CDMA2000中的新技術
2019-11-03 09:31:45
供稿：網友
尚敬 1 引言
第三代（3G）移動通信系統的研究和開發(fā)正在世界范圍內進行得如火如茶。在提交到國際電信聯盟（ITU）的各種地面移動通信無線傳輸技術（RTT）的候選方案中，北美提出的CDMA2000和歐洲提出的WCDMA憑借各自的優(yōu)勢分別成為第三代移動通信系統采用的主流技術。CDMA2000由CDMAOne（其技術核心是IS-95標準）發(fā)展而來，它采用了眾多的新技術（如前向發(fā)射分集、快速前向功率控制、反向鏈路相干解調、Turbo編碼等），因而系統容量和性能相對于CDMAOne系統有較大的提高，日益成為第三代移動通信領域的研究熱點。
CDMA2000的目標是進一步提高話音容量；提高數據傳輸效率；支持更高數據速率；降低移動臺電源消耗，延長電池壽命；消除對其他電子設備的電磁干擾（EM）；更好的加密技術；后向兼容CDMAOne。
2 CDMA2000采用的主要新技術
2.1多種射頻信道帶寬
CDMA2000在前向鏈路上支持多載波（MC）和直擴（DS）兩種方式，反向鏈路僅支持直擴方式。當采用多載波方式，能支持多種射頻帶寬，射頻信道帶可以是N ×1.25MHz，其中N=1、3、5、9或12，即可選擇的帶寬有1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz和15MHz。目前的技術僅支持前兩種帶寬。
2.2Turbo碼
為了適應高速數據業(yè)務的需求，CDMA2000中采用Turbo編碼技術（編碼速率可以是1/2、1/3或1/4）。Turbo編碼器由兩個遞歸系統卷積碼（RSC）成員編碼器、交織器和刪除器構成，每個RSC有兩路校驗位輸出，兩上RSC的輸出經刪除復用后形成Turbo碼。編碼器一次輸入Nturbobit，包括信息數據、幀校驗（CRC）和保留bit，輸出（Nburbo＋6）/R符號。Turbo譯碼器由兩個軟輸入軟輸出的譯碼器、交織器和去交織器構成，兩個成員譯碼器對兩個成員編碼器分別交替譯碼，并通過軟輸出相互傳遞信息，進行多輪譯碼后，通過對軟信息作過零判決得到譯碼輸出。
Turbo碼具有優(yōu)異的糾錯性能，但譯碼復雜度高，時延大，因此主要用于高速率，對譯碼時延要求不高的數據傳輸業(yè)務。與傳統的卷積碼相比，Turbo碼可降低對發(fā)射功率的要求，增加系統容量。在CDMA2000中，Turbo碼僅用于前向補充信道和反向補充信道中。
2.3800MHz前向快速功率控制
CDMA2000采用新的前向快速功率控制（FFPC）算法，該算法使用前向鏈路功率控制子信道和導頻信道，使移動臺（MS）收到的全速率業(yè)務信道Eb/Nt保持恒定。移動臺測量收到的業(yè)務信道Eb/Nt，并與門限值進行比較，然后根據比較結果，向基站（BS）發(fā)出升高或降低發(fā)射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道傳送，功率控制速率可達到800b/s。如果反向鏈路的功率控制速率都將減小到400b/s或200b/s。
采用前向快速功率控制，能盡量減小遠近效應，降低移動臺接收機實現一定誤幀率（FER）所需的信噪比，進而降低基站發(fā)射功率和系統的總干擾電平，提高系統容量。
2.4前向快速尋呼信道
前向快速尋呼信道用于指示一次尋呼或配置改變。
*尋呼 基站使用前向快速尋呼信道的尋呼指示符（PI）比特來通知位于覆蓋區(qū)域工作于時隙模式且處于空閑狀態(tài)的移動臺，是監(jiān)聽下一個前向公共控制信道/前向尋呼信道的時隙，還是返回低功耗的睡眠狀態(tài)直至下一周期到來。當尋呼負載較高時，可以使用一個以上的前向快速尋呼信道來減少沖突，前向快速尋呼信道的使用，可使移動臺不必長時間連續(xù)監(jiān)聽前向尋呼信道，減少激活移動臺所需的時間，降低移動臺功耗，從而延長了移動臺的待機時間和電池壽命。
*配置改變 如果是在最近10min內有任何配置消息（如系統參數消息）發(fā)生變化，前向快速尋呼信道上的配置改變指示符（CCI）比特將被設置，然后移動臺通過解調前向廣播信道來獲得新消息。
前向快速尋呼信道采用通斷鍵控（OOK）調制，由于解調簡單，可節(jié)約基站發(fā)射功率。
2.5前向鏈路發(fā)射分集
前向鏈路采用的發(fā)射分集方式包括多載波發(fā)射分集（MCTD）和直接擴頻發(fā)射分集兩種。前者用于多載波方式，每個天線發(fā)射一個載波子集。后者用于多載波方式，每個天線發(fā)射一個載波子集。后者用于直擴方式，又可分為正交發(fā)射分集（OTD）和空時擴展分集（STS）兩種。OTD方式是先分離數據流，再用不同的正交Walsh碼對兩個數據流進行擴頻，并通過兩個天線發(fā)射；在STS方式中，兩個天線都發(fā)射所有的已交織數據，并使用相同的原始Wlash碼信道。在CDMA2000前向鏈路中，有兩條信道專門用于前向發(fā)射分集，即發(fā)射分集導頻信道和輔助發(fā)射分集導頻信道。采用前向發(fā)射分集技術能減少每個信道要求的發(fā)射功率，增加前向鏈路容量，改善室內單徑瑞利衰落環(huán)境和慢速移動環(huán)境下的系統性能。
2.6反向相干解調
為了提高反向鏈路性能，CDMA2000采用了反向鏈路導頻信道，它是未經編碼的擴頻信號（由0號Walsh函數擴頻），基站用導頻信道完成初始捕獲、時間跟蹤和RAKE接收機相干解調，并為功率控制測量鏈路質量。導頻參考電平隨數據速率而變化。
基站可以利用反向導頻幫助捕獲移動臺的發(fā)射，實現反向鏈路上的相干解調，與采用非相干解調的CDMA2000相比，所需的信噪比顯著降低，從而降低了移動臺發(fā)射功率，提高了系統容量。當移動臺發(fā)射無線配置為RC3-6的反向業(yè)務信道時，在反向導頻信道中插入一個反向功率控制子信道，移動臺通過該子信道發(fā)送功率控制命令，實現前向鏈路功率控制。反向導頻還可以采用門控發(fā)送方式（即非連續(xù)發(fā)送），不僅能減小對其他用戶的干擾，也降低了移動臺的功耗。
2.7連接的反向空中接口波形
在反向鏈路上，所有速率的數據都采用連續(xù)導頻和連續(xù)數據信道波形。連續(xù)波形可以把對其它電子設備（如助聽器等醫(yī)療設備）的電磁干擾（EMI）降到最低；通過降低數據速率，能擴大小區(qū)覆蓋范圍；允許在整個幀上實現交織，并改善搜索性能；連續(xù)波形還支持移動臺為快速前向功率控制連續(xù)發(fā)送前向鏈路質量測量信息，以及基站為反向功率控制連續(xù)監(jiān)控反向鏈路質量。
2.8輔助導頻信道
CDMA2000中新增加了前向輔助導頻信道，支持對一組移動臺的波束形成，以及對單個移動臺的波束控制和波束形成。點波束應用能擴大覆蓋區(qū)域和增加容量，并提高可支持的數據速率。
2.9增強的媒體接入控制功能
媒體接入控制（MAC）子層控制第三代（3G）移動通信系統中多種業(yè)務到物理層的接入過程，保證多媒體業(yè)務的實現。它的引入能滿足更高帶寬和更廣泛業(yè)務種類的需求，支持話音、分組數據和電路數據業(yè)務的同時處理。CDMA2000系統的MAC子層能提供盡力發(fā)送（best effort delivery）、復用和QoS控制，以及接入程序。
2.10靈活的幀長
與CDMA2000不同，CDMA2000支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多種靈活的幀長。不同類型的信道分別支持不同的幀長。例如前向基本信道、前向專用控制信道、反向基本信道和反向專用控制信道采用5ms和20ms幀，前向補充信道和反向補充信道采用20ms、40ms或80ms幀。話音業(yè)務采用20ms幀。較短的幀可以減少時延，但因交織跨度較短而降低了解調性能，較長的幀則因為幀頭所占比重小，可降低對發(fā)射功率的要求。
3結束語
隨著3G移動通信技術的逐步實現以及移動通信與互聯網的融合，全球正迅速步入移動信息時代。CDMA2000已被廣泛接納為第三代移動通信的核心技術之一，它具有優(yōu)越的性能（如高話音和話音質量、高數據容量和數據速率，能從CDMAOne（2G）平滑演進以及有巨大的新業(yè)務和新特征的潛在發(fā)展空間等），能夠利用各種移動終端為移動用戶提供豐富的電信業(yè)務（包括話音、低速和高速數據、多媒體和視頻業(yè)務），為人們的溝通和交流提供更加快捷、方便、高質量和多樣化的服務。
摘自《電信快報》2002.4
