CDMA通信原理(4)

RA100001 CDMA通信原理 第2章 数字移动通信技术

2.5 软容量功率控制比特是连续发送的，速率为每比特1.25ms（即800bit/s）。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率，步长为1dB/比特。基站发送的功率控制比特比反向业务信道延迟2*1.25 ms。 一个功率控制比特的长度正好等于前向业务信道两个调制符号的长度（即104.66us）。每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号，这个技术就是通常所说的符号抽取技术。 反向外环与闭环功率控制如图2-3所示：

发送功率PC：功率控制（POWER CONTROL）接收Eb/Nt接收PC命令设定所需Eb/No移动PC信道V/S1％FER台上/下：800Hz测量Eb/Nt从基站传来的BTS语音帧(50Hz)BSC或MSC闭环外环

图2-3 反向外环与闭环功率控制示意图

3. 前向功率控制

基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率，当误帧率超过预定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1％，每15～20ms进行一次调整。下行链路低速控制调整的动态范围是±6dB。移动台的报告分为定期报告和门限报告。

对于CDMA系统，用户数与服务级别存在比较灵活的关系，运营商可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，来增加可用信道数，提高系统容量。 软容量是通过CDMA系统的呼吸功能来实现的。

呼吸功能是CDMA系统中特有的改善用户相互干扰、合理分配基站容量的功能。它是指相邻基站间，如果某基站覆盖区正在通话的用户数量较多时，该基站的用户之间会产生较大的干扰，这时，该基站可通过降低该基站的导频信道的发射功率使部分用户通过软切换切换到负荷较轻相邻基站中去，从而降低该基站的负荷，减轻该基站的干扰，这是所谓的“呼”功能；当该基站的用户数量减少、干扰减轻时，该基站又可增加导频信道的发射功率，将相邻基站的用户通过软切换纳入自己的覆盖区域，这是所谓的“吸”功能。CDMA

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第2章 数字移动通信技术

系统实现呼吸功能的本质在于其可以方便的控制各个基站的覆盖范围和系统能够实现软切换，通过改变基站的覆盖范围来调整各个基站下面使用用户的容量，CDMA系统通过呼吸功能，实现相邻基站之间的容量均衡，降低各个基站内部的用户干扰，从整个系统考虑是增加了容量。

2.6 软切换

切换是指将一个正在进行的呼叫从一个小区转移到另一个小区的过程。切换是用于无线传播、业务分配、激活操作维护、设备故障等原因而产生。 CDMA系统中的切换有两类：硬切换和软切换。 1. 硬切换

硬切换是指在切换的过程中，业务信道有瞬时的中断的切换过程。硬切换包括以下两种情况：

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同一MSC中的不同频道之间； 不同MSC之间。

2. 软切换（Soft Handoff）

软切换是指在切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。手机在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，手机同时接收多个基站（大多数情况下是两个）的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条件后手机才切断同原来基站的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。软切换包括以下四种情况：

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同一基站的两个扇区之间；（ 如果切换发生在两个相同频率的扇区之间的话，这种切换称为更软切换（Softer Handoff））； 不同基站的两个小区之间；

不同基站的小区和扇区之间的三方切换； 不同基站控制器之间。

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3. 软切换的实现

能够实现软切换的原因在于：1、CDMA系统可以实现相邻小区的同频复用；2、手机和基站对于每个信道都采用多个RAKE接收机，可以同时接收多路信号，在软切换过程中各个基站的信号对于手机来讲相当于是多径信号，手机接收到这些信号相当于是一种空间分集。

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导频：指导频信道

导频集合：指所有具有相同频率但不同 PN码相位的导频集。

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有效导频集：与正在联系的基站相对应的导频集合。

候选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该导频相对应的基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。

相邻导频集：当前不在有效导频集或候选导频集里但又根据某种算法被认为很快就可以进入候选导频集里的导频集合。

剩余导频集：不被包括在相邻导频集。候选导频集和有效导频集里的所有其它导频的导频集合。

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软切换过程如图2-4所示：

a、当导频强度达到T_ADD，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集合；

b、基站发送一个切换指示消息；

c、移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息； d、当导频强度掉到T_DROP 以下时，移动台启动切换去掉定时器； e、切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息； f、基站发送一个切换指示消息；

g、移动台把导频从有效导频集移到相邻导频集并发送切换完成消息。

导频强度T_ADDT_DROPa相邻集b候选集c有效集defg相邻集时间

图2-4 软切换实现过程

2.7 地址码的选择

地址码选择的要求：所选的地址码应能提供足够数量的相关函数特性尖锐的码系列，保证信号经过地址码解扩后具有较高的信噪比。地址码提供的码序列应接近白噪声特性，同时编码方案简单，保证具有较快的同步建立速度。

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1. 伪随机序列

伪随机序列（PN码）具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。CDMA系统中采用 m序列。

m序列定义：“最长线性反馈移位寄存器序列”的简称。如果 r 级线性移位寄存器序列的周期是P＝2R－1，则该移位序列为 m序列。 m序列的基本性质

a、周期是P＝2R－1。一个周期内，1 的个数是2r-1，0 的个数是2r-1-1，遍历的状态数为2r－1。

b、在一个周期内，共有2r－1个游程。长度为r 的1游程和长度为r-1的0 游程各有一个。

c、m序列和其移位后的序列逐位模2 相加，所得的序列还是m 序列，只是相位不同。

d、具有双值自相关特性。 2. PN 码的码捕获

CDMA中，PN 码的码捕获采用两段搜索算法，实现快速捕获。实现过程如下：

a、在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调PN 码的一小段，如果没有超过门限，则表明在该相位无有用信号，将相位后移一段，再作相关解调。

b、如果超过门限了，在该相位再做更长一段PN码的相关解调，以判定该相位是否有有用信号。

c、每次移PN 码的半个比特的长度。 3. PN 码在CDMA中的应用

在前向信道中，长度为242-1的m序列被用作对业务信道进行扰码（注意不是用作扩频，在前向信道中是使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为215-1的m序列被用作对前向信道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个比特，这样，最多有512个不同的相位可用。

在反向信道中，长度为242-1的m序列被用作直接进行扩频，每个用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户的ESN（移动台的电子序号）计算

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出来，这些 m序列的相位是随机分布且不会重复的。长度为215-1的PN 码也被用作对反向业务信道进行正交调制，其相位偏置为0 。

2.8 分集技术

分集技术是指系统同时接收衰落互不相关的两个或更多个输入信号后，系统分别解调这些信号然后将他们相加，这样系统可以接收到更多有用信号，克服衰落。

移动通信信道是一种多径衰落信道，发射的信号要经过直射、反射、散射等多条传播途径才能达到接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度、时延及相位随时随地发生变化，所以接收到的信号的电平是起伏、不稳定的，这些多径信号相互叠加就会形成衰落。叠加后的信号幅度变化符合瑞利分布，又称瑞利衰落。瑞利衰落随时间急剧变化时，称为“快衰落”。快衰落严重衰落深度达到20~30dB。瑞利衰落的中值场强只产生比较平缓的变化，称为“慢衰落”，且服从对数正态分布。

分集技术是克服叠加衰落的一个有效分发。由于具有频率、时间、空间的选择性，因此分集技术包括频率分集、时间分集、空间分集。

减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线或在不同场地分别发射和接收信号，以保证各信号之间的衰落独立。

根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道带宽相关带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号不相关，市区的相关带宽一般为50kHz左右，郊区的相关带宽一般为250kHz左右。而CDMA的一个信道带宽为1.23MKz，无论在市区还是郊区都远远大于相关带宽的要求，所以CDMA的宽带传输本身就是频率分集。

时间分集是利用基站和移动台的RAKE接收机来完成的。对于一个信道带宽为1.23MHz的CDMA系统，当来自两个不同路径信号的时延为1us时，也即这两条路径相差大约300m时，RAKE接收机就可以将它们分别提取出来而不混淆。

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