【文章內(nèi)容簡介】 2022 標準的頻率制定1992 年負責全球無線頻率管理和分配的 WARC92 大會根據(jù)當時 CCIR 對未來陸地移動通信需要頻率的估算，確定在 2GHz 周圍總共辟出 230MHz 頻帶作為第三代移動通信系統(tǒng)的專用頻率：1885~2025MHz、2110~2200MHz 作為 2022 年以后的全球性移動通信使用，其中衛(wèi)星通信使用的頻段 1980~2022MHz 和 21702200MHz 最遲到 2022 年退出。1995 年 WRC 大會作出決議，對分配給移動衛(wèi)星業(yè)務的頻率又做了少量變動，為第二大區(qū)增加了 20222025MHz 和 21602170MHz 頻段，且要求退出頻率的時間提前到 2000 年。IMT2022 將使用 1875~1975MHz 和 2110~2160MHz 兩段頻率，目前各國及國際組織對移動通信頻率的劃分也各不相同。3G 頻率劃分如下圖 11 所示，圖 11　3G 頻率劃分5. 目前對 3G 的研究目前 ITU 對 3G 的研究工作主要由 3GPP 和 3GPP2 來承擔。3GPP：是以 WCDMA 為基礎，集合了 Erission，Nokia，Simense 等歐洲公司以及日本的 NTT，韓國的一些公司，共同研究 3G 的組織。3GPP2：是以 CDMA2022 為基礎，集合了 Qualm，Lucent 等美國公司及日本的4 / 85ARIB，韓國的一些公司，共同研究 3G 的組織。6. 3G 的 RTT 技術IMT2022 中最關鍵的是無線傳輸技術（RTT ） 。為了確定 IMT2022 RTT 的關鍵技術，ITU 對多種無線接入方案（衛(wèi)星接入除外）進行了艱難的融合，以盡可能達到形成統(tǒng)一的 RTT 標準的目的。但是，經(jīng)過一年多的研究之后，ITU 發(fā)現(xiàn)要想獲得不同 RTT 技術間的完全融合是根本行不通的。因此，1999 年 11 月，ITU TG8/1 在芬蘭舉行的會議上通過了“IMT2022 無線接口技術規(guī)范” ，最終確定了 IMT2022 可用的 5 種 RTT 技術，這些技術覆蓋了歐洲與日本的 WCDMA、美國的 cdma2022 和中國的 TDSCDMA。? WCDMA 是歐洲和日本提出的寬帶 CDMA 標準，并且雙方已經(jīng)達成一致，彼此間差異很小。其技術特點是：頻分雙工，可適應多種速率和多種業(yè)務；前向鏈路快速功率控制、反向鏈路相干解調(diào)；支持不同載頻間切換，基站之間無須同步，適用于高速環(huán)境。? CDMA2022 是北美基于 IS95 系統(tǒng)演變而來的。其技術特點是：反向鏈路相干接收、前向鏈路發(fā)送分集；基站之間由 GPS 同步；與 IS95 兼容性好，技術成熟、風險小，綜合經(jīng)濟技術性能好。? TDSCDMA 是中國第一次向 ITU 提出的擁有自主知識產(chǎn)權的提案，它基于 TDMA 和同步 CDMA 技術的標準。其技術特點是：時分雙工（TDD ） ，并結合了智能天線和軟件無線電等多種先進技術。7. CDMA2022 標準演進CDMA2022 技術的完整演進過程如 Error! Reference source not 所示。圖 12　CDMA2022 技術的演進過程　　 真正在全球得到廣泛應用的第一個 CDMA 標準是 IS95A，這一標準支持 8K 語音編碼服務、13K 語音編碼服務，其中 13K 語音編碼服務質(zhì)量已非常接近有線電話的語音質(zhì)量。隨著移動通信對數(shù)據(jù)業(yè)務需求的增長，1998 年 2 月，美國 Qualm 公司宣布 IS95B 標準用于 CDMA 基礎平臺。IS95B 提升了 CDMA 系統(tǒng)性能，并增加了用戶移動通信設備的數(shù)據(jù)流量，提供對 64 kbit/s 數(shù)據(jù)業(yè)務的支持。采用 IS95 規(guī)范的 CDMA 系統(tǒng)統(tǒng)稱為 CDMA One。5 / 85對應 CDMA2022 技術的演進過程，CDMA 各階段系統(tǒng)的描述如表所示。1 / 85表 11 CDMA 系統(tǒng)演進 系統(tǒng) 速率 業(yè)務 階段CDMAOne（IS95A，IS95B） kbit/s，64 kbit/s語音/數(shù)據(jù) 2GCDMA2022 1x kbit/s 語音/數(shù)據(jù) CDMA2022 1x EVDO Mbit/s 以上 數(shù)據(jù) 3GCDMA2022 1x EVDV 4 M bit/s 以上 語音/數(shù)據(jù) 3G 多址技術多址技術使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻分多址（FDMA ） 、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式。0 用模型表示了這三種方法簡單的一個概念. tfc信 道 1信 道 3信 道 2信 道 N… FDMA tfc信道1TDMA信道3信道2信道N… tfcCDMA信 道 1信 道 3信 道 2信 道 N… 圖 13　三種多址方式概念示意圖FDMA 是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信的，TDMA 是以不同的時隙實現(xiàn)通信的， CDMA 是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信的 . 頻分多址頻分，有時也稱之為信道化，就是把整個可分配的頻譜劃分成許多單個無線電信道（發(fā)射和接收載頻對） ，每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。在系統(tǒng)的控制下，任何一個用戶都可以接入這些信道中的任何一個。模擬蜂窩系統(tǒng)是 FDMA 結構的一個典型例子，數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中也同樣可以采用 FDMA，比如 GSM 和 CDMA 系統(tǒng)也采用了 FDMA。2 / 85 時分多址時分多址是在一個帶寬的無線載波上，按時間（或稱為時隙）劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在這一指定的時隙內(nèi)收（或發(fā)）信號，故稱為時分多址。此多址方式在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中采用，GSM 系統(tǒng)也采用了此種方式。TDMA 是一種較復雜的結構，最簡單的情況是單路載頻被劃分成許多不同的時隙，每個時隙傳輸一路突發(fā)式信息，TDMA 中關鍵部分為用戶部分，每一個用戶分配給一個時隙（在呼叫開始時分配） ，用戶與基站之間進行同步通信，并對時隙進行計數(shù)。當自己的時隙到來時，移動臺就啟動接收和解調(diào)電路，對基站發(fā)來的突發(fā)式信息進行解碼。同樣，當用戶要發(fā)送信息時，首先將信息進行緩存，再將信息以加倍的速率發(fā)射出去，然后又開始積累下一次突發(fā)式傳輸。TDMA 的一個變形是在一個單頻信道上進行發(fā)射和接收，稱之為時分雙工（ TDD） 。其最簡單的結構就是利用兩個時隙，一個發(fā)一個收。當移動臺發(fā)射時基站接收、基站發(fā)射時移動臺接收，交替進行。TDD 具有 TDMA 結構的許多優(yōu)點：突發(fā)式傳輸、不需要天線的收發(fā)共用裝置等等。它的主要優(yōu)點是可以在單一載頻上實現(xiàn)發(fā)射和接收，而不需要上行和下行兩個載頻，不需要頻率切換，因而可以降低成本。TDD 的主要缺點是滿足不了大規(guī)模系統(tǒng)的容量要求。 碼分多址碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同的碼序列實現(xiàn)的多址方式，它不像 FDMA、TDMA 那樣把用戶的信息從頻率和時間上進行分離，它可在一個信道上同時傳輸多個用戶的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。其關鍵是信息在傳輸以前要進行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會丟失原來的信息。有多少個互為正交的碼序列，就可以有多少個用戶同時在一個載波上通信。每個發(fā)射機都有自己唯一的代碼（偽隨機碼） ，同時接收機也知道要接收的代碼，用這個代碼作為信號的濾波器，接收機就能從所有其他信號的背景中恢復成原來的信息碼（這個過程稱為解擴） 。CDMA 按照獲得帶寬信號所采取的調(diào)制方式分為直接序列擴頻（DS） 、跳頻（FH）和跳時（TH） ，如下 0 所示：3 / 85198。181。194。202。202。177。188。228。DSFHTH圖 14　三種 CDMA 擴頻方式概念示意圖 擴頻通信原理 擴頻通信基本概念所謂擴展頻譜通信，可定義如下：擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息所必需的最小帶寬；頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制的方法實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關；在接收端則用相同的擴頻碼進行相關解調(diào)來解擴及恢復所傳信息數(shù)據(jù)。此定義包括四方面的內(nèi)容：(1) 信號的頻譜被展寬了；(2) ，在時間上有限的信號，因此，如果用很窄的脈沖序列被所傳的信息調(diào)制，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列；(3) 采用的擴頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)是無關的，也就是說它與一般的正弦波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍?，擴頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用；(4) 在接收端用相關解調(diào)來解擴。 擴頻通信的基本原理擴頻通信的基本原理如圖 15 所示：4 / 85圖 15　擴頻通信基本原理在發(fā)端輸入的信息(比特率 bit)先經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號(符號率 symbol） ，然后由擴頻發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜(碼片率 chip)。展寬后的信號調(diào)制到射頻發(fā)送出去，在收端接收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列去解擴，最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復成原始信息輸出。由此可見，一般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行三次調(diào)制和相應的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應的信息解調(diào)，擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列（DS）擴頻，跳頻（FH）擴頻，跳時（TH）擴頻，線性調(diào)頻（ Chirp）擴頻，以及上述幾種方式的組合。 擴頻通信的理論基礎在擴頻通信中采用寬頻帶的信號來傳送信息，主要是為了通信的安全可靠，這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點來解釋。信息論中的仙農(nóng)（Shannon）公式描述如下：其中 C信道容量（比特/ 秒）N噪聲功率W信道帶寬（赫茲）S信號功率此公式原意是說：在給定信號功率 S 和白噪聲功率 N 的情況下，只要采用某種編碼系統(tǒng)，我們就能以任意小的差錯概率，以接近于 C 的傳輸信息的速率來傳送信息。但同時此公式也指出，在保持信息傳輸速率 C 不變的條件下，我們可以用不同頻帶寬度 W 和信噪功率比 S/N 來傳輸信息。換句話說，頻帶 W 和信噪比 S/N 是可以互換的。如果增加頻帶寬度，就可以在較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯概率來傳輸信息。甚至在信號被噪聲湮沒的情況下，只要相應地增加信號帶寬，也能保持5 / 85，即用擴展頻譜的方法以換取信噪比的增益。下圖 16 顯示出了擴頻和解擴的全過程圖 16　擴頻、解擴原理圖由此，我們可以看出，擴頻通信具備以下優(yōu)點：? 隱蔽性和保密性好? 多個用戶可以同時占用相同頻帶，實現(xiàn)多址? 抗衰落、抗多徑干擾? 抗干擾能力強 CDMA 碼序列地址碼和擴頻碼的設計是碼分多址體制的關鍵技術之一。具有良好的相關特性和隨機性的地址碼和擴頻碼對碼分多址通信是非常重要的，對系統(tǒng)的性能具有決定的作用，它直接關系到系統(tǒng)的多址能力，關系到抗干擾、抗噪聲、抗截獲的能力及多徑保護和抗衰落的能力，關系到信息數(shù)據(jù)的隱蔽和保密，關系到捕獲與同步系統(tǒng)的實現(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)分不同移動用戶；(2)多速率(多媒體 )業(yè)務地址：用于多媒體業(yè)務中區(qū)分不同速率類型的業(yè)務；(3)信道地址：用于區(qū)分每個小區(qū)或每個扇區(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，以移動臺為主；(3) 、(4) 多用于正向信道，以基站為6 / 85主。 Walsh 碼Walsh 碼（又稱為 Walsh 函數(shù)）有著良好的互相關和較好的自相關特性，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。它有多種等價定義方法，最常用的是 Hadamard 編號法。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 CDMA2022 1X 中，Walsh 碼用于進行前向擴頻，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用如圖 18 所示。圖 18 中，Walsh 碼在 CDMA 中的應用基站在相同頻率下同時發(fā)送幾條信道，一個扇區(qū)下的所有手機都將收到包含所有信道的復合信號，并且必須識別需要解調(diào)的信道。用 Walsh 碼區(qū)分這些前向信道的方法是：每個扇區(qū)有 64 個不同的 Walsh 碼，每個 Walsh 碼是 64Chips，每一個 Walsh 碼經(jīng)過擴頻后分配給一條信道，擴頻速率是 。在手機終端，接收到的信號應與所需信道的 Walsh 碼相關。圖 18　Walsh 碼前向信道區(qū)分圖7 / 85基站在相同頻率下同時發(fā)送幾條信道，一個扇區(qū)下的所有手機都將收到包含所有信道的復合信號，并且必須識別需要解調(diào)的信道。用 Walsh 碼區(qū)分這些前向信道的方法是：每個扇區(qū)有 64 個不同的 Walsh 碼，每個 Walsh 碼是 64Chips，每一個 Walsh 碼經(jīng)過擴頻后分配給一條信道，擴頻速率是 。在手機終端，接收到的信號應與所需信道的 Walsh 碼相關。前向信道包括導頻、同步、尋呼、前向業(yè)務信道等。導頻信道占用 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)務信