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IS-95A CDMA移动通信基站子系统(转)

原创 Linux操作系统 作者:jcszjswkzhou 时间:2019-03-24 09:42:05 0 删除 编辑
摘 要 本文将从移动通信的发展及IS-95A标准的特点出发,论述首信集团所承接的国
家“863”移动通信项目的研发内容、相关技术、研发成果及后期项目的延续情况。
关键词 CDMA 移动通信 IS-95A 基站
1 IS-95A标准的特点
IS-95A是美国QUALCOMM公司1990年提出的,大规模商用是在1996年之后,主要应用
于韩国、北美、拉丁美洲及香港,目前大概有7000万用户。
IS-95A是前向兼容北美模拟系统AMPS的数字蜂窝移动通信系统标准,其特点如下:
(1)频段为800 MHz(上行824-849 MHz,下行869-894 MHz),其扩频采用直序
扩频方式(DS)。
(2)前向链路(又称正向链路)采用64位WALSH码区分信道,共有导频、寻呼、同
步、前向业务等4类信道,不同基站之间采用 2(15次方)PN码相位区分,共有512个相
位(相邻相位之间相差64个PN码片),采用了卷积编码(K=9,R= l/ 2)、交织等信
道编码方式。
(3)后向链路(又称反向链路),共有接入、反向业务2类信道,信道及用户之间
采用2(42次方)-1 PN码相位区分,采用了卷积编码(K=9、R=l/ 3)、交织等信道编
码方式,同时采用了64进制调制方式。
(4)此标准规定的系统是同步CDMA系统(信道、基站区分采用PN码相位),因此,
必须有一个时间参考源,标准规定采用GPS定时。
(7)为了提高系统容量,一是在前向信道中加入了功率控制子信道,用于移动台
的闭环功率控制;二是采用了可变速率声码器,实现话音激活;三是移动台采用非连续
发送方式,减少了同一时间相互之间的干扰。
(6)首次在蜂窝移动通信系统中提出软切换、更软切换概念,并在实际系统中实
现了此概念。
(7)前向信道采用相干解调方式,反向信道采用非相干解调方式。
(8)实现了“软容量”,即当系统满负载工作时,再增加少数用户,系统性能会
稍有下降,但不会发生阻塞,实际增加的干扰也不大。
(9)实现了路径分集(RAKE接收),由于CDMA系统传输带宽较宽,信号传输带宽
大于相关带宽时,就可以用1/W的(时间)分辨率分辨出多径分量,再进行分集合并,
从而改善接收性能。
(10)可以与其他窄带系统共存,因为扩频之后,信号功率谱展宽,功率谱密度降
低,对其他窄带系统影响很小,IS-95A系统信号对窄带信号而言近似白噪声。
(11)实现了高保密通信,鉴权、数字格式、宽带信令可由受话人指定的密码进行
保护,可提供较好的保密特性,防止盗号和被窃听。
2 项目研发内容
1995年,我国正处于数字移动通信制式选择时期,在技术方面,CDMA比其他数字移
动通信制式具有更大的优势,具有更好的技术发展潜力;在商用经验方面,CDMA要比其
他数字移动通信制式少。正当中国电信倾向选择CDMA制式时,联通闯入了通信市场,由
于联通缺少其他业务的基础,最终选择了蜂窝移动通信作为与中国电信抗衡的切入点,
为了减少风险,联通公司选择了商业化程度较高的GSM作为发展方向,迫使中国电信也
选择GSM制式。但当时的原邮电部已认识到CDMA将作为今后移动通信发展必选技术,因
此,决定组织国内相关部门攻克CDMA关键技术,研制自主知识产权的CDMA移动通信系统
。当时由原邮电部科技司牵头,组织北京邮电大学、原中国邮电工业总公司(主要为首
信人员)联合进行“IS-95A CDMA移动通信基站子系统研发”项目。1997年,此项目又
被国家“ 863”列为重点项目。
由于当时CDMA属于最为先进的技术,国内在此方面的基础还是很薄,此项目的研发
几乎是从基本概念开始,研发内容不仅涉及到了RAKE接收、信道编译码、速率判定、搜
索等许多CDMA信道处理及可变速率编码器等关键技术研究实现,而且也涉及到了软切换
、功率控制、多CPU通信、分组交换平台、Abis协议定义实现及系统软件设计实现等多
方面的系统实现技术。下面简单介绍几个我们已实现的技术。
(1)RAKE接收技术
在移动通信中,移动台与基站之间的环境复杂,到达接收信号不会是一条路径来的
信号,而是多径合成信号。对于采用其他技术的移动通信系统,只能采用复杂的抵抗技
术,减少影响。而对采用CDMA技术的移动通信系统,由于CDMA的相关特性,只要路径之
间的时延差大于一个PN码片宽度,就可以利用多径信号加强接收效果,此种技术称为
RAKE分集接收技术(俗称路径分集)。
一般RAKE接收机由搜索器(Searcher)、解调器(Finger)、合并器(Combiner)
3个模块组成。搜索器完成路径搜索,主要原理是利用码的自相关及互相关特性。解调
器完成信号的解扩、解调,解调器的个数决定了解调的路径数,通常CDMA基站系统一个
RAKE接收机由4个Finger组成,移动台由3个Finger组成。合并器完成多个解调器输出的
信号的合并处理,通用的合并算法有选择式相加合并、等增益合并、最大比合并3种。
合并后的信号输出到译码单元,进行信道译码处理。
(2)速率判定技术
由于CDMA是多个用户共同占用同一频带资源,相互之间通过PN码来区分,因此,同
时通话用户数越多,相互之间干扰就越大。在一定的服务质量下,如果要有效利用系统
资源,那么必须采用相应的措施。现在通用的方法是采用语音压缩编码及话音激活技术
。IS-95系统就是采用了8 kbit/s(IS-95A)或13 kbit/s(IS-95B)语音编码技术以
及变速率话音激活技术。同时,变速率也为随路信令的传输提供了方便。对于IS-95系
统,接收端无法知道发送数据速率,只能通过提取信道质量信息,判定发送端可能发送
的速率。
对于业务信道可变速率声码器产生四种速率,分别为:8 kbit/s,4 kbit/s,
2 kbit/s,0.8 kbit/s。对两种高速率加CRC、对所有速率数据加8个“0”编码尾比
特后,速率变为:9.6 kbit/s、4.8 kbit/s、2.4 kbit/s、1.2 kbit/s。声码器初
始帧应为全速率(8.0 kbit/s)、半速率(4.0 kbit/s),通常情况,选择全速率。
各种速率在整个声码器中所起的作用及所占的比例是不同的,其中,全速率所占比例大
约为60%,主要完成话音与随路信令传输;半速率约占20%,主要完成话音与噪声过渡
带的编码;1/4及1/8速率约占20%,主要完成背景噪声编码。
多速率判定必须依据信道状态来达到判定目的,可依据的参数有以下几个:
·CRC校验:四种速率中,只有全速率与半速率有CRC校验;
·信道误码个数:反映的是维特比译码器的纠错能力,及信道恶劣程度;
·帧质量指示:也称为山本度量(YamamotoMetric)指示。其基本原理是基于译码
过程中,当到达某一状态的两条路径的度量差值小于一定门限时,就可认为此时选择的
幸存路径不可靠,如果回溯路径选择了此路径,则此帧数据也就不可靠,此帧为“坏”
帧。
上面已说明,各速率在整个系统中所起作用及所占比例是不同的,因此,对各速率
判定的精度也是不同的。首先,要尽可能保证全速率判定的准确度,不仅要判别出全速
率好帧,而且还要能判别出全速率坏帧,这是因为全速率帧中有时包含随路信令。其次
,进行半速率、1/4及1/8速率判定。另外,误帧也是反向闭环功率控制的重要依据。

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