1、第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.1 引言 6.2 CDMA空中接口协议层 6.3 CDMA前向信道 6.4 CDMA反向信道 6.5 功率控制 6.6 Rake接收机 6.7 CDMA 系统的容量 6.8 CDMA登记 6.9 CDMA切换过程 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.1 引 言CDMA 是码分多址(CodeDivision MultipleAccess)的英文缩写,它是在扩频通信技 术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA 技术的原理基于扩频技 术,即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据,用一个带宽远大于信号
2、带宽的高速伪随 机码进行调制,使原信息数据的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去,接收端使用完全 相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号转换成原信息数据的窄带信 号,即解扩,以实现信息通信。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.1.1 CDMA技术的标准化CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是cdmaOne系列标准中最先发布的标准，是真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准，这一标准支持8K编码话音服务。其后,又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，它支持1.9 GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的
3、话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 IS-95B可提高CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64 kb/s数据业务的支持。其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期，提出了1x和3x的发展策略，随后的研究表明，1x和1x增强型技术代表了未来发展方向。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA是移动通信技术的发展方向,第三代移动通信(3G)的三大标准全部采用了CDMA技术。在G阶段，CDMA增强型I
4、S-95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处，在通话质量、掉话、辐射、健康环保等方面具有显著特色。在.5G阶段，cdma2000-1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上cdma2000-1X RTT高于GPRS，在新业务承载上cdma2000-1X RTT比GPRS成熟，可提供更多中高速率的新业务。在2.5G向G技术体制过渡过程中，cdma2000-1X 向cdma2000-3X 过渡比GPRS向W-CDMA过渡更为平滑。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.1.2 CDMA系统的特点 1.系统容量大2.软容量3.通话质量
5、更佳4.移动台辅助软切换第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 软切换的主要优点是：（1）无缝切换，可保持通话的连续性。（2）减少掉话可能性。（3）处于切换区域的移动台发射功率降低。但同时，软切换也相应带来了一些缺点，主要有：（1）导致硬件设备（即信道卡）的增加。（2）降低了前向容量。但由于CDMA系统前向容量大于反向容量，所以适量减少前向容量不会导致整个系统容量的降低。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 5.频率规划简单 用户按不同的序列码区分，所以相同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。6.建网成本低 CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。
6、第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 7.“绿色手机”普通的手机（GSM和模拟手机）功率一般能控制在600毫瓦以下，CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦，普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计，对人体健康没有不良影响。手机发射功率的降低，将延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为“绿色手机”。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 8.保密性强，通话不会被窃听 CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，要窃听通话，必须要找到码址。但CDMA码址是个伪随机码，而且共有4.4万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容实在是太困难了。第6章
7、 CDMA数字蜂窝移动通信系统 9.多种形式的分集 分集是对付多径衰落很好的办法，有三种主要分集方式：时间分集、频率分集和空间分集。CDMA系统综合采用了上述几种分集方式，使性能大为改善。各种分集方式归纳如下：（1）时间分集采用了符号交织、检错和纠错编码等方法。（2）频率分集本身是1.25 MHz宽带的信号，起到了频率分集的作用。（3）空间分集基站使用两副接收天线，基站和移动台都采用了Rake接收机技术，软切换也起到了空间分集的作用。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 10.CDMA的功率控制 CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以，如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小
8、所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。CDMA系统的功率控制除可直接提高容量之外，同时也降低了为克服噪声和干扰所需的发射功率。这就意味着同样功率的CDMA移动台与模拟或TDMA移动台相比可在更大范围内工作。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA系统引入了功率控制，一个很大的好处是降低了平均发射功率而不是峰值功率。这就是说，CDMA在一般情况下由于传输状况良好，发射功率较低；但在遇到衰落时会通过功率控制自动提高发射功率，以抵抗衰落。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 11.话音激活 典型的全双工双
9、向通话中，每次通话的占空比小于35%。在FDMA和TDMA系统里，由于通话停顿时重新分配信道存在一定时延，所以难以利用话音激活因素。CDMA在不讲话时传输速率降低，减轻了对其他用户的干扰，这就是CDMA系统中的话音激活技术。而CDMA的容量又直接与所受总干扰功率有关，这样就可以使容量增加一倍左右。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.2 CDMA空中接口协议层图61给出了 CDMA 空中接口层结构。CDMA 信道包含反向 CDMA 信道(CDMA 上行信道)和正向CDMA 信道(CDMA 下行信道或CDMA 前向信道)。反向CDMA 信道由 接入信道和反向业务信道组成。正向 CDMA 信道
10、由寻呼信道和正向业务信道组成。所有 信道的信令都使用基于比特同步的协议。所有信道上的消息都有一个相同的层格式。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 最高 层的协议是由一则消息和填充物(Padding)组成的封装信息。填充物的作用是在某些信道 上让消息适合帧的装配。一个典型的例子是业务信道中空缺突发(Blank-and-Burst)信令模 式。如果消息小于一帧,则封装的是整一个帧,填充比特从消息比特的结束至帧的结束。下一层的格式可能为将消息分装成长度区域、信息和 CRC校验。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图61 CDMA 空中接口层结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 移动台中,所有
11、这些层次都安装在一块物理硬件中。在网络这一侧,这些层次可能分 散在不同位置的硬件上。在连接层发送确认信息,响应信息是在控制处理层发送的。为了 避免更多的信令,链路确认和控制处理信令可以合并成单个信令,这可以由移动台来完成,这样对于控制过程的时延来说是很小的。在网络侧,MSC对于控制过程的响应产生反应。系统之间的信令业务(如自动漫游、呼叫传递、切换等)都由IS 41.C提供支持。通过 使用IS 41.C可使不同的IS 95系统互相连接在一起。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.3 CDMA前向信道CDMA 前向信道(也称 CDMA 下行信道)由用于控制的广播信道和用于携带用户信息 的业务信
12、道组成。广播信道由导频信道、同步信道和寻呼信道组成。所有这些信道都在同 一个1.23MHz的CDMA 载波上。移动台能够根据分配给每个信道唯一的码分来区分逻辑信道。这个码分是经过正交扩频的 Walsh码。每个码分信道都要经一个 Walsh函数进行正 交扩频,然后又由速率为1.228 MC/s的伪噪声系列扩频。在基站可按频分多路方式使用 多个 CDMA 前向信道(1.23MHz)。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6 2给出了 CDMA 支持的不同前向信道。如图6 2所示,CDMA 前向信道可使用的码分信道最多为64个。一种典型的配置是:1个导频信 道,1个同步信道,7个寻呼信道(允许的最
13、多值)和55个业务信道。但前向信道的码分信 道配置并不是固定的,其中导频信道一定要有,其余的码分信道可根据情况配置。例如,可用业务信道取代寻呼信道和同步信道,成为1个导频信道,0个同步信道,0个寻呼信道 和63个业务信道。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 这种情况下,基站拥有两个以上CDMA信道(即带宽大于2.5MHz),其中 一个为 CDMA 基本信道(1.23 MHz),所有移动台都先集中在该基本信道上工作。此时,若基本 CDMA 业务信道忙,则可由基站在基本 CDMA 信道的寻呼信道上发射信道指配消 息将某移动台分配到另一个 CDMA 信道进行业务通信,该 CDMA 信道只需一个导频
14、信 道,而不再需要同步信道和寻呼信道。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6-2 前向信道结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.3.1 前向业务信道 前向业务信道同时支持速率1(9.6 kb/s)和速率2(14.4 kb/s)的声码器业务。图6-3描述了前向业务信道各功能模块的作用。图6-4给出了速率1和速率2前向业务信道的产生。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图63 CDMA 前向业务信道各功能模块的作用第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图64 速率1和速率2前向业务信道的产生过程第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 1.话音编码 CDMA 声码器是可变速率声码器,可工
15、作于全速率、1/2速率、1/4速率和1/8速率。通常对应于速率1和速率2分别有两种声码器:工作于9.6kb/s数据流的8kb/s声码器和 工作于14.4kb/s数据流的13.3kb/s声码器。速率1包含四种速率:9600b/s,4800b/s,2400b/s和1200b/s。速率2包含四种速率:14400b/s,7200b/s,3600b/s和1800b/s。当速率2是可选的时,移动台不得不支持速率1。信道结构对于速率1和速率2是不同的。两种声码器都能进行话音性能检测,并能减少在系统中受到的干扰。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图65和图66分别给出了速率1和速率2的前向/反向业务信道帧
16、结构。图6-5 速率1的前向/反向业务信道帧结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6-6 速率2的前向/反向业务信道帧结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 从声码器得到的信息为每帧20ms。速率1声码器的全速(9600b/s)输出速率为8.6kb/s,每20ms编码为172bit。帧质量指示F(循环冗余码校验,CRC)与编码尾比特 T(8bit)加在 声码器输出的信息比特之后。帧质量指示的作用有两个:一是允许接收机在所有172bit上计 算了CRC后,确定是否有帧发生错误;二是帮助确定接收帧的数据速率。9600b/s帧是每20 ms有192bit(即172+12+8bit)被传输而产
17、生的。其中,12bit为帧质量指示,8bit为编 码尾比特。同样的过程产生在4800b/s帧上。2400b/s和1200b/s帧没有帧质量指示的比 特字段,这是因为这些帧的相对抗误码性能较强,且发送的大多数信息是背景噪声。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 2.卷积编码 卷积编码通过提供纠错/检错能力为信息比特提供保护。同步信道、寻呼信道和前向 业务信道在发送前应进行卷积编码。采用1/2比率,约束长度 K 为9的卷积编码器见图 67,图中 T 为移位寄存器。速率1和速率2的帧被送入1/2比率卷积编码器。一个1/2 比率卷积编码器用两个符号代替每一个输入比特。对于约束长度为9的卷积编码器,其延
18、 迟长度为8。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图67采用1/2比率,约束长度K为9的卷积编码器 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 3.符号重复 符号重复器跟随在卷积编码之后,它根据需要重复数据,速率1产生19.2kb/s的速 率,速率2产生28.8kb/s的速率。对于速率1,如果输入是19.2kb/s,则符号不重复;如 果输入是 9.6kb/s,则每个符号出现两次;如果输入是4.8kb/s,则每个符号出现四次;以 此类推。符号重复为无线信道抵抗衰落提供附加措施,可增加接收的可靠性。重复符号比 全速率符号的功率电平低。由于所有符号的总功率是一样的,因此各符号功率减小了。导频信道没有该过
19、程。对于同步信道,每个经卷积编码后的符号在块交织前应重复一 次(每个符号连续重发)。寻呼信道与前向业务信道的符号重复一样。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 4.符号抽取 符号抽取过程只作用于工作在速率2的声码器上。IS95决定对两种速率使用同样的 块交织器,这意味着块交织器的输入符号速率是相同的。CDMA 通过从每6个输入符号中 删除2个符号实现把28.8kb/s数据流变为19.2kb/s。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 5.块交织 交织是用来抗瑞利衰落影响的。瑞利衰落是频率选择性衰落，它引起大块数据连续出错，使接收机上很难正确接收。交织扰乱信息的顺序使交织后的突发错误在接收端还原后
20、成为随机错误，随机错误就比较容易通过使用纠错编码技术进行纠正。前向业务信道的块交织器每20 ms接收384调制比特。这些比特被输入到2416的矩阵。交织扰乱信息，然后输出送到下一步骤（数据扰码）。同步信道、寻呼信道和前向业务信道在重复后进行块交织第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 同步信道交织宽度为26.666ms,在符号速率为4800b/s时,等于128个调制符号的 宽度,交织器阵列为16行8列。前向业务信道和寻呼信道交织宽度为20ms,在调制符 号速率为19200b/s时,等于384个调制符号(也就是一帧所含调制符号的个数)的宽度,交织器阵列为24行16列,如图68所示。三种信道的符号都
21、按列写入阵列,交织后按 行读出。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6-8 前向业务信道交织过程示意图第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.数据扰码 数据扰码只用于寻呼信道和前向业务信道,以提供安全性和保密性。CDMA 反向信道 没有采用数据扰码。长码掩码与使用前向业务信道移动台的电子串号ESN 联合使用。长码 掩码的周期大约为40天。因为移动台在发送的接入信息中包含电子串号 ESN,所以基站 能决定移动台的长码掩码。如果加密程序被用在前向业务信道上,那么移动台使用专用的长码掩码。长码掩码提供安全保障并每40天重复一次,从而使偷听者很难确定用户空中发 射的具体信息。长码掩码根据具体移动
22、台的电子串号 ESN 而改变,可提供额外的安全 保障。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 在发送端，具体地说，数据扰码是对从块交织器输出的19.2kS/s调制符号与一个随机序列进行模2加（见图64）。数据扰码使用的随机序列由长码（长度为242-1）的每64个比特片取出的第一个比特片组成。由于长码的速率是1.2288Mc/s，因此进行数据扰码的随机序列速率为19.2kS/s（1.2288103/64=19.2）。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 7.功率控制子信道 在前向业务信道上功率控制子信道是连续发送的,控制移动台的发射功率。子信道每 1.25ms发射1bit(0或1),也就是发射速率
23、为800b/s。0bit表示移动台提高发射功率,而1bit则表示移动台降低发射功率。每个功率控制比特提高或降低的功率大小为1dB。在 CDMA 中,由于“远近效应”问题,要求采用快速功率控制。当离基站近的移动台发射的功 率大于在小区边缘的移动台发射的功率时,离基站近的移动台就会覆盖离基站远的移动台 发射的信号,这就是“远近效应”。在 CDMA 中通过使用快速功率控制子信道技术能避免 发生“远近效应”。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 基站前向业务信道接收机，在1.25 ms时间内评估移动台接收到的信号强度。然后，基站用评估值来决定发射的功率控制比特的值是0还是1，并用抽取技术（the pu
24、ncturing technique）在相应的前向业务信道上发射功率控制比特。使用抽取技术，两符号长的功率控制比特取代了两连续前向业务信道调制符号（不考虑其重要性）。移动台要完成从前向业务信道中分离功率控制子信道的工作，然后修复被损坏的剩下编码数据流。这种技术虽然会影响链路的质量，但仍被使用。移动台在不需要对帧头和帧信息解码的情况下能够快速对功率控制比特解码。一旦恢复功率控制子信道，移动台能根据数据对RF输出功率进行调整。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 8.正交信道扩频 CDMA前向信道上传送的每个码分信道要用1.2288 Mc/s(Mchip/s)固定码片率的Walsh函数进行扩频，C
25、DMA前向信道的各码分信道分别使用相互正交的Walsh函数。用Walsh函数n进行扩频的码分信道定义为第n个码分信道（n=063）。Walsh函数每52.083 s（即64/1.2288 Mc/s）进行重复，因为一个调制符用64个Walsh比特片进行调制，所以它等于一个前向业务信道调制符号的时间间隔第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 第0号码分信道(W0)总是作为导频信道。如果有同步信道，则使用第32号码分信道(W32)。如果有寻呼信道，则顺序采用第1至第7号信道，其余的码分信道W8到W63作为前向业务信道，CDMA的前向码分信道彼此正交。因为每个业务信道都有各自唯一的Walsh码，所以移动
26、台能区分各自的前向业务信道。图69给出了正交扩频/解扩的过程，19.2kb/s输入的每比特与相应信道唯一的一个64bitWalsh码异或，被扩频（19.2kb/s64bit=1.2288Mb/s）输出。移动台考虑64比特/符号块输入，将其与已知Walsh码异或，结果产生大量的1或0，这就是原数据比特。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 即使在RF传输路径上发生错误，移动台也可以通过大数判决确定输入数据是0还是1。图610给出了使用错误Walsh码正交解扩后的输出结果。由于Walsh码正交的本质特性，两个不同Walsh码异或后的输出结果应该是1和0的个数相等。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系
27、统 图6-9正交扩频/解扩的过程 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6-10 使用错误Walsh码正交解扩频后的输出结果 第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 9.四相扩频 一旦完成 Walsh扩频,数据会与基站特定的 PN 序列(被称为短码)进行四相扩频。这 会给基站一个特定的识别码,并且产生 QPSK 输出。实际上,所有移动台使用同样的 PN 序列,但每个基站从512个可能的偏置中选择一个作为它的身份扩频码,然后发送到移 动台。由于每个基站提供唯一的四相,因此移动台能够区别不同基站发射的信号。一旦移动 台被锁定到明确的基站发射,根据提供给逻辑信道的不同 Walsh码,移动台就能区别基
28、站 发射的不同逻辑信道,接着能根据基站使用的移动特定长码掩码选取目标信息。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 对于基站，频带利用率比功率有效性更重要。因此，CDMA前向信道调制采用QPSK调制。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 10.基带滤波经过扩频调制的信号进入基带发送滤波器，将信号上变频到蜂窝系统频率范围（800MHz、1800MHz或2000MHz），然后通过天线射频发射出去。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.3.2 前向广播信道 CDMA前向广播信道由下列码分信道组成：一个导频信道，一个同步信道和七个寻呼信道。每个码分信道通过适当的Walsh函数进行正交扩频。规定导频信道
29、使用Walsh码W0，同步信道使用W32，而寻呼信道使用W1至W7。Walsh码正交扩频每个信道，从而使移动台能区分不同的信道。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 1.导频信道 导频信道在CDMA前向信道上是不停地发射的。移动台利用导频信道来获得初始系统同步，完成对来自基站信号的时间、频率和相位的跟踪。基站利用导频PN序列的时间偏置来标识每个CDMA前向信道。由于CDMA系统的频率复用系数为“1”,即相邻小区可以使用相同的频率。所以频率规划较为简单,在某种程度上相当于相邻小区导频PN序列的时间偏置的规划。在一个系统中可能被复用的码分数量为512，所以导频信道可用，偏置指数(0511)来区别。
30、第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 在CDMA蜂窝系统中,可以重复使用相同的时间偏置。然而必须注意，尽管两个邻近小区使用同样的PN码，但不能让它们使用同样的时间偏置。偏置指数是指相对于0偏置导频PN序列的偏置值。不论是对I序列还是Q序列,在每个偶数秒(参照系统时间)时开始的序列都是它们的零偏置导频PN序列,它们的开始位置被定义为连续输出15个“0”的时刻。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 虽然导频PN序列偏置值有215个,但实际取值只能是512个值中的一个(215/64=512)。一个导频PN序列的偏置(用比特片表示)等于其偏置指数乘以64。当在一个地区分配给相邻两个基站的导频PN序列偏
31、置指数相差仅为1时,其导频序列的相位间隔仅为64个比特片。在这种情况下,若其中一个基站发射的时间误差较大,就会与另一基站的延迟信号混淆。所以相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应设置得大一些。由于导频信道所有比特都为0,所以在发送前,它只需用Walsh 0函数进行正交扩频、四相扩频和滤波。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 2.同步信道 同步信道使用Walsh码W32。一旦移动台“捕获”到导频信道，即与导频PN序列同步,即可认为移动台与这个前向信道的同步信道也达到同步。这是因为同步信道和其他所有信道是用相同的导频PN序列进行扩频的，并且同一前向信道上的帧和交织器定时也是用导频PN序列进行校准的
32、。同步信道在发射前要经过卷积编码、符号重复、交织、扩频和调制等步骤。利用这些信息移动台获得初始的时间同步和知道合适发射功率，为发起呼叫作好准备。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 同步信道工作在固定速率1200 b/s，若数据是半速率卷积编码，则符号重复一次（也就是同样的编码符号出现两次）。此数据经过块交织器被发送，输出用Walsh码W32扩频。然后是进行四相扩频，四相扩频能给信道提供小区特定识别码。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 同步信道消息结构。同步信道是为移动台提供时间和帧同步的。它包含的信息有：基站协议版本，基站支持最小的协议版本（移动台使用的版本只有高于或等于此值时，方能接入
33、系统），系统和网络识别号（SID，NID），导频PN序列偏置指数，详细的时间信息，寻呼信道数据速率和CDMA信道数量。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 3.寻呼信道 这些信道是可选的，在一个小区内它们的数量范围是从0到7（Walsh码W0W7）。寻呼信道能够工作在数据速率9600或4800 b/s。数据经过一个半速率卷积编码器和一个符号重复器接着是块交织器。交织器的输出是持续的19.2 kb/s，输出是用长码修改过的。长码用特定于寻呼信道掩码来修改。移动台通过识别掩码和长码，来对信息解码。在对所有信道的小区特定扩频之后，数据被赋予Walsh掩码。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 寻呼消
34、息包括对一个或多个移动台的寻呼。当基站接收到对移动台的呼叫时,通常发 送寻呼信号,并且由几个不同的基站发送寻呼信号。寻呼信道有一个特殊模式称为时隙模 式,这种模式的运行方式类似于 GSM 的不连续接收(DRX),但仍有差别。在这种模式中,移动台的消息只有在某一预先确定的时隙上被传输,此时隙发生在某一预先确定的时间。通过接入处理,移动台能够指定哪些时隙来监控进入的寻呼信息。这些监听时隙的周期最 小为1.28s,最大为163.84s,是1.28s的2i(i=07)倍。这种性能可使移动台侦听部分 时隙,而不是全部时隙,从而有效减小电池功耗,延长一次充电后的手机使用时间。第6章 CDMA数字蜂窝移动通
35、信系统 一旦移动台从同步信道处获得信息,它就会把时间调整到相应的正常系统时间。然 后,移动台确定并开始监听寻呼信道。正常情况下,一个9600b/s的寻呼信道能够支持每 秒大约180个寻呼。在一个单独的 CDMA 频率上使用所有7个寻呼信道,能支持每秒 1260个寻呼。寻呼信道把信息从基站发送到移动台。每个移动台的消息地址可通过 ESN、IMSI或 TMSI进行寻址。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 寻呼信道支持以下消息：(1)系统参数消息。系统参数消息包括导频 PN 序列偏置信息、系统识别码和网络识 别码。(2)接入参数消息。接入参数消息主要包括接入信道个数、初始接入功率要求、接入 尝试次
36、数、接入消息的最大长度、不同过载等级值、接入尝试退出值、鉴权模式和全球随 机问题值。系统使用这些消息来保证移动台接入程序的正常进行。(3)CDMA 信道列表消息。这个消息指示了 CDMA 信道的个数。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统(4)信道分配消息。此消息是发送到移动台用来分配信道的。这个被分配的信道能成 为一个 CDMA 业务信道、寻呼信道或模拟话音信道。在 CDMA 中,万一有多个寻呼信道,则基站分配一个用作监控的寻呼信道给移动台。基站使用这种机制,通过寻呼信道分散工 作量。基站也能指引移动台获得一个模拟系统。如果分配一个模拟话音信道,那么就需提 供模拟系统的系统识别信息、模拟话音信
37、道数和色码等。移动台使用这些信息来获得模拟 话音信道。如果分配一个 CDMA 业务信道,那么需提供频率、帧偏置和加密模式等信息。基站可以与移动台协商其申请的业务或直接同意移动台的业务请求。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图611给出了导频信道、同步信道和寻呼信道的产生框图第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图611 导频信道、同步信道和寻呼信道的产生框图第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.4 CDMA反向信道CDMA反向信道（也称上行信道）由接入信道和反向业务信道组成。这些信道采用直接序列扩频的CDMA技术分享同一CDMA频率分配。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 在这一CD
38、MA反向信道上，基站和用户使用不同的长码掩码区分每个接入信道和反向业务信道。当长码掩码输入长码发生器时，会产生唯一的用户长码序列，其长度为242-1比特。对于接入信道，不同基站或同一基站的不同接入信道使用不同的长码掩码，而同一基站的同一接入信道用户所用的接入信道长码掩码则是一致的。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 每个接入信道有一个明确的接入信道长码序列标志,每个业务信道有一个明确的用户 特有的长码序列标志,不同的用户使用不同的长码掩码,也就是不同的用户具有不同的相 位偏置。反向业务信道总计支持62个不同业务信道和32个不同接入信道。一个(或多个)接入信道与一个寻呼信道相对应。一个寻呼信道
39、至少应有一个,最多可对应 32 个反向 CDMA 接入信道,标号为031。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA 反向信道的结构如图612所示。CDMA 反向信道的数据传送以20ms为一 帧。所有数据在发送之前均要经过卷积编码、块交织、64阶正交调制、直接序列扩频以及 基带滤波。接入信道与反向业务信道的区别在于:接入信道中没有加CRC校验比特,反向业 务信道只对数据速率较高的9600b/s和4800b/s两种速率使用 CRC校验;接入信道的发送 速率是固定的(4800b/s),而不像反向业务信道那样选择不同的速率发送。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图612 CDMA 反向信道的
40、结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA反向信道实际的符号传输速率为28.8kS/s,每6个符号被调制成一个调制符号用于传输,因此调制符号传输率为4800(28800/6=4800)调制符号/秒。调制符号又由64阶 Walsh函数中的一个进行调制,每个调制符号具有64个 Walsh比特片(Chip)。这样 Walsh比 特片传输速率为固定的480064=307.2kC/s。又因为每一个 Walsh比特片被扩成四个 PN 比特片,所以其最终的数据传输速率就是扩频PN序列的速率,为307.24=1.2288MC/s。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.4.1 接入信道 当移动台不使
41、用业务信道时,接入信道提供从移动台到基站的通信。移动台在接入信 道上发送信息的速率固定为4800b/s。接入信道帧长度为20ms。仅当系统时间为20ms 的整数倍时,接入信道帧才可能开始传输。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 1.接入信道信息结构 CDMA 反向接入信道帧由88个信息比特和8个编码尾比特构成,没有 CRC 校验比 特,数据速率固定为4800b/s,见图6 13。为了增加接入信道的可靠性,每个经卷积编码 出来的符号被重复一次再进行发射。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6-13 接入信道帧结构第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 接入信道消息由登记、命令、数据突发、源、
42、寻呼响应、鉴权响应、状态响应和临时移 动用户识别号 TMSI分配完成消息组成。所有接入信道消息分享一些共同的参数,这些参 数可分成以下几类:(1)应答和序列数。这里包括的参数有:大多数最近接收到的寻呼信道消息的应答,当前消息的消息序列数,是否要求应答当前消息的指示以及其他一些参数。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统(2)移动识别参数。可以根据移动识别号 MIN、国际移动用户识别码IMSI、电子串号 ESN 来识别一个 CDMA 移动台。(3)鉴权参数。如果基站已经在接入时要求发送鉴权参数,则移动台将发送的参数包 括鉴权数据、随机数值和呼叫历史(Call-History)等。第6章 CDMA数
43、字蜂窝移动通信系统 2.接入信道产生 接入信道在每20ms帧上支持的固定工作速率为4800b/s。4.8kb/s速率的信息被输 入到1/3卷积编码器,此编码器用来进行信道编码。从卷积编码器输出的信号输入到一个 符号重复器中。符号重复器的目的是使数据以恒定比特速率输入到块交织器中。恒定比特 速率输入能使块交织器高效运行。数据以9600b/s的速率输入到1/3卷积编码器,则输出 的经过信道编码的数据速率为28800b/s。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 因为卷积编码器对4800b/s接入信道数据速率 的输出是14.4kb/s,所以输出被送入一个符号重复器,这个重复器对每个编码数据重复一 次,
44、从而 产 生 28.8kb/s 速 率 的 信 道 编 码 数 据 送 入 块 交 织 器。CDMA 交 织 器 是 一 个 32行18列的矩阵(即576个单元)。数据按列写入交织器,按行输出。因为块交织器只是 扰乱数据,并没有增加数据,所以交织器的输出与输入是相同的(也就是28.8kb/s速率的 信道编码数据)。在交织器的后面是一个64阶正交调制器。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 它将每6个码比特作为一个调 制符号,使用64阶 Walsh函数中的一个进行调制。由于调制符号为6个比特,共有64种 取值,每种取值对应一个 Walsh码,因此64个 Walsh码都有可能被发送。正交调制器的
45、输出是307.2kb/s编码数据,此输出被一个长掩码序列取代,这个长掩码序列能从所有基 站可能接收到发射的信道中区分出特定的接入信道。掩码改变长码的一些信息,如与下行 的寻呼信道相应的接入信道号(n)、基站识别号和当前PN 码偏置。最后每个接入信道用小 区特定 PN 码进行四相扩频。这一步骤用来帮助基站区分发射是从它本身的小区而来还是 来自其他小区/扇区。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图614所示为一个接入信道的产生示意图。图614 接入信道及速率1和速率2反向业务信道的产生示意图第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.4.2 反向业务信道 反向业务信道用于在呼叫建立期间传输用户信息
46、和信令信息。反向和前向业务信道帧的长度为20ms。业务和信令都能使用这些帧。当一个业务信 道被分配时,CDMA 支持两种模式传送信令信息:空白突发序列(Blank-and-Burst)模式和 半空白突发序列(Dim-and-Burst)模式。这两种模式在上行和下行链路上都能使用。空白突 发序列模式能够发送信令信息。这种模式的运行与 AMPS的运行相似。一旦信令信息要发 送,初始业务数据的一个或多个帧(如被编码的语音)就被信令数据代替。CDMA 也支持另 一种模式半空白突发序列模式来发送信令信息。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 因为在 CDMA 中使用了变速率声码 器,所以这种模式是可行的
47、。在此模式中,声码器运行在1/2、1/4或1/8模式中的一个模 式,但速率1的数据速率为全速率9600b/s,速率2的数据速率为14400b/s。由于没有使 用全速声码器,因此节省的比特可为信令使用。只有在全速率发送时,在此模式上的声码 器速率会受到限制。在所有其他运行模式下,因为剩余比特被信令使用,所以声码器速率 不会受到限制。由于半空白突发序列模式下话音质量下降基本上不易被察觉,因此它比空 白突发序列模式有更大的优势。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 CDMA 也为半空白突发序列模式的使用提供主要和次要业务。例如,主要数据能成为 编码话音,次要数据能成为传真消息。通过使用这种模式,CD
48、MA 经由相同业务信道支持 同步话音和数据。移动台业务信道初始帧的时间偏置由寻呼信道的信道指配消息中的帧偏置参数定义。反向业务信道的时间偏置与前向业务信道的时间偏置相同。仅当系统时间是20ms的整数 倍时,零偏置的反向业务信道帧才开始传输。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 在业务信道上,有五种类型的控制消息:呼叫控制消息,切换控制消息,前向功率控 制消息,安全和鉴权控制消息,为移动台引出或提供特定信息的控制消息。图615描述了反向业务信道的产生过程。反向业务信道的信道结构类似于接入信道 的结构。信道结构对于速率1和速率2是不同的。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 图6 15 反向业务信
49、道的产生过程第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 在业务信道帧上,帧质量指示基本上是 CRC校验。然后,速率1数据送入1/3速率卷 积编码器,速率2数据送入半速率卷积编码器。与对速率1使用1/3速率卷积编码器比较,对速率2使用半速率卷积编码器,在保护速率2业务信道方面的能力较弱。然而,速率2 声码器比速率1声码器有更好的质量和更强的话音编码算法,因此弥补了低保护性能的缺 点。符号重复器重复需要重复的数据,以产生速率为28.8kb/s的编码数据输出。业务信道 的正交调制过程与接入信道的正交调制过程类似,正交调制器的输出被一个长码掩码序列 代替,此序列能从基站接收到的所有其他移动台的发射中区分出任
50、一个特定移动台的发 射。第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 对于反向业务信道，掩码可选用下面二者之一：源于移动台的ESN的公共长码掩码与源于加密和鉴权过程的专用长码掩码。公用长码掩码如下：M41至M32置为“1100011000”，M31至M0置为移动台电子串号（ESN）比特的重新排列（扰乱），具体排列方式如下：第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 排列后的电子串号ESN第6章 CDMA数字蜂窝移动通信系统 1.声码器 声码器用于信源编码,减小话音冗余度,降低话音传输需要的比特速率,工作在全速 率、1/2速率、1/4速率和1/8速率的可变模式。速率1声码器的全速输出速率为9.6kb/s,速率
