第6章CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)及設(shè)備

第6章

CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

6．1概述一、CDMA的發(fā)展碼分多址（CDMA）是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的；（1）93年，美國(guó)制定了CDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)IS——95（窄帶CDMA）（2）95年9月，第一臺(tái)CDMA商用網(wǎng)絡(luò)在香港開(kāi)通（3）國(guó)內(nèi)隨后在北京，西安，上海，廣州等地建立了商用試驗(yàn)網(wǎng)（長(zhǎng)城網(wǎng)）（4）2002年初，聯(lián)通在全國(guó)范圍推出了CDMA系統(tǒng)（CDMA-95），同時(shí)，在北京，上海,廣州等地進(jìn)行CDMA1X試驗(yàn).（5）03年5月，聯(lián)通宣布全國(guó)CDMA升級(jí)成功：CDMA1X二、擴(kuò)頻方式直接擴(kuò)頻（直擴(kuò)碼分多址，DS--CDMA）每個(gè)用戶工作在相同的中心頻率上，用戶的數(shù)據(jù)序列與偽隨機(jī)序列(碼)“異或”（或相乘）得到寬帶信號(hào)不同用戶用不同的偽隨機(jī)序列(碼)，偽隨機(jī)序列(碼)采用高速地址碼接收端用同樣的偽隨機(jī)序列(碼)解擴(kuò)擴(kuò)頻帶寬為編碼速率（帶寬）的100倍以上處理增益（GP）反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。（也稱擴(kuò)頻增益）

GP＝W／F(7-1)W頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬F頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬工程上常以分貝（dB）表示，即GP＝10lgW／F(7-2)三、CDMA系統(tǒng)特點(diǎn)1、強(qiáng)抗干擾能力擴(kuò)頻技術(shù)所固有的2、系統(tǒng)容量大

由碼區(qū)分信道地址，CDMA系統(tǒng)容量取決于系統(tǒng)總干擾量，即由接收機(jī)載波干擾比值決定（多址干擾）理論上，使用相同頻率資源的情況下，比GSM大4~5倍。在CDMA系統(tǒng)中，由于不同扇區(qū)也可使用相同頻率，當(dāng)小區(qū)使用定向天線(120度)時(shí)，干擾減為1/3，因?yàn)槊扛碧炀€只收到1/3的移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)所提供的容量又可提高3倍。

3、軟容量與小區(qū)呼吸功能

只需系統(tǒng)噪聲增大些，就可以在忙時(shí)增加些通話用戶數(shù)，叫軟容量。防止由于缺少信道導(dǎo)致通話中斷。重負(fù)荷小區(qū)通過(guò)降低導(dǎo)頻信號(hào)功率，縮小覆蓋范圍；輕負(fù)荷小區(qū)適當(dāng)擴(kuò)大覆蓋，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷量動(dòng)態(tài)控制，稱小區(qū)呼吸功能。（體現(xiàn)軟容量的另一種形式。）各個(gè)小區(qū)的覆蓋大小是動(dòng)態(tài)的。4、通話質(zhì)量更佳強(qiáng)抗干擾可變速率聲碼器QCELP（碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)）的語(yǔ)音編碼方式動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸速率，椐背景噪聲選擇編碼速率選擇不同電平值發(fā)射，椐背景噪聲選擇電平值

全速率半速率1/4速率1/8速率速率19.6Kb/s4.82.41.2速率214.4kb/s7.23.61.8（可選）5、軟切換

（移動(dòng)臺(tái)輔助）

只能在具有相同頻率的CDMA信道間進(jìn)行（1）“先連后斷”，保證不掉話（2）有分集作用，處于切換區(qū)的MS發(fā)射功率降低，有利于增加反向容量。

6.頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單相鄰小區(qū)可使用同頻7.建網(wǎng)成本低所需基站少8.“綠色”手機(jī)CDMA手機(jī)發(fā)射功率低（200mw），對(duì)人體健康的不良影響小。電池的壽命加長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用

9.保密性強(qiáng)擾頻方式用偽隨機(jī)碼加密。要破解偽隨機(jī)碼的排列非常困難。10.多種形式的分集分集是抗多徑衰落的辦法。系統(tǒng)中的分集方法越多，在惡劣環(huán)境中的傳輸性能就越好?；臼褂脙筛苯邮仗炀€；采用了符號(hào)交織、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)編碼等方法；基站和移動(dòng)臺(tái)都采用Rake接收機(jī)技術(shù)；軟切換也起到了分集的作用。11.功率控制消除遠(yuǎn)近效應(yīng)，維持高質(zhì)量的通信12.話音激活CDMA在不講話時(shí)傳輸速率降低，減輕了對(duì)其他用戶的干擾。使容量增加四、CDMA系統(tǒng)的干擾多址干擾：CDMA通信網(wǎng)中，各用戶的地址碼不可能完全正交，在解擴(kuò)過(guò)程中必然引入其它CDMA用戶的干擾。稱為多址干擾。即：由于地址碼的互相關(guān)作用，任何一個(gè)信道都要會(huì)受到其他不同地址碼信道的干擾越多用戶信道，各信道之間干擾隨之增加，多址干擾直接影響系統(tǒng)容量，遠(yuǎn)近效應(yīng)：若小區(qū)內(nèi)用用戶同一功率，頻率相同或相近，靠基站近的移動(dòng)臺(tái)就對(duì)遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)造成干擾或抑制，甚至淹沒(méi)信號(hào)，稱遠(yuǎn)近效應(yīng)（近端對(duì)遠(yuǎn)端的干擾）CDMA用戶用同一頻率,是自干擾系統(tǒng)，遠(yuǎn)近效應(yīng)更加突出。解決方法：移動(dòng)臺(tái)自適應(yīng)控制發(fā)送功率五、擴(kuò)頻碼PN短碼---區(qū)分基站PN長(zhǎng)碼---保密(前向)\區(qū)分用戶(反向)Walsh碼---區(qū)分信道(前向)\軟擴(kuò)頻(反向)6．2網(wǎng)絡(luò)組成與信道一、系統(tǒng)組成移動(dòng)臺(tái)MS基站子系統(tǒng)BSS網(wǎng)絡(luò)（交換）子系統(tǒng)NSS圖7.1CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（交換）子系統(tǒng)NSSMSCHLRVLRACMC（消息中心）OMCEIR基站子系統(tǒng)BSS基站控制器BSC若干收發(fā)信臺(tái)BTS（功能結(jié)構(gòu)基本與GSM相同）二、頻率配置工作頻段：800MHz之前中國(guó)聯(lián)通CDMA使用的頻段是上行頻率為825~835MHz，下行頻率為870~880MHz，占用10M帶寬。頻道間隔1.23MHz共有7個(gè)頻點(diǎn)中心頻點(diǎn)：（上行）826.11MHz827.34MHz828.57MHz829.80MHz831.03MHz832.26MHz833.49MHz（下行？）設(shè)一個(gè)基本頻道（833.49MHz）還要設(shè)一個(gè)或N個(gè)輔助頻道移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)，掃描基本頻道，若掃不到，掃輔助頻道三、下行信道1、劃分一個(gè)CDMA頻道劃分64個(gè)碼分邏輯信道，以不同地址碼劃分包括一個(gè)導(dǎo)頻信道一個(gè)同步信道（必要時(shí)可改為業(yè)務(wù)信道）7個(gè)尋呼信道（必要時(shí)可改為業(yè)務(wù)信道）55個(gè)（最多63個(gè)）業(yè)務(wù)信道非基本頻點(diǎn)：1導(dǎo)頻信道63業(yè)務(wù)信道導(dǎo)頻信道發(fā)送本小區(qū)引導(dǎo)PN序列相位偏移量和頻率基準(zhǔn)信息同步信道傳送系統(tǒng)時(shí)間及速率，合適的發(fā)送功率尋呼信道當(dāng)呼叫時(shí)，傳送信令進(jìn)行尋呼，分配業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道傳送話音數(shù)據(jù)注：每個(gè)業(yè)務(wù)信道中包含了——“控制子信道”，在通話中間插功率控制信息來(lái)調(diào)整MS的發(fā)射功率及越區(qū)切換等控制信息2、信息處理數(shù)據(jù)速率→卷積編碼→符號(hào)（碼元）重復(fù)/符號(hào)收縮→塊交織→數(shù)據(jù)擾碼→功率控制子信道→正交擴(kuò)頻→四相擴(kuò)頻數(shù)據(jù)速率→卷積編碼l／2比率，約束長(zhǎng)度定為9→符號(hào)（碼元）重復(fù)/符號(hào)收縮各速率均變?yōu)?9．2kb／s數(shù)據(jù)流→塊交織同步信道16行×8列/前向業(yè)務(wù)信道和尋呼信道24行×16列→數(shù)據(jù)擾碼提供安全性和保密性；模2加；由長(zhǎng)碼(長(zhǎng)度為242一1)的每64個(gè)比特片取出的第一個(gè)比特片組成→功率控制子信道每1．25ms發(fā)射一比特(0或1)→正交擴(kuò)頻19．2kb／s輸入的每比特與相應(yīng)信道惟一的一個(gè)64比特Walsh碼異或→四相擴(kuò)頻與基站特定的短碼(長(zhǎng)度為215）進(jìn)行四相擴(kuò)頻，結(jié)合QPSK調(diào)制

四反向信道1、劃分接入信道0~32條（基本頻道上至少1個(gè)，非基本頻道上可沒(méi)有）某接入信道應(yīng)對(duì)于某個(gè)尋呼信道。（1尋呼可對(duì)稱多個(gè)接入信道）用于MS向BS位置登記，呼叫及尋呼響應(yīng)業(yè)務(wù)信道傳送話音和信令2、信息處理聲碼器→卷積編碼→符號(hào)重復(fù)→塊交織→正交擴(kuò)頻→傳輸門控及數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化→直接序列擴(kuò)頻→正交擴(kuò)頻調(diào)制聲碼器→卷積編碼(r=1/3，k=9)→符號(hào)重復(fù)/收縮→塊交織32×18→正交擴(kuò)頻（軟擴(kuò)頻）每6bit為一組，用64bit的Walsh碼替換→傳輸門控及數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化屏蔽掉一些冗余數(shù)據(jù)，按編碼速率間斷傳輸→直接序列擴(kuò)頻長(zhǎng)碼→正交擴(kuò)頻調(diào)制與短碼進(jìn)行四相擴(kuò)頻，結(jié)合OQPSK調(diào)制六、系統(tǒng)參數(shù)性能參數(shù)上、下行頻率間隔45MHz載波間隔1.25MHz信道速率1.2288Mchip/s接入方式CDMA/FDMA/FDD調(diào)制方式下行：QPSK上行：OQPSK分集方式RAKE、交織、天線分集、宏分集信道編碼下行：卷積碼（r=1/2，k=9）上行：卷積碼（r=1/3，k=9）語(yǔ)音編碼QCELP可變速聲碼器數(shù)據(jù)速率9.6,4.8,2.4,1.2kb/s(速率1)

14.4，

7.2，

3.6，1.8kb/s（速率2）6．3系統(tǒng)的控制與管理一、Rake接收機(jī)即多徑接收機(jī)克服多徑衰落使用多個(gè)并行相關(guān)器跟蹤和接收多徑信號(hào)一般地，MS和基站的接收機(jī)分別用3個(gè)和4個(gè)相關(guān)器相關(guān)器1相關(guān)器1相關(guān)器1α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3合并器α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3合并器α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3合并器α1相關(guān)器1α2相關(guān)器2α3相關(guān)器3利用多徑傳輸?shù)臅r(shí)延差，相關(guān)器跟蹤和接收3路（4路）最強(qiáng)的傳輸路徑信號(hào)并分別進(jìn)行解調(diào)，解擴(kuò)等處理然后對(duì)每個(gè)相關(guān)器的輸出進(jìn)行加權(quán)。（權(quán)重由信噪比決定）合并器調(diào)整各相關(guān)器輸出時(shí)延，求和。即矢量相加。若某一相關(guān)器輸出被擾亂了，減小其權(quán)重，消除它的負(fù)面影響。二、功率控制

克服遠(yuǎn)近效應(yīng)1、反向功率控制（MS調(diào)整功率）（1）反向開(kāi)環(huán)功率控制指MS根據(jù)接收功率的變化，估計(jì)由基站到移動(dòng)臺(tái)的傳輸損耗，調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。是一種移動(dòng)臺(tái)自我調(diào)整（2）反向閉環(huán)功率控制上下行頻差45M，損耗可能有很大差別基站根據(jù)接收信噪比（或誤碼率），調(diào)整MS發(fā)送功率每1.25ms測(cè)定MS發(fā)來(lái)的信號(hào)，確定對(duì)MS發(fā)的功控比特是0或1“0”↑1dB“1”↓1dB兩者密切配合，實(shí)現(xiàn)快速功率控制如突然進(jìn)入陰影區(qū)，損耗增大10dB，即接收功率下降10dB接收功率會(huì)在20ms內(nèi)達(dá)到正常（3）軟切換時(shí)（外環(huán)）同時(shí)接收多個(gè)基站控制命令若不相同，執(zhí)行下降2、前向功率控制基站根據(jù)MS對(duì)誤幀率的報(bào)告，調(diào)整自己發(fā)射功率三、CDMA的容量

是干擾受限的，取決于多址干擾的大小

即減少干擾，即可增大容量措施：--定向天線間斷傳輸智能化天線四、CDMA的切換1、硬切換發(fā)生在兩個(gè)CDMA基站的不同中心頻率上（換頻）。

2、軟切換相鄰基站，同頻道切換不換頻，只需調(diào)整碼3、更軟切換同一基站的扇區(qū)間4、軟切換過(guò)程MS測(cè)量周圍小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度。B基站強(qiáng)度>上門限值，該導(dǎo)頻進(jìn)入候選導(dǎo)頻集。向A基站報(bào)告→MSC→B基站。B基站安排業(yè)務(wù)信道，MSC通知MS切換。MS將B導(dǎo)頻轉(zhuǎn)入有效導(dǎo)頻集，同時(shí)接收A，B信號(hào)。A降至下門限值以下，啟動(dòng)切換計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)到，MS發(fā)測(cè)量消息到基站A和B→MSC。MSC指示切換。MS將A從有效導(dǎo)頻集去除，只收B基站信號(hào)，發(fā)切換完成。五、CDMA位置登記MS向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告位置，識(shí)別碼和其他特征值等信息。過(guò)程類似GSM，通過(guò)HLR，VLR完成。(1)開(kāi)機(jī)登記。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)或從其他系統(tǒng)中切換過(guò)來(lái)時(shí)進(jìn)行登記。(2)關(guān)機(jī)登記。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)關(guān)機(jī)或從當(dāng)前服務(wù)的系統(tǒng)中離開(kāi)時(shí)進(jìn)行登記。(3)時(shí)間周期登記。移動(dòng)臺(tái)按定時(shí)器觸發(fā)登記。(4)基于距離的登記。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始接收到一個(gè)新的基站時(shí)，如果計(jì)算結(jié)果離原先登記的基站的距離大于門限值時(shí)，移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行基于位置距離的登記。(5)基于區(qū)域的登記。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入一個(gè)新的區(qū)域進(jìn)行的登記。(6)參數(shù)變化登記。基于參數(shù)改變的登記是在當(dāng)移動(dòng)臺(tái)內(nèi)存儲(chǔ)的參數(shù)，比如基站類標(biāo)志或?qū)ず魰r(shí)隙索引改變時(shí)發(fā)生。(7)受命登記。在基站要求移動(dòng)臺(tái)應(yīng)登記情況下進(jìn)行的登記。(8)隱含登記。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)成功地發(fā)出一個(gè)初始化信息或一個(gè)呼叫響應(yīng)信息，基站就能明白移動(dòng)臺(tái)的位置。這就叫隱含登記。(9)業(yè)務(wù)信道登記，一旦基站獲得一個(gè)已安排至業(yè)務(wù)信道上的移動(dòng)臺(tái)的登記信息時(shí)，基站能夠識(shí)別出已經(jīng)注冊(cè)的移動(dòng)臺(tái)。（1）-（5）運(yùn)營(yíng)商可選六、呼叫處理初始化（開(kāi)機(jī)，進(jìn)入）MS檢測(cè)周圍基站導(dǎo)頻信道，由導(dǎo)頻最強(qiáng)的判斷自己的位置接入基