G培训课程-CDMA通信系统.ppt

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1、第四章 CDMA通信系统第一节 系统综述,一、总体要求与标准CDMA蜂窝网的崛起美国电信工业协会(TIA)1993年公布代号IS-95等一系列窄带CDMA蜂窝通信系统的标准。IS-95标准（双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台基站兼容标准）是一个公共空中接口(CAI)，它没有完全规定一个系统怎样实现，而只是提出了信令协议和数据结构的特点与限制。不同的制造商可以采用不同的方法和硬件工艺，但是它们产生的波形和数据序列必须符合IS-95的规定。,随后还陆续颁布有标准：A接口（IS-634）MAP（IS-41）CDMA话音业务选择标准（IS-96）CDMA基站最低性能测试标准（IS-97）CDMA/AMPS

2、双模移动台性能（IS-98）CDMA数据业务选择标准（IS-99）,从1993年起，许多著名电信公司开始根据标准生产CDMA系统的设备。1993年4月，韩国邮电部正式决定采用CDMA蜂窝移动通信。我国也从1994年开始引进CDMA实验网，新建成的中国联通CDMA网一期工程总投资240亿人民币，采用IS-95A增强型技术标准，网络规模为1515万用户覆盖全国31个省市的330个本地网。目前已经升级至cdma20001X版本。,IS-95标准IS95公共空中接口标准主要包括下列几部分：频段：正向：869894MHz（基站发射）；反向：824849MHz（移动台发射）。信道数：64（码分信道）/每一

3、载频；每一小区可分为3个扇区，可供用一个载频；每一网络分成9个载频，其中收发各占12.5MHz；射频带宽第一频道 21.77MHz；其它频道 21.23MHz。,射频带宽第一频道 21.77MHz；其它频道 21.23MHz。调制方式基站：QPSK；移动台：OQPSK。扩频方式：DS（直接序列扩频）话音编码：可变速率CELP，最大速率为8kb/s，最大数据速率为9.6kb/s，每帧时间为20ms。,信道编码：卷积编码：下行 码率R=1/2，约束长度K=9；上行 码率R=1/3，约束长度K=9。交织编码：除了前向链路同步信道交织间距为26.66ms外，其他信道的交织间距均为20ms。导频、同步信

4、道：供移动台作载频和时间同步。多径利用：采用RAKE接收方式，移动台为3个，基站为4个。,PN 扩频码：基站识别码采用为周期为2151 的m序列用户识别码采用为周期为2421 的m序列前向链路采用64个正交Walsh码作为64个信道的地址码；反向链路则利用Walsh码进行64进制正交调制再用长码进行扩频。码片速率的为1.2288Mc/s，码片宽度0.8138us。频谱资源限制；多径分离的要求；系统容量的要求；基带数据速率的要求。,在美国，由于划分给蜂窝通信的频谱带宽为25MHz，并平均分配给两家运营商，其中最窄的一段带宽为1.5MHz。所以，信号的带宽应该小于1.5MHz。如果选择1.2288

5、Mc/s的码速率，滤波后可获得1.25MHz的带宽，故满足要求。通常陆地移动通信环境的多径延迟为1us-100us，为了实现多径分离，要求扩频码序列的持续时间应该小于1us，故扩频码速率应该大于1Mcps。,系统处理增益越大，容量越大。而为了获得大的处理增益，扩频码速率应尽可能大。由前面提到的两个条件，扩频码速率应为11.5Mcps，故信号带宽应尽可能接近1.5Mcps。由于基带数据速率为9.6Kbps，选择1.2288Mcps的一个原因是因为这个速率可以被9.6Kbps整除，而且除数恰好为2的幂指数（27）。,二、无线信道无线信道是用来传输无线信号的，包括正向无线信道和反向无线信道。CDMA

6、系统中一个频道含有64个物理信道，另一个载频又可组成64个物理信道。CDMA频道号码与相应频率值美国的IS-95蜂窝业务沿用了模拟AMPS系统的频谱分配方案（其信道间隔为30kHz），每个CDMA信道使用42个AMPS信道，系统带宽为1.25MHz。在实际的系统中，每个CDMA信道两侧各有9个AMPS信道作为保护频带；反向链路为824849MHz；前向链路为869894MHz；上下行链路的频带间隔为45MHz。,表42 由频道编号计算CDMA频率,IS-95规定的基本频道（首选频道）号码：A系统为283，B系统为384。由表42可算出相应的频率值。对于A系统，频道号码为283：移动台发射频率0

7、.03283+825.00833.49MHz基站发射频率0.03283+870.00878.49MHz对于B系统，频道号码为384：移动台发射频率0.03384+825.00836.52MHz基站发射频率0.03384+870.00881.52MHz,图41 AMPS（A系统）频道分布,图42 CDMA主载频占用的频带,212,213,262,263,214,222,242,283,221,303,304,311,312,313,333,CDMA载频带宽占41个AMPS频道(1.23MHz),AMPS控制信道,图43 CDMA两个载频占用的频带,保护频带9个AMPS频道(0.27MHz),AM

8、PS话音频道,保护频道(0.27MHz),283,CDMA载频带宽占41个AMPS频道(1.23MHz),242,当CDMA系统采用2个载频时，如图43所示，第二个载频的频道号是24228341，它只需再占用41个AMPS频道。同理，当系统采用3个载频时，载频中心频率为201，占用1.23MHz频带。两个载频占用82个AMPS频道，再加上两边各9各AMPS频道，共占用100个AMPS频道，即3MHz频带宽度。,下面是我国联通800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网频率计划。工作频率反向：825835MHz正向：870880MHz频道间隔及中心频率位置,频道使用计划对于已建长城网且长城网暂时维持

9、现状的地区仍使用283号频道。新建cdma2000lX或增强型IS-95A系统可使用20l、160、119、78、37号频道，其中201号频道作为基本频道而242号频道暂不使用，以免与现有长城网产生干扰。持长城网搬迁或与新建网络合并后，可将新建网络基本频道调整至283号频道，同时242号频道也可开始使用。对于其他地区，可直接从283号频道开始使用，并将283号频道定为基本频道。,CDMA系统的逻辑信道在CDMA系统中，各种逻辑信道都是由不同码序列来区分的。而CDMA系统在基站至移动台传输方向上，设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道；在移动台至基站传输方向上，设置了接入信道和反向业务

10、信道。如下图所示：,基站,导频信道,同步信道,寻呼信道,正向业务信道,接入信道,反向业务信道,图44 CDMA蜂窝系统信道分类,由于CDMA系统采用码分多址方式，收发使用不同载频（收发频率差45MHz），即通信方式是频分双工。一个载频包含64个逻辑信道，占用带宽约1.23MHz。正向逻辑信道,图45 正向传输的逻辑信道组成,正向传输中，采用64阶沃尔什函数区分逻辑信道，分别用W0，W1，W63表示。其中W0作为导频信道，W1是首选的寻呼信道，W2W7也是寻呼信道；W8W63用作也信道(其中W32为同步信道)，共计55。,导频信道：用于传送导频信息，由基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，供移

11、动台从中获得信道信息并提取相干载波以进行相干解调。也可对导频信号电平进行检测，以比较相邻基站的信号强度和决定是否要进行越区切换。为了保证各种移动台载波检测和提取可靠性，导频信道的功率高于业务信道和寻呼信道的平均功率。同步信道：用于传输同步信息，在基站覆盖范围内，各移动台可利用这些信息进行同步捕获，同步信道上载有系统时间和基站引导PN序列码的偏置系数，以实现移动台接收解调。其速率固定为1200b/s。,寻呼信道：供基站在呼叫建立阶段传输控制信息，每个基站有一个或几个（最多7个）寻呼信道，其上播送移动台用户识别码。移动台在建立同步后，就在首选寻呼信道（或基站指定寻呼信道上）监听由基站发来的信令，当

12、收到基站分配业务信道的指令后就转入指配的业务信道进行信息传输。其速率可为4800或9600b/s。业务信道：载有编码话音或其它业务数据，还可插入必需的随路信令（必须安排功率控制子信道，传输功率控制指令；通话过程中，发生越区切换时必须插入过境切换指令等）。通常有55个业务信道，在极端情况下，除去一个导频信道外，其余63个均可用于业务信道。,反向逻辑信道,接入信道,CDMA反向信道,（基站接收的1.23MHz信道）,图46 反向传输的逻辑信道组成,接入信道,业务信道,业务信道,1,n,1,m,使用长码PN序列区分,接入信道与正向传输的寻呼信道相对应，其作用是在移动台没有占用业务信道之前提供由移动台

13、至基站的传输通路：供移动台发起呼叫或对基站的寻呼进行响应，以及向基站发送登记注册的信息等。接入信道使用一种随机接入协议，允许多个用户以竞争方式占用。一般接入信道数可达32个，每个接入信道也采用不同的接入信道长码序列加以区别。业务信道用不同用户长码序列加以识别；极端情况下业务信道数m高最多为64个。,三、CDMA网络结构与组成网络子系统网络子系统是以移动交换机为中心，包括MSC、VLR、HLR、OMC、AUC等设备。MSC是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。其结构如图48所示。,声码器/选择器,声码器/选择器,声码器/选择器,声码器/选择器,系

14、统控制器,交换结构,交换结构,PSTN,基站,MSC的其它功能与GSM的MSC相类似，主要有：信道的管理和分配；呼叫的处理和控制；过区切换与漫游控制；用户位置信息的登记与管理；用户号码和移动设备号码的登记与管理；服务类型的控制；对用户实施鉴权；为系统连接别的MSC和其它通信网络（PSTN、ISDN等）提供链路接口。VLR是一个用于存储来访用户位置信息的数据库。一般地，一个VLR为一个MSC控制区服务。当移动用户漫游到新的MSC控制区时，必须向该区的VLR登记。VLR从该用户的HLR查询有关参数，并通知其HLR修改其位置信息，为其它用户呼叫此用户时提供路由信息。,HLR是一种用来存储本地用户位置

15、信息的数据库。每个用户都必须在当地入网时，在相应的HLR进行登记。有两类登记：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入优先级以及保密参数等；另一种是临时性的需要随时可更新的参数，即用户当前所处位置的有关参数。AUC的作用是可靠地识别用户身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。OMC的任务是对全网进行监控和操作。如系统的自检、报警与备用设备激活，系统的故障诊断与处理，话务量统计和计费数据的记录与传递以及各种资料的收集、分析等,基站子系统BSSBSS包括BSC和BTS。每个基站的有效覆盖范围即为无线小区，即小区。小区分为全向小区（采用全向天线）和扇形小区（采用定向天线），常用的小区分为3

16、个扇形区。,代码转换器,网络接口,网络接口,代码转换器插件,交换矩阵,控制,移动性管理器,MSC,OMC,BTS,BTS,BTS,BSC,基站BTS群,图49 基站控制器结构简化图,移动台,发信数字滤波器,单路径接收,FM收发信机,单路径接收,单路径接收,信号搜寻,AGC环,扩频,交织,卷积编码,数据调节,信号合并,维特比译码,去交织,数据质量校验,声码器,编译码,控制微处理器,按键和显示,送受话器,D/A转换器,模拟前端,D/A转换器,模拟和数字硬件接口,图411 双模式移动台方框图,CDMA系统的基本特征同一频率可在所有小区内重发使用，用户信号的区分靠所用的码型不同。理论上说，其频率再用系

17、数为1，考虑邻近小区干扰后实际约为0.65。（TDMA：1/3；AMPS：1/7）抗干扰性强。由于CDMA系统采用扩频技术，信道中的干扰在接收端通过解扩，获得了扩频处理增益G，而接收端输出信干比是输入的G倍。同时，扩频后信号功率谱密度降低了G倍，对其它窄带通信系统的干扰也减小了G倍。由于功率谱密度低，故信号有一定的隐蔽性。,抗衰落性能好。由于CDMA系统扩频后的信号是宽带，能起到频率分集的作用，比窄带信号具有更强的抗频率选择性衰落特性。由于扩频信号在设计时往往使不同路径的传播时延超过伪码（PN码）的码片宽度，从而能把传播路径的多径信号区分开来，并且通过路径分集，便害为利，采用RAKE接收机可利

18、用多径信号能量，达到信噪比的改善。具有保密性。由于扩频通信系统采用伪随机码进行扩频调制，这给信号带上了伪装。对方不知道所用的PN码就很难解扩；即便知道，也必须非常靠近移动台才能收到信号。在CDMA系统，用户的PN码还通过掩蔽步骤，更具保密性。,CDMA系统容量大，且具有软容量属性。CDMA系统必须采用功率控制技术。下行链路采用功率控制，使基站按所需的最小功率进行发射，减小对其它小区的同频干扰；上行链路的功率控制保证所有用户到达基站的信号功率相等，避免发生远近效应。具有软切换特性。其它蜂窝通信系统，如用户过境切换而找不到空闲频道或时隙，通信必然中断。CDMA系统由于过境切换时，只需改变码型，不用

19、切换频率。充分利用话音激活技术，利用人类对话的不连续性采用可变速率的声码器，增大通信容量。,第二节 CDMA正向信道,一、正向信道组成（如图412）信号组成基站发送的信号带宽为1.23MHz，包含相互正交的64个逻辑信道，前面已作了介绍。每个逻辑信道都先用相应的沃尔什函数作正交扩频，其码片速率为1.228Mc/s，即子码的码元宽度为0.814us。每个逻辑信道对输入的数据经过卷积编码（码率为1/2，约束长度为9）、分组交织（导频信道除外，因导频信道为全0，无需卷积和交织）、沃尔什函数扩频。用沃尔什函数给各个信道正交扩频后，信号再进行四相调制，基站发射信号采用QPSK调制。,四相调制正交扩频后的

20、信号都要进行实现调制。如图412(a)在同相支路I和正交支路Q引入两个互为准正交的m序列即I信道引导PN序列和Q信道引导PN序列，周期长度均为215，其构成是以下列生成多项式为基础的。I支路 PI(x)=x15+x13+x9+x8+x7+x5+1 Q支路 PQ(x)=x15+x12+x11+x6+x5+x4+x3+1,这样生成多项式产生周期长度为215-1的m序列。引导PN序列的主要作用是给不同基站发出的信号赋予不同特征，便于移动台识别所需的基站。不同基站使用起始位置不同的相同PN序列。因为m序列的自相关特性在时间偏移大于一个子码码元宽度后，其自相关系数接近0，所以移动台用相关器很容易把不同基

21、站的信号区分开来。CDMA系统中，不同的时间偏置用不同的偏置系数表示，系数共有512个，如图413所示。,基带滤波器,基带滤波器,A信息,已调信号,I,Q,I(t),Q(t),Q信道引导PN序列1.2288Mc/s,I信道引导PN序列1.2288Mc/s,S(t),图412(a)正向信道组成方框图四相调制,0000,0000,15个“0”,K=0,K=1,K=2,K=511,15个“0”,64个子码,215个子码,前一周期,图413 偏置系数K的示意,通常，规定序列中出现15个“0”后，后续的64个子码为偏置系数K=0；同理K=1表示后续64个子码，直到K=511，是码序列中最末的64个子码，

22、它包含序列周期唯一的15个连“0”。,引导PN序列的周期时间是32768122880=26.666ms，即每两秒有75个PN序列周期。经过基带滤波之后，便按照表43相位关系进行四相调制。例如信息码为I=0,Q=0时，相位为/4；信息码为“11”时，相位为-3/4，等等。,表43 正向CDMA信号的相位关系,图414 正向CDMA信道的信号 相位点及其转换关系,Q,I,二、正向CDMA的控制信道导频信道：用于移动台作相位定位时、相干载波提取以及在过境切换时信号强度的比较。由图412可知，导频信道输入为全0，用Walsh函数0进行扩频，然后进入四相调制。导频信号在基站工作期间是连续不断地发送的，而

23、且所占功率较大（约占12），以保证小区内各个移动台能进行正确解调，这可是保证正常通信的前提。,同步信道：主要传输同步信息，移动台利用此同步信息进行同步调整。此外，同步信道还包括供移动台选用的寻呼信道数据率。当通信业务量很多，所有业务信道均被占用而不够用时，同步信道也可临时改作业务信道使用。2.1同步信道结构一个同步信道超帧（80ms，含96比特）由3个同步信道帧构成构成2个超帧，如下图所示，在同步信道上以同步信道超帧为单位发送消息。,分组交织器,同步信息比特,Walsh函数321.2288Mc/s,A,调制码元,4.8ks/s,码元重复,调制码元,4.8ks/s,卷积编码器,码元,2.4ks/

24、s,1.2kb/s,r=1/2,K=9,SOM,同步信道帧体,SOM,同步信道帧体,SOM,同步信道帧体,SOM,同步信道帧体,同步信道超帧（96bit，80ms）,同步信道消息封装,1,0,0,0,同步信道信息,填充,32bit(26.667ms),消息长度,消息体,CRC,依需要而定,当使用零偏置（K=0）引导PN序列时，同步信道超帧要在偶数秒的时刻开始。当然，也可在相隔1个超帧时刻开始。当所用的引导PN序列不是零偏置引导PN序列时，同步信道超帧将在偶数秒加上引导PN序列偏置时间的时刻开始。,表 同步信道参数,二进制信息速率用比特数每秒表示，记作b/s或kb/s；非二进制符号速率用符号数每

25、秒表示，记作s/s或ks/s；PN子码速率是扩频系统专用的一种速率，它是PN码对信息码进行扩频时的速率，可以用每秒的子码数表示，记作c/s。,同步信息速率是1.2kb/s，通过码率为1/2、约束长度为9的卷积编码器输出的符号速率为2.4ks/s，然后码元重复一次速率变为4.8ks/s，再与1.2288Mc/s的Walsh函数进行模2加（扩频调制）。这样每个调制符号包含子码数为：(1.2288106)/(4.8103)=256；信息速率1.2kb/s，调制码元速率4.8ks/s，即每一信息比特含有子码数是调制码元包含子码数的4倍，故每比特的子码数为：25641024。,2.2同步信道发送的主要消

26、息利用导频信道和同步信道可以获得起始时间同步，在同步信道上还传送如下同步信道消息参数：系统识别(SID)：系统的标识符号码。网络识别(NID)：系统的次标识符号码。PN序列偏移(PILO_PN)指数：偏移指数对基站或小区来说，以64个码片为单位。长代码状态(LC_STATE)：系统时间参数中规定的时间的长代码。系统时间(STS_TIME)。跳秒(LP_SEC)：自系统启动以来已经产生的跳秒数。夏令时间指示符。寻呼信道数据速率(PRAT)；4.8bps或9.6kbps。,同步信道超帧80ms,4个同步信道超帧320ms,同步信道帧80/3ms,对应0偏置导频PN序列的同步信道,同步信道超帧80m

27、s,4个同步信道超帧320ms,最后包含同步信道消息的超帧,对应非0偏置导频PN序列的同步信道,导频PN序列偏置,业务信道帧20ms,消息结束后，在时间等于320ms导频PN序列偏置时，此消息包含的长码状态有效,FRAME_OFFSET=0的寻呼信道或前向业务信道对于任何导频PN序列偏置,润秒标记,每25个同步信道超帧具有0偏置PN序列和闰秒校准,图 前向CDMA信道导频PN序列偏置,寻呼信道寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台信息，这些信息包括被叫移动台号码，给移动台指配业务信道的指令等。寻呼信道最多可达7条，分别用Walsh函数的W1，W2，W7进行扩频调制。寻呼信道中分组交织器的交织跨度

28、为20ms，相当于码元速率为19.2ks/s时的384个调制码元宽度，而交织器组成也是24行16列（即384个码元）。,基带滤波器,寻呼信息比特,Walsh函数321.2288Mc/s,码元重复,调制码元,19.2ks/s,卷积编码器,码元,19.2ks/s9.6ks/s,9.6kb/s4.8kb/s,r=1/2,K=9,调制码元,19.2ks/s,分频器,长码产生,寻呼信道长码掩码,1.2288Mc/s,19.2ks/s,A,正向CDMA寻呼信道结构,数据扰码器,3.1寻呼信道数据扰码通过分组交织的寻呼信号还要进行掩蔽数据，其目的是为了信息的安全，起到保密作用。因为寻呼信道中含有移动用户号码

29、等重要信息，故必须采取安全措施。扰码是将交织器输出结果与长码PN码片模2加，长码周期为2421，由如下特征多项式生成：P(x)=x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x+1,1,2,3,4,5,6,7,8,40,41,42,模2加法器,42比特长码掩码,长码,寻呼信道用于长码产生器的掩码格式如图416所示。其中，寻呼信道号PCN用3位二进制比特，即238（种），满足实际系统中最多7个寻呼信道要求。引导PN序列的偏置系数用9位二进制比特，正好满足0511（共512个）偏置系数的需要。,0000

30、0,000000000000,PCN,PILOT-PN,0,8,9,20,21,23,24,28,29,41,PCN：寻呼信道号PILOT-PN：寻呼信道引导PN序列的偏置系数,图416 寻呼信道的掩码格式,由于每一调制码元长度等于64个PN码的宽度，长码经分频后，其速率变为19.2ks/s，因而送入模2加法器进行最后数据掩码的是每64个PN子码中的第一个子码起作用。,对于4800b/s时，编码重复2次。对于4800b/s时，每比特子码数为256。,表 寻呼信道参数,3.2寻呼信道参数,3.3寻呼信道发送的主要消息系统参数消息：开销信息，如引导PN序列偏移指数i(在PN_I_i(t)和PN_Q

31、_i(t)中使用)、基站标识符、寻呼信道数、寻呼信道和其他系统信息。移动台使用寻呼信道和散列算法来测定正确的寻呼信道数。接入参数消息：定义移动台在接入信道进行发送所需要的参数。邻区列表消息：提供邻近基站参数消息，例如邻近基站引导PN序列偏移指数i。CDMA信道列表消息：提供CDMA载波列表。信道分配消息：该消息通知移动台调到一个新的业务信道。,时隙寻呼和寻呼消息：提供用来通知MS可以接收呼叫的数据，MS在移动识别号码(MIN)的字符位监控识别号码。时隙模式下，MS只需监控寻呼信道消息的特定时隙；非时隙模式下，MS在所有时刻都检测寻呼信道。标准的指令消息：寻呼信道可以发送几个指令消息，例如缩位告

32、警、基站查询证实、重拨、审查、截获、基站确认、功率的周期性锁定、解锁、释放(有或没有原因)、登记接受、登记请求、登记拒绝、局部控制。鉴权查询消息：让基站确认MS的身份。利用MS在系统中登记的唯一的移动识别密钥和(或)共用保密数据SSD来完成鉴权计算，并以鉴权查询响应消息的形式发送给基站。SSD更新消息：基站要求移动台更新SSD。,正向CDMA业务信道正向CDMA业务信道是基站向移动台传送业务信息的信道，此外，还必须传输必要的随路信令，如功率控制和过境切换指令等。要经过卷积编码、分组交织、长码掩蔽、正交扩频、正交调制。,正向业务信道的信号产生过程：信息的组成及其格式业务信道主要传送的是可变速率话

33、音编码器来的数字话音，也可传输同样速率的其它也，前者称为主要业务，后者称为辅助业务。此外，还有必要的随路信令。业务信道的编码过程如图418所示。,业务帧复接,卷积编码,CRC,尾比特,信令,MM（混合模式）,来自可变速率,话音编码器,业务帧,至码元重复,图418 正向业务信道的信号编码,当MM=0时，各种速率情况下，20ms一帧内话音的比特数，参见图419。,速率1才加入MM标志位,20ms话音包,20ms业务帧,话音速率1：171bit速率1/2：80bit速率1/4：40bit速率1/8：16bit,业务速率1：8.6kb/s速率1/2：4.0kb/s速率1/4：2.0kb/s速率1/8：

34、0.8kb/s,MM=0,1,171话音比特,速率1业务帧,80话音比特,速率1/2业务帧,40话音比特,速率1/4业务帧,16话音比特,速率1/8业务帧,20ms,图419 MM=0时的业务信道帧格式,当MM=1时表示该帧含有信令信息；用TT区分业务类型：TT=0代表主要业务，TT=1代表次要业务；TM则表示业务模式。,业务帧复接,20ms话音包,20ms业务帧,话音速率1：空白速率1/2：80bit速率1/4：40bit速率1/8：16bit,业务速率1：8.6kb/s,MM=1,1,168,速率1的“空白和突发”,172bit(20ms),图420 业务和信令的复接,1,2,MM=1,T

35、T=0,TM=11,信令消息,1,速率1/2 88,1,2,MM=1,TT=0,TM=00,主要业务,1,速率1/4 128,1,2,MM=1,TT=0,TM=01,1,速率1/8 152,1,2,MM=1,TT=0,TM=10,信令,主要业务,信令,主要业务,信令,当话音速率低于“1”时“混合和突发”,无论何种业务模式，复接后20ms的业务帧均为172比特（8.6kbps）。通过复接方式将业务信道和信令信道装载到物理信道上。这时业务信道每帧还要加入帧质量指示比特和尾比特。前者属于循环冗余编码具有检纠错能力从而能表明该帧信息传输的质量；后者是在末位加入8个“0”，其作用是每帧要进行卷积编码，为

36、使卷积编码器中8级移位寄存器复位至“0”而添加的。其过程如图421所示。在20ms业务内，速率1的CRC为12位，由172比特增加到184比特；而速率1/2的CRC为8位，由80比特增加到88比特；对于1/4和1/8速率不进行CRC检验。无论何种速率后续都进行卷积编码，故要在末位添加8个全“0”比特。至此，CDMA系统正向业务信号帧就构成了，对于20ms业务帧，不同速率情况下，帧结构如图422。,CRC,20ms业务组,12bit（速率1）8bit（速率1/2）,8个尾比特,至卷积编码,20ms业务帧,图421 业务帧添加CRC和尾比特,图422 正向业务信道的帧结构,业务速率19.6kb/s

37、,192bit(20ms),MM,信息比特,1,171,12,8,F,T,业务速率1/24.8kb/s,96bit(20ms),信息比特,80,8,8,F,T,业务速率1/42.4kb/s,48bit(20ms),信息比特,40,8,T,业务速率1/81.2kb/s,24bit(20ms),信息比特,16,8,T,注：F：帧质量指标(CRC)T：尾比特MM：混合模式 MM0，速率1的话音速率 MM1，其它速率话音加信令,卷积编码：CDMA系统中各种信道都使用卷积编码器，在正向信道中使用（2，1，8）的卷积编码器。如下图所示：该编码器由8级移位器和两个模2加法器组成，码率为1/2，约束长度为9，

38、有两个编码生成函数。,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D8,D7,+,+,g0,g1,Mj,Sj,c0,c1,码元重复和交织对于正向业务信道，在分组交织之前还有进行码元重复。对于速率为1/2（9.6ks/s）的数据，码元重复一次（每个码元连续出现2次）；速率为1/4的数据码元重复3次（每个码元连续出现4次）；速率为1/8的数据码元重复7次（每个码元连续出现8次）。这就使得各种速率均变换成相同的调制码元速率，即19200个每秒调制码元，每20ms有384个调制码元，以便统一的分组交织。分组交织的作用是为了对付突发性干扰，即将突发性差错分散开来，以便于接收端进行纠错。正向业务信道的交织跨度是2

39、0ms，即以384个调制码元为一组进行交织。交织器组成的阵列是24行16列。,数据掩蔽：即数据扰乱，其目的是为了数据的安全。正向业务信道的数据掩蔽原理和寻呼信道信号掩蔽相同。,码元,分频器,长码产生,用户m的掩码,1.2288Mc/s,码元重复,19.2ks/s9.6ks/s4.8ks/s2.4ks/s,分频器,分组交织器,19.2ks/s,19.2ks/s,复用,800MHz,19.2ks/s,800b/s,功率控制比特,扰乱的调制字符或功率控制比特,MUX定时控制,52.0833us一个调制字符,每个调制字符64PN码片,用于扰码的PN码片（输入到模2加法器）,图424 正向业务信道的数据

40、掩蔽以及功率控制信号,这种扰码是在分组交织器输出的19200s/s的调制字符上进行的。通过交织器输出字符与长码PN码片的二进制值模2相加而完成。此长码PN码片是在交织器输出字符传送期的开始时有效。PN序列是工作时钟为1.2288MHz的长码（长码周期为2421），每一调制码元长度为1.22881061920064（个PN子码宽度）。长码经分频后（分频系数为64），其速率变为19200s/s，因而送入模2加法器进行数据掩蔽的是每64个子码中的第一个子码在起作用。,功率控制子信道 功率控制子信道信号是连续地在正向业务信道上发送的。该子信道以每1.25ms中1个比特的速率（800b/s）发送。“0”

41、或“1”比特分别表示增加或降低移动台的平均输出功率电平。基站反向业务信道接收机对在1.25ms（6个调制字符）期间所分配的特定移动台的信号强度进行接收和估算。基站接收机利用估算来确定功率控制比特值（“0”或“1”）。基站在相应的正向业务信道是使用收缩技术来发送功率控制比特。在正向业务信道上传输功率控制比特的功率控制组，是跟随相应反向信道上估算信号强度的功率控制组之后的第二个功率控制组。,0,1,2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,15,4,9,14,20ms96调制字符16功率控制组,反向业务 信道1.25ms,基站：测试信号强度 将测试变换尾为功率控制比特 发送功率控制比特,0,

42、1,2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,15,4,9,14,周转时延,反向业务 信道1.25ms,1,1,0,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,1,0,1,值11功率控制比特位置,发送的功率控制比特（二个调制字符）,16个可能启动的功率控制比特位置,非用于功率控制比特,1.25ms=24调制字符,图425 功率控制比特位置随机化,23,22,23,22,21,20,一个功率控制比特长度相当于正向业务信道的2个调制字符（104.166us）。每个功率控制比特取代2个连贯的正向业务信道调制字符（也称字符收缩）。收缩的调制字符就被功率控制

43、比特所取代。功率控制比特的发送能量不小于Eb，如图426所示。,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Ci,Ci+1,Ci+2,Ci+3,Ci+4,Ci+5,Es=Eb/x,EsEb/x,EsEb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Es=Eb/x,Ci,Ci+3,Ci+4,Ci+5,EsEb/x,EsEb/x,收缩的调制字符,功率控制比特1,功率控制比特1,功率控制比特流,每等效功率控制字符能量（每比特2字符）,每调制字符能量,数据扰码器输出的调制字符,每发送字符能量,发送字符流,图426 功率控制子信道的结构与字符收缩,功率控制比特

44、1（减小平均输出功率电平）,表416 前向业务信道参数,对于4800、2400、1200b/s时，编码重复分别2、4、8次。对于4800、2400、1200b/s时，每比特子码数分别是256、512、1024。,当正向业务信道用于传送信令时，可传送以下消息。指令消息：类似于寻呼信道的指令消息。鉴权查询消息：当基站怀疑移动台的合法性时，基站能够查询移动台来验证它的身份。通知消息：使得基站可以验证移动台身份。数据子帖消息：由基站发送给移动台的数据消息。越区切换消息：给MS提供开始越区切换所需的信息。模拟切换指示消息：通知移动台切换到模拟模式并且开始越区切换处理。业务内系统参数消息：在寻呼信道内通过

45、系统参数消息对某些参数进行升级。邻域列表更新消息：通过寻呼信道的邻域列表消息对邻近基站参数进行更新。,功率控制消息：告诉移动台周期是多长以及测量帧差错统计量时采用怎样的门限值，该统计量通过移动台功率测量报告消息发送出去。发送突发双音多频(DTMF)消息：当基站需要拨号数字时，可以通过该消息提出申请，例如在三方通话中可以通过该消息获得拨号数字。恢复参数消息：要求移动台报告可恢复的和可调整的参数。设置参数消息：通知移动台调整可恢复的和可调整的参数。SSD更新数据：基站向移动台发出的对共用的保密数据进行更新的请求。,短消息信息：包含使得网络能提供移动台能够显示信息的信息记录，识别被叫方号码，通过话音

46、或其他告警信令给移动台传送信息、显示消息等待号码。移动台登记消息：通知移动台它被登记，以及提供必要的系统参数。扩展切换指示消息：由基站发送的几个越区切换消息中的一个。,第三节 CDMA反向信道,一、反向信道组成及特点组成及其原理反向信道中只包含接入信道和反向业务信道，其中接入信道与正向信道中的寻呼信道相对应，反向业务信道与正向业务信道相对应。移动台发射信号产生过程即为反向信道的组成。数据速率：接入信道用4800bps的固定速率；反向业务信道用9.6、4.8、2.4、1.2kbps的可变速率。两种信道的数据中均加入编码器尾比特，用于把卷积编码器复位到规定的状态，对于传送9.6和4.8kbps的数

47、据时也要加质量指示比特（CRC校验比特）。,卷积编码：接入信道和反向业务信道所传输的数据都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/3，约束长度为9。码元重复：反向业务信道的码元重复办法和正向业务信道一样。数据速率为9.6kbps时码元不重复，数据速率为4.8、2.4、1.2kbps时，码元分别重复1次、3次和7次。这使得各种速率的数据都变换成每秒28800码元。分组交织：所有码元在重复之后都要进行分组交织，分组交织的跨度为20ms。交织器组成的阵列是32行18列（即576个单元）。,可变数据速率传输为了减少移动台的功耗和减小它对CDMA信道产生干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器（选通门电路）进

48、行选通，只允许所需的码元输出，而删除其它重复的码元。这过程如图428。,12,13,14,15,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,12,13,14,15,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,传输1，33，65，97481，513，545，2，34，66，98482，514，546等码元,传输1，17，33，49241，257，2，18，34，50242，258，274等码元,12,13,14,15,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,传输1，9，17，25121，129，1

49、37，2，10，18，26122，130，138等码元,12,13,14,15,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,传输1，5，9，1361，65，69，2，6，10，1462，66，70等码元,20ms=192bit=576码元=96调制码元16功率控制端,2.15ms=12bit=36码元=6调制码元1功率控制端,前帧,前帧,前帧,前帧,用于扰码的PN码,9600bps帧,4800bps帧,2400bps帧,1200bps帧,由图可见，传输的占空比随速率而变，当速率是9.6kbps时，选通门允许交织器输出的所有码元进行传输，占空比为1；当速率是4.8

50、kbps时，选通门允许交织器输出的码元有1/2进行传输，占空比为1/2；一次类推。在选通过程中，把20ms的帧分成16个等长的段，即功率控制段，每段1.25ms，编号为015。根据一定规律使某些功率段被连通，而某些功率控制段被断开。这种选通要保证进入交织器的重复码元只发送其中一个。通过选通门允许的码元以猝发的方式工作。它在一帧中占用哪一位置进行传输是受一PN码控制的。这过程称为数据的猝发随机化。,猝发位置根据前一帧中倒数第二功率控制段内的最末14个PN码比特进行计算，这14个比特表示为：b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13在例子中它们对应的