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移动通信原理与设备
1.5.3.5 4.3.5 反向CDMA信道

4.3.5 反向CDMA信道

反向CDMA信道由接入信道和反向业务信道组成,如图4-24所示,支持总计62个不同的业务信道和总计32个不同的接入信道。这些信道采用直接序列扩频的CDMA技术共用于同一CDMA频率。在这一反向CDMA信道上,基站和用户使用不同的长码掩码区分每一个接入信道和反向业务信道。当长码掩码输入长码发生器时,会产生唯一的用户长码序列,其长度为242-1。对于接入信道,不同基站或同一基站的不同接入信道使用不同的长码掩码,而同一基站的同一接入信道用户使用的长码掩码则是一致的。进入业务信道以后,不同的用户使用不同的长码掩码,也就是不同的用户使用不同的相位偏置。

反向CDMA信道的数据传输以20ms为一帧,所有的数据在发送之前均要经过卷积编码、块交织、64阶正交调制、直接序列扩频以及基带滤波。接入信道和业务信道调制的区别在于:接入信道调制不经过最初的“增加帧指示比特”和“数据突发随机化”两个步骤,也就是说,反向接入信道调制中没有加CRC校验比特,而且接入信道的发送速率是固定的4 800 bit/s,而反向业务信道选择不同的速率发送。反向业务信道支持9 600 bit/s、4 800 bit/s、2 400 bit/s、1 200 bit/s的可变数据速率,但是反向业务信道只对9 600 bit/s和4 800 bit/s两种速率使用CRC校验。

反向CDMA信道实际的符号率为28.8 k符号/s,每6个符号被调制成一个调制符号用于传输,因此调制符号传输率为(28800/6= 4 800符号/s),调制符号又由64阶Walsh函数中的一个进行调制,每个调制符号具有64个Walsh比特片(码片),这样Walsh比特片率为固定的4800×64= 307.2 kchip/s。又因为每一个Walsh比特片被扩成4个PN比特片,所以其最终的数据速率就是扩频PN序列的速率,为307.2×4=1.228 8Mchip/s。

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图4-24 CDMA反向信道组成

1.接入信道

当移动台不使用业务信道时,接入信道提供从移动台到基站的通信,它传输的是一个经过编码、交织以及调制的扩频信号。接入信道由其共用长码掩码唯一识别。移动台在接入信道上发送信息的速率固定为4 800 bit/s。接入信道帧长度为20ms,仅当系统时间是20ms的整数倍时,接入信道帧才可能开始。

每个接入信道由一个不同的长PN码区分,一个寻呼信道最多可对应32个反向CDMA接入信道,标号从0至31。对于每一个寻呼信道,至少应有一个反向接入信道与之对应,每个接入信道都应与一个寻呼信道相关联。基站根据寻呼信道上的消息在相应的接入信道上等待移动台的接入,同样,移动台在一个相应的接入信道上相应寻呼信道信息。移动台从在小区内活动的一组接入信道中选择一个接入信道,并从一组可用的PN时间队列中选择一个PN时间队列,如果没有两个或多个移动台选择同样的接入信道和PN时间队列,基站就能接收它们的同步传输。接入信道采用ALOHA协议,以防止两个以上移动台同抢(即同步发射)。

CDMA反向接入信道帧由88个信息比特和8个编码尾比特构成,没有CRC校验比特,数据速率固定为4 800 bit/s,如图4-25所示。为了增加接入信道的可靠性,每个经卷积编码出来的符号被重复一次再进行发射。

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图4-25接入信道帧结构

接入信道传输由接入信道前缀和接入信道消息封装组成。在移动台刚刚进入接入信道时,首先发送一个接入信道前缀,它的帧由96全零组成,也是以4 800 bit/s的速率发射。发射接入信道前缀是为了帮助基站捕获移动台的接入信道消息。

接入信道消息由登记、命令、数据突发、源、寻呼响应、鉴权响应、状态响应和临时移动用户识别号(TMSI)分配完成消息组成。所有接入信道消息分享一些共同的参数,这些参数可分成以下几类:

(1)应答和序列数。包括大多数最近接收到的寻呼信道消息的应答、当前消息的消息序列数、是否要求应答当前消息的指示等。

(2)移动识别参数。包括MIN、IMSI、ESN等。

(3)鉴权参数。包括鉴权数据、随机数值和呼叫历史参数等。

图4-26描述了一个接入信道的产生示意图。

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图4-26接入信道及速率1和速率2反向业务信道的产生

接入信道在每20ms帧上支持的固定工作速率为4 800 bit/s。4.8 kbit/s速率的信息被输入到1/3卷积编码器,此编码器是进行信道编码用的。从卷积编码器输出的信号输入到一个符号重复器中,符号重复器的目的是使数据以恒定比特速率输入到块交织器中,恒定比特速率输入能使块交织器高效运行。9 600 bit/s速率输入卷积编码器,28 800 bit/s信道编码数据输出,这个输出然后被送入块交织器中。因为卷积编码器对4 800 bit/s接入信道数据速率的输出是14.4 kbit/s,所以输出被送入一个符号重复器,这个重复器对每个编码数据重复一次,从而产生28.8 kbit/s速率的信道编码数据送入块交织器。

CDMA交织器是一个32行×18列的矩阵(即576个单元)。数据按列写入交织器,按行输出。因为块交织器只是扰乱数据,并没有增加数据,所以交织器的输出与输入是相同的(也就是28.8 kbit/s编码数据)。在交织器的后面是一个64阶正交调制功能。每6个码比特作为一个调制符号,使用64阶Walsh函数中的一个进行调制。在此发射中所有64Walsh码都是有可能的。正交调制器的输出是307.2 kbit/s编码数据,此输出被一个长掩码序列取代,这个长掩码序列能从所有基站可能接收到发射的信道中区分出特定的接入信道。掩码改变长码的一些信息,如与下行的寻呼信道相应的接入信道号n、基站识别号和当前PN码偏置,接着是每个接入信道用小区特定PN码进行四相扩频,这一步骤帮助基站区分发射是从它本身的小区来还是来自其他小区/扇区。最后在一个20ms帧上发射4800 bit/s全部的用户数据。

2.反向业务信道

反向业务信道是用来在建立呼叫期间传输用户信息和信令信息。

反向和前向业务信道帧的长度为20 ms。业务和信令都能使用这些帧。当一个业务信道被分配时,CDMA支持两种模式传送信令信息:空白突发序列(blank and burst)模式和半空白突发序列(dim and burst)模式。这两个模式在上行和下行链路上都能使用。空白突发序列信令能够用来发送信令信息。这个模式的运行与AMPS的运行相似。一旦信令信息要发送,初始业务数据的一个或多个帧(如被编码的语音)就被信令数据代替。CDMA也支持另一个模式,即半空白突发序列模式来发送信令信息。因为在CDMA中使用了变速率声码器,所以这种模式是可行的。在此模式中,声码器运行在1/2、1/4或1/8模式的其中一个模式上,但速率1的数据速率为全速率——9 600 bit/s,速率2的数据速率为14 400 bit/s。由于没有使用全速声码器,节省的比特可为信令使用。只有在全速率发送时,在此模式上的声码器速率会受到限制。在所有其他运行模式上,因为剩余比特被信令使用,所以声码器速率不会受到限制。由于半空白突发序列模式话音质量下降基本上不易被察觉,所以它比空白突发序列模式有更大的优势。CDMA也为半空白突发序列模式的使用提供主要和次要业务。例如,主要数据能成为编码的语音,次要数据能成为传真消息。通过使用这种模式,CDMA经由相同业务信道支持同步语音和数据。

根据所使用的声码器种类的不同,反向业务信道支持两种速率。速率1包括4种速度: 9 600 bit/s、4 800 bit/s、2 400 bit/s和1 200 bit/s。速率2也包括4种速度:14 400 bit/s、7 200 bit/s、3 600 bit/s和1 800 bit/s。当速率2是可选时,那么移动台不得不支持速率1。移动台在反向业务信道上以可变速率的数据发送信息。速率的选择以一帧(即20ms)为单位,如上一帧是9 600 bit/s,下一帧就可能是4 800 bit/s。移动台业务信道初始帧的时间偏置由寻呼信道的信道指配消息中的帧偏置参数定义。反向业务信道的时间偏置与前向业务信道的时间偏置相同,仅当系统时间是20 ms的整数倍时,零偏置的反向业务信道帧才开始传输。

在业务信道上,有5种类型的控制消息:呼叫控制消息、切换控制消息、前向功率控制消息、安全和鉴权控制消息、为移动台引出或提供特定信息的控制消息。

图4-26描述了反向业务信道的产生,信道结构类似于接入信道的结构,且速率1和速率2不相同。图4-27描述了CDMA反向业务信道各功能模块的作用,和前向业务信道类似,这里不再详述。

在业务信道帧上,帧质量指示基本上是CRC校验。然后,速率1数据送入1/3卷积编码器,速率2数据送入半速率卷积编码器。对速率2使用半速率卷积编码器,与对速率1使用1/3速率卷积编码器比较起来,在保护速率2业务信道方面的能力较弱,但却有更好的质量和更强的语音编码算法,因此弥补了低保护性能的缺点。接着是符号重复器,它重复需要重复的数据,以产生速率为28.8 kbit/s的编码数据输出。业务信道的正交调制过程与接入信道类似,正交调制器的输出被一个长码掩码序列代替,用于反向业务信道的掩码在4.2.5节有述,此序列能从基站接收到的所有其他移动台的发射中区分出任意一个移动台的发射。最后,每个反向业务信道用小区特定PN码进行正交扩频,小区特定的PN码由基站广播通知小区内的移动台。

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图4-27 CDMA反向业务信道各功能模块作用