【文章內(nèi)容簡介】 具有低載獲概率的性能——● 具有抗窄帶干擾的能力——CDMA按照其采用的擴(kuò)頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴(kuò)頻（DS）＼跳頻擴(kuò)頻（FH）跳時(shí)擴(kuò)頻（TH）和復(fù)合式擴(kuò)頻，如圖1所示。直接序列擴(kuò)頻（DSSS）發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的構(gòu)成如圖2所示。 CDMA蜂窩移動通信網(wǎng)的特點(diǎn) 與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中一部分是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來的。CDMA移動通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高，同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，所要求的載干比(C／I)小于1，容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢。 系統(tǒng)容量大理論上CDMA移動網(wǎng)比模擬網(wǎng)大20倍。實(shí)際要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大45倍。 系統(tǒng)容量的靈活配置：這與CDMA的機(jī)理有關(guān)。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，我們打個(gè)比方，我們將帶寬想象成一個(gè)大房子。,屋里的空氣可以被想象成寬帶的載波,而不同的語言即被當(dāng)作編碼,在保持高質(zhì)量通話的同時(shí),我們就可以容納更多的用戶。 通話質(zhì)量好：CDMA系統(tǒng)話音質(zhì)量很高，聲碼器可以動態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當(dāng)?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時(shí)門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質(zhì)量。另外CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點(diǎn)。 頻率規(guī)劃簡單用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡單。 延長手機(jī)電池壽命采用功率控制和可變速率聲碼器，手機(jī)電池使用壽命延長。建網(wǎng)成本下降。 DSCDMA的基本單元——下面我們簡單介紹DSCDMA應(yīng)用在第三代移動通信系統(tǒng)中的基本單元，即RAKE接收機(jī)、功率控制、軟切換、頻率切換和多用戶檢測?！猂AKE接收機(jī)——發(fā)射機(jī)發(fā)出的擴(kuò)頻信號，在傳輸過程中受到不同建筑物、山崗等各種障礙物的反射和折射，到達(dá)接收機(jī)時(shí)每個(gè)波束具有不同的延遲，形成多徑信號。如果不同路徑信號的延遲超過一個(gè)偽碼的碼片的時(shí)延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別開來。將這些不同波束分別經(jīng)過不同的延遲線，對齊以及合并在一起，則可達(dá)到變害為利，把原來是干擾的信號變成有用信號組合在一起。這就是RAKE接收機(jī)的基本原理?！β士刂啤贒SCDMA系統(tǒng)中，不同用戶發(fā)射的信號由于距基站的距離不同，到達(dá)時(shí)的功率也不同。距離近的信號功率大，距離遠(yuǎn)的功率小，相互形成干擾。這種現(xiàn)象稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。DSCDMA系統(tǒng)要求所有用戶到達(dá)基站接收機(jī)信號的平均功率要相等才能正常解擴(kuò)，功率控制就是為解決這一問題。它調(diào)整各個(gè)用戶發(fā)射機(jī)的功率，使其到達(dá)基站接收機(jī)的平均功率相等。功率控制的原理有兩種類型：開環(huán)控制與閉環(huán)控制。開環(huán)控制主要是用戶根據(jù)測量到的幀差錯概率來調(diào)整發(fā)射功率，而閉環(huán)功率控制則由基站根據(jù)收到移動臺發(fā)來的信號測量其信干比（SIR）發(fā)出指令，調(diào)整移動臺發(fā)射機(jī)的功率。對于下行鏈路的功率控制主要是用來減少對鄰小區(qū)的干擾。——軟切換——移動臺如果與兩個(gè)基站同時(shí)連接時(shí)進(jìn)行的切換稱為軟切換。在CDMA系統(tǒng)中軟切換可以減少對于其它小區(qū)的干擾，并通過宏分集還可以改善性能。更軟切換則指的是一個(gè)小區(qū)內(nèi)不同扇區(qū)問的軟切換。軟切換的原理如下：移動臺在上行鏈路中發(fā)射的信號被兩個(gè)基站所接收，經(jīng)解調(diào)后轉(zhuǎn)發(fā)到基站控制器（BSC），下行鏈路的信號也同時(shí)經(jīng)過兩個(gè)基站再傳送到移動臺。移動臺可以將收到的兩路信號合并，起到宏分集的作用。因?yàn)樘幚磉^程是先通后斷，故稱為軟切換，而一般的硬切換則是先斷后通?！l率間切換——3G CDMA系統(tǒng)中在一個(gè)小區(qū)中有多個(gè)載波頻率。例如在熱點(diǎn)小區(qū)中，其頻率數(shù)要多于相鄰小區(qū)。同時(shí)在多層小區(qū)結(jié)構(gòu)中，微小區(qū)有不同的頻率而不同于重疊在一起的宏小區(qū)，因此，存在不同頻率之間的切換。有效的處理過程可以采用壓縮模式或雙接收機(jī)對另一頻率進(jìn)行測量?！嘤脩粜盘枡z測——目前的CDMA接收機(jī)都是基于RAKE接收機(jī)原理，它將其他用戶的信號作為干擾來對待。在理想接收機(jī)中，如將所有用戶信號都檢測出來，則可把其他用戶信號從總信號中減掉，則保存有用信號。在DSCDMA系統(tǒng)采用RAKE接收機(jī)時(shí)其容量是干擾受限的系統(tǒng)。多用戶信號檢測，或稱為聯(lián)合檢測與干擾消除技術(shù)則提供了一種有效地減少多址干擾的方法，從而增加了系統(tǒng)的容量。同時(shí)，它也能改善遠(yuǎn)近效應(yīng)，通過首先扣除近距離大信號干擾而達(dá)到。由于最佳多用戶檢測十分復(fù)雜，而在實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。目前研究得最多的還是次最佳多用戶信號檢測器。 CDMA移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 1．功率控制技術(shù) 功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠(yuǎn)近效用”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效用”，使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信，又不對其他用戶產(chǎn)生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分為僅由移動臺參與的開環(huán)功率控制和移動臺、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。(l)反向開環(huán)功率控制。它是移動臺根據(jù)在小區(qū)中接受功率的變化，調(diào)節(jié)移動臺發(fā)射功率以達(dá)到所有移動臺發(fā)出的信號在基站時(shí)都有相同的功率。它主要是為了補(bǔ)償陰影、拐彎等效應(yīng)，所以它有一個(gè)很大的動態(tài)范圍，根據(jù)IS—95標(biāo)準(zhǔn)，它至少應(yīng)該達(dá)到正負(fù)32dB的動態(tài)范圍。(2)反向閉環(huán)功率控制。閉環(huán)功率控制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對移動臺的開環(huán)功率估計(jì)迅速做出糾正，以使移動臺保持最理想的發(fā)射功率。(3)前向功率控制。在前向功率控制中，基站根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整每個(gè)移動臺的發(fā)射功率，其目的是對路徑衰落小的移動臺分派較小的前向鏈路功率，而對那些遠(yuǎn)離基站的和誤碼率高的移動臺分派較大的前向鏈路功率。2．PN碼技術(shù) PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區(qū)分是靠PN碼來進(jìn)行的，因而要求PN碼自相關(guān)性要好，互相關(guān)性要弱，實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡單等。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用一種基本的PN序列——m序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。3．RAKE接收技術(shù) 移動通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號進(jìn)行解調(diào)，然后疊加輸出達(dá)到增強(qiáng)接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個(gè)不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個(gè)可供利用的有利因素。 4．軟切換技術(shù) 先連接，再斷開稱之為軟切換。CDMA系統(tǒng)工作在相同的頻率和帶寬上，因而軟切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比TDMA系統(tǒng)要方便容易得多；5．話音編碼技術(shù) 目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預(yù)測編碼(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的話音編碼達(dá)到GSM系統(tǒng)的13bit/s的話音水平甚至更好。13bit/s的話音編碼已達(dá)到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預(yù)測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個(gè)矢量碼表代替。 　 CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)　 個(gè)人通信的多址通信技術(shù)直接影響個(gè)人通信的頻譜利用率、系統(tǒng)容量、小區(qū)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)能力、設(shè)備復(fù)雜度和成本，特別是與系統(tǒng)容量大小密切相關(guān)。在常見的多址通信技術(shù)中，CDMA（碼分多址）通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量，并且有抗干擾、軟切換、同頻利用、接入方便等優(yōu)點(diǎn)，CDMA個(gè)人通信將成為今后個(gè)人通信的主流和發(fā)展方向。 根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境和使用要求，可構(gòu)成各種各樣的CDMA系統(tǒng)，最典型的是IS95 CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)。IS95涉及的CDMA技術(shù)集中體現(xiàn)了近20年來擴(kuò)頻通信技術(shù)的研究開發(fā)成果。在此基礎(chǔ)上，許多國家、公司和制造商都在研究開發(fā)不同頻段的CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)，使CDMA方式在個(gè)人通信和移動通信中的應(yīng)用日臻成熟。 CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)的空中接口、無線通信部分都參考IS95技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而與交換機(jī)的接口，應(yīng)有3種不同的技術(shù)規(guī)范，以適應(yīng)蜂窩移動通信、無線用戶環(huán)、無線用戶終端的不同應(yīng)用要求。這樣才能有更大的應(yīng)用前景，有更多的系統(tǒng)支持，有更大的技術(shù)市場。同時(shí)，有更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 在CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，有許多基本參數(shù)是必須考慮的。 ?、?工作頻帶 國際上通行的800MHz～900MHz頻段、～、～，都可考慮在CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)中使用。由于這些頻段的大氣傳播特性、城市傳播特性的不同，80MHz～900 MHz頻段適合應(yīng)用于工作小區(qū)較大的蜂窩移動通信系統(tǒng)。～～900 MHz理想，但仍有較好的傳播特性，比較適合較小區(qū)、微小區(qū)的個(gè)人通信系統(tǒng)。我們建議CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)使用1800MHz～1825MHz(前向),1875MHz～1900MHz(反向)。～，在CDMA無線用戶終端系統(tǒng)中應(yīng)用。 ② 信號功率和小區(qū)半徑 信號功率按用戶移動臺的天線發(fā)射功率設(shè)計(jì)，伴隨相應(yīng)的工作小區(qū)半徑。信號功率和小區(qū)半徑設(shè)計(jì)為以下3種：信號功率(最大)為1W,小區(qū)半徑(最大)為10km～15km；信號功率(最大)為500mW,小區(qū)半徑(最大)為5km～8km；信號功率(最大）為100mW，小區(qū)半徑（最大）為2km～3km。 移動臺可以根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境作不同的信號功率和小區(qū)半徑選擇，而不改變其它工作狀態(tài)。 ③ 信道配置 參照IS95標(biāo)準(zhǔn)，用戶移動臺設(shè)有CDMA的入網(wǎng)信道和業(yè)務(wù)信道，實(shí)際是一個(gè)CDMA物理信道采用不同擴(kuò)頻碼的應(yīng)用形態(tài)，對我們提出的3種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何一種都是適用的。但前向信道（基站發(fā)往移動臺）的配置卻可以根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同作適當(dāng)變動。我們的建議是：對公眾服務(wù)的蜂窩移動通信系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)有CDMA的導(dǎo)引信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道。而CDMA無線用戶環(huán)，可對使用的擴(kuò)頻碼稍加處理，僅用導(dǎo)引信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道。而無線用戶終端系統(tǒng)，可只設(shè)同步信道和業(yè)務(wù)信道。 ④ 系統(tǒng)定時(shí) IS95標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)定時(shí)是采用GPS裝入基站系統(tǒng)完成的，這是一個(gè)很好的辦法。我們還建議在某些應(yīng)用環(huán)境中，由移動交換中心提供高精度定時(shí)信號，在移動交換中心到基站有線連接傳播時(shí)延準(zhǔn)確給定的情況下，可以獲得相當(dāng)滿意的系統(tǒng)定時(shí)性能。 　 CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻編碼采用3層結(jié)構(gòu)。底層是正交擴(kuò)頻編碼，碼長64，提供CDMA信道，不同的正交碼作為不同的信道。但是，整個(gè)通信系統(tǒng)都使用這一組正交擴(kuò)頻碼。第2層是基站碼，也是擴(kuò)頻編碼，碼長為2151,不同的基站使用具有不同相位狀態(tài)的擴(kuò)頻碼。第3層是移動用戶碼，一個(gè)用戶一個(gè)，各不相同，它是由相當(dāng)長的擴(kuò)頻碼（2401～2421）加上移動用戶自身代碼復(fù)合而成的。這3層編碼中，對通信特性影響最大的是底層正交擴(kuò)頻編碼的選取。 IS95標(biāo)準(zhǔn)給出的是Walsh正交碼，它生成容易，應(yīng)用方便，但其自相關(guān)特性極不理想，有相當(dāng)大的自相關(guān)旁瓣，且分布不均勻，直接用于擴(kuò)頻通信中是不利的。我們研究提出的正交Gold序列，同樣有Walsh碼的完全正交特性，同時(shí)具有相當(dāng)好的自相關(guān)特性，自相關(guān)旁瓣小，分布集中，利于擴(kuò)頻通信的同步捕捉和跟蹤穩(wěn)定。因此，我們建議使用正交Gold序列，并且已在技術(shù)研究和系統(tǒng)開發(fā)中實(shí)現(xiàn)，能夠隨時(shí)給出瞬時(shí)相位狀態(tài)。 　 定時(shí)同步有兩個(gè)含義，一是系統(tǒng)定時(shí)，又叫全局定時(shí)，如前所述。可采用GPS或移動交換中心時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)。在全局定時(shí)的諸多作用中，保證成功進(jìn)行軟切換是其重要作用之一。由于定時(shí)精度要求不低于20 ns，用GPS也不是很容易實(shí)現(xiàn)的。其處理復(fù)雜度不比使用移動交換中心時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)簡便多少，還受制于人。 另一是移動臺與基站(或系統(tǒng))的定時(shí)同步。移動臺要準(zhǔn)確置移動用戶碼相位，要實(shí)現(xiàn)軟切換要求的、可同時(shí)與2個(gè)基站通話。移動臺同步定時(shí)不準(zhǔn)是不行的。這個(gè)定時(shí)同步采用擴(kuò)頻相關(guān)處理、幀同步和擴(kuò)頻信號相位傳送相結(jié)合的辦法實(shí)現(xiàn)。 擴(kuò)頻相關(guān)處理是CDMA通信的核心和關(guān)鍵，現(xiàn)在多采用數(shù)字相關(guān)處理，而具體怎么實(shí)現(xiàn)卻大有文章。常見的有數(shù)字匹配相關(guān)處理和序列相關(guān)積分處理兩種。數(shù)字匹配相關(guān)處理要預(yù)置好擴(kuò)頻接收的整數(shù)據(jù)周期的編碼數(shù)據(jù)，與輸入信號作逐位匹配相關(guān)處理，比較適合給定通信擴(kuò)頻碼的情況。而CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)采用3層編碼結(jié)構(gòu)，用戶碼、基站碼、CDMA信道的正交碼都不同，要隨時(shí)動態(tài)分配和自動轉(zhuǎn)換，因此采用序列相關(guān)積分處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻數(shù)字相關(guān)處理。 在參照IS95標(biāo)準(zhǔn)的CDMA個(gè)人通信系統(tǒng)研究中，最困難的是反向信道(移動臺到基站)的64ary擴(kuò)頻調(diào)制的解調(diào)處理。移動臺向基站發(fā)送信息，按6bit數(shù)據(jù)來選取64個(gè)正交擴(kuò)頻碼中的一個(gè)碼傳送，6bit數(shù)據(jù)不同，選取出的擴(kuò)頻碼也不同。這就要求基站的接收端在作擴(kuò)頻解調(diào)時(shí)，對64個(gè)正交碼同時(shí)作相關(guān)處理，相應(yīng)發(fā)送來有正交碼的才有相關(guān)輸出，其余63個(gè)沒有輸出。這種方法有較高的信息傳輸速率，有更好的信息數(shù)據(jù)調(diào)制特性，即Eb/N。大。Eb/N。大，CDMA通信的多址能力就強(qiáng)，系統(tǒng)容量就高。因此，64ary擴(kuò)頻技術(shù)被視為IS95的重要技術(shù)特征。通常，對64個(gè)正交碼，擴(kuò)頻增益為256,每個(gè)擴(kuò)頻碼元8點(diǎn)取樣，作實(shí)時(shí)相關(guān)處理，共有217=131 072個(gè)樣點(diǎn)，對QPSK調(diào)制信號，每個(gè)樣點(diǎn)要作4次乘法、6次加法(或減法)，共要作1 310 720次運(yùn)算。，則要131ms左右；(時(shí)鐘至少要100MHz），則要13ms左右。而實(shí)際系統(tǒng)最多只能提供200μs的運(yùn)算時(shí)間，否則就不能實(shí)時(shí)。 在移動通信中，由于城市建筑物和地形地貌的影響，電波傳播必然會出現(xiàn)不同路徑和時(shí)延，使接收信號出現(xiàn)起伏和衰落，采用分集合并接收技術(shù)是十分有效的抗多徑衰落的方法