4．7．4　CDMA2000　1x的空中接口的物理层

1．CDMA2000　1x物理层的主要特征

CDMA2000　1x是在IS－95基础上的进一步发展，因此它的无线接口保留了许多IS－95空中接口设计的特征。但为了支持高速数据业务，CDMA2000　1x物理层引入了许多新的技术，它的一些主要特点如下：

（1）支持新的无线配置

CDMA2000　1x前向链路中支持新的无线配置RC3～RC5，反向链路中支持新的无线配置RC3和RC4。RC1和RC2用于兼容IS－95系统。

（2）辅助导频

在前向链路上，CDMA2000　1x允许采用辅助导频，来支持波束赋形应用，以增加系统容量。

为了提高反向链路的性能，CDMA2000　1x在反向链路增加了导频信道R－PICH，它是未经调制的扩频信号，使得反向信道可以进行相干解调。它比IS－95系统反向链路所采用的非相干解调技术提高约3dB增益。反向导频信道上还复用了反向功率控制子信道，用于支持前向链路的开环和闭环功率控制。

（3）支持Turbo编码

CDMA2000　1x系统中，高速数据业务信道可以采用Turbo编码，以利用其优异的纠错性能。而卷积码一般用在公用信道和较低速率的信道中。相比较而言，采用Turbo码能够使解码时所需的Eb／Nt降低1～2dB，其纠错能力更强，解码质量更好，但是译码时延大。因此，一般用于对时延要求比较宽松的数据业务。

（4）前向链路的发射分集

CDMA2000　1x的前向链路还可以采用传输发射分集，包括正交发射分集OTD和空时扩展STS，以降低前向信道的发射功率，提高信道的抗衰落能力，改善前向信道的信号质量，增加系统容量。

（5）前向链路采用快速功率控制

由于反向引入了功率控制子信道，它复用在反向导频信道上，从而可以实现前向链路快速闭环功率控制，功控频率为800Hz。这样就大大降低了前向链路的干扰，提高了前向信道的容量。

（6）引入前向快速寻呼信道（F－QPCH）

在CDMA2000　1x中引入了快速寻呼信道，使得移动台不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少移动台激活时间。采用快速寻呼信道极大地减小了移动台的电源消耗，提高了移动台的待机时间，提高了寻呼的成功率。

（7）采用新的扩频调制方式

CDMA2000　1x前向链路中，采用QPSK调制。扩频方式为复扩频，可以有效地降低峰均比，提高功率放大器的效率。

在CDMA2000　1x反向链路中，采用了混合相移键控（HPSK）。通过限制信号的相位跳变，可以有效地降低信号功率的峰均比，并限制信号频谱的旁瓣，这就降低了对功率放大器动态范围的需求，提高功率放大器的效率。

（8）支持可变的帧长

CDMA2000　1x支持长度为5ms、10ms、20ms、40ms和80ms的帧，用于信令、用户信息以及控制信息。较短的帧长可以减少端到端的时延，而对较长的帧而言，帧头的开销所占的比重小，信道编码的时间分集作用更明显，解调时所需的Eb／N0也将减小。

2．前向链路物理信道

CDMA2000　1x前向链路所包括的物理信道如图4．20所示。CDMA2000　1x前向链路使用的无线配置为RC1～RC5。前向链路物理信道由适当的Walsh函数或准正交函数（Quasi－Orthogonal Function，QOF）进行扩频。Walsh函数用于RC1或RC2；Walsh函数或QOF用于RC3～RC5。

前向链路的物理信道可进一步划分为前向链路公共物理信道和前向链路专用物理信道两大类。

（1）前向链路公共物理信道

前向链路公共物理信道包括：导频信道、同步信道、寻呼信道、广播控制信道、快速寻呼信道、公共功率控制信道、公共指配信道、和公共控制信道。其中，前三种与IS－95系统相兼容，后面的信道则是CDMA2000　1x新定义的信道。

①前向导频信道

前向链路中的导频信道包括前向导频信道（F－PICH）、发送分集导频信道（F－TD－PICH）、辅助导频信道（F－APICH）和辅助发送分集导频信道（F－ATDPICH）。它们都是未经调制的扩频信号，目的是使在其覆盖范围内的移动台能够获得基本的同步信息，也就是各基站的PN短码相位的信息，移动台可根据它们进行信道估计和相干解调。移动台还可通过对导频信号进行检测，以比较相邻基站的信号强度和决定什么时候需要进行越区切换。因此，导频信道需要用较大的功率来发射，以保证可靠性。

图4．20　CDMA2000　1x前向链路物理信道划分

②前向同步信道

前向同步信道（F－SYNCH）用于传送同步信息，在基站覆盖的范围内，移动台利用它来获得初始的时间同步。

③前向寻呼信道

寻呼信道（F－PCH）供基站在呼叫建立阶段传送控制信息。通常，移动台在建立同步后，就选择一个F－PCH（或在基站指定的F－PCH）监听由基站发来的指令，在收到基站分配业务信道的指令后，就转入指配的业务信道中进行信息传输。

④前向广播控制信道

前向广播控制信道（F－BCCH）是专门用来承载系统开销信息和一些广播消息的信道。

⑤前向快速寻呼信道

前向快速寻呼信道（F－QPCH）是未编码的、扩频的、开关键控（OOK）调制的信号。基站用它来通知工作于时隙模式的且处于空闲状态的移动台，是否应该在下一个F－CCCH或F－PCH的时隙上接收F－CCCH或F－PCH。使用F－QPCH的目的，最主要的是使移动台不必长时间地监听F－PCH，从而达到延长移动台待机时间的目的。为实现上面的这个目的，F－QPCH采用了OOK调制方式，移动台对它的解调可以非常简单迅速。

⑥前向公共功率控制信道

前向公共功率控制信道（F－CPCCH）由时分复用的公共功率控制子信道组成，每个公共功率控制子信道控制一个R－CCCH或者一个R－EACH增减功率，从而在移动台接入时实现对其接入功率的闭环控制。

⑦前向公共指配信道

前向公共分配信道（F－CACH）用于在接入过程中向特定移动台发送信道分配消息，快速响应反向链路的信道指配。F－CACH控制预留接入模式下的反向公共控制信道（R－CCCH）和有关的公共功率控制子信道，提供在功率受控接入模式下的快速应答。

⑧前向公共控制信道

前向公共控制信道（F－CCCH）用来向整个覆盖区域内的移动台传递系统信息以及与指定移动台有关的信息。

（2）前向链路专用物理信道

专用物理信道从功能上来说，等效于IS－95中的业务信道。由于3G要求支持多媒体业务，不同的业务类型（话音、分组数据、电路数据等）带来了不同的需求，这就需要业务信道可以灵活地适应这些不同的要求，甚至同时支持多个并发的业务。CDMA2000　1x中新定义的专用信道就是为了满足这样的要求。前行链路专用物理信道主要包括：专用控制信道、基本信道、补充信道和补充码分信道，它们用来在基站和某一特定的移动台之间建立业务连接。其中，基本信道的RC1和RC2，以及补充码分信道是和IS－95系统中的业务信道兼容的，其他的信道则是CDMA2000　1x新定义的前向专用信道。

①前向专用控制信道

前向专用控制信道（F－DCCH）是CDMA2000　1x中新增的一种前向业务信道，用来给特定的移动台在一次呼叫中传递用户和信令信息。每一个前向业务信道可以包含一个前向专用控制信道。

②前向基本信道

前向基本信道（F－FCH）属于前向业务信道，主要承载话音业务。F－FCH用来在通话（可包括数据业务）过程中向特定的移动台传送用户信息和信令信息。

③前向补充码分信道

前向补充码分信道（F－SCCH）用在RC1和RC2，与IS－95系统相兼容，每个前向业务信道最多可以有7个F－SCCH，所有的F－SCCH帧长都是20ms。

通过将多个F－SCCH捆绑起来，分配给一个用户，可以提供较高的数据传输速率。系统可以最多给一个移动台分配1个F－FCH和7个F－SCCH，这些信道在一起构成电路交换方式的数据信道，其支持的最高速率为（1＋7）×9．6或14．4kbit／s＝76．8或115．2kbit／s。这种基于电路交换的数据信道，不能被不同用户灵活地共享，对于突发或变速率的业务，这种方式资源利用率较低。

以上讲述了各个物理信道的编码结构，经过处理后的数据符号在解复用后将进行扩频调制处理。前向链路的发射采用QPSK调制，并利用PN码进行复扩频，同时采用不同的Walsh码或者准正交函数来区分不同的用户信道。

3．反向链路物理信道

CDMA2000　1x反向链路所包括的物理信道如图4．21所示。CDMA2000　1x反向链路中采用的无线配置为RC1～RC4。在反向链路上，不同的用户仍然用PN长码来区分，一个用户的不同信道则是用Walsh码来区分。

图4．21　CDMA2000　1x反向链路物理信道划分

反向链路的物理信道也可以划分为公共物理信道和专用物理信道两大类。

（1）反向链路公共物理信道

反向链路公共物理信道包括：接入信道、增强接入信道和反向公共控制信道，这些信道是多个移动台共享使用的。CDMA2000　1x提供了相应的随机接入机制，以进行冲突控制。与前向不同，反向的导频信道在同一移动台的信道中是公用的，而各移动台的导频之间是不同，即在局部上可以说反向导频信道是公共信道。

①反向导频信道

反向导频信道（R－PICH）与前向导频信道一样也不经过编码，它使得反向链路上的相干解调也成为可能，这也是CDMA2000　1x的一大特点。

②反向接入信道

反向接入信道（R－ACH）是在没有建立业务信道时，用于移动台发起同基站的通信，或用于响应专门发给移动台的消息。R－ACH采用随机接入协议，由其长码唯一识别。

③反向增强接入信道

反向增强接入信道（R－EACH）用于供移动台发起同基站的通信或响应专门发给移动台的消息。R－EACH采用了随机接入协议，由其长码掩码唯一识别。R－EACH可工作于三种接入模式：基本接入模式（Basic Access Mode）、功率受控模式（Power Controlled Access Mode）和预留接入模式（Reservation Access Mode）。

④反向公共控制信道

反向公共控制信道（R－CCCH）用于在没有使用反向业务信道时向基站发送用户信息和信令信息。对应一个F－CCCH，最多可以有32个R－CCCH。R－CCCH可用于预留接入模式。

（2）反向链路专用物理信道

反向链路专用物理信道和前向链路专用物理信道种类基本相同并相互对应，它们包括：反向专用控制信道、基本信道、补充信道和补充码分信道，用来在某一特定的移动台和基站之间建立业务连接。其中，R－FCH中的RC1和RC2分别与IS－95A和IS－95B系统中的反向业务信道兼容，其他的信道则是新定义的反向专用信道。

①反向专用控制信道

反向专用控制信道（R－DCCH）用于传送低速的少量数据或相关控制信息，不支持话音业务。反向业务信道中可包括最多1个R－DCCH。R－DCCH的帧长为5ms或20ms。R－DCCH可以动态分配，支持非连续发送，断续的基本单位为帧。R－DCCH的前缀是只在R－PICH上连续（非门控）发送的空数据。

②反向基本信道

反向基本信道（R－FCH）主要承载话音业务以及信令信息。反向业务信道中最多可包括1个R－FCH。

③反向补充信道

反向补充信道（R－SCH）用于承载高速数据业务，用于RC3和RC4。反向业务信道中最多可包括2个R－SCH。R－SCH可以支持多种速率，RC3时最高可达153．6kbit／s或307．2kbit／s，RC4时最高可达到230．4kbit／s；不同速率的R－SCH会被自动地分配不同长度的Walsh码。

④反向补充码分信道

反向补充码分信道（R－SCCH）用在RC1和RC2，与IS－95系统相兼容。每个反向业务信道最多可以有7个R－SCCH，所有的R－SCCH帧长都是20ms。

以上各个物理信道经过编码部分的处理之后，输出符号进行扩频调制处理。反向链路中，采用PN长码的不同相位来区分不同的用户，采用Walsh码来区分一个用户的多个信道。