窄带CDMA移动通信系统简介

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：根据不同的应用环境和使用要求，可构成各种各样的CDMA系统，最典型的是IS-95CDMA蜂窝移动通信系统。2．CDMA系统的控制功能登记注册。其中，软切换是CDMA系统独有的切换功能，是移动台开始与新的基站通信，但不立即中断它和原来基站通信的一种切换方式。移动台将所有监测结果送入辖区内的移动通信交换中心MSC。至此，CDMA系统中两个蜂窝之间就完成了软切换。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。

根据不同的应用环境和使用要求，可构成各种各样的CDMA系统，最典型的是IS-95CDMA蜂窝移动通信系统。IS-95涉及的CDMA技术集中体现了近20年来扩频通信技术的研究开发成果。在此基础上，许多国家、公司和制造商都在研究开发不同频段的CDMA个人通信系统，使CDMA方式在个人通信和移动通信中的应用日臻成熟。

1．CDMA系统提供的业务

（1）电信业务。

CDMA系统可向用户提供电话业务、紧急呼叫业务、短消息业务、语音信箱业务、传真业务、可视图文业务、智能电报业务、交替语音与传真等电信业务。

（2）数据业务。

CDMA系统向用户提供12 009 600b/s同步数据，1 200～9 600b/sb/s异步PAD接入，交替语音与1 200～9 600b/s数据，能根据用户需求向用户提供CDMA所定义的数据业务。

（3）附加业务。

CDMA可以提供好多种附加业务，主要包括：呼叫转接、无条件呼叫前转、呼叫等待、呼叫转移、会议电话、免打扰业务、优先语言、三方呼叫等。

呼叫转接是指漫游移动用户被叫的过程。移动系统在收到呼入时，进行移动用户的位置查询，然后将呼叫接续至被叫用户漫游地。

呼叫转移是指用户A与用户B通话过程中，用户B可以将电话转移至用户C，同时用户B挂机，用户A与用户C继续通话。

2．CDMA系统的控制功能

（1）登记注册。

CDMA系统有很多种控制功能，大部分与其他蜂窝系统类似。这里简单介绍登记注册、越区切换和呼叫处理等。其中，CDMA系统支持的注册类型有：开电源注册、断电源注册、周期性注册、根据距离注册、根据区域注册。这5种形式的注册作为一组，称为自主注册，与移动台的漫游状态有关。还有参数改变注册、受命注册、默认注册和业务信道注册等。

（2）切换。

基站和移动台支持3种切换方式：软切换、CDMA到CDMA的硬切换以及CDMA到模拟系统的切换。其中，软切换是CDMA系统独有的切换功能，是移动台开始与新的基站通信，但不立即中断它和原来基站通信的一种切换方式。这种切换方式可有效地提高切换的可行性，而且当移动台处于小区的边缘上时，能提供正向业务信道和反向业务信道的分集，从而保证通信的质量。

软切换过程大致可分为以下3个阶段：

第一个阶段是移动台与原蜂窝区基站之间保持通信链路。当移动台MS位于A区（原蜂窝区）时，它与A区基站之间建立了正常的通话，并在保持通话的同时不断监测来自原蜂窝区基站和其他相邻蜂窝区基站所发送的监测信号强度的变化。当监测到来自另一个蜂窝区（新蜂窝区）基站信号变得越来越强，并且达到模块初始化时所设定的切换门限电平值时，表明移动台已开始进入与新蜂窝区（B区）的交界区域。移动台将所有监测结果送入辖区内的移动通信交换中心MSC。MSC经过信息分析处理后，通过原蜂窝区（A区）基站向移动台MS发出切换指令，指明切换方向，并继续跟踪新蜂窝区基站所发出的监测信号，同时开始执行有关切换指令。

第二个阶段是移动台与原蜂窝区基站和新蜂窝区基站之间同时建立起通信链路。移动台完全进入蜂窝区A与蜂窝区B的交界处即切换区后，在保持与原蜂窝区基站进行通话的同时，向新蜂窝区基站发出监测报告，并且与新蜂窝区基站之间同时建立起通话业务。此时，移动台与这两个蜂窝区基站之间的通信所占用的是具有相同频率的通道，也可以说是共用一个频道。移动台此时采用分集合并技术与A、B两区基站同时保持通信，并向它们发送切换完成信息。由于切换过程中无线信道具有连续性，同频带贯穿整个系统，所以消除了模拟蜂窝系统和GSM数字蜂窝系统在频道切换过程中先中断通话再更换频道的硬切换方式所带来的干扰因素。

第三个阶段是移动台与新蜂窝区建立通信链路。当移动台继续朝着新蜂窝区方向移动时，新蜂窝区、原蜂窝区基站都有增加移动台信号输出功率的要求，并向移动台发出有关控制信息。若移动台检测到新蜂窝区的导频信号强度超过原蜂窝区的导频信号强度并达到规定的门限电平值，且新蜂窝区信号电平在此基础上保持了一定时间时，则移动台就会同时向新旧两个蜂窝区的基站发出有关监测报告。收到该报告信息后，新蜂窝区基站向移动台发出切换命令信息。移动台收到该命令后，执行命令并发出切换完成信息，于是移动台仅仅保持与新蜂窝区基站之间的通信链路。旧蜂窝区基站收到移动台发出的切换完成信息后，就会终止与移动台之间的通信。

这样，移动台就完成了由与原蜂窝区保持通信链路，过渡到与新蜂窝区、原蜂窝区同时保持通信链路，进而稳定地切换到新蜂窝区之间的越区软切换过程。至此，CDMA系统中两个蜂窝之间就完成了软切换。

3．IS-95CDMA系统的逻辑信道

在CDMA移动通信系统中，信道是依靠码序列的不同区分的，因为任何通信网络除去要传输业务信息外，还必须传输必需的控制信息。为此，CDMA蜂窝系统在基站至移动台的传输方向（正向传输）上，设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道；在移动台到基站的传输方向（反向传输）上，设置了接入信道和反向业务信道。

（1）CDMA正向信道。

CDMA正向信道包含一个导频信道、一个同步信道（必要时可用作业务信道，因为移动台在获得同步后不再监听同步信道）、7个寻呼信道（必要时可用作业务信道，直至全部用完）和55个（最多63个）正向业务信道。

导频信道用来传输由基站连续发送的导频信号。导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，使移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境（越区）切换。

同步信道是基站连续发送的同步信号，主要传输同步信息（还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率）。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。当通信业务量很多，所有业务信道均被占用而不够应用时，同步信道也可临时当业务信道使用。

寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。寻呼信道最多可以有7个。其功能是向小区内的移动台发送呼入信号、信道分配和其他信令。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道（也可以由基站指定）来监听系统发出的寻呼信息和其他指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。

业务信道有55个，其功能主要是传送业务信息。共有4种传输速率：9.6kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s和 1.2kb/s。

正向传输CDMA信道综合使用频分和码分多址技术。频分是把可供使用的频段分成若干个宽为1.25MHz的频道，它是传输扩频调制信号所需的最小带宽。在建网初始阶段，一个CDMA蜂窝服务区可以只占用一个这样的频道，以后随着通信业务量的增多，一个CDMA蜂窝服务区可以占用多个这样的频道，使各个基站以频分复用的方式使用这些频道。码分是用正交沃尔什函数来区分不同用途的信道（如导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道），并用一对伪码的不同偏置进行四相调制来区分不同基站发出的信号。

正向链路的产生框图详细给出了信道的组成、信号的产生过程和信号的主要参数。其主要传输性能参数介绍如下。

①数据速率：同步信道工作在1200b/s，寻呼信息工作在9 600b/s或4 800b/s，正向业务信道工作在9 600b/s、4 800b/s、2 400b/s、1 200b/s。

注意：正向业务信道的数据在每帧（20ms）末尾含有8比特，称为编码器尾比特，用它把卷积码编码器置于规定的状态。另外，在9600b/s和4800b/s的数据中都含有帧质量指示比特（即CRC检验比特）。因而正向业务信道的纯信息速率分别是 8.6kb/s、4.0kb/s、2.0kb/s、0.8kb/s。

②卷积编码：数据在传输之前都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/2，约束长度为9。

③码元重复：对于同步信道，经过卷积编码后的各个码元，在分组交织之前，都要重复一次（每码元连续出现2次）。对于寻呼信道和正向业务信道，只要数据率低于9 600b/s，在分组交织之前都要重复。速率为4 800b/s时，各码元要重复1次（每码元连续出现2次）；速率为2 400b/s时，各码要重复3次（每码元连续出现4次）；速率为1 200b/s时，各码元要重复7次（每码元连续出现8次）。这样做，使各种信息速率均变换成相同的调制码元速率，即每秒19 200个调制码元。

④分组交织：所有码元在重复之后都要进行分组交织。

⑤数据掩蔽：数据掩蔽用于寻呼信道和正向业务信道，其作用是为通信提供保密。扰乱器把交织器输出的码元流和按用户编址的PN序列进行模2相加。

⑥功率控制子信道：功率控制比特要在正向业务信道上连续地进行传输，每1.25ms发送1bit（“o”或“1”），实际速率为800b/s。“0”比特表示移动台要增大其平均功率，“1”比特表示移动台要减少其平均功率。

⑦正交扩展：为了使正向传输的各个信道之间具有正交性，在正向CDMA信道中传输的所有信号都要用64进制的沃尔什函数进行扩展。

⑧四相扩展：在正交扩展之后，各种信号都要进行四相扩展。四相扩展所用的序列为引导PN序列。引导PN序列的作用是给不同基站发出的信号赋予不同的特征，便于移动台识别所需的基站。由于PN序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关值就等于零或接近于零。因而移动台用相关检测法很容易把不同的基站的信号区分开来。

（2）CDMA反向信道。

CDMA反向信道有两种：接入信道和业务信道。业务信道与前向链路业务信道相同。接入信道与前向链路的寻呼信道相对应，用于传输指令、应答和其他有关信息，被移动台用来初始化呼叫、响应基站的寻呼或信息要求。

每个接入信道用不同码序列来区分，每个反向业务信道也用不同的码序列来区分。信道主要传输性能参数介绍如下。

①数据速率：接入信道用4 800b/s的固定速率。反向业务信道用9 600b/s、4 800b/s、2 400b/s和1 200b/s的可变速率。两种信道的数据中均要加入编码器尾比特，用于把卷积编码器复位到规定的状态。另外，在反向业务信道上传送9 600b/s和4 800b/s数据时，也要包含质量指示比特（CRC校验比特）。

②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。

③码元重复：反向业务信道的码元重复方法和正向业务信道一样。数据速率为9 600b/s时，码元不重复，数据速率为4 800b/s、2 400b/s和1 200b/s时，码元分别重复1次、3次和7次（每一码元连续出现2次、4次和8次）。这样做，使得各种速率的数据都变换成每秒28 800码元。这里不同之处在于重复的码元不是重复发送多次，相反，除去发送其中的一个码元，其余的重复码元全部都被删除。在接入信道上，因为数据速率固定为4 800b/s，因而每一码元只重复1次，而且两个重复的码元都要发送。

④分组交织：所有码元在重复之后都要进行分组交织。

⑤可变数据速率传输：为了减少移动台的功耗和减小它对CDMA信道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一个时间滤波器进行选通，只允许所需码元输出而删除其他重复的码元。

⑥正交调制：在反向CDMA信道中，把交织器输出的码元每6个作为一组，用64进制的沃尔什函数之一进行传输。

要注意的是：正向CDMA信道和反向CDMA信道都使用64进制的沃尔什函数，但二者的应用目的不同，前者是为了区分信道，而后者是对数据进行正交码多进制调制（有人把这种办法称为软扩频），以提高通信链路的质量，因为在反向CDMA信道中，不能像正向CDMA信道那样提供共享的导频信道，因而，这种做法在衰落信道等难以提供相干参考导频的场合是很必要的。

⑦直接序列扩展：在反向业务信道和接入信道传输的信号都要用长码进行扩展。前者是数据突发随机化产生器输出的码流与长码模2相加，后者是64进制正交调制器输出的码流和长码模2相加。

窄带CDMA移动通信系统简介

相关推荐