CDMA系统(CDMA通信系统论述)

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1. 引言

        CDMA体制具有抗人为干扰、窄带干扰、多径干扰的能力,具有抗多径延迟扩展的能力,以及可为提高蜂窝系统的通信容量和便于模拟与数字体制的共存与过渡等优点,使得CDMA数字蜂窝系统成为TDMA数字蜂窝系统的强有力的竞争对手。
CDMA系统
        IS-95A是最早商用CDMA移动通信空中接口标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展,主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求,IS-95B可提供的理论最大比特速率为115kbit/s,IS-95A和IS-95B均有一系列标准,其总称为IS-95.cdmaONE是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称,即所有基于cdmaONE技术的产品,其核心技术均以IS-95作为标准.cdma2000是美国向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议,是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案。其中cdma2000IX是一个载波的cdma2000标准,可支持308kbit/s的数据传输、网络部分引人分组交换,可支持移动IP业务,cdma2000IX与IS-95(A/B)后向兼容,可实现平滑过渡。
       IS-95CDMA和cdma2000IX蜂窝系统工作频带:
       •  上行(移动台发,基站收)825〜849MHz;
       •  下行(基站发,移动台收)870〜894MHz;
       •  双工间隔为45MHz。
       应用蜂窝结构的IS-95CDMA和cdma2000IX系统采用码时分多址的接入技术,载频间隔为1.23MHz,码片速率为1.2288Mchip/s,每个小区可釆用相同的载波频率,即频率复用因子为1。
前向链路(ForwardLink)

2. CDMA与信道配置

(1) CDMA与蜂窝结构的关系

        扩频CDMA数字蜂窝系统是频带资源共享的,在一个CDMA蜂窝系统中各个小区都共享一个频带。从频率重用角度来说,蜂窝区群结构的关系大为减弱了。在CDMA系统中,蜂窝结构(包括扇区结构)的考虑在于频带资源共享后的多用户干扰的影响。
①CDMA蜂窝系统的信号带宽
       窄带CDMA蜂窝系统频谱带宽的确定,是基于如下考虑:
       •  频谱资源的限制;
       •  系统容量;
       •  多径分离;
       •  扩频处理增益。
②码分多址与蜂窝系统的小区和扇区
       在扩频CDMA蜂窝系统之间是釆用頻分的,即不同的CDMA蜂窝系统占用不同频段的1.23MHz带宽。而在一个扩频CDMA蜂窝系统之内,则是采用码分站址的,即对不同的小区和扇区基站分配不同的码型。在IS-95CDMA和cdma2000IX中,这些不同的码型是由一个PN码序列生成的.PN序列周期(长度)为215=32768切普(chips)。并将此周期序列自每64chip移位序列作为一个码型,共可得到32768/64=512个码型。这就是说,在1.25MHz带宽的CDMA蜂房系统中,可区分多达512个基站或扇区。
 

(2) IS-95CDMA物理信道与逻辑信道

物理信道
       将BS到MS方向的链路称作前向链路(ForwardLink),将MS到BS方向的链路称为反向链路(ReverseLink)。前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。在IS-95标准中,由Walsh序列码型提供的前向码分物理信道,由不同的长码区分反码分物理信道。

逻辑信道

       利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道,则称为逻辑信道。逻辑信道及其功能如下:
       •  导引信道:基站在此信道发送导引信号(其信号功率比其他信道高20dB)供移动台识别基站并导引移动台入网;
       •  同步信道:基站在此信道发送同步信息供移动台建立与系统的定时和同步;
       •  寻呼信道:基站在此信道寻呼移动台发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息;
       •  接入信道:是一个随机接入信道,供网内移动台随机占用移动台在此信道发起呼叫及传送应答信息;
       •  业务信道:供移动台和基站台双向通信并传送信令之用。
       其中前向链路中的逻辑信道有导引信道、同步信道、寻呼信道和业务信道,反向链路的逻辑包括接入信道和业务信道。

(3) IS-95CDMA的特点

      •   IS-95CDMA系统采用GPS(全球定位系统)时间标尺确定一个系统公共时钟基准,每个基站的标准时基与CDMA系统的时钟对准,驱动系统的同步和码同步。
       •   前向信道接收机中,首先利用导引信号进行信道估计,对其他信道进行相干解调;
       •   反向信道采用WALSH正交调制,接收机釆用非相干解调;
       •   在通话过程中,单方向有60%的时间是静默状态,仅40%的时间需要传输话音数据,通常称之为话音激活技术,话音激活技术可方便应用于CDMA系统,实现变速率传输,减少干扰,增加系统容量;
       •   各种分集特性:扩频技术频率分集,基站两个接收天线的空间分集,Rake接收机构成多径分集,交织编码构成时间分集;
       •   软切换特性:扇区间的切换采用更软切换,由基站自身控制完成;基站间采用软切换.由基站控制器控制实现“先连后断”的连接;
       •   反向精确的功率控制,基站每隔1.25ms连续的对用户到达基站的接收信号进行测量,产生功率控制指令,并通过前向信道发给移动台,以进行功率调整,在保证通话质量的最小需求情况下,尽量减少全部信号强度电平。
cdma2000IX前向信道

3. cdma2000IX物理信道与逻辑信道

       cdma2000IX前向信道所包括的导频信道、同步信道、寻呼信道均兼容IS-95A/B系统控制信道特性。cdma2000IX反向信道包括接入信道、增强接入信道、公共控制信道和业务信道,其中增强接入信道和公共控制信道除可提高接入效率外,还适应多媒体业务。cdma2000IX相比IS-95主要特点如下。

(1) 前向快速功率控制技术

       cdma2000釆用快速功率控制方法。方法是移动台测量收到业务信道的E../N,,并与门限值比较,根据比较结果,向基站发出调整基站发射功率的指令,功率控制速率可以达到800bit/s。由于使用快速功率控制,可以达到减少基站发射功率、减少总干扰电平,从而降低移动台信噪比要求,最终可以增大系统容量。

(2) 反向相干解调

       基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射,再用梳状(Rake)接收机实现相干解凋,与IS-95釆用非相干解调相比,提高了反向链路性能,降低了移动台发射功率,提高了系统容量。

(3) 连续的反向空中接口波形

       在反向链路中,数据采用连续导频,使信道上数据波形连续,此措施可减少外界电磁干扰,改善搜索性能。支持前向功率快速控制以及反向功率控制连续监控。

(4) 增强的媒体接入控制功能

       媒体接入控制子层控制多种业务接入物理层,保证多媒体的实现。它实现话音、分组数据和电路数据业务、同时处理、提供发送、复用和QoS控制、提供接入程序。与IS-95相比,可以满足更宽带和更多业务的要求。

4. cdma2000标准的发展

       cdma2000IX的数据速率可达308kbit/s,按规划最终平滑无缝隙地演进至传输速率可高达2Mbit/s,即cdma20003X。这种过渡比较平滑,即很多资源可以继续利用。另外用于专门传输分组数据的cdma2000IXEVDO系统峰值数据速率可达2.4Mbit/s。

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