IS-95A CDMA移动通信基站子系统<1>

发布: 2010-10-20 00:50 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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IS-95A CDMA移动通信基站子系统<1>（翟文军）
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。