碼分多址

碼分多址

CDMA是碼分多址的英文縮寫(CodeDivisionMultipleAccess),它是在數位技術的分支--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頻寬信息資料,用一個頻寬遠大于信號頻寬的高速偽隨機碼進行調製,使原資料信號的頻寬被擴展,再經載波調製並傳送出去。

  • 中文名稱
    碼分多址
  • 外文名稱
    Code division multiple access
  • 英文縮寫
    CDMA
  • 類型
    網路

​基本概述

CDMA(碼分多址)是指用于二代和三代無線通信中任何一種協定。CDMA是一種多路方式,多路信號隻佔用一條信道,極大提高頻寬使用率,套用于800MHz和1.9GHz的超高頻(UHF)行動電話系統。CDMA使用帶擴頻技術的模-數轉換(ADC).輸入音頻首先數位化為二進位元。傳輸信號頻率按指定類型編碼,因此隻有頻率回響編碼一致的接收機才能攔截信號。由于有無數種頻率順序編碼,因此很難出現重復,增強了保密性。CDMA通道寬度名義上1.23MHz,網路中使用軟切換方案,盡量減少手機通話中信號中斷。數位和擴頻技術的結合套用使得單位頻寬信號數量比模擬方式下成倍增加,CDMA與其他蜂窩技術兼容,實現全國漫遊。最初僅用于美國蜂窩電話中CMDAOne標準隻提供單通道14.4Kbps和八通道115Kbps的傳輸速度。CDMA2000和寬頻CDMA速度已經成倍提高。

碼分多址

移動通信系統有多種分類方法。例如按信號性質分,可分為模擬、數位;按調製方式分,可分為調頻調相調幅;按多址連線方式分,可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。中國聯通中國移動所使用的GSM行動電話網採用的便是FDMA和TDMA兩種方式的結合。GSM比模擬行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準;TDMA終端接入速率最高也隻能達到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並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使用者的青睞。

Code Division Multiple Access (CDMA) 碼分多址

CDMA的術語.

一種擴頻多址數位式通信技術,通過獨特的代碼序列建立信道。

通信原理

碼分多址(CDMA,Code-DivisionMultiple Access)通信系統中,不同使用者傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區分,而是用各自不同的編碼序列來區分,或者說,靠信號的不同波形來區分。如果從頻域或時域來觀察,多個CDMA信號是互相重疊的。接收機用相關器可以在多個CDMA信號中選出其中使用預定碼型的信號。其它使用不同碼型的信號因為和接收機在地產生的碼型不同而不能被解調。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和幹擾,通常稱之為多址幹擾。

碼分多址

在CDMA蜂窩通信系統中,使用者之間的信息傳輸是由基站進行轉發和控製的。為了實現雙工通信,正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率,即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸,除去傳輸業務信息外,還必須傳送相應的控製信息。為了傳送不同的信息,需要設定相應的信道。但是,CDMA通信系統既不分頻道又不分時隙,無論傳送何種信息的信道都靠採用不同的碼型來區分。類似的信道屬于邏輯信道,這些邏輯信道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的,或者說它們均佔用相同的頻段和時間。

更為詳細的、更為系統的介紹

CDMA是碼分多址(Code-DivisionMultiple Access)技術的縮寫,是近年來在數位移動通信進程中出現的一種先進的無線擴頻通信技術,它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、覆蓋廣等特點,可以大量減少投資和降低運營成本。

CDMA最早由美國高通公司推出,近幾年由于技術和市場等多種因素作用得以迅速發展,目前全球使用者已突破5000萬,中國也在北京、上海等城市開通了CDMA電話網。

技術標準

CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS-95是cdmaONE系列標準中最先發布的標準,真正在全球得到廣泛套用的第一個CDMA標準是IS-95A,這一標準支持8K編碼話音服務。其後又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準,支持1.9GHz的CDMA PCS系統的STD-008標準,其中13K編碼話音服務質量已非常接近有線電話的話音質量。隨著移動通信對資料業務需求的成長,1998年2月,美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎平台上。IS-95B可提供CDMA系統性能,並增加使用者移動通信設備的資料流量,提供對64kbps資料業務的支持。其後,cdma2000成為窄帶CDMA系統向第三代系統過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期,提出了1X和3X的發展策略,但隨後的研究表明,1X和1X增強型技術代表了未來發展方向。

碼分多址

CDMA技術的標準化,推進了這項技術在世界範圍的套用。目前,在美國、韓國、日本等國家,CDMA技術已獲得了較大規模的套用。在一些歐洲國家,一些運營商也建起了CDMA網路。據CDG(世界CDMA發展集團)統計,1996年底CDMA使用者僅為100萬;到1998年3月已迅速成長到1000萬;截至1999年9月,使用者數量已超過4000萬。2000年初全球CDMA行動電話使用者的總數已突破5000萬,在一年內使用者數量成長率達到118%。CDG表示,目前亞洲已經成為CDMA市場成長的主要動力,亞洲地區CDMA使用者數量比一年前成長88%,達到2800萬。美國地區的成長率更是高達143%,達到1650萬,但使用者絕對數量要低于亞洲,在亞太地區,中國香港、日本、韓國、澳大利亞、泰國、印度、菲律賓、紐西蘭、孟加拉國等許多國家和地區都已建有CDMA商用網路,使用者數量已超過2100萬戶。成長率位于第三的是中美洲和南美洲,CDMA使用者數量達到500萬。CDG還表示,今後全球CDMA市場中,中國大陸地區的成長潛力最大,估計2003年中國大陸市場的使用者數量可以達到4000萬。

發展方向

CDMA是移動通信技術的發展方向。在2G階段,CDMA增強型IS95A與GSM在技術體製上處于同一代產品,提供大致相同的業務。但CDMA技術有其獨到之處,在通話質量好、掉話少、低輻射、健康環保等方面具有顯著特色。在2.5G階段,CDMA2000 1X RTT 與GPRS在技術上已有明顯不同,在傳輸速率上1X RTT高于GPRS,在新業務承載上1X RTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新業務。從2.5G向3G技術體製過渡上,CDMA2000 1.X向CDMA20003.X過渡比GPRS向WCDMA過渡更為平滑。

技術持點

1.CDMA是擴頻通信的一種,他具有擴頻通信的以下特點:

⑴抗幹擾能力強。這是擴頻通信的基本特點,是所有通信方式無法比擬的。

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⑵寬頻傳輸,抗衰落能力強。

⑶由于採用寬頻傳輸,在信道中傳輸的有用信號的功率比幹擾信號的功率低得多,因此信號好像隱蔽在噪聲中;即功率話密度比較低,有利于信號隱蔽。

⑷利用擴頻碼的相關性來獲取使用者的信息,抗截獲的能力強。

2.在擴頻CDMA通信系統中,由于採用了新的關鍵技術而具有一些新的特點:

⑴採用了多種分集方式。除了傳統的空間分集外。由于是寬頻傳輸起到了頻率分集的作用,同時在基站和移動台採用了RAKE接收機技術,相當于時間分集的作用。

⑵採用了話音激活技術和扇區化技術。因為CDMA系統的容量直接與所受的幹擾有關,採用話音激活和扇區化技術可以減少幹擾,可以使整個系統的容量增大。

⑶採用了移動台輔助的軟切換。通過它可以實現無縫切換,保證了通話的連續性,減少了掉話的可能性。處于切換區域的移動台通過分集接收多個基站的信號,可以減低自身的發射功率,從而減少了對周圍基站的幹擾,這樣有利于提高反向聯路的容量和覆蓋範圍。

⑷採用了功率控製技術,這樣降低了平準發射功率。

⑸具有軟容量特徵。可以在話務量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數。當相鄰小區的負荷一輕一重時,負荷重的小區可以通過減少導頻的發射功率,使本小區的邊緣使用者由于導頻強度的不足而切換到相臨小區,使負擔分擔。

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⑹兼容性好。由于CDMA的頻寬很大,功率分布在廣闊的頻譜上,功率話密度低,對窄帶模擬系統的幹擾小,因此兩者可以共存。即兼容性好。

⑺CDMA的頻率利用率高,不需頻率規劃,這也是CDMA的特點之一。

⑻CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術是數位通信中的一個重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號,並根據語音激活的程度產生一個輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認為是目前效率最高的編碼技術,在保證有較好話音質量的前提下,大大提高了系統的容量。這種聲碼器具有8kbit/S和13kbit/S兩種速率的序列。8kbit/S序列從1.2kbit/s到9.6kbit/s可變,13kbit/S序列則從1.8kbt/s到14.4kbt/S可變。最近,又有一種8kbit/sEVRC型編碼器問世,也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點,話音質量也有了明顯的提高。

存在問題

⑴在小區的規劃問題上,雖然CDMA無需頻率規劃,但它的小區規劃卻並非十分容易。由于所有的基站都使用同一個頻率,相互之間是存在幹擾的,如果小區規劃做得不好,將直接影響話音質量和使系統容量打折扣,因而在進行站距、天線高度等方面的設計時應當小心謹慎。

⑵其次,在標準的問題上,CDMA的標準並不十分完善。許多標準都仍在研究才試製定之中。如A接口,目前各廠家有的提供IS一634版本0,有的支持Is-634版本。還有的使用Is-634/TSB-80。因此對于系統運營商來說,選擇統一的A接口是比較困難的。

⑶由于功率控製的誤差所導致的系統容量的減少。

發展過程

在3G中的套用

第三代移動通信系統(簡稱3G)的技術發展和商用進程是近年來全球移動通信產業領域最為關註的熱點問題之一。目前,國際上最具代表性的3G技術標準有三種,分別是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA屬于時分雙工(TDD)模式,是由中國提出的3G技術標準;而WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工(FDD)模式,WCDMA技術標準由歐洲和日本提出,CDMA2000技術標準由美國提出。

發展階段

CDMA技術的出現源自于人類對更高質量無線通信的需求。第二次世界大戰期間因戰爭的需要而研究開發出CDMA技術,其思想初衷是防止敵方對己方通訊的幹擾,在戰爭期間廣泛套用于軍事抗幹擾通信,後來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術。1995年,第一個CDMA商用系統運行之後,CDMA技術理論上的諸多優勢在實踐中得到了檢驗,從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和套用。全球許多國家和地區,包括中國香港韓國、日本、美國都已建有CDMA商用網路。在美國和日本,CDMA成為國內的主要移動通信技術。在美國,10個移動通信運營公司中有7家選用CDMA。韓國有60%的人口成為CDMA使用者。在澳大利亞主辦的第28屆奧運會中,CDMA技術更是發揮了重要作用。CDMA技術的標準化經歷了幾個階段。IS-95是cdmaONE系列標準中最先發布的標準,真正在全球得到廣泛套用的第一個CDMA標準是IS-95A,這一標準支持8K編碼話音服務。其後又分別出版了13K話音編碼器的TSB74標準,支持1.9GHz的CDMA PCS系統的STD-008標準,其中13K編碼話音服務質量已非常接近有線電話的話音質量。隨著移動通信對資料業務需求的成長,1998年2月,美國高通公司宣布將IS-95B標準用于CDMA基礎平台上。IS-95B可提供CDMA系統性能,並增加使用者移動通信設備的資料流量,提供對64kbps資料業務的支持。其後,cdma2000成為窄帶CDMA系統向第三代系統過渡的標準。cdma2000在標準研究的前期,提出了1X和3X的發展策略,但隨後的研究表明,1X和1X增強型技術代表了未來發展方向。

碼分多址

CDMA技術的標準化,推進了這項技術在世界範圍的套用。在美國、韓國、日本等國家,CDMA技術已獲得了較大規模的套用。在一些歐洲國家,一些運營商也建起了CDMA網路。據CDG(世界CDMA發展集團)統計,1996年底CDMA使用者僅為100萬;到1998年3月已迅速成長到1000萬;截至1999年9月,使用者數量已超過4000萬。2000年初全球CDMA行動電話使用者的總數已突破5000萬,在一年內使用者數量成長率達到118%。CDG表示,亞洲已經成為CDMA市場成長的主要動力,亞洲地區CDMA使用者數量比一年前成長88%,達到2800萬。美國地區的成長率更是高達143%,達到1650萬,但使用者絕對數量要低于亞洲,在亞太地區,中國香港、日本、韓國、澳大利亞、泰國印度菲律賓紐西蘭、孟加拉國等許多國家和地區都已建有CDMA商用網路,使用者數量已超過2100萬戶。成長率位于第三的是中美洲南美洲,CDMA使用者數量達到500萬。CDG還表示,今後全球CDMA市場中,中國大陸地區的成長潛力最大,估計2003年中國大陸市場的使用者數量可以達到4000萬。

存在優勢

CDMA移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等幾種技術結合而成,含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作,因此它具有抗幹擾性好,抗多徑衰落,保密安全性高,同頻率可在多個小區內重復使用,容量和質量之間可做權衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統有很大的優勢。1、 系統容量大

理論上,在使用相同頻率資源的情況下,CDMA移動網比模擬網容量大20倍,實際使用中比模擬網大10倍,比GSM要大4-5倍。

2、系統容量的配置靈活

在CDMA系統中,使用者數的增加相當于背景噪聲的增加,造成話音質量的下降。但對使用者數並無限製,操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。另外,多小區之間可根據話務量和幹擾情況自動均衡。

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這一特點與CDMA的機理有關。CDMA是一個自擾系統,所有移動使用者都佔用相同頻寬和頻率,打個比方,將頻寬想像成一個大房子,所有的人將進入惟一的大房子。如果他們使用完全不同的語言,他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而隻受到一些來自別人談話的幹擾。在這裏,屋裏的空氣可以被想像成寬頻的載波,而不同的語言即被當作編碼,可以不斷地增加使用者直到整個背景噪音就限製住了。如果能控製住使用者的信號強度,在保持高質量通話的同時,就可以容納更多的使用者。

3、通話質量更佳

TDMA的信道結構最多隻能支持4Kb的語音編碼器,它不能支持8Kb以上的語音編碼器。而CDMA的結構可以支持13kb的語音編碼器。因此可以提供更好的通話質量。CDMA系統的聲碼器可以動態地調整資料傳輸速率,並根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時門限值根據背景噪聲的改變而變,這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話質量。另外,TDMA採用一種硬移交的方式,使用者可以明顯地感覺到通話的間斷,在使用者密集、基站密集的城市中,這種間斷就尤為明顯,因為在這樣的地區每分鍾會發生2至4次移交的情形。而CDMA系統“掉話”的現象明顯減少,CDMA系統採用軟切換技術,“先連線再斷開”,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。4、 頻率規劃簡單

使用者按不同的序列碼區分,所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用,網路規劃靈活,擴展簡單。

5、建網成本低

CDMA技術通過在每個蜂窩的每個部分使用相同的頻率,簡化了整個系統的規劃,在不降低話務量的情況下減少所需站點的數量從而降低部署和操作成本。CDMA網路覆蓋範圍大,系統容量高,所需基站少,降低了建網成本。

CDMA數位移動技術與現在眾所周知的GSM數位移動系統不同。模擬技術被稱為第一代行動電話技術,GSM是第二代,CDMA是屬于移動通訊第二代半技術,比GSM更先進。

系統知識

1.CDMA系統概念  

CDMA系統是基于碼分技術(擴頻技術)和多址技術的通信系統,系統為每個使用者分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性,從而在時間、空間和頻率上都可以重疊;將需傳送的具有一定信號頻寬的信息資料,用一個頻寬遠大于信號頻寬的偽隨機碼進行調製,使原有的資料信號的頻寬被擴展,接收端進行向反的過程,進行解擴,增強了抗幹擾的能力。

CDMA系統屬于子幹擾系統。

2.CDMA系統時間

系統零時:定義1980年1月6日0時整為系統起始時間。偏置為零的長碼和短碼此時同時處于初始狀態

所有基站將在GPS時間的每個偶秒起始時刻(或在此之後80ms整數倍處)作為0偏置PN碼(周期為80/3 ms)的初態,即在此之前恰好輸出了1個“1”和連續15個“0”這樣的PN碼片

所有基站需將1980年1月6日零時(GPS起始時間)作為m序列長碼的初態(在此之前恰好輸出了一個“1”碼片和41個連續的“0”碼片)

使用GPS定時的好處:切換快,同步簡單。

3.CDMA系統缺點  

來自非同步CDMA網中不同的使用者的擴頻序列不完全正交,從而引起多址幹擾

由于使用相同的載頻,許多使用者共用一個信道,強信號對弱信號有著明顯的抑製作用,從而產生“遠--近”效應,影響使用者通話。

CDMA系統中採用功率控製技術解決“遠---進”效應

4.中國CDMA系統頻率使用規劃

聯通新時空CDMA佔用的載頻上行(825MHz-835MHz)下行(870MHz-880MHz)

載頻計算:

上行:載頻=0.030MHz*載頻號+825.000MHz

下行:載頻=0.030MHz*載頻號+870.000MHz

載頻號信道號 上行(MHz)下行(MHz)

7 283 833.49 878.49

6 242 832.26 877.26

5 201 831.03 876.03

4 160 829.80 874.80

3 119 828.57 873.57

2 78 827.34 872.34

1 37 826.11 871.11

CDMA網路運營商更換

2008年6月3日中國聯通與中國電信就c網出售達成架構協定,雙方將共同保障使用者的服務和權益不受影響。

2008年國慶節後,cdma將成為中國電信大家庭中一員,在移動通信領域與聯通和移動兩家運營商並駕齊驅。

中國聯通的CDMA網路業務與技術從2008年10月1日起正式轉交給中國電信。

系統

9.1IS-95系統的空中接口參數

北美開發的第二代蜂窩系統除了IS-136系統以外,還有以CDMA技術為基礎的IS-95系統。IS-95系統將一個無線小區中的使用者連線到同一頻率信道,各自用不同特征的碼加以區別。給每個使用者分配的偽隨機碼(或稱偽噪聲碼,因它具有近似白噪聲的自相關特徵)具有優良的自相關和互相關性能(自相關系數大,互相關系數小)。這些比使用者信號速率高得多的碼序列,將使用者信號變成寬頻信號。在傳送端,把各使用者的信號放在一個公共的頻帶上載輸;在接收端,各使用者收到的信號中,除了本使用者的有用信號外,還包含有其他使用者的信號。這些信號經接收機用與發端相同的該使用者的碼序列,利用自相關特徵,將有用的寬頻信號變換成原來的窄帶信號,而其他使用者的寬頻信號由于不相關仍然是寬頻信號,經基帶濾波後,就能得到具有較高的解擴輸出信噪比的有用信號。

IS-95包括IS-95A和IS-95B。IS-95空中接口參數如表1所示。

表1IS-95空中接口參數

頻寬

1.25MHz

碼片速率

1.2288Mchip/s

上行鏈路頻寬

869~894MHz

1930~1980MHz

下行鏈路頻寬

824~849MHz

1850~1910MHz

幀長度

20ms

比特率

速率集1:9.6kbit/s

速率集2;14.4kbit/s

IS-95B:115.2kbit/s

語音編碼器

QCELP8kbit/s

ACELP13kbit/s

KVRC8kbit/s

軟切換

功率控製

上行:開環+快速閉環

下行:慢性環

RAKE分支數目

4

擴頻碼

沃爾什函式+長M序列

9.2IS-95系統中的信道

(1)前向信道

IS-95系統在前向信道上採用了頻分、偽隨機碼分和正交信號多址相結合的方式,將可用的蜂窩頻譜劃分為1.23MHz頻寬的頻率信道,在一個頻率信道上利用沃爾什函式對各使用者的信息和不同種類的信令信息進行擴頻編碼形成邏輯信道。這些邏輯信道包括:

導頻信道:移動台利用導頻信道作相位定時和頻率參考以及在切換時用于信號強度比較(功率控製測量)即移動台使用導頻信道進行相幹解調、捕獲、時間延遲追蹤、功率控製測量,並輔助進行切換。

同步信道:使移動台確定系統時間和基站導頻偏置。隻有在完成同步過程後,移動台才能利用導頻信號實現接收解調。同步信道中的信息包括尋呼信道的資料速率,相對系統時間的基站導頻偽隨機序列的時間等。

尋呼信道:用來傳送系統開銷信息和移動台特定訊息,以尋呼一個移動台。當移動台被呼時,基站就在尋呼信道上廣播移動台的識別碼,被呼的移動台收到識別碼後,在上行接入信道上作出回響。

業務信道:載有編碼後的使用者業務信息,這些業務信息的速率是可變的。

(2)反向信道

在反向信道上,為要與基站進行信息傳輸的各移動台分配一個獨有相位的長偽隨機碼對信息進行調製,並在同一頻率信道上向基站傳送。上行的邏輯信道包括:

接入信道:移動台在接入信道上回響基站的呼叫、發起呼叫和位置登記。各小區接入信道的長碼序列相位是預先規定的。

業務信道:載有編碼後的使用者業務信息,這些業務信息的速率是可變的。

9.3IS-95系統的鏈路結構

(1)下行鏈路結構

圖6是IS-95系統空中接口的下行鏈路信道結構。

圖6說明如下:

導頻信道是由Walsh函式W0進行擴頻調製的,用來傳送未調製的擴頻信號。基站在整個工作期間都傳送導頻信號。為了便于移動台的準確跟蹤,導頻信道的發射功率要比其他信號大得多。

圖6 IS-95系統的下行鏈路信道結構

同步信道是由Walsh函式W32進行擴頻調製的用來傳送一個經過編碼、重復、交織擴頻和調製的同步信號。在獲得相位和編碼同步後,移動台從同步信道上獲得同步信息。因為同步信道幀同步導頻序列的幀長度相同,因此同步信道很容易捕獲。同步信道的工作速率固定在1.2kbit/s。

尋呼信道是由Walsh函式W1~W7進行擴頻調製的,尋呼信道的工作速率固定在9.6kbit/s或4.8kbit/s。經卷積編碼、重復和塊交織後,用周期為242-1、速率為1.2288Mchip/s的長碼,每隔64個碼片用一個碼片對尋呼信道的信息進行擾碼。

導頻信道、同步信道和尋呼信道都是公共控製信道,公共信道是一個共享的信道。

業務信道是專用信道。專用信道僅僅分配給單個使用者(某一時間內)使用。業務信道是由Walsh函式W8~W31和W33~W63進行擴頻調製的。業務信道有兩個速率集合。速率集合1支持資料速率9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s和1.2kbit/s,速率集合2支持14.4kbit/s、7.2kbit/s、3.6kbit/s和1.8kbit/s。移動台必須能支持速率集合1。

同步、尋呼和業務信道上的信息要進行信道編碼、重復、交織和擴頻等。在同步、尋呼和業務信道上的資料首先進行分組並放進20ms的幀中(如採用碼激勵線性預測編碼(CELP),全速率為9.6kbit/s,每幀192bit,其中172bit為信息業務比特,幀質量指示為12bit,用于接收端的糾錯和檢錯以及協助決定接收的速率;編碼器尾比特為8bit),進行信道編碼。信道編碼是對要傳輸的資料實施約束長度為K=9、效率R=1/2的卷積編碼。因為要傳輸的資料速率是變化的,所以在交織前要進行符號重復以獲得固定的速率。同步信道上的每個卷積編碼符號重復一次(即每個符號連續出現兩次)。尋呼信道上4800bit/s的每個卷積編碼符號重復一次。前向(下行)業務信道上的編碼符號重復次數隨資料速率的變化而變化。編碼符號在14.4kbit/s和9.6kbit/s的速率上不重復;編碼符號在7.2kbit/s和4.8kbit/s的速率上重復一次;編碼符號在3.6kbit/s和2.4kbit/s的速率上重復3次;編碼符號在1.8kbit/s和1.2kbit/s的速率上重復7次。重復後進行塊交織。然後與尋呼信道一樣,用周期為242-1、速率為1.2288Mchip/s的長碼,每隔64個碼片用一個碼片對尋呼信道的信息進行擾碼。在業務信道信息進行擴頻前,還要在業務信息中每1.25ms插入一個功率控製比特。插入功率控製比特的作用是控製移動台的發射功率。

導頻信道、同步信道、尋呼信道和業務信道在用Walsh函式擴頻後,分別被分為兩路,用周期為215-1、速率為1.2288Mchip/s的短偽隨機碼進行正交擴頻調製,該短碼可以作為基站識別符。最後,分別經各自的基帶濾波器後進行載波正交調製,得到擴頻後的已調波。如圖7所示。

從以上過程可見,一個導頻信道、一個同步信道、七個尋呼信道和55個業務信道,最後都被調製在一個相同的載波上發射出去。也就是說,系統內其他使用者信號相對于某個使用者的信號來說,均為幹擾。所以說,IS-95系統是一種受自身幹擾的系統。

(2)Walsh函式的生成

在IS-95系統中,區分下行鏈路中的各信道是用Walsh函式實現的。Walsh函式是正交函式,即各函式之間同步時是互相正交的。

Walsh函式的生成方式如下:

H1中有一個Walsh函式0,稱為一階Walsh函式。H4中有四個互相正交的Walsh函式。它們分別是:0000,0101,0011,0110。稱為四階Walsh函式。在IS-95中使用的是64階Walsh函式,總共有64個互相正交的Walsh函式W0~W63。

(3)上行鏈路結構

上行鏈路信道結構如圖8所示。上行鏈路包括專用業務信道和公共接入信道。

同下行信道相似,業務信道必須支持速率集合1,也可支持速率集合2。

在上行鏈路上載輸的資料首先編組放進20ms的幀中,進行約束長度為K=9、效率為R=1/3(速率集合1)或R=1/2(速率集合2)的卷積編碼。再進行與下行時相同的重復和塊交織。卷積、重復和交織後的速率為28.8kbit/s。然後是64階正交調製。編碼符號中每6個符號編為一組(碼組率為28.8/6=4.8kbit/s)。每組用于選擇64個可能的Walsh函式中的一個(每個64位)。在正交調製後,傳輸速率是4.8kbit/s×64=307.2kbit/s。

上行信道和下行信道中Walsh函式的作用是不同的。在下行信道中,用于區分信道;在上行信道中,用于正交調製(擾碼)。擾碼後的信號用長偽隨機碼序列在1.2288Mchip/s的速率上進行擴頻,由長度為242-1的偽隨機M序列的不同的相位來區分不同的信道。得到擴頻信號A0。與下行鏈路信道相同,將A0送入圖21.33所示電路,用周期為215-1、速率為1.2288Mchip/s的短碼進行正交擴頻調製,最後進行基帶濾波和載波正交調製。

移動台使用接入信道發起呼叫,對從基站來的尋呼信道訊息進行回響,包括位置更新。每個接入信道與一個下行鏈路尋呼信道相關,因此最多可以有7個接入信道。接入信道使用固定的發射速率4.8kbit/s,每編碼符號重復一次。採用與業務信道相同的卷積和塊交織。然後是64階Walsh正交調製、長碼擴頻(用于區分信道)。串並變換後的正交擴頻使用和下行相同的M序列對。最後進行基帶濾波和載波正交調製。

可見,上行鏈路用正交Walsh函式進行擾碼,用長偽隨機M序列作為區分信道的擴頻碼。所有上行的業務信道和接入信道都用相同的射頻載波傳送,而隻是以不同相位的偽隨機M序列碼來區分不同的業務信道。

由于CDMA在技術上的優勢,如頻譜利用率高、容量大、覆蓋廣等優點,可以大量減少投資和運營成本,深為運營商所青睞。另外,CDMA手機所需的發射功率低,有綠色手機之美譽,在人們普遍擔心手機電磁輻射影響人體健康的情況下,更具有吸引力。第三代蜂窩移動通信系統空中接口的主流技術也採用寬頻CDMA技術。

在CDMA方式中,正交信號

中的λi=Ci。

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