【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按照其采用的擴頻調(diào)制方式的不同，可以分為直接序列擴頻（DS）＼跳頻擴頻（FH）跳時擴頻（TH）和復合式擴頻，如圖1所示。直接序列擴頻（DSSS）發(fā)射機和接收機的構(gòu)成如圖2所示。 CDMA蜂窩移動通信網(wǎng)的特點 與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優(yōu)點，其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。CDMA移動通信網(wǎng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術結(jié)合而成，含有頻域、時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，同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復使用，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的機理有關。CDMA是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，我們打個比方，我們將帶寬想象成一個大房子。,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作編碼,在保持高質(zhì)量通話的同時,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?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時門限值根據(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，“先連接再斷開”，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 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)絡規(guī)劃靈活，擴展簡單。 延長手機電池壽命采用功率控制和可變速率聲碼器，手機電池使用壽命延長。建網(wǎng)成本下降。 DSCDMA的基本單元——下面我們簡單介紹DSCDMA應用在第三代移動通信系統(tǒng)中的基本單元，即RAKE接收機、功率控制、軟切換、頻率切換和多用戶檢測?！猂AKE接收機——發(fā)射機發(fā)出的擴頻信號，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，到達接收機時每個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偽碼的碼片的時延，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接收機的基本原理。——功率控制——在DSCDMA系統(tǒng)中，不同用戶發(fā)射的信號由于距基站的距離不同，到達時的功率也不同。距離近的信號功率大，距離遠的功率小，相互形成干擾。這種現(xiàn)象稱為遠近效應。DSCDMA系統(tǒng)要求所有用戶到達基站接收機信號的平均功率要相等才能正常解擴，功率控制就是為解決這一問題。它調(diào)整各個用戶發(fā)射機的功率，使其到達基站接收機的平均功率相等。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?！浨袚Q——移動臺如果與兩個基站同時連接時進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經(jīng)過兩個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。因為處理過程是先通后斷，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)中在一個小區(qū)中有多個載波頻率。例如在熱點小區(qū)中，其頻率數(shù)要多于相鄰小區(qū)。同時在多層小區(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對另一頻率進行測量?！嘤脩粜盘枡z測——目前的CDMA接收機都是基于RAKE接收機原理，它將其他用戶的信號作為干擾來對待。在理想接收機中，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接收機時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，它也能改善遠近效應，通過首先扣除近距離大信號干擾而達到。由于最佳多用戶檢測十分復雜，而在實際上很難實現(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)的關鍵技術 1．功率控制技術 功率控制技術是CDMA系統(tǒng)的核心技術。CDMA系統(tǒng)是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠近效用”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠近效用”，使系統(tǒng)既能維護高質(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)射功率以達到所有移動臺發(fā)出的信號在基站時都有相同的功率。它主要是為了補償陰影、拐彎等效應，所以它有一個很大的動態(tài)范圍，根據(jù)IS—95標準，它至少應該達到正負32dB的動態(tài)范圍。(2)反向閉環(huán)功率控制。閉環(huán)功率控制的設計目標是使基站對移動臺的開環(huán)功率估計迅速做出糾正，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 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碼來進行的，因而要求PN碼自相關性要好，互相關性要弱，實現(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 移動通信信道是一種多徑衰落信道，RAKE接收技術就是分別接收每一路的信號進行解調(diào)，然后疊加輸出達到增強接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個不利因素，而且在CDMA系統(tǒng)變成一個可供利用的有利因素。 4．軟切換技術 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，因而軟切換技術實現(xiàn)起來比TDMA系統(tǒng)要方便容易得多；5．話音編碼技術 目前CDMA系統(tǒng)的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預測編碼(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的話音編碼達到GSM系統(tǒng)的13bit/s的話音水平甚至更好。13bit/s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。 　 CDMA個人通信系統(tǒng)關鍵技術　 個人通信的多址通信技術直接影響個人通信的頻譜利用率、系統(tǒng)容量、小區(qū)結(jié)構(gòu)、業(yè)務能力、設備復雜度和成本，特別是與系統(tǒng)容量大小密切相關。在常見的多址通信技術中，CDMA（碼分多址）通信技術能實現(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，CDMA個人通信將成為今后個人通信的主流和發(fā)展方向。 根據(jù)不同的應用環(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技術集中體現(xiàn)了近20年來擴頻通信技術的研究開發(fā)成果。在此基礎上，許多國家、公司和制造商都在研究開發(fā)不同頻段的CDMA個人通信系統(tǒng)，使CDMA方式在個人通信和移動通信中的應用日臻成熟。 CDMA個人通信系統(tǒng)的空中接口、無線通信部分都參考IS95技術標準，而與交換機的接口，應有3種不同的技術規(guī)范，以適應蜂窩移動通信、無線用戶環(huán)、無線用戶終端的不同應用要求。這樣才能有更大的應用前景，有更多的系統(tǒng)支持，有更大的技術市場。同時，有更大的經(jīng)濟效益和社會效益。 在CDMA個人通信系統(tǒng)的總體設計中，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頻段適合應用于工作小區(qū)較大的蜂窩移動通信系統(tǒng)?！?00 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)的個人通信系統(tǒng)。我們建議CDMA個人通信系統(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)射功率設計，伴隨相應的工作小區(qū)半徑。信號功率和小區(qū)半徑設計為以下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標準，用戶移動臺設有CDMA的入網(wǎng)信道和業(yè)務信道，實際是一個CDMA物理信道采用不同擴頻碼的應用形態(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)不同作適當變動。我們的建議是：對公眾服務的蜂窩移動通信系統(tǒng)，應設有CDMA的導引信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務信道。而CDMA無線用戶環(huán)，可對使用的擴頻碼稍加處理，僅用導引信道、尋呼信道和業(yè)務信道。而無線用戶終端系統(tǒng)，可只設同步信道和業(yè)務信道。 ④ 系統(tǒng)定時 IS95標準的系統(tǒng)定時是采用GPS裝入基站系統(tǒng)完成的，這是一個很好的辦法。我們還建議在某些應用環(huán)境中，由移動交換中心提供高精度定時信號，在移動交換中心到基站有線連接傳播時延準確給定的情況下，可以獲得相當滿意的系統(tǒng)定時性能。 　 CDMA個人通信系統(tǒng)的擴頻編碼采用3層結(jié)構(gòu)。底層是正交擴頻編碼，碼長64，提供CDMA信道，不同的正交碼作為不同的信道。但是，整個通信系統(tǒng)都使用這一組正交擴頻碼。第2層是基站碼，也是擴頻編碼，碼長為2151,不同的基站使用具有不同相位狀態(tài)的擴頻碼。第3層是移動用戶碼，一個用戶一個，各不相同，它是由相當長的擴頻碼（2401～2421）加上移動用戶自身代碼復合而成的。這3層編碼中，對通信特性影響最大的是底層正交擴頻編碼的選取。 IS95標準給出的是Walsh正交碼，它生成容易，應用方便，但其自相關特性極不理想，有相當大的自相關旁瓣，且分布不均勻，直接用于擴頻通信中是不利的。我們研究提出的正交Gold序列，同樣有Walsh碼的完全正交特性，同時具有相當好的自相關特性，自相關旁瓣小，分布集中，利于擴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，并且已在技術研究和系統(tǒng)開發(fā)中實現(xiàn)，能夠隨時給出瞬時相位狀態(tài)。 　 定時同步有兩個含義，一是系統(tǒng)定時，又叫全局定時，如前所述?？刹捎肎PS或移動交換中心時間標準定時。在全局定時的諸多作用中，保證成功進行軟切換是其重要作用之一。由于定時精度要求不低于20 ns，用GPS也不是很容易實現(xiàn)的。其處理復雜度不比使用移動交換中心時間標準定時簡便多少，還受制于人。 另一是移動臺與基站(或系統(tǒng))的定時同步。移動臺要準確置移動用戶碼相位，要實現(xiàn)軟切換要求的、可同時與2個基站通話。移動臺同步定時不準是不行的。這個定時同步采用擴頻相關處理、幀同步和擴頻信號相位傳送相結(jié)合的辦法實現(xiàn)。 擴頻相關處理是CDMA通信的核心和關鍵，現(xiàn)在多采用數(shù)字相關處理，而具體怎么實現(xiàn)卻大有文章。常見的有數(shù)字匹配相關處理和序列相關積分處理兩種。數(shù)字匹配相關處理要預置好擴頻接收的整數(shù)據(jù)周期的編碼數(shù)據(jù)，與輸入信號作逐位匹配相關處理，比較適合給定通信擴頻碼的情況。而CDMA個人通信系統(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，要隨時動態(tài)分配和自動轉(zhuǎn)換，因此采用序列相關積分處理技術來實現(xiàn)擴頻數(shù)字相關處理。 在參照IS95標準的CDMA個人通信系統(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個正交擴頻碼中的一個碼傳送，6bit數(shù)據(jù)不同，選取出的擴頻碼也不同。這就要求基站的接收端在作擴頻解調(diào)時，對64個正交碼同時作相關處理，相應發(fā)送來有正交碼的才有相關輸出，其余63個沒有輸出。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，系統(tǒng)容量就高。因此，64ary擴頻技術被視為IS95的重要技術特征。通常，對64個正交碼，擴頻增益為256,每個擴頻碼元8點取樣，作實時相關處理，共有217=131 072個樣點，對QPSK調(diào)制信號，每個樣點要作4次乘法、6次加法(或減法)，共要作1 310 720次運算。，則要131ms左右；(時鐘至少要100MHz），則要13ms左右。而實際系統(tǒng)最多只能提供200μs的運算時間，否則就不能實時。 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)不同路徑和時延，使接收信號出現(xiàn)起伏和衰落，采用分集合并接收技術是十分有效的抗多徑衰落的方法