初级通信工程师知识点精讲之 N-CDMA（IS-95）简介

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       N-CDMA（IS-95）简介

       我国电信运营商目前除了有GSM公用移动通信网为用户提供数字移动业务外，同时运营着窄带数字移动公用网（N-CDMA）。窄带数字移动系统也属于移动通信的第二代，与GSM的根本区别在于采用了不同的多址技术，GSM采用TDMA,而N-CDMA采用CDMA.因此，N-CDMA与GSM的空中接U（Um）不同，它采用IS-95标准。IS-95系统可以提供语音和速率为14.4kbit/s的数据业务。

       1.IS-95标准

       IS-95是美国电信工业协会（TIA）于1993年公布的窄带码分多址（N-CDMA）移动通信的空中接口技术标准，IS-95标准的主要参数如下。

       使用频段：825-849MHz（上行）或1850-1:910MHz（上行）

       870-894MHz（下行）或1930-1990MHz（下行）

       CDMA码分多址技术，是网络给每一用户分配一个码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其他用户码序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，所产生的信号也称为扩频信号。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、跳频扩频（FH）、跳时扩频（TH）和复合式扩频。其中，被广泛采用于CDMA移动通信网的是直接扩频技术。

       直接扩频就是在发端待传的数字信号直接用扩频码（随机序列）进行扩频调制（见图9-9）。在收端，将已扩的码片解扩，恢复数字信号。扩频码比被扩数字信号的速率高很多，经过扩频后的码片能量谱比原数字信号占带宽得多，因此其抗干扰的性能大大增强。在多用户共享射频信道时，每个用户的信号被不同的扩频码调制，不同用户的扩频码必须相互正交，这样在接收端才能在众多的信号中选出并解调恢复欲接收的数字信号，所以，称之为码分多址。

       采用了CDMA技术的移动网有很多的优越性，比如，因为CDMA网络的抗干扰性能很强，所以瞬时发射功率比较小；CDMA网络中的用户可以以相同的频率同时通信（分配的码不同），这样相邻的基站可以使用相同的频率，可见频率利用率非常高，且在组网规划上不用像TDMA和FDMA系统那样做复杂的射频配置规划。另外，CDMA移动通信网的容量大，通话质量好，频率规划简单，手机电池寿命长，能够实现多种形式的分集（时间分集、空间分集和频率分集）和软切换等。

       2.IS-95系统的无线链路

       在FDMA和TDMA蜂窝系统的组网中，小区和扇区都是靠频率来划分的，即每个小区或扇区都有自己的频点。而CDMA蜂窝系统每个载频占用的频段为1.25MHz带宽，不同的CDMA蜂窝系统可采用不同的载频区分。而对同一个CDMA蜂窝系统的某个载频，则是采用码分选择站址的，即对不同的小区和扇区基站分R不同的码型。

       在IS-95系统中，这些不同的码型是由一个PN码序列生成的，PN序列周期为215=32768个码片（Chip），并将此周期序列每隔64码片移位序列作为一个码，共可得到32768/64=512个码。这就是说，在1.25MHz带宽的CDMA蜂窝系统中，可区分多达512个基站（或扇区站）。

       在一个小区（或扇区）内，基站与移动台之间的信道，是在PN序列上再采用正交序列进行码分的信道。一般将基站到移动台方向的链路称作前向链路（下行），将移动台到基站方向的链路称为反向链路（上行）。前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。利用码分物理信道可以传送不同功能的信息，依据所传送的信息功能不同而分类的信道，称为逻辑信道。

       （1）前向链路

       前向链路中的逻辑信道由导频信道、同步信道、寻呼信道、前向业务信道等组成。

       前向逻辑信道及其功能如下。

       导频信道：基站在此信道发送导频信号（其信号功率比其他信道高20dB）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令信道，例如功率控制信令信息就是在随路信令信道中传送的。

       （2）反向链路

       反向链路中的逻辑信道由接入信道和反向业务信道等组成。

       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。

       反向业务信道：供移动台到基站之间通信，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，如功率控制信道。

       在IS-95中，反向链路的码分物理信道是用周期为2负42平方-1的长PN序列（长码）构成的。长码PNa和PNT分别为反向接入逻辑信道和反向务逻辑信道提供码分物理信道，最多可设置的接入信道数n=32,对应的物理信道为PNt1-PNan,最多可设置的反向业务信道数w=64,对应的物理信道为PNti-PNt。

       3.CDMA系统的同步与定时

       在CDMA通信系统中，系统的同步与定时也是十分重要的。除数字通信本身的同步定时外，CDMA系统还需要建立同步。

       每个基站的标准时钟与CDMA系统的时钟对准，它驱动导频信道的PN序列和帧，以及Walsh函数的定时。当CDMA系统的外部时钟丢失时，系统应能使基站发射定时误差保持在容限之内。全部基站应在CDMA系统时钟的±10哗内发送导引PN序列，基站发送的所有CDMA信道相互定时误差应在±10网之内。定时校正的改变率每200ms应不超过1/8PNchip（即101.725ns）。导频PN序列与Walsh函数（W0）序列间的时间误差应小于±50ns,导颇信道射频载波与同一前向信道中的任何其他信道射频载波之间的相位差不应超过0.05rad.CDMA系统的公共时钟基准是CDMA系统时间，它是采用GPS（全球定位系统）时间标尺，GPS时间标尺跟踪并同步于UTC（世界协调时间〉。

       4.CDMA系统的功率控制

       CDMA功率控制的目的有两个：一个是克服反向链路的远近效应：另一个是在保证接收机的解调性能情况下，尽量降低发射功率，减少对其他用户的干扰，增加系统容量。

       IS-95系统的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

       前向功率控制是基站根据每个移动台传送的信号质景信息（误帧率消息）来调节基站业务信道发射功率的过程，其目的是使所有移动台在保征通信质量的条件下，基站发射功率为最小。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，调节速度也比较低。

       （2）反向功率控制

       反向功率控制是指对移动台发设功率的控制，包括开环、闭环等功率控制。

       移动台的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的过程。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衰耗，并调节移动台的发射功率。接收的信号越强，移动台的发射功率应越小。其目的是使所有移动台到达基站的信号功率相等，以免”远近效应“影响CDMA系统对码分信号的接收。

       需要指出的是，在开环功率控制中，移动台的发射功率的调节是基于前向信道的信号强度，信号强时，发射功率调小；信号弱时，发射功率增大。但是，当前向信道和反向信道的衰落特性不相关时，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。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。

       闭环功率控制是指移动台根据基站发送的功率控制指令来调节移动台的发射功率的过程。基站测量所接收到的每一个移动台的信噪比，并与一个门限相比较，决定发给移动台的功率控制指令是增大还是减少它的发射功率。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，来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。

       5.CDMA系统的切换和漫游

       在CDMA蜂窝系统中，像FDMA蜂窝系统和TDMA蜂窝系统一样，存在移动用户越区切换及漫游。不同的是，在CDMA蜂窝系统中的信道切换可分为硬切换及软切换两大类。

       硬切换是指在载波频率指配不同的基站覆盖小区之间的信道切换。这种硬切换将包括载波频率和导频信道PN序列偏移的转换。在切换过程中，移动用户与基站的通信链路有一个很短的中断时间。

       软切换是指在导频信道的载波频率相同时小区之间的信道切换。这种软切换只是导频信道PN序列偏移的转换，而载波频率不发生变化。在切换过程中，移动用户与原基站和新基站都保持着通信链路，可同时与两个（或多个）基站通信，然后才断开与原基站的链路，而保持与新基站的通信链路。因此，软切换没有通信中断的现象，从而提高了通信质量。

       软切换还可细分为更软切换和软/硬软切换。更软切换是指在同一个小区内的扇区之间的信道切换。因为这种切换只需通过小区基站便可完成，不需通过移动交换中心的处理，所以称之为更软切换。软/硬软切换是指在一个小区内的扇区与另小区或另一小区的扇区之间的信道切换。

       在CDMA系统中，为了区分和管理，将一个系统的覆盖分成若干个网络，而网络又分成区域，区域由若干个基站组成。不同的系统用系统识别码（SID）标记，不同的网络用网络识别码（NID）标记，CDMA的系统和网络划分可由SID与NID决定，如图9-10所示

       如果移动台的归属（SID,NID）与当前所在覆盖区（SID,NID）对应相同时，只存在切换的可能，而不发生漫游。如果移动台的归属与当前所在覆盖区不相同，则说明该移动台用户是漫游用户。

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