窄带系统的组成及工作原理

时间：2022-10-10 百科知识版权反馈

【摘要】：类似于一般移动通信系统，窄带CDMA系统也是由交换子系统、基站子系统、移动台及局间和基站间中继线等要素组成。因此，在窄带CDMA系统中，可区分多达512个基站。在窄带CDMA系统中，前向链路和反向链路的传输结构不同。在窄带CDMA系统中，反向链路的码分物理信道采用周期为242-1的长伪随机序列，可提供94个信道。系统最多可设置62个反向业务信道。通信系统中，将这一现象称为远近效应。在窄带CDMA系统中，功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。

6.5.2　窄带CDMA系统的组成及工作原理

窄带CDMA系统一般指IS-95制式，也称CDMAOne。类似于一般移动通信系统，窄带CDMA系统也是由交换子系统、基站子系统、移动台及局间和基站间中继线等要素组成。其中，移动台与基站的简化工作原理如图6-25所示。

图6-25　CDMA移动台与基站的简化工作原理图

（1）语音编码

由于CDMA系统是一种自干扰式系统，即系统的干扰主要来自系统内部各用户之间，因此，在窄带CDMA系统中，采用了话音激活编码技术。话音激活编码技术是指在用户激烈讲话时利用全速率传送；在缓和讲话时利用低速率传送；在不讲话时用最低的速率只传送背景噪声。采用话音激活编码技术有效减少了对其他用户的干扰，因而也增加了接收端有用信号的信噪比，这表明系统在同样的通话质量下，可以允许更多的用户接入。因此，利用话音激活技术提高容量是CDMA系统的关键技术之一。

综上所述，在窄带CDMA系统中，移动台将用户发出的模拟语音信号经过8kHz采样后，采用QCELP（Qualcomm码激励线性预测）语音编码方式，将信号以1.2～9.6kbit/s的语音速率进行传送。

（2）信道编码

采用卷积编码方案。

（3）交织编码

交织编码的方式是把待发送数据序列按行排成一个m×n的矩阵，然后按列顺序传送（如图6-26所示），收端则按接收的列顺序重新恢复出原来的矩阵，再按行顺序进行译码。

图6-26　交织编码示意图

在窄带CDMA系统中，采用交织编码的目的是在发送数据前改变数字信息的时间顺序，从而把一个由衰落造成的较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码技术（如前向纠错FEC）消除随机差错。

（4）扩频调制

伪随机码（PN）序列周期为2¹⁵＝32 768，并将此周期序列每隔64码片位移序列作为一个码，共有32 768/64＝512个码。因此，在窄带CDMA系统中，可区分多达512个基站。

在一个小区内，基站与移动台之间的信道，是在伪随机序列上再采用正交序列进行码分而得到的。在窄带CDMA系统中，前向链路和反向链路的传输结构不同。

①前向链路（下行）

前向链路中正交信号共有64个Walsh序列码型（每个Walsh序列码型的周期长度均为64），记作W₀，W₁，…，W₆₃，可提供64个信道。这些信道按照传输功能可分为导频信道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道，如表6-3所示。

表6-3　前向链路信道分配情况

·导频信道：基站在此信道发送导频信号（其功率比其他信道高）供移动台识别基站并引导移动台入网。

·同步信道：基站在此信道发送同步信息供移动台建立与系统的定时和同步。

·寻呼信道：基站在此信道寻呼移动台，发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息。

·前向业务信道：供基站到移动台之间通信，用于传送用户业务数据；同时也传送信令信息，传送这种信令信息的信道被称为随路信道，例如功率控制信令信息就是在随路信道中传送的。

②反向链路（上行）

在窄带CDMA系统中，反向链路的码分物理信道采用周期为2⁴²-1的长伪随机序列，可提供94个信道。这些信道按照传输功能可以分为接入信道和反向业务信道。

·接入信道：接入信道是一个随机接入的信道，网内移动台可随机占用此信道发起呼叫及传送应答信息。系统最多可设置32个接入信道。

·反向业务信道：它与前向业务信道一样，用于传送用户业务数据，同时也传送信令信息。系统最多可设置62个反向业务信道。

（5）载波调制

在窄带CDMA系统中，采用QPSK（四相相移键控）调制模式。

（6）功率控制

CDMA系统功率控制的目的为：

①克服反向链路的远近效应；

②在保证接收机解调性能的前提下，尽量降低发射功率，减小对其他用户的干扰，增加系统容量。

远近效应

若网络中所有用户都以相同的功率发射信号，则靠近基站的移动台信号就强，而距基站远的移动台信号则较弱，强信号将会掩盖弱信号。通信系统中，将这一现象称为远近效应。

CDMA是一个自扰系统，所有移动台共同使用同一频率，所以“远近效应问题更加突出”。

CDMA系统中某个移动台信号的功率较强，对该用户的信号被正确接收是有利的，但是会增加对其他用户的干扰，甚至淹没有用信号，结果使其他用户通信质量劣化，导致系统容量下降。为了克服远近效应，需要根据通信距离，实时地调整发射机所需的功率，这就是功率控制。在窄带CDMA系统中，功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。

①前向功率控制（下行）

前向功率控制是基站根据每个移动台传送的信号质量信息来调节基站业务信道发射功率的过程。前向功率控制的目的是使所有移动台在保证通信质量的条件下，基站发射功率最小。因为前向链路的功率控制将影响众多的移动用户通信，所以每次的功率调节量很小，调节范围有限，调节速度也比较慢。

②反向功率控制（上行）

反向功率控制是指对移动台发射功率的控制，使所有移动台到达基站的信号功率相等，以避免“远近效应”影响CDMA系统对码分信号的接收。反向功率控制包括开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。如图6-27所示。

图6-27　反向功率控制过程

·开环功率控制

开环功率控制是指移动台根据接收的基站信号强度来调节移动台发射功率。系统内的每个移动台，根据其接收到的前向链路信号强度来判断传播路径损耗，并调节移动台的发射功率，如图6-28（a）所示。接收信号越强，移动台的发射功率应越小。

反向开环功率控制简单、直接、迅速，不需要在移动台和基站之间交换控制信息。但值得注意的是，由于前向和反向传输使用的频率不同，频差远远超过信道的相干带宽，因而当前向和反向信道的衰落特征不相关时，基于前向信道的信号测量是不能反映反向信道传播特性的。

反向开环功率控制主要利用移动台前向接收功率和反向发射功率之和为一常数来进行控制。因此，开环功率控制仅是一种对移动台平均发射功率的调节。为了能准确估算出反向信道的衰落，对移动台发射功率要进行准确的调节，还需要采用闭环功率控制的方法。

·闭环功率控制

闭环功率控制是指，基站检测来自移动台的信号强度或信噪比，根据测得结果与预定的标准值相比较，决定发给移动台的功率控制指令是增大还是减小发射功率，并将形成的功率调整指令通过前向功率控制子信道通知移动台；移动台将接收到的功率控制指令与移动台的开环估算相结合，从而确定移动台应发射的功率值。在功率控制的闭环调节中，基站起主导作用，如图6-28（b）所示。

·外环功率控制

在反向闭环功率控制中，信噪比门限不是恒定的，而是处于动态调整中。这个动态调整的过程就是反向外环功率控制。

在反向外环功率控制中，基站统计接收反向信道的误帧率（FER）。若误帧率高于误帧率门限值，说明反向信道衰落较大，需要通过上调信噪比门限来提高移动台的发射功率；若误帧率低于误帧率门限值，则通过下调信噪比门限来降低移动台的发射功率，如图6-28（c）所示。

图6-28　三种反向功率控制方式

在实际系统中，反向功率控制是由上述三种功率控制共同完成的，即首先对移动台发射功率作开环估计，然后由闭环功率控制和外环功率控制对开环估计作进一步修正，力图做到精确控制移动台的发射功率。

（7）RAKE接收机

RAKE接收机也称为多径接收机。由于无线信道复杂，基站发出的信号可能会经过不同路径到达接收机，经过不同路径到达移动台的信号到达时间是不同的，如果两个信号到达移动台处的时间差超过一个信号码元的宽度，RAKE接收机就可以将其分别成功解调，进而将分离的多径信号进行矢量相加（即对不同时间到达移动台的信号进行不同的时间延迟使其同相后合并），达到抗多径衰落的目的，提高移动台的接收能力。如图6-29所示。