)部信噪比的損耗，因此需引入抗干擾容限Mj，其定義為(25.1.7)25.1.2直接序列擴頻

直接序列擴頻(DirectSequence-SpreadSpectrum,DS-SS)簡稱直擴，就是直接用高速率的擴頻碼序列在發(fā)送端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把擴頻信號還原成原始信息。其原理如圖25.1.1所示。圖25.1.1DS-SS原理圖在發(fā)送端，輸入的信息碼元為m(t)，為二進制碼元，其碼元寬度為Tb；擴頻器為一邏輯運算器，可采用模2加法器來實現(xiàn)；擴頻碼為一個偽隨機碼(PN碼)，用p(t)表示，其碼元寬度為Tp。通常在DS-SS系統(tǒng)中，偽隨機碼的速率Rp遠遠大于信息碼元的速率Rm。也就是說，偽隨機碼的碼元寬度遠遠小于信息碼元的寬度，這樣才能展寬頻譜。模2加法器運算規(guī)則為

(25.1.8)對于式(25.1.8)，若m(t)與p(t)相同，則c(t)=0；m(t)與p(t)不相同，則c(t)=1。擴頻系統(tǒng)的處理增益為

即Tb越大，而Tp越小時，Gp越高。5.2CDMA數(shù)字蜂窩移動通信結(jié)構(gòu)

25.2.1CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的構(gòu)成

CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖25.2.1所示，

它主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)和移動臺三部分組成，與GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常相似。以下介紹網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和基站子系統(tǒng)圖25.2.1CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)處于固定通信網(wǎng)如PSTN、ISDN與基站控制器之間，它主要由移動交換中心(MSC)、原籍位置寄存器(HLR)、訪問用戶位置寄存器(VLR)、操作管理中心(OMC)以及鑒權(quán)中心等設(shè)備組成。

MSC是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，其主要功能是對位于本MSC控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進行通信控制和管理。所有基站都通過通信線路連至MSC，該通信線路包括業(yè)務(wù)線路和控制線路。2.基站子系統(tǒng)

基站子系統(tǒng)(BSS)包括基站控制器(BSC)和基站收發(fā)設(shè)備(BTS)。每個基站的有效覆蓋范圍即為無線小區(qū)，簡稱小區(qū)。小區(qū)可分為采用全向天線的全向小區(qū)和采用定向天線的扇形小區(qū)。扇形小區(qū)常分為3個扇形區(qū)，分別用α、β和γ表示。一個基站控制器控制多個基站，每個基站含有多部收發(fā)信機。BSC的結(jié)構(gòu)如圖25.2.2所示，主要包括代碼轉(zhuǎn)換器和移動性管理器。圖25.2.2BSC結(jié)構(gòu)代碼轉(zhuǎn)換器主要包含代碼轉(zhuǎn)換器插件、交換矩陣及網(wǎng)絡(luò)接口單元。代碼轉(zhuǎn)換功能由EIA/TIA寬帶擴頻標準規(guī)定，完成適應(yīng)地面MSC使用的64kb/sPCM語音和無線信道中的聲碼

器語音轉(zhuǎn)換，其聲碼器速率是可變的，有8kb/s、4kb/s、

2kb/s和0.8kb/s四種。除此之外，代碼轉(zhuǎn)換器還將業(yè)務(wù)信道和控制信道分別送往MSC和移動性管理器。BSC與MSC及BTS之間的傳輸速率都很高，可達1.544Mb/s?；咀酉到y(tǒng)中，數(shù)量最多的是收發(fā)信機(BTS)等設(shè)備。BTS由于接收部分采用空間分集方式，因此采用兩副接收天線(Rx)和一副發(fā)射天線(Tx)。

基站控制器的功能是控制管理蜂窩系統(tǒng)小區(qū)的運行，維護基站設(shè)備的硬件和軟件，為建立呼叫、接入、信道分配等正常運行收集有關(guān)的統(tǒng)計信息，并監(jiān)測設(shè)備故障、分配定時信息等。25.2.2CDMA系統(tǒng)的接口、信令及相關(guān)參數(shù)

1.CDMA系統(tǒng)的接口

CDMA系統(tǒng)的接口如圖25.2.3所示。

圖中的IWF為互通功能單元。MC為短消息中心，是存儲和轉(zhuǎn)發(fā)短報文的實體。短報文實體(SMF)是合成和分解短報文的實體，它們之間的接口為M接口。圖25.2.3CDMA系統(tǒng)的接口其主要接口如下：

（1）Um接口：MS與BS之間的接口。

（2）A接口：BS與MSC之間的接口。

（3）B接口：MSC與VLR之間的接口。

（4）C接口：MSC與HLR之間的接口。

（5）D接口：VLR與HLR之間的接口。（6）E接口：MSC與MSC之間的接口。

（7）F接口：MSC與EIR之間的接口。

（8）G接口：VLR與VLR之間的接口。

（9）H接口：HLR與AUC之間的接口。

（10）Ai接口：MSC與PSTN之間的接口。

（11）Pi接口：MSC與PSPDN之間的接口。

（12）Di接口：MSC與ISDN之間的接口。2.信令

CDMA系統(tǒng)信令應(yīng)包括各個接口間的信令，信令是以協(xié)議的形式來表現(xiàn)的，因此信令可稱為信令協(xié)議。以下以空中接口Um信令協(xié)議為例，介紹信令的結(jié)構(gòu)。在CDMA系統(tǒng)中，所有信道上的信令都使用面向比特的同步協(xié)議，所有信道上的報文都使用同樣的分層格式。最高層的格式是報文囊(Capsule)，它包括報文(Message)和填充物

(Padding)；次一層的格式將報文分成報文長度、報文體和CRC。

Um接口信令協(xié)議結(jié)構(gòu)也分為三層，即物理層、鏈路層和移動臺控制處理層，它們是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)。CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議的三層結(jié)構(gòu)如圖25.2.4所示。圖25.2.4CDMA系統(tǒng)信令協(xié)議的三層結(jié)構(gòu)第一層是數(shù)據(jù)無線信道中的物理層，包括傳遞比特位的功能，如射頻調(diào)制、編碼、成幀、信道匹配傳輸?shù)取Ｔ诘谝粚雍偷诙又g有一個復(fù)用子層，它允許用戶數(shù)據(jù)和信令處理通過無線通道實現(xiàn)共享。對于用戶數(shù)據(jù)來說，高于復(fù)用子層的協(xié)議層與業(yè)務(wù)選擇無關(guān)。在典型的情況下，它有更高兩層，即第二層、第三層的協(xié)議內(nèi)容。信令協(xié)議的第二層是

和可靠的信令發(fā)送相聯(lián)系的協(xié)議。信令協(xié)議的信號第三層包括了呼叫流程，無線信道控制，以及呼叫的建立和切換、功

率的控制、移動臺注銷在內(nèi)的移動臺控制。3.CDMA系統(tǒng)參數(shù)及應(yīng)用頻段

頻段：824~849MHz（反向鏈路），869~894MHz（前向鏈路）。

雙工方式：FDD。

載波間隔：1.25MHz。

信道速率：1.2288Mc/s。

接入方式：CDMA。

調(diào)制方式：π/4-QPSK。

分集方式：RAKE、交織、天線分集。

信道編碼：卷積碼，K=9，R=3（反向鏈路）；K=9，R=2（前向鏈路）。

語音編碼：QCELP可變速率聲碼器。

數(shù)據(jù)速率：9.6kb/s，4.8kb/s，2.4kb/s，1.2kb/s。

信道號：1~666，占20MHz頻段，其中1~333屬于系

統(tǒng)A，334~666屬于系統(tǒng)B。 系統(tǒng)A、B為兩個不同的經(jīng)營部門，各自組成蜂窩網(wǎng)。A和B是基本的信道。另外，又增加了5MHz頻帶作為A系統(tǒng)的擴展(A′、A″)和B系統(tǒng)的擴展(B′)，其信道號碼分別為667~779和991~1023。25.2.3CDMA系統(tǒng)的邏輯信道

1.邏輯信道

CDMA系統(tǒng)中，各種邏輯信道都是由不同的碼序列來區(qū)分的。任何一個通信網(wǎng)絡(luò)除了主要傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳輸有關(guān)的控制信息。對于大容量系統(tǒng)，一般采用集中控制方式，以便快速實現(xiàn)建立鏈路的過程。CDMA系統(tǒng)在基站至移動臺的傳輸方向（正向傳輸或下行傳輸）上設(shè)置了導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道；在移動臺至基站的傳輸方向（反向傳輸或上行傳輸）上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道，如圖25.2.5所示。圖25.2.5CDMA信道分類CDMA系統(tǒng)采用碼分多址方式，收、發(fā)使用不同的載頻，其收、發(fā)頻差為45MHz；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1.23MHz。由于CDMA系統(tǒng)的正向傳輸和反向傳輸?shù)囊蠹皸l件不同，因此邏輯信道的構(gòu)成及產(chǎn)生方式也不同。2.正向邏輯信道

CDMA系統(tǒng)的正向邏輯信道結(jié)構(gòu)如圖25.2.6所示。在正向傳輸中，采用64階沃爾什函數(shù)區(qū)分邏輯信道，分別用W0，W1，…，W63表示。其中，W0為導(dǎo)頻信道；W1，…，W7

為尋呼信道，即尋呼信道最多可達7個，W1是首選的尋呼信道；W8，…，W63為業(yè)務(wù)信道，W32為同步信道，共計55個正向邏輯信道。圖25.2.6正向邏輯信道的結(jié)構(gòu)導(dǎo)頻信道可用來傳送導(dǎo)頻信息，即由基站連續(xù)不斷地發(fā)送一種直接序列擴頻信號，供移動臺獲得信道的信息，也可提取相干載波以進行相干解調(diào)，還可對導(dǎo)頻信號電平進行檢測，用以比較相鄰基站的信號強度和決定是否需要進行越區(qū)切換。為了保證各移動臺載波檢測和提取的可靠性，導(dǎo)頻信道的功率須高于業(yè)務(wù)信道和尋呼信道的平均功率。如導(dǎo)頻信道可占總功率的20%，同步信道占3%，每個尋呼信道占6%，剩下的功率分配給各業(yè)務(wù)信道。同步信道用于傳輸同步信息，在基站覆蓋范圍內(nèi)，各移動臺可利用這些信息進行同步捕獲。同步信道上載有系統(tǒng)的時間和基站引導(dǎo)PN碼的偏置系數(shù)，以實現(xiàn)移動臺的接收解調(diào)。同步信道在捕捉階段使用，一旦捕獲成功就不再使用。同步信道的數(shù)據(jù)速率固定為1200b/s。

尋呼信道供基站在呼叫建立階段來傳輸控制信息，每個基站有1個或最多7個的尋呼信道。當(dāng)有市話用戶呼叫移動用戶時，經(jīng)MSC或移動電話交換局送至基站，尋呼信道上就播

送該移動用戶識別碼。通常，移動臺在建立同步后，就在首選的W1尋呼信道（或在基站指定的尋呼信道上）監(jiān)聽由基站發(fā)來的信令，當(dāng)收到基站分配業(yè)務(wù)信道的指令后，就轉(zhuǎn)入指配的業(yè)務(wù)信道中進行信息傳輸。當(dāng)小區(qū)內(nèi)需要通信的用戶數(shù)較多，而業(yè)務(wù)信道不夠應(yīng)用時，某幾個尋呼信道可臨時用作業(yè)務(wù)信道。在極端情況下，7個尋呼信道和一個同步信道都可用來充當(dāng)業(yè)務(wù)信道。這時候，總數(shù)為64的邏輯信道中，除去一個導(dǎo)頻信道外，其余63個均用于業(yè)務(wù)信道。尋呼信道上的數(shù)據(jù)速率是4800b/s或9600b/s，由網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者自行決定。業(yè)務(wù)信道上載有編碼的語音或其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，除此之外，還可以插入必需的隨路信令，如必須安排功率控制子信道，用于傳輸功率控制指令；又如在通話過程中，越區(qū)切換時，必須插入過境切換指令等。

在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，各基站配有GPS接收機，保證系統(tǒng)中各基站有統(tǒng)一的時間基準。小區(qū)內(nèi)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(wǎng)的同步。3.反向邏輯信道

CDMA系統(tǒng)的反向邏輯信道由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。反向邏輯信道的結(jié)構(gòu)如圖25.2.7所示。在反向邏輯信道中，接入信道與正向傳輸?shù)膶ず粜诺老鄬?yīng)，其作用是在

移動臺接續(xù)開始階段提供通路，在移動臺沒有占用業(yè)務(wù)信道之前，提供由移動臺到基站的傳輸通路。供移動臺發(fā)起呼

叫或?qū)镜膶ず暨M行響應(yīng)，以及向基站發(fā)送登記注冊的信息等。圖25.2.7反向邏輯信道的結(jié)構(gòu)接入信道采用一種隨機接入?yún)f(xié)議，允許多個用戶以競爭的方式占用。在一個反向邏輯信道中，接入信道數(shù)n最多可達32個。在極端情況下，業(yè)務(wù)信道數(shù)m最多可達64個。每個業(yè)務(wù)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(qū)別。在反向傳輸方向上無導(dǎo)頻信道，因此基站接收反向傳輸?shù)男盘枙r，只能用非相干解調(diào)來接收。25.3CDMA正向信道

25.3.1正向信道的組成

1.信道的組成

CDMA系統(tǒng)的正向信道組成原理如圖25.3.1所示，它主要由沃爾什函數(shù)、卷積編碼器、長碼產(chǎn)生器、分頻器、調(diào)制解調(diào)器、基帶濾波器等組成。圖25.3.1CDMA正向信道組成原理2.信號的構(gòu)成

基站發(fā)送的信號帶寬約為1.23MHz，該信號帶寬內(nèi)包含了相互正交的64個邏輯信道。但正向信道的邏輯信道配置并不是固定的，其中導(dǎo)頻信道一定要有，其余的邏輯信道可根據(jù)具體情況進行配置。例如，可用業(yè)務(wù)信道取代尋呼信道和同步信道，成為1個導(dǎo)頻信道、0個同步信道、0個尋呼信道和63個業(yè)務(wù)信道。這種情況發(fā)生在基站擁有兩個以上的CDMA信道，即

帶寬大于2.5MHz的情況下，其中一個為CDMA基本信道，其帶寬為1.23MHz，所有移動臺都先集中在該基本信道上工作。此時，若基本CDMA業(yè)務(wù)信道忙，則可由基站在基本CDMA信道的尋呼信道上發(fā)射信道指配消息，將某移動臺分配到另一個CDMA信道進行業(yè)務(wù)通信。該CDMA信道只需一個導(dǎo)頻信道，而不再需要同步信道和尋呼信道。每一個邏輯信道都選用相應(yīng)的沃爾什函數(shù)進行正交擴頻，沃爾什函數(shù)的碼片（或稱子碼）的速率為1.2288Mc/s，即子碼的碼元寬度為0.8138μs，約0.814μs。

每個邏輯信道，對輸入的數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼（碼率為1/2，約束長度為9）、分組交織（導(dǎo)頻信道除外，導(dǎo)頻信道為全0，無需卷積和交織）、沃爾什函數(shù)擴展頻譜。由于沃爾什函數(shù)是一正交函數(shù)族，互相關(guān)值為零，所以在擴頻的同時,給各個邏輯信道賦予了正交性，稱其為正交擴頻。擴頻后的信號再進行四相調(diào)制，基站發(fā)射信號則采用QPSK調(diào)制方式。3.四相調(diào)制

正交擴頻后的信號需要進行四相調(diào)制，或者稱為四相擴展。在同相支路(I支路)和正交支路(Q支路)引入兩個互為準正交的m序列，即I信道引導(dǎo)PN序列和Q信道引導(dǎo)PN序列，序列周期長度均為215(=32768)，其構(gòu)成是以下列生成多項式為基礎(chǔ)的：

I支路：PI(x)=x15+x13+x9+x8+x7+x5+1

Q支路：PQ(x)=x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1上述生成多項式產(chǎn)生的是周期長度為215－1的m序列。為了得到周期長度為215的I序列和Q序列，當(dāng)生成的m序列中出現(xiàn)14個連“0”時，向其中再插入一個“0”，使序列中14個“0”的游程變成15個“0”的游程。這樣不僅使得引導(dǎo)序列周期的長度為偶數(shù)(215＝32768)，而且使得序列中“0”和“1”的個數(shù)各占半，從而平衡性更好。引導(dǎo)PN序列的主要作用是給不同基站發(fā)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(guān)特性在時間偏移方面大于一個子碼碼元寬度，所以其自相關(guān)系數(shù)值接近于0，因而移動臺用相關(guān)器很容易把不同基站的信號區(qū)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(tǒng)中，時間偏置也可以再用。不同的時間偏置用不同的偏置系數(shù)表示，偏置系數(shù)共512個。編號K為0~511，如圖25.3.2所示。通常，規(guī)定序列中出現(xiàn)15個“0”后，后續(xù)的64個子碼為偏置系數(shù)K=0。同樣，K＝1表示后續(xù)的64個子碼是碼序列中最末的64個子碼，它包含序列周期中唯一的15個連“0”。圖25.3.2偏置系數(shù)K示意圖偏置時間tk等于偏置系數(shù)乘以64個子碼寬度時間，即

偏置的引導(dǎo)PN序列必須在以基站傳輸為基準時間的偶數(shù)秒起開始傳輸，其他PN引導(dǎo)序列的偏置系數(shù)規(guī)定了它的零偏置(K=0)引導(dǎo)序列的偏置時間差。引導(dǎo)PN序列的周期時間為

26.666(=32768/1.2288)ms，即每秒有75個PN序列周期。

經(jīng)過基帶濾波器后，四相調(diào)制的相位關(guān)系如表25.3.1

所示。4.數(shù)據(jù)傳輸與信息幀結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)信息幀的結(jié)構(gòu)如圖25.3.3所示，它分為同步數(shù)據(jù)信息幀和尋呼/業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀兩大類。兩類信息幀組成的高幀結(jié)構(gòu)相同，均含有25個超幀，但兩類超幀、幀、符號的結(jié)構(gòu)則不相同，兩類邏輯信道的結(jié)構(gòu)也不相同。圖25.3.3數(shù)據(jù)信息幀的結(jié)構(gòu)1）同步數(shù)據(jù)信息幀的結(jié)構(gòu)

同步數(shù)據(jù)信息幀的組成如下：

高幀：含25個超幀或75個PN幀（相當(dāng)于75個PN周期），時長為2s。

超幀：相當(dāng)于3個PN周期，時長為80ms。

PN幀：含128個同步符號，即32768個碼片，時長為26.66ms。

同步符號：含256個碼片，即4個沃爾什序列，時長為208.338μs。

沃爾什序列：含64個碼片，時長為52.0825μs。

碼片(Chip)：時長為0.8137μs。2）尋呼/業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀的結(jié)構(gòu)

尋呼/業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息幀的組成如下：

高幀：含25個超幀或75個PN幀（相當(dāng)于75個PN周期），時長為2s。

超幀：相當(dāng)于4個業(yè)務(wù)幀，時長為80ms。

業(yè)務(wù)幀：含384個尋呼/業(yè)務(wù)符號（24576個碼片），時長為20ms。

尋呼/業(yè)務(wù)符號：含64個碼片（1個沃爾什序列），時長為52.0825μs。

沃爾什序列：含64個碼片。

碼片(Chip)：時長為0.8137μs。3）業(yè)務(wù)信息幀

業(yè)務(wù)信息幀可分為前向業(yè)務(wù)信道信息幀和反向業(yè)務(wù)信道信息幀，它們的格式相同，幀長均為20ms，如圖25.3.4所示。

業(yè)務(wù)信道在信道編碼之前的數(shù)據(jù)傳輸速率分別為9.6kb/s、

4.8kb/s、2.4kb/s、1.2kb/s，因此，在一幀內(nèi)可傳送的信息位分別為172bit、80bit、40bit、16bit。在速率為9.6kb/s、4.8kb/s的幀中，F(xiàn)分別為12bit和8bit的幀質(zhì)量指示位，T為

8bit的尾位。在速率為2.4/1.2kb/s的幀中，只有8bit的尾位。幀質(zhì)量指示位的功能有兩個，一是幀校驗，即指示該幀是否有錯；二是指示傳輸速率，因為低傳輸速率時無F位。圖25.3.4業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)前向業(yè)務(wù)信道：在業(yè)務(wù)信道工作期間，基站在前向業(yè)務(wù)信道中的業(yè)務(wù)幀給移動臺發(fā)送報文信息。前向業(yè)務(wù)信道報文包含報文長度(8bit)、報文體(16~1160bit)及CRC(16bit)。基站發(fā)送的報文可在一個業(yè)務(wù)信道幀或多個業(yè)務(wù)信道幀中傳送。在多幀傳送時，以業(yè)務(wù)信道幀的第一位SOM(1bit)來標識報文的開始，即報文開頭這一幀的SOM為“1”，其余幀的SOM為“0”，如果報文結(jié)束的哪一幀有空余位，則用“0”作填充。當(dāng)無業(yè)務(wù)激活時，基站發(fā)送無業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)(NullTrafficChannelData)給移動臺，以保持聯(lián)系，無業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)的傳輸率為

1.2kb/s，在其幀結(jié)構(gòu)中含有247bit報文，由16個“1”后跟8個“0”組成。反向業(yè)務(wù)信道：其幀結(jié)構(gòu)與前向業(yè)務(wù)信道幀相同。反向業(yè)務(wù)信道的前導(dǎo)(Preamble)由含有192個“0”的若干幀組成。無業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)由16個“1”加8個“0”組成，傳輸速率為1.2kb/s。當(dāng)移動臺無業(yè)務(wù)激活時，它發(fā)送無業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)，以保持移動臺與基站的連接性。25.3.2正向控制信道

1.導(dǎo)頻信道

導(dǎo)頻信道用于移動臺作相位定時、相干載波提取以及過境切換時信號強度的比較。導(dǎo)頻信道輸入為全0，用沃爾什函數(shù)進行擴頻，然后進行四相調(diào)制。導(dǎo)頻信號在基站工作期間

是連續(xù)不斷地發(fā)送的，而且所占功率較大（約占20％），以保證小區(qū)內(nèi)各個移動臺能進行正確的解調(diào)。2.同步信道

同步信道用于傳輸同步信息，此同步信息被移動臺用來進行同步調(diào)整。此外，同步信道還提供移動臺選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率。移動臺一旦完成同步，通常不再接收同步信號，但當(dāng)設(shè)備關(guān)機重新開機時，還需要重新進行同步。當(dāng)通信業(yè)務(wù)量很多、所有業(yè)務(wù)信道均被占用而不夠應(yīng)用時，同步信道也可臨時改作業(yè)務(wù)信道使用。同步信號的數(shù)據(jù)速率是1.2kb/s，分幀傳輸，幀長是

26.66ms，即與引導(dǎo)PN序列周期的時間相同。3個同步信道幀構(gòu)成2個超幀（80ms，含96bit)。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。當(dāng)使用零偏置(K=0)引導(dǎo)PN序列時，同步信道超幀要在偶數(shù)秒的時刻開始。當(dāng)然，也可在相隔1個超幀時刻開始。當(dāng)所用的引導(dǎo)PN序列不是零偏置引導(dǎo)PN序列時，同步信道超幀將在偶數(shù)秒加上引導(dǎo)PN序列偏置時間的時刻開始。同步信道的主要參數(shù)如表25.3.2所示。在擴頻前，調(diào)制碼元還需進行分組交織。交織的作用是為了克服突發(fā)性干擾，它可將突發(fā)性差錯分散化，在接收端由卷積編碼器按維特比譯碼法糾正隨機差錯，從而間接地糾正了突發(fā)性差錯。

同步信道使用時間跨距為26.66ms的分組交織，此跨距與4800s/s字符速率的128個調(diào)制字符相對應(yīng)。3.尋呼信道

尋呼信道是在呼叫接續(xù)階段傳輸尋呼移動臺的信息的。這些信息包括被呼的移動臺號碼，以及給移動臺指配業(yè)務(wù)信道的指令等。尋呼信道最多可達7條，分別用W1，W2，…，W7進行擴頻調(diào)制。尋呼信道的信息速率有9.6kb/s和4.8kb/s

兩種。CDMA系統(tǒng)的正向信道的尋呼信道中的信息流首先經(jīng)過卷積編碼器，該編碼器碼率為1/2，約束長度為9，卷積編碼器輸出的碼元速率提高一倍，即輸入信息速率為9.6kb/s時輸出為19.2ks/s而輸入為4.8kb/s時輸出為9.6ks/s；對于9.6ks/s的碼元重復(fù)一次，而對于19.2ks/s的碼元并不進行重復(fù)。這樣分組交織器輸入端的調(diào)制碼元速率統(tǒng)一為19.2ks/s，分組交織器僅改變碼元的順序，不改變碼元（或符號）的速率。尋呼信道中分組交織器的交織跨度為20ms，這相當(dāng)于碼元速率為19.2ks/s時的384個調(diào)制碼元寬度。交織器組成的陣列是24行×16列(即384個碼元)。

通過分組交織的尋呼信號還要進行數(shù)據(jù)掩蔽，其目的是為了信息的安全，起到保密作用。尋呼信道中含有移動用戶號碼等重要信息，必須采取安全措施。長碼產(chǎn)生器由42級移位寄存器和相應(yīng)的反饋支路及模2加法器組成，產(chǎn)生的m序列周期很長，達242－1，因此重復(fù)周期的時間也很長。移位寄存器共有42級，下式是該長碼產(chǎn)生器的特征多項：為了安全起見，42級移位寄存器的各級輸出與尋呼信道長碼的42bit時標相乘，再進行模2相加，產(chǎn)生長碼輸出。

長碼的時鐘工作頻率是1.2288MHz，相應(yīng)的長碼速率是1.2288Mc/s，經(jīng)分頻比為64的分頻器后得到的數(shù)據(jù)速率為

19.2kb/s，再與經(jīng)卷積、交織處理后的調(diào)制碼元進行模2加，然后才進行W1（或W2~W7）擴頻調(diào)制。尋呼信道用于長碼產(chǎn)生器的掩碼格式如圖25.3.5所示。圖中，尋呼信道號(PCN)用3個比特表示，即23=8，可滿足最多7個尋呼信道的要求。引導(dǎo)PN序列的偏置系數(shù)PILOT-PN用9個比特表示，可滿足0~511個偏置系數(shù)的需要。尋呼信道參數(shù)如表25.3.3所示。圖25.3.5尋呼信道中長碼產(chǎn)生器的掩碼格式25.3.3正向CDMA業(yè)務(wù)信道

正向CDMA業(yè)務(wù)信道是基站向移動臺傳送如語音業(yè)務(wù)等信息的信道。此外，它還必須傳輸必要的隨路信令，如功率控制和過境切換指令等。

正向CDMA業(yè)務(wù)信道上傳送的信號經(jīng)過語音編碼、信道編碼、分組交織、長碼掩蔽、沃爾什函數(shù)擴頻及正交調(diào)制等步驟產(chǎn)生，如圖25.3.6所示。圖25.3.6正向業(yè)務(wù)信道信號的流程圖基站在正向業(yè)務(wù)信道上可以改變數(shù)據(jù)速率來傳送信息，共分為4種速率，即9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s。信號幀的長度為20ms，數(shù)據(jù)速率可逐幀選擇（20ms一次）。這樣可實現(xiàn)通話時以較高速率傳送，而停頓時以較低速率傳輸，以減小共道干擾。雖然數(shù)據(jù)速率可以逐幀變化，但調(diào)制碼元速率仍統(tǒng)一為19.2ks/s。由于碼字重復(fù)的原因，較低數(shù)據(jù)速率的調(diào)制碼元可以用較低能量發(fā)送。假設(shè)速率為9.6kb/s的調(diào)制碼元能量歸一化為1，則4.8kb/s的調(diào)制碼元能量為1/2，2.4kb/s的調(diào)制碼元能量為1/4，1.2kb/s的調(diào)制碼元能量為1/8。1.信息的組成及其格式

業(yè)務(wù)信道主要傳送的是可變速率語音編碼器輸出的數(shù)字語音，也可傳輸同樣速率的其他業(yè)務(wù)，前者稱主要業(yè)務(wù)，后者稱輔助業(yè)務(wù)；此外，還有一些必要的隨路信令。業(yè)務(wù)信道信息的編碼過程如圖25.3.7所示。圖25.3.7正向業(yè)務(wù)信道信息的編碼過程可變速率語音編碼器輸出速率分別為8.6kb/s、4.0kb/s、2.0kb/s和0.8kb/s的數(shù)據(jù)后，進入業(yè)務(wù)幀的復(fù)接。MM稱做混合模式比特，MM=0，表示該幀無信令；MM=1，表示該幀加入了信令。IS-95規(guī)定只有速率為1，即8.6k/s，才允許加入信令。MM=0時，各種速率的情況下，20ms一幀內(nèi)語音的比特數(shù)如圖25.3.8所示。20ms為一組的語音包，速率為1時，輸入語音為171bit，MM=0的標志符插入1比特（放在第1位），其余171bit為語

音數(shù)據(jù)信息比特，共計172bit，因此業(yè)務(wù)速率為8.6kb/s

（20ms含有172bit）。

對于速率為1/2、1/4和1/8的語音信號，不加標志位。因此對于20ms業(yè)務(wù)幀，語音比特分別是80bit、40bit和16bit，相應(yīng)的業(yè)務(wù)速率是4.0kb/s、2.0kb/s和0.8kb/s。正向業(yè)務(wù)信道上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息和信令信息，可以通過復(fù)接方式把它們裝載到物理信道上。通過復(fù)接，業(yè)務(wù)信道對每幀還要加入幀質(zhì)量指示位和尾位。前者屬于循環(huán)冗余編碼，具有檢糾錯能力，能表明該幀信息傳輸?shù)馁|(zhì)量；后者是末位加入8個“0”，它是在每幀進行卷積編碼時，為使卷積編碼器中的8級移位寄存器（約束長度為9）復(fù)位至“0”而添加

的。添加的過程如圖25.3.8所示。圖25.3.8業(yè)務(wù)幀增加CRC及尾比特過程20ms的業(yè)務(wù)幀，對于速率為1的業(yè)務(wù)，CRC為12位，由172bit增加到184bit；對于速率為1/2的業(yè)務(wù)，CRC為8位，由80bit增加到88bit；對于速率為1/4和1/8的業(yè)務(wù)，不進行CRC校驗。無論是哪種速率，后續(xù)都要變換為約束長度均為9的卷積編碼，因此都需要在末位添加8個全“0”位。對于20ms的業(yè)務(wù)幀，在不同速率的情況下，幀結(jié)構(gòu)如圖25.3.9所示。圖25.3.9正向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)2.卷積編碼

卷積編碼用于信道編碼，主要用來糾正碼元的隨機差錯，它是利用增加監(jiān)督位來進行檢錯和糾錯的。CDMA系統(tǒng)中的各種信道都使用卷積編碼器。在正向CDMA信道中，包括同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道，均使用相同的卷積編碼器，即碼率為1/2、約束長度為9的卷積編碼器。所謂“碼率”就是編碼效率。碼率為1/2，意味著編碼器每輸入1bit信息，輸出為2bit。3.碼元重復(fù)和交織

對于正向業(yè)務(wù)信道，在分組交織之前還要進行碼元重復(fù)。對于速率為1/2的數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)速率為9.6ks/s，各碼元重復(fù)一次（每個碼元連續(xù)出現(xiàn)兩次）；速率為4.8ks/s時，各碼元重復(fù)3次（每個碼元連續(xù)出現(xiàn)4次）；速率為2.4ks/s時，各碼元重復(fù)7次（每個碼元連續(xù)出現(xiàn)8次)。這樣，各種速率均變換成相同的調(diào)制碼元速率，即19200個調(diào)制碼元每秒，亦即每20ms有384個調(diào)制碼元，以便實現(xiàn)統(tǒng)一的分組交織。分組交織的作用主要是為了對抗突發(fā)性干擾，即將突發(fā)性差錯分散開來，以便于接收端進行糾錯。

正向業(yè)務(wù)信道的交織跨度是20ms，也就是以384個調(diào)制碼元為一組進行交織。交織器組成的陣列是24行×16列，即384個調(diào)制碼元。

對于速率為9.6ks/s的業(yè)務(wù)信道，其交織陣列輸入和輸出，即寫入矩陣和讀出矩陣，與尋呼信道的相同。4.數(shù)據(jù)掩蔽

數(shù)據(jù)掩蔽也稱為數(shù)據(jù)擾亂，其目的是為了數(shù)據(jù)的安全。正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽原理與尋呼信道的信號掩蔽原理相同。圖25.3.10為正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽以及功率控制原理。圖25.3.10正向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)掩蔽及功率控制原理圖中的擾碼是在分組交織器輸出的19200s/s調(diào)制字符上進行的。它是通過交織器輸出字符與長碼PN碼片的二進制值模2相加而完成的。該長碼PN碼片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241－1），每一調(diào)制碼元長度為長碼經(jīng)分頻后（分頻系數(shù)為64），其速率變?yōu)?9200s/s，因而送入模2加法器進行數(shù)據(jù)掩蔽的是每64個子碼中的第一個子碼在起作用。5.功率控制子信道

功率控制子信道信號是連續(xù)地在正向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送的。該子信道以每1.25ms中1個比特（“0”或“1”）的速率（800bit/s）發(fā)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(yè)務(wù)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(dāng)于6個調(diào)制字符?；窘邮諜C利用估算值來確定功率控制比特值?；驹谙鄳?yīng)的正向業(yè)務(wù)信道上使用收縮技術(shù)來發(fā)送功率控制比特。在正向業(yè)務(wù)信道上傳輸功率控制比特的功率控制組，是跟隨相應(yīng)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。例如在圖25.3.11中，反向業(yè)務(wù)信道在編號為5的功率控制組上接收信號，那么正向業(yè)務(wù)信道應(yīng)在功率控制組編號為5+2＝7期間發(fā)送相應(yīng)的功率控制比特。圖25.3.11功率控制比特位置示意圖一個功率控制比特的長度相當(dāng)于正向業(yè)務(wù)信道的2個調(diào)制字符，每個功率控制比特取代2個連貫的正向業(yè)務(wù)信道調(diào)制字符，這種技術(shù)就是通常所稱的字符收縮。這樣，收縮的調(diào)制

字符就被功率控制比特所取代。功率控制比特的發(fā)送能量不小于Eb，如圖25.3.12所示，這里的Eb是正向業(yè)務(wù)信道上每信息比特的能量，而x值給定為發(fā)送速率x值

9600b/s2

4800b/s4

2400b/s8

1200b/s16

一幀中的所有非收縮調(diào)制字符是在同樣功率電平上發(fā)送的，而在鄰近幀中的調(diào)制字符可以發(fā)送不同的功率電平。正向業(yè)務(wù)信道的參數(shù)如表25.3.4所示。圖25.3.12功率控制子信道的結(jié)構(gòu)與字符收縮25.4CDMA反向信道

CDMA系統(tǒng)中，移動臺與基站之間的信道稱為CDMA反向信道，也稱為上行傳輸信道。反向信道中只包含接入信道和反向業(yè)務(wù)信道，其中接入信道與正向信道中的尋呼信道相對應(yīng)，反向業(yè)務(wù)信道與正向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)。這些信道采用直接序列擴頻的CDMA技術(shù)共享同一CDMA頻率分配。25.4.1反向信道的組成

1.反向信道的構(gòu)成

移動臺發(fā)射信號的信道通常稱為反向信道，其電路原理框圖如圖25.4.1所示。圖25.4.1反向CDMA信道原理框圖接入信道采用4800b/s的固定速率，反向業(yè)務(wù)信道采用9600b/s、4800b/s、2400b/s和1200b/s的可變速率。這兩種信道的數(shù)據(jù)中均要求加入編碼器層比特，用于將卷積編碼器復(fù)位到規(guī)定的狀態(tài)。此外，在反向業(yè)務(wù)信道上以9600b/s和4800b/s的速率傳送數(shù)據(jù)時，需要增加質(zhì)量指示位，即CRC校驗位。

接入信道和反向業(yè)務(wù)信道所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都要進行卷積編碼，卷積碼的碼率為1/3，約束長度為9。反向業(yè)務(wù)信道的碼元重復(fù)方法與正向業(yè)務(wù)信道相同。數(shù)據(jù)速率為9600b/s時，碼元不重復(fù)；數(shù)據(jù)速率為4800b/s、2400b/s和1200b/s時，碼元分別重復(fù)1次、3次和7次，即每個碼元連續(xù)出現(xiàn)2次、7次和8次。這樣，使得各種速率的數(shù)據(jù)都變換成每秒28800碼元。反向業(yè)務(wù)信道與正向業(yè)務(wù)信道的不同之處是并非對重復(fù)的碼元重復(fù)發(fā)送多次，而是除了發(fā)送

其中的一個碼元外，其余的重復(fù)碼元全部被刪除。在接入信道上，因為數(shù)據(jù)速率固定為4800b/s，所以每一碼元只重復(fù)1次，而且兩個重復(fù)碼元都要發(fā)送。所有碼元在重復(fù)之后都要進行分組交織。分組交織的跨度為20ms。交織器組成的陣列是32行×18列，即576個單元。為了減小移動臺的功耗及其對CDMA信道產(chǎn)生的干擾，需對交織器輸出的碼元采用時間濾波器進行選通，只允許所需的碼元輸出，而刪除其他重復(fù)的碼元。2.正交多進制調(diào)制

在反向CDMA信道中，把交織器輸出的碼元每6個作為一組，用六十四進制的沃爾什函數(shù)之一（稱為調(diào)制碼元）進行傳輸。調(diào)制碼元的傳輸速率為（28800/6）b/s＝4800b/s，調(diào)制碼元的時間寬度為1/4800＝208.333μs。每一調(diào)制碼元含64個子碼,因此沃爾什函數(shù)的子碼速率為64×4800b/s=307.2kb/s，相應(yīng)的子碼寬度為3.255μs。正向CDMA信道和反向CDMA信道都使用六十四進制的沃爾什函數(shù)，但兩者的應(yīng)用目的不同，前者是為了區(qū)分信道，而后者是對數(shù)據(jù)進行正交碼多進制調(diào)制，以提高通信質(zhì)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(dǎo)頻信道。3.直接序列擴展

在反向業(yè)務(wù)信道和接入信道傳輸?shù)男盘柖家瞄L碼進行擴展。前者是數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化器輸出的碼流與長碼模2相加；后者是六十四進制正交調(diào)制器輸出的碼流和長碼模2相加。長碼的周期是242－1個子碼，并滿足以下特征多項式的線性遞歸關(guān)系：長碼的各個PN子碼是用一個42位的掩碼和序列產(chǎn)生器的42位狀態(tài)矢量進行模2乘而產(chǎn)生的。正交多進制調(diào)制和長碼序列擴展示意如圖25.4.2所示。圖25.4.2正交多進制調(diào)制與長碼序列擴展原理用于長碼產(chǎn)生器的掩碼隨移動臺傳輸信道的不同類型而變。掩碼的格式如圖25.4.3所示。在接入信道傳輸時，掩碼格式為：M41~M33要置成“110001111”，M32~M28要置成選用的接入信道號碼，M27~M25要置成對應(yīng)的尋呼信道號碼（范圍是1~7），M24~M9要置成當(dāng)前的基站標志，M8~M0要置成當(dāng)前CDMA信道的引導(dǎo)PN偏置。圖25.4.3接入信道掩碼格式在反向業(yè)務(wù)信道傳輸時，移動臺要用到如下兩個掩碼中的一個：一個是公開掩碼；另一個是私用掩碼。這兩個掩碼都是該移動臺所獨有的。公開掩碼為：M41~M33要置成“110001100”，M31~M0要置成移動臺的電子序列號碼(ESN)。為了防止和連號ESN相對應(yīng)的長碼之間出現(xiàn)過大的相關(guān)值，移動臺的ESN要進行置換，置換規(guī)則如下：置換前：ESN=(E31，E30，…，E1，E0）

置換后：ESN=(E0，E31，E22，E4，E26，E17，E8，E30，E21，E12，E3，E25，E16，E7，E29，E30，E11，

E2，E24，E15，E6，E28，E19，E10，E1，E23，E14，E5，E27，E18，E9）

私用掩碼適用于用戶保密通信，其格式由TIA規(guī)定。25.4.2接入信道

移動臺利用接入信道發(fā)起呼叫或?qū)緦ず粜诺赖膶ず粜盘栠M行響應(yīng)。接入信道的輸入信息速率是4.4kb/s，加上用于后續(xù)卷積編碼器的編碼尾位后，速率為4.8kb/s，經(jīng)過碼率為1/3、約束長度為9的卷積編碼，速率變?yōu)?4.4ks/s，碼元重復(fù)一次，速率提高到28.8ks/s，然后進行正交多進制擴頻調(diào)制、長碼掩蔽、四相位調(diào)制等。1.反向信道的卷積編碼器

為了提高反向信道信號抗干擾能力，采用碼率為1/3的卷積編碼器，即輸入1個碼元，編碼器相應(yīng)輸出3個碼元；約束長度為9，即前后9個碼元有關(guān)聯(lián)，或者說有約束關(guān)系。因此它包含8級移位寄存器和3個模2加法器，其電路原理如圖25.4.4所示。圖25.4.4反向信道卷積編碼電路原理由圖可見，每輸入1bit信息，輸出為3bit，并依次由

c0、c1和c2產(chǎn)生3bit輸出。c0、c1和c2分別由模2加法器g(1)1、g(2)1和g(3)1輸出產(chǎn)生，而g(1)1、g(2)1和g(3)1輸入的序列由各級移位寄存器的反饋系數(shù)決定。編碼器輸出的c0、c1和c2按下列公式計算：2.碼元重復(fù)和分組交織

對于接入信道，輸入速率為4.4kb/s，加入編碼尾位后，速率提高至4.8kb/s。一幀時間是20ms，含96個二進制符號，經(jīng)卷積編碼后速率變?yōu)?4.4ks/s(3×4.8ks/s)，在1幀

20ms時間內(nèi)，含288個碼符(14.4×103×0.02個碼符)。為了將調(diào)制碼元速率統(tǒng)一為28.8ks/s，對于接入信道，碼元只重復(fù)一次即可。碼元重復(fù)后的速率為28.8ks/s，在一幀20ms時間內(nèi)，共有576個碼元。3.多進制正交擴頻調(diào)制

多進制正交調(diào)制，采用相互正交的64階沃爾什函數(shù)。

由于26=64，所以每輸入6個二進制符號，就對應(yīng)64個沃爾

什函數(shù)之一。正交調(diào)制器每輸入6個符號，則輸出64個符號

的輸入符號速率是28.8kc/s，輸出符號速率則為28.8×64/4=

307.2kc/s。調(diào)制符號可根據(jù)下列調(diào)制指數(shù)來選擇，調(diào)制符號指數(shù)MSI為

MSI=c0+2c1+4c2+8c3+16c4+32c5

式中，ci代表輸入碼元第i位的碼元值，0≤i≤5。如輸入碼元為

{c0c1c2c3c4c5}={110100},

則

MSI=1+2+8=11

部分多進制調(diào)制中符號輸入、調(diào)制符號指數(shù)及輸出符號的關(guān)系如表25.4.1所示。4.長碼直接序列擴頻

經(jīng)過正交多進制調(diào)制后，碼片速率已達307.2kc/s，再與224-1的PN長碼進行模2加，即進行直接序列擴頻，如圖25.4.5所示。圖25.4.5接入信道長碼擴頻原理圖長碼產(chǎn)生器由42級移位寄存器組成，長碼周期為242－1，速率為1.2288Mc/s，其特征多項式為為了對傳輸信息加強安全性保護，可采取掩碼措施。掩碼與42級移位寄存器的各級輸出相乘再模2加，最后產(chǎn)生的長碼作為擴頻碼，即與多進制調(diào)制輸出的符號進行模2加。接入

信道的掩碼格式如圖25.4.6所示。圖中，ACN為接入信道號碼，PCN為尋呼信道號碼，BASE-ID為基站識別碼，PILOT-PN為正向CDMA信道引導(dǎo)PN序列偏置系數(shù)。圖25.4.6接入信道的掩碼格式經(jīng)過掩碼，速率仍為1.2288Mc/s，然后進入四相調(diào)制。接入信道的調(diào)制參數(shù)如表25.4.2所示。25.4.3反向業(yè)務(wù)信道

反向業(yè)務(wù)信道用于通信過程中由移動臺向基站傳輸語音、數(shù)據(jù)和必要的信令信息。系統(tǒng)電路的組成如圖25.4.1(b)所示。1.可變傳輸速率

反向業(yè)務(wù)信道和正向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)。輸入的業(yè)務(wù)信息是從可變速率語音編碼器得到的，共有4種速率，即8.6kb/s、4.0kb/s、2.0kb/s和0.8kb/s。對于8.6kb/s和4.0kb/s兩種速率，在20ms的每幀中要分別加入不同的幀質(zhì)量指示位；對于2.0kb/s和0.8kb/s兩種速率，則不加幀質(zhì)量指示位。對于速率為8.6kb/s的業(yè)務(wù)信息，20ms的每幀中有

172bit，加入幀質(zhì)量指示位12bit后，即要求每20ms的幀內(nèi)傳輸184bit，因此速率從8.6kb/s上升到9.2kb/s；而速

率為4.0kb/s的業(yè)務(wù)信息，在20ms的幀內(nèi)，含有80bit信息，加入幀質(zhì)量指示位8bit后，即20ms內(nèi)共傳輸80+8=88bit，因此速率從4.0kb/s變?yōu)?.4kb/s。為了進行卷積編碼，使其約束長度為9，在一幀內(nèi)都要加入8個全“0”的尾位。因此對于4種不同速率，速率變更情況也是不同的。加入尾位后，4種速率分別為9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和1.2kb/s。經(jīng)碼率為1/3的卷積編碼后，速率變?yōu)?/p>

28.8ks/s、14.4ks/s、7.2ks/s和3.6ks/s，然后經(jīng)過不同的碼元重復(fù)，調(diào)制碼元的速率統(tǒng)一為28.8ks/s。通過分組交織，加入六十四進制的多進制正交擴頻調(diào)制。分組交織及多進制正交調(diào)制均與接入信道的相同。反向業(yè)務(wù)信道的調(diào)制參數(shù)如表25.4.3所示。2.幀質(zhì)量指示位

反向業(yè)務(wù)信道和正向業(yè)務(wù)信道都加入了幀質(zhì)量指示位。對于9.6kb/s和4.8b/s的業(yè)務(wù)信道，每幀都含幀質(zhì)量指示位，前者為12bit，后者為8bit。幀質(zhì)量指示位是一種CRC循環(huán)冗余編碼校驗位，對方接收機以此來判斷該幀是否有錯，即可用于檢測誤幀率。對于2.4kb/s和1.2b/s的業(yè)務(wù)信道，不采用幀質(zhì)量指示位。幀質(zhì)量指示位CRC是在一幀中除了幀質(zhì)量指示位和尾位之外，由其他位所決定的，與幀質(zhì)量指示位的生成多項式有關(guān)。

對于9.6kb/s和4.8kb/s兩種速率的業(yè)務(wù)信道，均需加入幀質(zhì)量標志，分別采用12bit和8bit的幀質(zhì)量指示位，它們的生成多項式分別為25.5CDMA系統(tǒng)功率控制

在CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，為了獲得大容量、高質(zhì)量的通信，解決遠近效應(yīng)等問題，同時避免對其他用戶產(chǎn)生過大的干擾，必須采用嚴格的功率控制。功率控制包括反向鏈路開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制，還有正向鏈路的功率控制。前者使所有移動臺的發(fā)射信號在到達基站時具有相同的所選定的功率電平，后者使正向鏈路的發(fā)射信號功率限制在只需滿足移動臺的接收要求。25.5.1正向鏈路的功率控制

基站的正向鏈路功率控制是通過響應(yīng)移動臺提供的測試來調(diào)整各用戶鏈路信號的正向鏈路功率的。若移動臺處于靜態(tài)，離基站近，且受多徑衰落和陰影效果或其他小區(qū)干擾的影響很小，則基站采用低于標稱發(fā)射功率來發(fā)射所需信號，以降低對系統(tǒng)正在發(fā)送的其他信號的干擾。同時，多余的功率就可給予那些環(huán)境困難、遠離基站而錯誤率高的移動臺。這就是正向鏈路功率控制的目的。正向功率控制過程由兩部分組成：第一部分是開環(huán)功率控制，在這一過程中，基站能利用接入信道所接收的移動臺功率估算正向鏈路的傳輸損耗，并調(diào)節(jié)各業(yè)務(wù)信道的起始功率，在目前實施中，基站為各業(yè)務(wù)信道分配一個起始的標稱功率。第二部分是閉環(huán)功率控制，基站和移動臺相結(jié)合而動態(tài)地改變功率。為了允許基站調(diào)節(jié)正向業(yè)務(wù)信道功率，各移動臺應(yīng)監(jiān)測正向業(yè)務(wù)信道幀的質(zhì)量?；局芷谛缘亟档桶l(fā)向用戶的功率，而移動臺也周期性地向基站報告幀質(zhì)量計算結(jié)果?；驹賹⑦@個計算結(jié)果與某一閾值相比較，來確定分配給正向業(yè)務(wù)信道的功率是增加還是減少。此外，如果這種質(zhì)量的幀數(shù)超過某程度，則移動臺便自動地報告計算結(jié)果，而基站會

增加分配功率。正向鏈路功率控制的調(diào)節(jié)量較小，通常約

0.5dB。調(diào)節(jié)的動態(tài)范圍約限制在標稱功率16dB之內(nèi)。調(diào)節(jié)的速率低于反向鏈路功控的變化速率，逢每個聲碼器便調(diào)節(jié)一次幀，或按每15~20ms變更一次。25.5.2反向鏈路的功率控制

CDMA系統(tǒng)的通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小。若基站接收到移動臺的信號功率太低，則誤比特率太大而無法保證高質(zhì)量通信；反之，若基站接收到的某一移動臺功率太高，雖然保證了該移動臺與基站間的通信質(zhì)量，卻對其他移動臺增加了干擾，導(dǎo)致了整個系統(tǒng)質(zhì)量惡化和容量減小。只有當(dāng)每個移動臺的發(fā)射功率控制在基站所需信噪比的最小值時，通信系統(tǒng)的容量才達到最大值。1.反向鏈路開環(huán)功率控制

反向鏈路開環(huán)功率控制的前提條件是假設(shè)上行傳輸損耗與下行傳輸損耗相同。移動臺接收、測量基站發(fā)來的信號強度，并估計下行傳輸損耗，然后根據(jù)這種估計來自行調(diào)整發(fā)射功率，若接收信號增強，則降低其發(fā)射功率；若接收信號減弱，則增加其發(fā)射功率。開環(huán)功率控制的優(yōu)點是簡單易行，不需要在移動臺和基站之間交換控制信息，因而不僅控制速度快，而且節(jié)省開銷。它對慢衰落是比較有效的，即可以減小車載移動臺快速駛?cè)?出高大建筑物巡蔽區(qū)所引起的衰落；但是對于信號因多徑效

應(yīng)而引起的瑞利衰落，效果不佳。對于900MHz的CDMA蜂窩系統(tǒng)，采用頻分雙工通信方式，收發(fā)頻率相差45MHz，已遠遠超過信道的相干帶寬，因而上行或下行無線鏈路的多徑衰落是彼此獨立的，或者說它們是不相干的。2.反向鏈路閉環(huán)功率控制

反向鏈路閉環(huán)功率控制的目的是對移動臺的開環(huán)估算提供快速校正，以保持最佳的發(fā)射功率。各基站解調(diào)器測試各自移動臺的信噪比，并把它與一個要求的閾值相比較，然后在下行信道上向移動臺發(fā)送功率上升指令或下降指令。這個功率調(diào)節(jié)指令與移動臺的開環(huán)估算值相結(jié)合，可得到移動臺發(fā)射功率的最后數(shù)值。根據(jù)功率調(diào)節(jié)指令，移動臺按預(yù)定量（約0.5dB）增加或降低發(fā)射功率。受最大容許發(fā)射功率的限制，移動臺提供的閉環(huán)調(diào)節(jié)范圍在其開環(huán)估算值附近±24dB以內(nèi)。功率調(diào)節(jié)指令以每1.25ms一次的速率發(fā)送，該速率必須足夠高，以允許跟蹤上行路徑上的瑞利衰落。確定功率控制信號的等待時間是很重要的，并且需保持小的傳輸過程，以便在控制比特被接收和起作用之前，信道條件無明顯變化。25.6CDMA系統(tǒng)的切換

1.軟切換

軟切換是指在導(dǎo)頻信道的載波頻率相同時，小區(qū)之間的信道切換。這種軟切換只是導(dǎo)頻信道PN序列偏移的轉(zhuǎn)換，而載波頻率不發(fā)生變化。在切換過程中，移動用戶與原基站和新基站都保持著通信鏈路，可同時與兩個或多個基站通信，只有當(dāng)移動臺在新的小區(qū)建立穩(wěn)定的通信后才斷開與原基站的鏈路。軟切換是CDMA系統(tǒng)獨有的切換功能，沒有通信中斷的現(xiàn)象，可有效提高切換的可靠性，而且當(dāng)移動臺處于小區(qū)的邊緣時，軟切換能提供正向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道的分集，從而保證通信的質(zhì)量。

軟切換還可細分為更軟切換和軟/更軟切換。更軟切換是指在一個小區(qū)內(nèi)的扇區(qū)之間的信道切換。因為這種切換只需通過小區(qū)基站便時完成，而不需通過移動交換中心的處理，故稱為更軟切換。軟/更軟切換是指在一個小區(qū)內(nèi)的扇區(qū)與另一小區(qū)或另一小區(qū)的扇區(qū)之間的信道切換。在CDMA軟切換過程中，移動臺需要搜索導(dǎo)頻信號并測量其信號強度，設(shè)置切換定時器，測量導(dǎo)頻信號中的PN序列偏移，以及通過移動臺與基站的信息交換完成切換。

軟切換的具體過程包含三個階段：第一階段，移動臺與原小區(qū)基站保持通信鏈路；第二階段，在移動臺與原小區(qū)基站保持通信鏈路的同時，與新的目標小區(qū)（一個或多個小區(qū)）的基站建立通信鏈路；第三階段，移動臺只與其中的一個新小區(qū)基站保持通信鏈路。實現(xiàn)軟切換的前提條件是移動臺應(yīng)能不斷地測量原基站和相鄰基站導(dǎo)頻信道的信號強度，并把測量結(jié)果通知基站。如圖25.6.1(a)所示為移動臺由小區(qū)A到小區(qū)B的越區(qū)軟切換的信號

電平與判決門限。因為來自小區(qū)C基站的導(dǎo)頻信號強度低于下門限，所以該導(dǎo)頻信號不介入切換。

當(dāng)移動臺測量到來自相鄰小區(qū)基站的導(dǎo)頻信號大于上門限時，移動臺將所有高于上門限導(dǎo)頻信號的強度信息報告給基站，并將這些導(dǎo)頻信號作為候選者。這時，移動臺進入軟切換區(qū)。移動交換中心通過原小區(qū)基站向移動臺發(fā)送一個切換導(dǎo)向的消息。移動臺依照切換導(dǎo)向指令跟蹤新的目標小區(qū)（一個或多個小區(qū)）的導(dǎo)頻信號，將這些導(dǎo)頻信號作為有效者（或激活者)。同時，移動臺在反向信道上向所有激活者的基站發(fā)送一個切換完成的消息。這時，移動臺除仍保持與原小區(qū)基站的鏈路外，與其他新小區(qū)基站建立了鏈路。因此，在此階段移動臺的通信是多信道并行的。當(dāng)原小區(qū)基站的導(dǎo)頻信號強度低于下門限時，移動臺的切換定時器開始計時，當(dāng)計時器滿時，移動臺向基站發(fā)送導(dǎo)頻信號強度的測量消息，基站向移動臺發(fā)送一個切換導(dǎo)向消息，依此切換導(dǎo)向消息移動臺拆除與原小區(qū)的鏈路，保持新小區(qū)的通信鏈路，同時向基站發(fā)送一個切換完成消息，原小區(qū)基站的導(dǎo)頻信號由有效者變?yōu)猷徑摺＿@時就完成了越區(qū)軟切換的全過程。對于某一個小區(qū)基站的導(dǎo)頻信號而言，在切換過程中其導(dǎo)頻信號處于不同的狀態(tài)，即相鄰、候選、激活。因為處于這三種狀態(tài)下的導(dǎo)頻信號不止一個，所以將它們稱為組，如圖25.6.1(b)所示。圖中：①表示進入軟切換過程的時刻；②表示基站向移動臺發(fā)送切換導(dǎo)向消息的時刻；③表示導(dǎo)頻信號由候選變?yōu)榧せ顮顟B(tài)的時刻；④表示移動臺啟動切換定時器的時刻；⑤表示定時器計時終止的時刻；⑥表示移動臺

向基站發(fā)送切換導(dǎo)向消息的時刻；⑦表示軟切換過程結(jié)束的時刻。圖25.6.1軟切換過程2.CDMA到CDMA的硬切換

CDMA到CDMA的硬切換是指在載波頻率指配不同的基站覆蓋小區(qū)之間的信道切換。硬切換包括載波頻率和導(dǎo)頻信道PN序列偏移的轉(zhuǎn)換。在切換過程中，移動用戶與基站的通

信鏈路有一個很短的中斷時間。3.CDMA到模擬系統(tǒng)的切換

CDMA到模擬系統(tǒng)的切換是基站引導(dǎo)移動臺由正向業(yè)務(wù)信道向模擬語音信道的切換。

切換的前提是及時了解各基站發(fā)射的信號在到達移動臺接收地點時的強度。因此，移動臺必須對基站發(fā)出的導(dǎo)頻信號不斷進行測量，并把測量結(jié)果通知基站。25.7CDMA位置登記及呼叫處理

25.7.1登記注冊

1.自主注冊

1)開電源注冊

移動臺不僅在打開電源時需要進行注冊，從其他服務(wù)系統(tǒng)（如模擬系統(tǒng)）切換過來時也需要進行注冊。為了防止多重登記，移動臺只有在時鐘允許范圍內(nèi)的開機才登記有效。這種登記模式可以通過系統(tǒng)參數(shù)消息使之無效。為了防止電源連續(xù)多次的接通和斷開而多次注冊，通常移動臺要在打開電源后延遲20ms才進行注冊。2）斷電源注冊

盡管移動臺在斷開電源時需要進行注冊，但它只有在當(dāng)前服務(wù)的系統(tǒng)中已經(jīng)注冊過時才能進行斷電源注冊。斷電源注冊并不像期望的那樣特別可靠，因為移動臺有可能已經(jīng)跨出了蜂窩系統(tǒng)的接收范圍。但是，一個成功的斷電源注冊可使MSC避免呼叫處于關(guān)機狀態(tài)的移動臺。3）周期性注冊

為了使移動臺按一定的時間間隔進行周期性注冊，移動臺需要設(shè)置一個計數(shù)器。計數(shù)器的最大值受基站控制。當(dāng)計數(shù)值達到最大（或稱計滿）時，移動臺就進行一次注冊。周期性注冊的好處是不僅能保證系統(tǒng)及時掌握移動臺的狀態(tài)，而且當(dāng)移動臺的斷電源注冊沒有成功時，系統(tǒng)還會自動刪除該移動臺的注冊。周期性注冊的時間間隔不宜太長，也不宜太短。如果時間間隔太長，系統(tǒng)不能準確地獲知移動臺的位置，這必然要在較多的小區(qū)或扇區(qū)中對移動臺進行尋呼，從而增大尋呼信道的負荷；相反，如果時間間隔太短，即注冊次數(shù)過于頻繁，雖然系統(tǒng)能較準確地得到移動臺的位置，從而減少尋呼次數(shù)，但是卻因此要增加接入信道的負荷。所以注冊周期應(yīng)選取一折中值，使尋呼信道和接入信道的負荷相對平衡。4）根據(jù)距離注冊

在基于距離的注冊中，基站發(fā)送出它的緯度和經(jīng)度以及距離參數(shù)。當(dāng)移動臺開始接收到一個新的基站時，移動臺同時收到它的緯度、經(jīng)度和其他值。移動臺把接收到的新基站的經(jīng)/緯度和原來注冊的基站的經(jīng)/緯度相比較。如果測量計算結(jié)果與原先注冊基站的距離大于某門限值，移動臺就會注冊，并根據(jù)兩個基站的緯度和經(jīng)度之差來計算它已經(jīng)移動的距離。在注冊中，基站成為以多個典型值為圓形的蜂窩小區(qū)的中心。移動臺在移出這一圓形范圍時才會注冊，移動臺要存儲最后進行注冊的基站的緯度、經(jīng)度和注冊距離。5）根據(jù)區(qū)域注冊

在CDMA系統(tǒng)中，為了便于對通信進行控制和管理，達到漫游的目的，在CDMA系統(tǒng)中定義了系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的識別程序。把CDMA系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域三個層次。網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的子集，區(qū)域是系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的組成部分，系統(tǒng)用系統(tǒng)標志(SID)區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)用網(wǎng)絡(luò)標志(NID)區(qū)分，區(qū)域用區(qū)域號區(qū)分。屬于一個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標志(SID，NID)來區(qū)分，屬于一個系統(tǒng)中某個網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域用區(qū)域號加上系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標志(SID，NID)來區(qū)分?；竞鸵苿优_都保存一張供移動臺注冊用的“區(qū)域表格”。若移動臺進入一個新區(qū)，區(qū)域表格中沒有對它的登記注冊，則移動臺進行以區(qū)域為基礎(chǔ)的注冊。注冊的內(nèi)容包括區(qū)域號與系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標志(SID，NID)。

基于區(qū)域的登記中，蜂窩系統(tǒng)合成位置范圍和區(qū)域、移動臺和MSC同樣保留了移動臺最近登記的移動區(qū)域。CDMA和GSM不同，在CDMA系統(tǒng)中，移動臺可以同時成為不同位置范圍的移動臺，當(dāng)移動臺進入一個表上沒有的區(qū)域時，它就登記。在成功的登記過程中，移動臺和MSC給它們的列表上加上新的區(qū)域，并給其他列表上的區(qū)域設(shè)置所期望的時鐘。通過多區(qū)域的列表，系統(tǒng)避免在邊界區(qū)域上的多次登記。通過在舊區(qū)域上設(shè)置時鐘，MSC就可以避免對那些在老的區(qū)域中已過時的移動臺進行呼叫，區(qū)域的登記在蜂窩系統(tǒng)中或在不同的系統(tǒng)之間定義邊界時特別有效。每次注冊成功后，基站和移動臺都要更新其存儲的區(qū)域表格。移動臺為區(qū)域表格的每一次注冊都提供一個計時器。根據(jù)計時器的值可以比較表格中各次注冊的壽命。一旦發(fā)現(xiàn)區(qū)域表格中注冊的數(shù)目超過了允許保存的數(shù)日，便可根據(jù)定時器的值把最早的即壽命最長的注冊刪掉，保證剩下的注冊數(shù)目不超過允許的數(shù)目。允許移動臺注冊的最大數(shù)目由基站控制，移動臺在其區(qū)域表格中至少能進行7次注冊。為了實現(xiàn)在系統(tǒng)之間和網(wǎng)絡(luò)之間漫游，移動臺要專門建立一種“系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)表格”。移動臺可在這種表格中存儲四次注冊。每次注冊都包括系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)標志(SID，NID)。這種注冊有兩種類型：一是原籍注冊；二是訪問注冊。如果要存儲的標志(SID，NID)和原籍的標志(SID，NID)不符，則說明移動臺是漫游者。漫游有兩種形式：一是要注冊的標志(SID，NID)中的SID和原籍標志(SID，NID)中的SID相同，即移動臺是網(wǎng)絡(luò)之間的漫游者（或稱外來NID漫游者）；其二是要注冊的標志(SID，NID)中的SID和原籍標志(SID，NID)中的SID不同，即移動臺是系統(tǒng)之間的漫游者（或稱外來SID漫游者）。2.其他注冊

除了上述自主注冊之外，還有下列四種注冊形式：

(1)參數(shù)改變注冊。當(dāng)移動臺修改其存儲的某些參數(shù)時，要進行注冊。

(2)受命注冊?；景l(fā)送請求指令，指揮移動臺進行

注冊。

(3)默認注冊。當(dāng)移動