CDMA的几个基本概念

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1.      什么是CDMA？

CDMA（code division multiple access）是一种多址接入技术，实现手段是采用直接序列扩譜调制方式。CDMA系统的特点是，用户共用同一频带，容量大，话质好，掉话率低。CDMA仅可通过扩展频譜调制实现，而扩展频譜调制并不意味着CDMA。CDMA移动通信系统容量是FM/FDMA系统容量的10倍以上，是FD/TDMA系统容量的5倍以上；该类系统可实现话音加密、软切换等功能，其服务质量、性能/价格比具有明显优势；其关键技术有功率控制技术、变速率声码器技术等。 2．直扩系统原理

扩频系统中传输用带宽远大于信息带宽，其特点是抗干扰能力强、保密性好、容量大。IS-95A规定的CDMA移动通信系统采用直接序列扩譜方案，了解直扩系统的基本组成有助于理解CDMA系统原理。直扩系统发射、接收示意图如下：
              图2-1    直扩系统发射侧示意图
                   图2-2  直扩系统接收侧示意图由上图可见，经扩频处理后接收侧射频信噪比可大大降低。对某一特定用户信号，基站解调前仅解扩该用户信号，而其它用户信号带宽仍为W；接收机滤波器的带宽与用户信息带宽匹配（与基带信号带宽相当，远小于W），故其它用户产生的干扰经滤波后其剩余量很少，如此可确保足够高的Eb/No值。例：采用直扩方案，W=1.2288MHz，假定要求的Eb/No=6dB，信息数据速率R=9600bps，系统抗干扰余量为     Margin=10lLog10(1.2288*106/9600)-6=21.1-6=15.1dB 3．Walsh码的作用

IS-95A定义的CDMA系统采用64阶Walsh涵数，它们在前、反向链路中的作用是不同的。对于前向链路：依据两两正交的Walsh序列，将前向信道划分为64个码分信道，码分信道与Walsh序列一一对应。Walsh序列码速率与PN码速率相同，均为1.2288MHz。前向多址接入方案由采用正交Walsh序列实现；一个编码比特周期对应一个Walsh序列（64chip）。对于反向链路：Walsh序列作为调制码使用，即64阶正交调制。6个编码比特对应一个64位的Walsh序列（64阶Walsh编码后的数据速率为307.2kcps，经用户PN长码加扰/扩频，生成1.2288Mcps码流；该码流经PNI、PNQ短码覆盖、滤波等处理后交由RFS发射）。 4．PN码的作用

使用伪噪声序列的目的有：1）数据加扰，使信息数据信号“噪声”化；并可保证各用户信号间尽可能正交；2）扩譜，将低速率信息比特流转化为1.2288M符号流，增强抗干扰能力。采用PN码的原因：若使用完全随机的序列进行加扰、扩频，则解调时无法恢复信息比特。所采用的扩譜序列既要有高度的随机特性，又能可控地复现；PN序列满足这些要求。 5．BPSK、QPSK CDMA比较

1）BPSK CDMA只用一个PN序列扩展信息码流频譜，QPSK CDMA采用PNI、PNQ两个PN序列扩展信息码流，QPSK的信道利用率是BPSK的2倍。2）BPSK CDMA 的用户干扰功率是载波相位的函数，而QPSK CDMA用户干扰功率与载波相位变化无关。对于前向链路，因有Pilot辅助，采用相干解调，可弥补QPSK包络的强烈波动造成的影响；对于反向，使用OQPSK是因为其包络波动小（没有快速相位变化），便于接收机接收和处理。  6. CDMA 的特点

采用CDMA 系统的主要原因是它潜在的高频谱效率，即它在一定的带宽里能够支持更多的移动台用户。系统关键部分的设计，如功率控制（power control）和软切换（soft handoff），在实现并增强它的大容量性能的同时，保证了通话质量。另外，调制方式更使CDMA 系统具有突出的优点，例如动态容量和通话的保密性等。
  6.1 容量

规划和运营CDMA 系统的根本原因是出于对容量的考虑。将容量简单地定义为能同时支持的移动台数量。
在每条链路上，CDMA信号共享同一频谱（即射频载波），每个移动台采用一个唯一的码序列扩频，对于其它任意一个移动台来说，这一移动台信号看起来就成了宽带干扰。功率控制就是通过调整移动台信号功率来减少这种干扰，使每个移动台的信号以最小的功率满足所需的话音质量要求。
6.1.1 反向链路

为了接入一个呼叫，CDMA移动台必须有足够的功率去克服出于同一频带内其它移动台产生的干扰，也就是说，在基站收到的信号必须达到一定的信噪比要求。移动台所需的发射功率不仅取决于移动台到基站的距离，而且取决于总干扰电平（即小区负载）。
每增加一个呼叫，在所有移动台看来，干扰电平都会增加，相应地，为了保证呼叫的完整性，每个移动台都会适当地提高自己的发射功率，这种调整反过来又提高了下一个移动台所必须克服的干扰电平。这种过程自身不断重复，直至一个新的移动台无法在基站获得满意的话音质量，此时系统就达到了它的容量极限。
6.1.2 前向链路

基站发射功率所受的限制在根本上决定了前向链路容量的上限。前向链路信号包括用户的业务信息，移动台用到的扇区特定的导频信号，以及其它信号（如同步信号、寻呼信号），基站的总功率分配在这些信号中。当要求分配的功率总和超过了所能得到的发射功率时，新增加的移动台就无法获得系统的支持。
每个移动台需要达到的最小信干比决定了功率的分配。分配给同一个小区内其它移动台的功率和从相邻基站接受到的功率一样都会成为干扰。采用正交编码能消除这些干扰的一部分，这是因为它能使接收机抑制发射给其它移动台的信号，但是，多径效应限制了这种干扰的筛选能力。
相当大的一部分的功率必须分配给扇区导频，这一要求进一步限制了前向链路的功率分配。因为所有的移动台都利用扇区导频来捕获和跟踪基站，所以扇区导频非常重要。因此，当剩余的功率在分配给各移动台之后，不足以满足移动台的信干比要求时，容量就达到了极限。
6.2 功率控制

容量限制可以通过使系统总干扰电平最小来达到极限，也就是说，控制所有的CDMA信号，使它们以最低的功率电平满足信号干扰比要求。功率控制能保证每个用户信号即能符合最低的通信要求，同时又避免对其它用户信号产生不必要的干扰。
功率控制在前向链路采用闭环控制算法，在反向链路上采用开环－闭环控制算法。开环功率控制机制的基础是对能够影响输出结果的参数进行测量，而闭环功率控制的基础则是直接测量输出结果。
反向链路的功率控制确保了基站处每个移动台所需的最小的信干比。在开环路径上，移动台通过估计从基站到移动台的路径损耗来进行功率调整，移动台对接收信号的总功率进行测量，构成了估计的基础。这些功率调整补偿了与前向和反向链路相关的路径损耗的相对变化。在闭环路径上，基站估计从移动台来的信号的信干比，并发出适当的功率调整命令，从而补偿不相关的路径损耗的变化（如多径衰落）和其它干扰源造成的干扰。最终的基站发射功率是综合考虑这两条控制路径的结果。
前向链路功率控制确保了每一移动台所需的最小信干比要求。在闭环功率控制中，移动台基于接收信号的误帧率来请求前向链路的功率调整。
6.3 软切换

CDMA提供了多种机制来保证软切换功能的健壮性（robust），即当一个移动台从一个小区穿过边界来到另一个小区时，还能保证原有的通信。其中最主要的机制是软切换，移动台能够得到多达三个小区的同时支持，这个过程使移动台在离开其服务基站（主基站）之前，就已经与它可能到达的小区建立联系。另外，由此所产生的分集增益也提高了边缘区域的链路质量。同时，功率控制的运用保证了移动台在不断增加距离的同时，不会不恰当地提高发射强度，从而成为附近基站的主要干扰源。
CDMA软切换与硬切换有几方面的差异。硬切换需要中断业务信道，而在CDMA软切换中，因为每一个小区复用同一个频率，所以不需要每到一个小区就切换信道。而且，与原有的服务基站间的联系还未中断之前，和新的基站间的联系就已经建立起来了，所以不会发生业务信道被中断的情况。切换过程之所以具有健壮性，因为移动台在断掉与旧的基站的联系之前就已和新的基站建立了通信，这一过程被称为“先建立，后断开”（make-before-break），与此相对的是“先断开，后建立”（break-before-make）。
6.4 话音激活

使用话音激活技术可以提高系统的容量。在一次双向通话中，链路的平均利用率大约为50%，如果发射机随着话音活动情况而改变发射功率，由大量移动台产生的干扰将会降低一倍（激活因子为2），干扰的降低自然就会直接转化为系统容量的增加。因为所有的用户都使用同一信道，所以对话音激活的利用是可以实现的。
7 导频信号

        术语‘导频信号’指一个导频信道，用一个导频信号序列偏置和一个载频标明。
      导频信号集的所有导频信号具有相同的CDMA载频。移动台搜索导频信号以探测现有的CDMA信道并测量它们的强度。当移动台探测了一个导频信号具有足够的强度，但并不与任何分配给它的前向业务信道相联系时，它就发送一条导频信号强度测量消息至基站。基站接着能安排一个与那个导频信号相联系的前向业务信道给移动台并且指示移动台开始切换。
      相对于移动台来说，在某一载频下，所有不同偏置的导频信号被分类为如下集合：
u  有效导频信号集：分配给移动台的与前向业务信道相联系的导频信号。
u  候选导频信号集：当前不在有效导频信号集里，但是已经具有足够的强度，能被成功解调的导频信号。
u  相邻导频信号集：由于强度不够，当前不在有效导频信号集或候选导频信号集内，但是可能会成为有效集或候选集的导频信号。
u  剩余导频信号集：在当前CDMA载频上，当前系统里的所有可能导频信号集（PILOT_INCs的整数倍），但不包括在相邻导频信号集，候选导频信号集和有效导频信号集里的导频信号。
导频集合示意图   在移动台空闲状态，当移动台监视寻呼信道时，它在当前CDMA频率指配中(CDMACHs)搜索最强的导引信道信号。搜索性能指标在EIA/TIA/IS-98双模式宽带扩频蜂窝移动台最小性能标准中定义。
      此搜索功能进行如下：
l  有效导引信号：对于有效导引信号集,导引信号的搜索窗口应为对应于表35的SRCH_WIN_As指定的PN码片数。移动台的搜索窗口以有效导引信号集中最早到来的可用导引信号多径成分为中心。如果移动台收到的SRCH_WIN_Ar值大于或等于13，它将存储并使用在SRCH_WIN_As中的值13。
l  相邻导引信号集：对于相邻导引信号集,导引信号的搜索窗口应为对应于表35的SRCH_WIN_As指定的PN码片数。对于相邻导引信号集中的每个导引信号，移动台应以移动台定时参考(见6.1.5.1)定义的PN序列偏置为搜索窗口中心。

l  剩余导引信号集： 对于剩余导引信号集,导引信号的搜索窗口应为对应于表35的SRCH_WIN_As指定的PN码片数。对于剩余导引信号集中的每个导引信号，移动台应以移动台定时参考(见6.1.5.1)定义的