【正文】 越性，即用擴(kuò)展頻譜的方法以換取信噪比 的增益。下圖 16 顯示出了擴(kuò)頻和解擴(kuò)的全過程 圖 16 擴(kuò)頻、解擴(kuò)原理圖 由此，我們可以看出，擴(kuò)頻通信具備以下優(yōu)點(diǎn)： ? 隱蔽性和保密性好 ? 多個(gè)用戶可以同時(shí)占用相同頻帶，實(shí)現(xiàn)多址 ? 抗衰落、抗多徑干擾 ? 抗干擾能力強(qiáng) CDMA 碼序列 地址碼和擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)是碼分多址體制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 具有良好的相關(guān)特性和隨機(jī)性的地址碼和擴(kuò)頻碼對(duì)碼分多址通信是非常重要的，對(duì)系統(tǒng)的性能具有決定的作用，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的多址能力，關(guān)系到 抗干擾、抗噪聲、抗截獲 的能力及多 徑保護(hù)和抗衰落 的能 力，關(guān)系到信息數(shù)據(jù)的隱蔽和保密，關(guān)系到捕獲與同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 在 CDMA 中需要采用地址碼來區(qū)分不同的地址，其中主要有以下四種不同類型： (1)用戶地址： 用于區(qū)分不同移動(dòng)用戶； (2)多速率 (多媒體 )業(yè)務(wù)地址： 用于多媒體業(yè)務(wù)中區(qū)分不同速率類型的業(yè)務(wù)； (3)信道地址： 用于區(qū)分每個(gè)小區(qū)或每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的不同信道； (4)基站地址： 用于區(qū)分不同基站或扇區(qū)。 其中： (1)、 (2)多用于反向信道，以移動(dòng)臺(tái)為主； (3)、 (4)多用于正向信道，以基站為主。 Walsh 碼 Walsh 碼（又稱為 Walsh 函數(shù)） 有著 良好的 互相關(guān) 和 較好的 自相關(guān) 特性， 由于在 CDMA 中采用了 Walsh 正交碼，下面我們介紹 Walsh 碼的生成與性質(zhì)。 Walsh 碼是正交擴(kuò)頻碼，根據(jù) Walsh 函數(shù)集而產(chǎn)生。 Walsh 函數(shù)是一類取值介于 1與 1的二元正交函數(shù)系。它有多種等價(jià)定義方法，最常用的是 Hadamard 編號(hào)法。 Walsh 函數(shù)集是完備的非正弦型正交函數(shù)集，常用作用戶的地址碼。 正交函數(shù)的產(chǎn)生過程如下圖 17 所示 圖 17 Walsh 函數(shù)產(chǎn)生過程 Walsh 碼的功能如下： 在 CDMA2020 1X 中， Walsh 碼用于進(jìn)行前向擴(kuò)頻，區(qū)分扇區(qū)內(nèi)前向碼分信道，反向做正交調(diào)制 。 Walsh 碼在前向信道中的應(yīng)用如圖 18 所示。圖 18 中， Walsh 碼在 CDMA 中的應(yīng)用基站在相同頻率下同時(shí)發(fā)送幾條信道，一個(gè)扇區(qū)下的所有手機(jī)都將收到包含所有信道的復(fù)合信號(hào)，并且必須識(shí)別需要解調(diào)的信道。 用 Walsh 碼區(qū)分這些前向信道的方法是：每個(gè)扇區(qū)有 64個(gè)不同的 Walsh 碼 ，每個(gè) Walsh 碼是 64Chips，每一個(gè) Walsh 碼經(jīng)過擴(kuò)頻后分配給一條信道，擴(kuò)頻速率是 。在手機(jī)終端，接收到的信號(hào)應(yīng)與所需信道的 Walsh 碼相關(guān)。 圖 18 Walsh 碼前向信道區(qū)分圖 基站在相同頻率下同時(shí)發(fā)送幾條信道，一個(gè)扇區(qū)下的所有手機(jī)都將收到包含所有信道的復(fù)合信號(hào)，并且必須識(shí)別需要解調(diào)的信道。用 Walsh 碼區(qū)分這些前向信道的方法是：每個(gè)扇區(qū)有 64 個(gè)不同的 Walsh 碼，每個(gè) Walsh 碼是 64Chips，每一個(gè) Walsh 碼經(jīng)過擴(kuò)頻后分配給一條信道，擴(kuò)頻速率是 。在手機(jī)終端，接收到的信號(hào)應(yīng)與所需信道的 Walsh 碼相關(guān)。 前向信道包括 導(dǎo)頻、同步、尋呼、前向業(yè)務(wù) 信道 等。導(dǎo)頻信道占用 Walsh 碼 0，同步信道占用 Walsh 碼 32，尋呼信道占用 Walsh 碼 17（通常使用一條尋呼信道 Walsh 碼 1），前向業(yè)務(wù)信道可以自由使用其余的 Walsh 碼。 PN 短碼 1. PN 短碼的產(chǎn)生過程如下： 偽隨機(jī)序列 (PN 碼 )具有類似噪聲序列的性質(zhì)，是一種貌似隨機(jī)但實(shí)際上有規(guī)律的周期性二進(jìn)制序列 ， 如果知道當(dāng)前 PN 碼的狀態(tài)和產(chǎn)生公式 ， 則可推出以后 PN 碼的狀態(tài)。 PN 碼的生成過程原理如圖 19 所示。 圖 19 PN碼 生成過程 圖中輸入為 001， 輸出為一個(gè)不斷重復(fù) 1001011 這 7 位數(shù)的序列。 PN碼最初的多項(xiàng)式是由模 2加算法產(chǎn)生，其狀態(tài)公式由移位寄存器和異或門組成，長度取決于所用寄存器的長度（長度為 2n1)， 屬于 m序列 。 PN短碼序列由提供 32767chips的 15比特寄存器產(chǎn)生（ 2151） ， 比特 0加在序列的最后一位使其成為 32768chips。 PN短碼序列與 Walsh碼的速率相同，每 ，這 32768 chips的序列被劃分為 512種不同的偏移（稱為偏移序號(hào)）， 每個(gè)偏移為 64chips。每個(gè) PN短碼序列的偏移均與同序列其它偏移正交。 2. PN 短碼序列具有以下特性： ? PN短碼序列可以看作具有 I和 Q兩種不同成分序列的二維二進(jìn)制矢量 ，每一個(gè)的長度為 32768chip； ? 每一個(gè) PN短碼序列均與它自身相關(guān)，即與時(shí)間偏置為零的短碼序列相關(guān) ； ? 一個(gè)零偏置短碼序列與它自身的任何非零偏置的短碼序列正交 。 ? 實(shí)際中以 64chips偏移做為一個(gè)偏移序號(hào) (PN_OFFSET_INDEX)， 即可用的 PN碼是 0511。 PN 短碼序列主要特性如圖 110 所示。 圖 110 PN短碼序列主要特性 3. PN 短碼的功能有： 如果 MS 同時(shí)收到兩個(gè)基站的信號(hào)，每個(gè)基站都發(fā)送一系列前向編碼信道， MS 如何區(qū)分這兩個(gè)基站的信號(hào)？使用 PN 短碼序列即可達(dá)到這個(gè)目的。 PN 短碼用于前向信道的正交調(diào)制 ，每個(gè)載扇均使用 I、 Q 兩種 PN 短碼序列進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。我們可以通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃將 PN短碼分配給不同的載扇 。 PN 短碼序列也用于數(shù)字調(diào)制，前向鏈路為 QPSK 調(diào)制，反向鏈路為 OQPSK 調(diào)制。 PN 長碼 1. PN 長碼的產(chǎn)生過程 PN 長碼序列由 42 位反饋移位寄存器產(chǎn)生 ，產(chǎn)生原理如圖 111 所示。 圖 111 PN長碼產(chǎn)生原理 這個(gè)序列需要 41天 10小時(shí) 12分 ，因此我們稱之為 PN長碼。 PN長碼序列只有一個(gè)，為了對(duì)同一載扇下的反向信道（接入信道和反向業(yè)務(wù)信道）進(jìn)行區(qū)分， PN長碼序列應(yīng)用偏移的方式 。每個(gè)寄存器產(chǎn)生的比特均經(jīng)過掩碼，不同的掩碼產(chǎn)生不同的偏移。該序列是根據(jù) 42位長碼寄存器的內(nèi)容、 32位的 ESN及掩碼生成的 ，然后結(jié)果再經(jīng)過一個(gè)異或門，輸出的序列為 PN長碼序列 。 PN長碼序列的擴(kuò)頻速率為 Mcps。 2. PN 長碼的功能 PN 長碼序列的主要功能用于反向信道 。 當(dāng)一個(gè)基站為幾個(gè)用戶服務(wù)時(shí)，因?yàn)樗械挠脩舳荚谙嗤d頻上，基站很難區(qū)分這些用戶， PN 長碼序列則用于在反向信道上用戶的識(shí)別和區(qū)分 。 在前向信道 PN 長碼序列用于建立用戶與前向業(yè)務(wù)信道和尋呼信道的連接。 PN 長碼序列只有一個(gè)，因此 PN 長碼序列應(yīng)用偏移的方式對(duì)同一載扇下的反向信道（接入信道和反向業(yè)務(wù)信道）進(jìn)行區(qū)分。每個(gè)寄存器產(chǎn)生的比特均經(jīng)過掩碼，不同的掩碼產(chǎn)生不同的偏移。 MS 用 ESN/UIM 提供唯一的長碼序列序列偏移， ESN/UIM 只有 32 比特，而移位寄存器有 42 比特，因此我們給 ESM/UIM 加上 10 比特的前綴（ 1100011000）。 PN 長碼序列是根據(jù) 42位長碼寄存器的內(nèi)容、 32 位的 ESN/UIM及掩碼生成的，然后結(jié)果再經(jīng)過一個(gè)異或門，輸出的序列為最終 PN 長碼序列。 在接入信道，接入信道掩碼用于所有向基站發(fā)送消息的 MS。 三種擴(kuò)頻碼的比較 下面對(duì) CDMA2020 1x 系統(tǒng)中的三種擴(kuò)頻碼進(jìn)行比較 ， 具體說明如表 12 所示。 表 12 三種擴(kuò)頻碼比較 碼序列 長度 應(yīng)用位置 應(yīng)用目的 主要特性 PN長碼 242－ 1 反向接入信道 反向業(yè)務(wù)信道 標(biāo)識(shí)移動(dòng)臺(tái)用戶 具有尖銳的二值自相關(guān)特性 前向?qū)ず粜诺? 前向業(yè)務(wù)信道 用于數(shù)據(jù)擾碼 PN短碼 215－ 1 所有前向信道 正交擴(kuò)頻，利于調(diào)制 平衡性 所有反向信道 正交擴(kuò)頻，利于調(diào)制，并且用于標(biāo)識(shí)基站 Walsh碼 64 所有前向信道 正交擴(kuò)頻 前向信道化區(qū)分 正交性 4/8/16/32 前向補(bǔ)充信道 128 前向快速尋呼信道 16 反向基本信道 正交擴(kuò)頻 反向信道化區(qū)分 32 反向?qū)ьl信道 2 或 4 反向補(bǔ)充信道 CDMA 關(guān)鍵技術(shù) 功率控制 1. 功率控制目的 CDMA 的功率控制包括 前向功率控制、反向功率控制 。 如果小區(qū)中的所有用戶均以相同功率發(fā)射，則靠近基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn)離基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)弱，導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)，這就是移動(dòng)通信中的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問題。 因?yàn)?CDMA 是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問題更加突出。 CDMA 系統(tǒng)中某個(gè)用戶信號(hào)的功率（包括前反向）較強(qiáng)，對(duì)該用戶被正確接收是有利的，但卻會(huì)增加對(duì)共享的頻帶內(nèi)其它的用戶的干擾，甚至淹沒其它用戶的信號(hào)，結(jié)果使其它用戶通信質(zhì)量劣化，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降。 為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，必須根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整發(fā)射機(jī)所需的功 率，這就是“功率控制” ?！斑h(yuǎn)近效應(yīng)”如下圖所示： 圖 112 CDMA遠(yuǎn)近效應(yīng) 信號(hào)被離基站近的手機(jī)信號(hào) “淹沒 ”，無法通信 一個(gè) MS就能阻塞整個(gè)小區(qū) 功率控制的原則如下： ? 控制基站、移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率 ：首先保證信號(hào)經(jīng)過復(fù)雜多變的無線空間傳輸后到達(dá)對(duì)方接收機(jī)時(shí)，能滿足正確解調(diào)所需的解調(diào)門限。 ? 在滿足上一條的原則下，盡可能降低基站、移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率 ，以降低用戶之間的干擾，使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最優(yōu)。 ? 距離基站越近的移動(dòng)臺(tái)比距離基站越遠(yuǎn)的或者處于衰落區(qū)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率要小 。 2. 前向功控 CDMA的前向信道功率要分配給前向?qū)ьl信道、同步信道、尋呼信道和各個(gè)業(yè)務(wù)信道 ?；拘枰{(diào)整分配給每一個(gè)信道的功率，使處于不同傳播環(huán)境下的各個(gè)移動(dòng)臺(tái)都得到足夠的信號(hào)能量。 前向功率控制的目的就是實(shí)現(xiàn)合理分配前向業(yè)務(wù)信道功率 ，在保證通訊質(zhì)量的前提下，使其對(duì)相鄰基站 /扇區(qū)產(chǎn)生的干擾最小， 也就是使前向信道的發(fā)射功率在滿足移動(dòng)臺(tái)解調(diào)最小需求信噪比的情況下盡可能小 。前向功控的原理如下圖所示： 圖 113 前向功控的原理圖 移動(dòng)臺(tái)通過 Power Measurement Report Message 上報(bào)當(dāng)前信道的質(zhì)量狀況：上報(bào)周期內(nèi)的壞幀數(shù)，總幀數(shù)。 BSC 據(jù)此計(jì)算出當(dāng)前的 FER，與目標(biāo) FER 相比 ，以此來控制基站進(jìn)行前向功率調(diào)整。 3. 1X中的前向快速功率控制 CDMA 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)的容量并不僅僅是取決于反向容量，往往還受限于前向鏈路的容量。這就對(duì)前向鏈路的功率控制提出了更高的要求。 前向快速功率控制 就是實(shí)現(xiàn)合理分配前向業(yè)務(wù)信道功率，在保證通訊質(zhì)量的前提下，使其對(duì)相鄰基站 /扇區(qū)產(chǎn)生的干擾最小，也就是使前向信道的發(fā)射功率在滿足移動(dòng)臺(tái)解調(diào)最小需求信噪比的情況下盡可能小 。通過調(diào)整，既能維持基站與位于小區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)之間的通信，又能在較好的通信傳輸特性時(shí)最大限度地降低前向發(fā)射功率，減少對(duì)相鄰小區(qū)的干擾，增加前向鏈路的相對(duì)容量。 前向快速功率控制分為 前向外環(huán) 功率控制 和 前向閉環(huán) 功率控制 。在外環(huán)使能的情況下，兩種功率控制機(jī)制共同起作用，達(dá)到前向快速功率控制的目標(biāo)。前向快速功率控制雖然發(fā)生作用的點(diǎn)是在基站側(cè)，但是進(jìn)行功率控制的外環(huán)參數(shù)和功率控制比特都是移動(dòng)臺(tái)檢測(cè)前向鏈路的信號(hào)質(zhì)量得出輸出結(jié)果，并把最后的結(jié)果通過反向?qū)ьl信道上的功率控制子信道傳給基 站。原理圖如下圖所示： 圖 114 前向快速功率控制原理 4. 反向功控 在 CDMA 系統(tǒng)的反向鏈路中引入了功率控制，通過調(diào)整用戶發(fā)射機(jī)功率，使各用戶不論在基站覆蓋區(qū)的什么位置和經(jīng)過何種傳播環(huán)境，都能保證各個(gè)用戶信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)具有相同的功率 。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于用戶的移動(dòng)性，使用戶信號(hào)的傳播環(huán)境隨時(shí)變化，致使每時(shí)每刻到達(dá)基站時(shí)所經(jīng)歷的傳播路徑、信號(hào)強(qiáng)度、時(shí)延、相移都隨機(jī)變化，接受信號(hào)的功率在期望值附近起伏變化。 反向功率控制包括三部分 ： 開環(huán)功率控制 、 閉環(huán)功率控制 和 外環(huán)功率控制 。 在實(shí)際系統(tǒng)中，反向功率控制是由上述三種功率控制共同完成的 ，即首先對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率作開環(huán)估計(jì)，然后由閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制對(duì)開環(huán)估計(jì)作進(jìn)一步修正，力圖做到精確的功率控制。 （ 1）反向開環(huán)功控 CDMA 系統(tǒng)的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)都一直在計(jì)算從基站到移動(dòng)臺(tái)的路徑損耗，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到從基站來的信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，表明要么離基站很近，要么有一個(gè)特別好的傳播路徑，這時(shí)移動(dòng)臺(tái) 可降低它的發(fā)送功率，而基站依然可以正常接收；相反，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)很弱時(shí)，它就增加發(fā)送功率，以抵消衰耗，這就是開環(huán)功率控制。開環(huán)功率控制 簡單、直接 ， 不需在移動(dòng)臺(tái)和基站之間交換控制信息 ，同時(shí)控制速度快并節(jié)省開銷。 反向開環(huán)功控的原理如下圖所示： B 圖 115 反向開環(huán)功控的原理圖 （ 2）反向閉環(huán)功控 反向閉環(huán)功控正又分為 內(nèi)環(huán) 和 外環(huán) 兩部分 ， 內(nèi)環(huán) 指基站接收移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)后，將其強(qiáng)度與一門限（下面稱為“閉環(huán)門限”）相比，如果高于該門限，向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送“降低發(fā)射功率”的功率控制指令；否則發(fā)送“增加發(fā)射功率”的指令 。 外環(huán) 的作用是對(duì)內(nèi)環(huán)門限進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整是根據(jù)基站所接收到的反向業(yè)務(wù)信道的指令指標(biāo)（誤幀率）的變化來進(jìn)行的 。通常