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移动通信原理与系统
1.5.1 4.1 概  述

4.1 概  述

1992年,美国的Qualcomm公司向CTIA(Cellular Telecom Industry Association)提出了CDMA的数字蜂窝移动通信系统的建议和标准,该建议于1993年被CTIA和TIA(Telecom Industry Association)批准为IS-95标准。IS-95标准(全称为“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台——基站兼容标准”)是一个公共空中接口(CAI)标准,它没有完全规定一个系统怎样实现,而只是提出了信令协议和数据结构的特点与限制。不同的制造商可以采用不同的方法和硬件工艺,但是它们产生的波形和数据序列必须符合IS-95的规定。

IS-95是兼容AMPS模拟制式的双模标准,主要包括IS-95A和IS-95B两个系列标准,它们都属于第二代移动通信技术标准。

·IS-95A是1995年5月TIA正式颁布的窄带CDMA标准,在全球得到广泛应用,可提供最大9.6kbit/s电路型数据接入。

·IS-95B标准是IS-95A的进一步发展,其主要目标是提高CDMA系统性能,满足更高比特速率业务的需求,IS-95B支持8个码信道的捆绑使用,可提供的理论最大比特速率为115kbit/s。

IS-95公共空中接口,简称QCDMA标准,其主要包括以下几个部分:

·频段:824~849MHz(反向,基站收、移动台发);869~894MHz(正向,基站发、移动台收)。

·信道数:64(码分信道)/每一载频;每一小区可分为3个扇区,可共用一个载频;每一网络分为9个载频,其中收发各占12.5MHz,共25MHz带宽。

·射频带宽:第一频道为2×1.77MHz;其他频道为2×1.23MHz。

·调制方式:基站为QPSK;移动台为OQPSK。

·扩频方式:DS(直接序列扩频)。

·话音编码:可变速率CELP,最大速率为8kbit/s,最大数据速率为9.6kbit/s,每帧时间为20ms。

·信道编码:正向链路卷积编码的码率为R=1/2,约束长度为K=9;反向链路卷积编码的码率为R=1/3,约束长度为K=9。交织编码的交织间距为20ms。

·PN码:码片的速率为1.228 8M片/s;基站识别码为m序列,周期为215-1;64个正交Walsh函数组成64个码分信道。

·导频、同步信道:供移动台作载频和时间同步。

·多径利用:采用RAKE接收方式,移动台为3个,基站为4个。

与FDMA和TDMA系统相比,CDMA系统具有许多独特的特点。

(1)同一频率可以在所有小区重复使用,大大提高了频谱利用率

CDMA蜂窝通信系统的所有用户可共享一个无线信道,用户信号的区分只是所用的码型不同。理论上来说,频率再用系数为1,考虑到邻近小区干扰后,实际的频率再用系数为0.65。而GSM蜂窝通信系统频率再用系数最大是1/3(即一个区群包含三个小区的情况),模拟蜂窝通信系统的再用系数最大是1/7。

(2)抗干扰能力强

由于CDMA系统采用扩频技术,在空间传输时信号所占有的带宽相对较宽,而接收端通过相关检测的方法解扩,使有用的宽带信号恢复成窄带信号,而把非所需信号扩展成宽带信号,然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这样对于各种干扰信号,因其在接收端的非相关性,解扩后在窄带中只要少量的成分,因此信噪比高、抗干扰能力强。

同时,CDMA系统有效地利用了频率分集、时间分集和空间分集技术,大大降低了多径衰落的影响。

(3)具有保密性

CDMA系统采用扩频处理技术和数字格式的伪随机码,加上一定的加密算法,这就使得其传输信号的功率谱密度极低,可以完全隐蔽在干扰和噪声信号中,要破解其密码或窃听通话内容基本上是不可能的。

(4)系统容量大,且具有软容量特性

CDMA系统容量的大小主要取决于使用的编码数量和系统干扰的大小。由于CDMA采用码分多址方式,在相同的频率资源下,CDMA系统容量理论上是GSM系统容量的4~5倍,是模拟网容量的20倍。

CDMA是自干扰受限系统,具有软容量特性,即在短时间内CDMA系统容量与用户数之间存在一种“软”的关系。在业务高峰期间,可以通过稍微降低用户通话质量,来达到增加系统的用户数目,保证通话继续进行的目的;等到目标小区负荷减轻时,再恢复正常的通话质量。

(5)具有软切换特性

软切换是指移动台在与新基站建立联系之前并不断开与原基站的联系,而是同时保持与两个以上基站连接的切换过程。软切换只能在具有相同频率的CDMA信道间进行。软切换在两个基站覆盖区的交界处起到了话务信道的分集作用,这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。

基于IS-95的窄带CDMA技术自1995年进入商用以来,迅速覆盖韩国、日本、美国、欧洲和南美洲的一些主要技术市场,在2002年,中国联通“新时空”CDMA网络正式开通。CDMA技术因其固有的抗多径衰落的性能,并具有软容量、软切换、系统容量大、可以运用如语音激活、分集接收等先进的技术,成为数字移动通信技术发展的主流技术。