《2.7-窄帶CDMA的基本原理解析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2.7-窄帶CDMA的基本原理解析（28頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,*,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,*,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),4.功率把握,,CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，它的通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小。假設基站接收到移動臺的信號功率太低，則誤比特率大，而無法保證高質(zhì)量通信;反之，假設基站接收到某一移動臺功率太高，雖然保證了該移動臺與基站向印通信質(zhì)量，卻對其他移動臺增加了干擾，導致整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量惡化、容量減小。只有當每個移動臺的放射功率把握到基站所需信噪

2、比的最小值時，通信系統(tǒng)的容量才到達最大值。,,在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，為了解決遠近效應問題，同時避開對其他用戶過大的干擾，必需承受嚴格的功率把握。功率把握除了反向鏈路的開環(huán)功率把握和閉環(huán)功率把握外，還有正向鏈路功率把握，CDMA功率把握框如圖2-32所示。,上一頁,下一頁,返回,圖2-32 CDMA系統(tǒng)功率把握方框圖,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),(1)反向鏈路的功率把握,,反向鏈路功率把握就是把握各移動臺的放射功率的大小，可分為開環(huán)功率把握和閉環(huán)把握。,,①開環(huán)功率把握。承受反向鏈路的開環(huán)功率把握的前提條件是假設上、下行傳輸損耗一樣。移動臺接收并測量基站發(fā)來的信號強度，估量下行傳輸損耗;然后，依

3、據(jù)這種估量，移動臺自行調(diào)整其放射功率。接收信號增加時，就降低其放射功率;接收信號減弱時，就增加其放射功率，試圖使全部移動臺發(fā)出的信號在到達基站時都有一樣的標稱功率，這完全是一種移動臺自主進展的功率把握。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),開環(huán)功率把握只是對發(fā)送電平的粗略估量，因此，它的反響時間不應太快，也不應太慢。如反響太快，在開機或遇到陰影、拐彎效應時，開環(huán)起不到應有的作用;而假設太快，將會由于前向鏈路中的快衰落而鋪張功率，由于前、反向衰落是兩個相對獨立的過程，移動臺接收的尖峰式功率很有可能是由于干擾形成的。依據(jù)很多測試結(jié)果，響應時間常數(shù)選擇為20ms~30 ms。,上一頁,

4、下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),開環(huán)功率把握是為了補償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應，它必需要有一個很大的動態(tài)范圍。依據(jù)CDMA空中接口標準，至少應到達1 32 dB的動態(tài)范圍。在實現(xiàn)時，移動臺只通過測量接收功率來估量發(fā)送功率，而不需要進展任何前向鏈路的解調(diào)。,,開環(huán)功率把握的優(yōu)點是簡潔易行，不需要在移動臺和基站間交換把握信息，因而不僅把握速度快而且節(jié)省開銷。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),②反向閉環(huán)功率把握。實際上，上、下行鏈路的衰落特性是相互獨立的，即開環(huán)功率把握的前提條件并不成立，開環(huán)只能是一種粗略的功率把握。反向閉環(huán)功率把握是由基站檢測移動臺的信號強

5、度或信噪比，依據(jù)測得結(jié)果與預定值比較，產(chǎn)生功率調(diào)整指令，并通知移動臺調(diào)整其放射功率。,,在反向閉環(huán)功率把握中，基站起著很重要的作用。閉環(huán)把握的設計目標是使基站對移動臺的開環(huán)功率估量快速作出訂正，以使移動臺保持最抱負的放射功率。這種對開環(huán)的快速訂正，解決了前向鏈路和反向鏈路間增益允許度和傳輸損耗不一樣的問題。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),一個功率把握比特的長度正好等于前向業(yè)務信道兩個調(diào)制符號的長度(即104. 166us)。每個功率把握比特將替代兩個連續(xù)的前向業(yè)務信道調(diào)制符號，這個技術(shù)就是通常所說的符號抽取技術(shù)。在這種狀況下，功率把握比特將按Eb的能量發(fā)送，Eb為9 600

6、 bit/s速度時前向業(yè)務信道每個信息比特的能量，如圖2-33所示。功率把握比特在前向業(yè)務信道中進展數(shù)據(jù)擾碼后插到數(shù)據(jù)流中，在功率把握子信道上傳送。,,圖2-33中X取值與傳輸速率有關(guān)，當速率為9. 6 kbit/s時，X=2;當速率為4. 8 kbit/s時，X=4;當速率為2. 4 kbit/s時，X=8;當速率為1. 2 kbit/s時，X=16。全部未替代的調(diào)制符以一樣的功率發(fā)送，相鄰幀的功率電平可能不同。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),一個功率把握比特的長度正好等于前向業(yè)務信道兩個調(diào)制符號的長度(即104. 166us)。每個功率把握比特將替代兩個連續(xù)的前向業(yè)務信

7、道調(diào)制符號，這個技術(shù)就是通常所說的符號抽取技術(shù)。在這種狀況下，功率把握比特將按Eb的能量發(fā)送，Eb為9 600 bit/s速度時前向業(yè)務信道每個信息比特的能量，如圖2-33所示。功率把握比特在前向業(yè)務信道中進展數(shù)據(jù)擾碼后插到數(shù)據(jù)流中，在功率把握子信道上傳送。,,圖2-33中X取值與傳輸速率有關(guān)，當速率為9. 6 kbit/s時，X=2;當速率為4. 8 kbit/s時，X=4;當速率為2. 4 kbit/s時，X=8;當速率為1. 2 kbit/s時，X=16。全部未替代的調(diào)制符以一樣的功率發(fā)送，相鄰幀的功率電平可能不同。,上一頁,下一頁,返回,圖2-33 功率把握子信道的構(gòu)造和替代,2.2

8、 窄帶CDMA系統(tǒng),基站接收機應測量全部移動臺的信號強度，測量周期為1. 25 ms?；窘邮諜C利用測量結(jié)果，分別確定對各個移動臺的功率把握比特值(“0”或“1” )，然后，基站在相應的前向業(yè)務信道上將功率把握比特發(fā)送出去，因此，基站發(fā)送功率把握比特比反向業(yè)務信道延遲2 x 1. 25 ms。因此，反向閉環(huán)功率把握中，只有在緊隨移動臺放射時隙后的其次個1. 25 ms時隙內(nèi)收到的功率把握比特才被認為是有效的。另外，在非連續(xù)放射過程中，當放射機關(guān)掉時移動臺將無視收到的功率把握比特。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),在開環(huán)功率把握的根底上，移動臺將供給適1 24 dB的閉環(huán)調(diào)整范

9、圍。,,在軟切換時，移動臺可獲得兩個或兩個以上基站供給的效勞，因此，移動臺可能同時收到兩個或兩個以上的功率把握命令，假設既有上調(diào)又有下降的功控指令，則執(zhí)行功率下降的指令。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),(2)正向鏈路的功率把握,,在正向鏈路功率把握(或稱前向功率把握)中，基站依據(jù)移動臺供給的測量結(jié)果，調(diào)整對每個移動臺的放射功率，其目的是對路徑衰落小的移動臺安排較小的前向鏈路功率，而對那些遠離基站和誤碼率高的移動臺安排較大的前向鏈路功率，使任一移動臺無論處于蜂窩小區(qū)的任何位置上，收到基站發(fā)來的信號電平都恰好到達信干比所要求的門限值。前向功率把握可避開基站向距離近的移動臺輻射過

10、大的信號功率，也可防止或減小由于移動臺進入傳播條件劣窮或背景干擾過大的地區(qū)而產(chǎn)生較大的誤碼率，引起通信質(zhì)量的下降。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),基站通過移動臺發(fā)送的前向誤幀率FER的報告預備增加或減小放射功率。移動臺的報告分為定期報告和門限報告。定期報告就是隔確定時間匯報一次，門限報告就是當FER到達確定門限值時才報告。這個門限值是由運營者依據(jù)對語音質(zhì)量的不同要求設置的。這兩種報告方式可同時使用，也可只用一種，或者兩種都不用，這可依據(jù)運營者的具體要求來設定。,,基站收到調(diào)整功率的報告后，調(diào)整其放射功率前向功率把握的最大調(diào)整范圍為±6 dB。,,上述前向功率把握屬于閉環(huán)方式

11、，也可承受開環(huán)方式，即可由基站檢測來自移動臺的信號強度，以估量反向傳輸?shù)膿p耗并相應調(diào)整發(fā)給該移動臺的功率,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),5.數(shù)據(jù)擾碼,,數(shù)據(jù)擾碼的作用是為通信供給保密，數(shù)據(jù)擾碼又稱為數(shù)據(jù)掩蔽，利用基站和手機的數(shù)據(jù)擾碼器來產(chǎn)生。數(shù)據(jù)擾碼器的工作原理如圖2-34所示。信息數(shù)據(jù)經(jīng)卷積編碼、塊穿插器等處理后，數(shù)據(jù)速率為19. 2 kbit/s，與受用戶掩碼把握的 19. 2 kbit/s偽隨機PN碼信號模2相加后，輸出保密的數(shù)據(jù)。19. 2 kbit/s偽隨機PN碼信號由一個長碼發(fā)生器經(jīng)64分頻獲得長碼發(fā)生器是一個由42級移位存放器構(gòu)成的m序列，通常將該序列稱為PN

12、長碼，其周期為P = 242-1，每個碼片的寬度為Tc = 1/1. 2288 MHz，碼率為1.2288 Mchip/s。長碼發(fā)生器還受用戶掩碼的把握。,上一頁,下一頁,返回,圖2-34 數(shù)據(jù)擾碼器工作原理方框圖,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),6.信道編碼,,在CDMA通信系統(tǒng)內(nèi)，信道編碼承受卷積編碼和穿插編碼，來完成糾錯、檢錯的任務。,,卷積編碼技術(shù)既可以訂正隨機過失，也可以訂正突發(fā)過失。它是由一些移位存放器和模2加法器等組成。在輸入1位信息碼元時，可同時取得n位附加監(jiān)視碼元，由1位輸入信息碼元和n位附加監(jiān)視碼元組合起來，可組成卷積碼的1個分組(即1個碼字=n+1位)。其中監(jiān)視碼元不僅與本組

13、輸入的信息碼元有關(guān)，還與前面的以存入移位存放器的信息碼元有關(guān)系。監(jiān)視碼元的數(shù)量依據(jù)糾錯要求確定。通常用(m, 1)來表示卷積要求，把m+1稱為卷積碼的約束長度，把m-1 =n稱為監(jiān)視碼元的位數(shù)，監(jiān)視碼元由移位存放器和模2加法器產(chǎn)生，移位存放器的個數(shù)m=n+1。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),以形成(3,1)卷積碼為例，爭論卷積碼的形成過程，卷積編碼器的構(gòu)造如圖2-35所示圖中SR表示移位存放器，移位存放器的個數(shù)為3, mj表示輸入信息碼元依據(jù)要求，編碼后每位信息元有3-1 =2個監(jiān)視元，監(jiān)視元Pj1 ,Pj2由模2加法器生成，生成方程如下:,,,,通過編碼器后，每位輸出為m

14、j , Pj1 ,Pj2 ，將這個輸出稱為碼長為3位，信息碼元為1位的(3, 1)卷積碼編成一組，信息碼元位數(shù)與碼長的比值稱為碼率，(3，l)卷積碼的碼率為1/3從監(jiān)視方程可知，監(jiān)視碼元不僅與當前碼元信息有關(guān)，還和前面的碼元信息有關(guān)。,上一頁,下一頁,返回,圖2-35 〔3，1〕卷積編碼器,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),假設輸入信息碼元為011001，依據(jù)上述方法，則輸出的編碼將為000, 111, 100, 010, 010,011,101,…。需要留意的是，SR初始狀態(tài)均為0。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),值得提出的是一種(2,1)的卷積碼，其碼率為1/2,它的監(jiān)視位只

15、有1位，既可以訂正突發(fā)誤差，又可以訂正隨機誤差，得到廣泛應用。圖2-36為(2, 1)卷積碼的編碼器原理圖，編碼時監(jiān)視方程為:,,,隨著卷積編碼器存放器個數(shù)m的增加，糾錯力氣增加，過失率按指數(shù)下降。但是糾錯力氣它是以犧牲傳輸速率來換取的。,,CDMA系統(tǒng)的穿插編碼與GSM系統(tǒng)的穿插編碼一樣，也是把原有碼元挨次打亂，摻入新的碼元，將數(shù)據(jù)重新排列和安排。穿插編碼可有效地訂正隨機過失，它也可以把突發(fā)過失分散成為隨機過失，從而到達訂正突發(fā)過失的目的。穿插編碼不像卷積編碼那樣增加碼元，在穿插編碼前后，數(shù)碼傳輸速率不變。,上一頁,下一頁,返回,圖2-36 〔2，1〕卷積編碼器,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),

16、7.話音編碼,,目前，CDMA通信系統(tǒng)的語音編碼主要是QCELP語音編碼技術(shù)，即碼鼓舞線性猜測編碼。系統(tǒng)的語音編碼效果遠遠超過GSM系統(tǒng)的語音水平，所以CDMA網(wǎng)絡及系統(tǒng)運營商宣稱其通話是“無線通信，有線質(zhì)量”。,,①Q(mào)CELP編/解碼過程。QCELP主要是使用碼表矢量量化差值信號，然后，基于語音的激活程度產(chǎn)生一個可變的輸出數(shù)據(jù)速率。對于典型的雙方通話，受均輸出數(shù)據(jù)速率比最高數(shù)據(jù)速率差不多可以下降2倍甚至更多。,,語音編碼過程是提取語音參數(shù)，并將參數(shù)量化的過程。該過程應當使最終合成的語音與原始語音的差異盡量小。下面介紹編碼過程及相關(guān)參數(shù)的選擇。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng)

17、,首先，對輸入的語音8 kHz抽樣，緊接著將其分成20 ms長的幀，每一幀含160個抽樣(該抽樣并沒有被量化)。依據(jù)這160個抽樣的語音幀，生成包含三種參數(shù)子幀(線碼激性猜測編碼濾波器參數(shù)、音調(diào)參數(shù)、碼表參數(shù))的參數(shù)幀，三種參數(shù)不斷被更新，更新后的參數(shù)被依據(jù)確定的幀構(gòu)造傳送到接收端。線性猜測編碼濾波器參數(shù)在任何數(shù)據(jù)速率下以每20 ms(即一幀)更新一次，對該參數(shù)編碼的比特數(shù)隨所選擇數(shù)據(jù)速率的變化而變化，如表2-2所示。同樣，碼表參數(shù)更新的次數(shù)也是不等的，它也隨所選擇數(shù)據(jù)速率的變化而變化。,,在各種速率下，參數(shù)幀的構(gòu)造如圖2-37所示。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),圖2-3

18、7中，每一個參數(shù)幀對應一個160抽樣的語音幀。LPC子幀里的數(shù)字表示在該速率下對LPC系數(shù)編碼所用的比特數(shù)音調(diào)合成子幀中的每一塊都代表在這一幀里的一次音調(diào)參數(shù)更新，而數(shù)值則表示對更新的音調(diào)聲源編碼所用的比特數(shù)。例如，對速率1(對應最高速率)，音調(diào)參數(shù)在每一幀里被更新4次，每次使用10 bit對新的音調(diào)聲源編碼。請留意在速率1/8(對應最高速率的1/8)時沒有進展音調(diào)參數(shù)更新，這是由于在這種狀況下通常沒有語音，所以也就不需要音調(diào)參數(shù)。同樣，碼表子幀中的每一塊都代表在這一幀的一次碼表參數(shù)被更新，而里面的數(shù)字則表示對更新的碼表聲源編碼所用的比特數(shù)。例如，對速率1，碼表參數(shù)在每一幀里被更新8次，每次使

19、用10 bit對新的碼表聲源編碼。從圖2-37中可以看出，更新次數(shù)是隨著數(shù)據(jù)速率的下降而降低。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),語音解碼過程是從數(shù)據(jù)流中解包，得到接收的參數(shù)，并且依據(jù)這些參數(shù)重組語音信號的過程。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),QCELP的語音合成模型如圖2-38所示。首先對不同的速率，承受兩種不同的方法選出矢量。當速率為最高速率的1/8時，任選一個偽隨機矢量;對于其他速率，通過索引I‘從碼表里指定相應的矢量，該矢量增加增益常數(shù)l后，又被音調(diào)合成濾波器濾波，該濾波器的特性是由音調(diào)參數(shù)L’和b‘把握的。這一輸出又被線性猜測編碼濾波器濾波，該濾波

20、器的特性是由濾波系數(shù)ɑ’1 ~ ɑ‘10預備的。這樣就輸出了一個語音信號，該語音信號又被最終一級自適應濾波器濾波。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),②QCELP中數(shù)據(jù)速率的選擇。QCELP為可交速率的碼鼓舞線性猜測編碼方式，其數(shù)據(jù)速率的選擇是基于每幀的能量與三個門限的比較，而三個門限的選擇則是基于對背景噪聲電平的估量。每一幀的能量是由自相關(guān)函數(shù)R (0)預備的，R (0)與三個門限值T1(Bi),T2(Bi), T3(Bi)比較，其中Bi表示背景噪聲電平。假設R (0)大于全部三個門限，就選擇速率1;假設R (0)大于兩個門限，就選擇速率1/2;假設R (0)只大于一個門限，就選擇速率1/4;假設R (0)小于全部三個門限，選擇速率1/8。除此之外，速率的選擇還應符合以下規(guī)章:,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),第一，數(shù)據(jù)速率每幀只允許下降一個級別。比方，假設前一幀的速率是1，而當前幀依據(jù)上面的選擇是1/4或1/8，那么只能選擇速率1/2。,,其次，當CDMA使用半速率技術(shù)時.即使當前幀依據(jù)門限選擇是速率1.而實際只能選擇速率1/2。,,在每一幀的速率被預備前，三個門限也分別被更新一次。首先，背景噪聲的電平是由前一幀的背景噪聲電平和前一幀的自相苯函數(shù)R (0)預備的。,上一頁,下一頁,返回,