ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

ｌ９９７年以來(lái)，第三代移
動(dòng)通信逐漸成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，寬帶 ＣＤＭＡ技術(shù)因其獨(dú)特的軟容量、軟切換、宏分
集、同頻覆蓋、靈活的變速率傳輸和多徑分集等技術(shù)特點(diǎn) ，成為第三代移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)中的主流空中
接口解決方案。在提交到 ＩＴＵ的各種關(guān)于地面移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的候選方案中，北美提出
的ｃｄｍａ２０００和歐洲提出的 ＷＣＤＭＡ是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的主要技術(shù)。本文主要
介紹ｃｄｍａ２０００移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)�！�—編者



信道估計(jì)與多徑分集接收技術(shù)



與其它通信信道相比，移動(dòng)通信信道是最為復(fù)雜的一種。多徑衰落和復(fù)雜惡劣的電波環(huán)境是
移動(dòng)通信信道的特征，這是由運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信這一方式本身所決定的。在典型的城市環(huán)境中，
一輛快速行駛的車(chē)輛上的移動(dòng)臺(tái)所接收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)在一秒鐘之內(nèi)的顯著衰落可達(dá)數(shù)十次，衰落
深度可達(dá)２０～３０ ｄＢ。這種衰落現(xiàn)象將嚴(yán)重降低接收信號(hào)的質(zhì)量，影響通信的可靠性。為了
有效地克服衰落帶來(lái)的不利影響，必須采用各種抗衰落技術(shù)，包括：分集接收技術(shù)、均衡技術(shù)和糾
錯(cuò)編碼技術(shù)等。



分集接收技術(shù)是指接收機(jī)能夠同時(shí)接收到多個(gè)輸入信號(hào)，這些輸入信號(hào)荷載相同的信息而且
遭受的衰落互不相關(guān)。接收機(jī)分別解調(diào)這些信號(hào)，并且按照一定的規(guī)則進(jìn)行合并，從而大大減小對(duì)
信道衰落的影響。



在 ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中，所傳輸?shù)男盘?hào)是寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于移動(dòng)信道的相干帶
寬，因而可以采用具有良好自相關(guān)特性的擴(kuò)頻信號(hào)，在時(shí)間上分辨出較細(xì)微的多徑分量。對(duì)分辨出
的多徑信號(hào)分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整，使合成之后的信號(hào)得以增強(qiáng)，從而可在較大程度上降低多徑衰落信
道所造成的負(fù)面影響。相應(yīng)地把最佳接收機(jī)稱(chēng)為 Ｂａｋｅ接收機(jī)，它是ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中
實(shí)現(xiàn)多徑分集接收的核心部件。



為了實(shí)現(xiàn)相干形式的 Ｂａｋｅ接收，在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)的上行鏈路和下行鏈路中均采
用了連續(xù)的公共導(dǎo)頻信道進(jìn)行信道估計(jì)（在 ＩＳ－９５系統(tǒng)中，上行鏈路中沒(méi)有導(dǎo)頻信道，這使
得基站接收機(jī)中的同步和信道估計(jì)變得困難，通常采用差分相干或非相干接收方案），使得接收機(jī)
能夠在確知已發(fā)數(shù)據(jù)的條件下，估計(jì)出衰落信道中時(shí)變參數(shù)的幅度和相位信息，從而實(shí)現(xiàn)相干方式
的最大比合并，以獲得合并增益。



高效的信道編譯碼技術(shù)



在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中，由于傳輸信道的容量遠(yuǎn)大于單個(gè)用戶(hù)的信息量，所以特別適于
采用高冗余度的前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)。其上行鏈路和下行鏈路中均采用了比 ＩＳ－９５系統(tǒng)中碼率
更低的卷積編碼，同時(shí)采用交織技術(shù)將突發(fā)錯(cuò)誤分散成隨機(jī)錯(cuò)誤，兩者配合使用，從而更加有效地
對(duì)抗移動(dòng)信道中的多徑衰落。



為了適應(yīng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求，在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中還采用了 Ｔｕｒｂｏ編碼技
術(shù)。



目前 ＴｕｒＢｏ碼用于ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)的主要困難體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：



（ｌ）由于交織長(zhǎng)度的限制，無(wú)法用于速率較低、時(shí)延要求較高的數(shù)據(jù)（包括語(yǔ)音）傳輸；




（２）基于軟輸出 ＭＡＰ的譯碼算法所需的計(jì)算量和存儲(chǔ)量較大，而基于軟輸出 Ｖｉｔｅｒ
ｂｉ的譯碼算法所需的迭代次數(shù)往往難以保證；



（３） Ｔｕｒｂｏ碼在衰落信道下的性能還有待于進(jìn)一步研究。



功率控制技術(shù)



在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中，一方面，許多移動(dòng)臺(tái)公用相同的頻段發(fā)射和接收信號(hào)，近地強(qiáng)信
號(hào)抑制遠(yuǎn)地弱信號(hào)的可能性很大，稱(chēng)為“遠(yuǎn)近效應(yīng)”；另一方面，各用戶(hù)的擴(kuò)頻碼之間存在著非理
想的相關(guān)特性，通信容量主要受限于同頻干擾。在不影響通信的情況下，盡量減少發(fā)射信號(hào)的功
率，通信系統(tǒng)的總?cè)萘坎拍芟鄳?yīng)地達(dá)到最大， ＣＤＭＡ系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)才能得以實(shí)現(xiàn)。因此，功
率控制是ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中最為重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。



ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中采用的功率控制技術(shù)可分為三種類(lèi)型：開(kāi)環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控
制和外環(huán)功率控制。



開(kāi)環(huán)功率控制的基本原理是根據(jù)用戶(hù)接收功率與發(fā)射功率之積為常數(shù)的原則，先行測(cè)量接收
功率的大小，并由此確定發(fā)射功率的大小。開(kāi)環(huán)功率控制用于確定用戶(hù)的初始發(fā)射功率，或用戶(hù)接
收功率發(fā)生突變時(shí)的發(fā)射功率調(diào)節(jié)。開(kāi)環(huán)功率控制未考慮到上、下行鏈路電波功率的不對(duì)稱(chēng)性，因
而其精確性難以得到保證。



閉環(huán)功率控制可以較好地解決上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)接收功率的測(cè)量值與信干比門(mén)限值的比較，
確定功率控制比特信息，然后通過(guò)信道把功率控制比特信息傳送到發(fā)射端，并據(jù)此調(diào)節(jié)發(fā)射功率的
大小。



外環(huán)功率控制通過(guò)對(duì)接收誤幀率的計(jì)算，調(diào)整閉環(huán)功率控制所需的信干比門(mén)限，通常需要采
用變步長(zhǎng)方法，以加快信干比門(mén)限的調(diào)整速度。



在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中，上行鏈路采用開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)功率控制相結(jié)合的技術(shù)，主要
解決“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問(wèn)題，保證所有信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都具有相同的平均功率；下行鏈路則采用閉環(huán)和
外環(huán)功率控制相結(jié)合的技術(shù)，主要解決同頻干擾問(wèn)題，可以使處于嚴(yán)重干擾區(qū)域的移動(dòng)臺(tái)保持較好
的通信質(zhì)量，減小對(duì)其它移動(dòng)臺(tái)的干擾。



同步技術(shù)



同步技術(shù)歷來(lái)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。同步電路如果失效，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的誤碼性
能，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。



ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)采用與 ＩＳ－９５系統(tǒng)相類(lèi)似的初始同步技術(shù)，即通過(guò)對(duì)導(dǎo)頻信道的
捕獲建立 ＰＮ碼的同步和符號(hào)同步，通過(guò)對(duì)同步信道的接收建立幀同步和擾碼同步。



ＰＮ碼的同步過(guò)程分為兩個(gè)階段： ＰＮ碼的捕獲（粗同步）和ＰＮ碼的跟蹤（細(xì)同步）。Ｐ
Ｎ碼的捕獲是使本地產(chǎn)生的 ＰＮ碼與接收到的 ＰＮ碼之間的定時(shí)誤差小于一個(gè)碼片間隔，可以采
用基于滑動(dòng)相關(guān)的串行捕獲方案或者基于時(shí)延估計(jì)問(wèn)題的并行捕獲方案。 ＰＮ碼的跟蹤將進(jìn)一步
縮小定時(shí)誤差，使之小于幾分之一的碼片間隔。典型的 ＰＮ碼跟蹤環(huán)路有兩類(lèi)：一類(lèi)是基于遲早
門(mén)定時(shí)誤差檢測(cè)器的延遲鎖定環(huán)，另一類(lèi)是 τ－抖動(dòng)環(huán)。在通信開(kāi)始之后，這一定時(shí)誤差應(yīng)該進(jìn)
一步被調(diào)整并使之趨近于零。另外，由于基站和移動(dòng)臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及時(shí)鐘頻率的不穩(wěn)定，
對(duì) ＰＮ碼定時(shí)的校正工作必須不斷進(jìn)行。



前向發(fā)射分集技術(shù)



如果可能的話(huà)，通信系統(tǒng)應(yīng)該綜合利用各種分集接收方法（包括時(shí)間分集、頻率分集和空間
分集等）來(lái)抵抗衰落對(duì)信號(hào)的影響，以保證高質(zhì)量的通信性能。但是，實(shí)際情況并非總是如此。例
如：在慢衰落信道中，時(shí)間分集技術(shù)在對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用場(chǎng)合下就不再適用；當(dāng)時(shí)延擴(kuò)展很小時(shí)，
頻率分集技術(shù)也將不再適用。目前，基站可以采用雙天線(xiàn)或多天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)空間分集接收，但這對(duì)于移
動(dòng)臺(tái)是難以實(shí)現(xiàn)的。由于移動(dòng)臺(tái)的尺寸所限，多天線(xiàn)之間的電磁兼容和多路射頻轉(zhuǎn)換等問(wèn)題將難以
解決。基于以上原因，ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)采用了前向發(fā)射分集技術(shù)，以改善在室內(nèi)單徑瑞利衰
落環(huán)境和慢速移動(dòng)環(huán)境下系統(tǒng)的性能。



在ｃｄｍａ２０００下行鏈路中，有兩條信道專(zhuān)門(mén)用于前向發(fā)射分集，即：發(fā)射分集導(dǎo)頻信
道和輔助發(fā)射分集導(dǎo)頻信道。ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中具體采用的發(fā)射分集技術(shù)有兩種：ＯＴＤ方
式（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，正交發(fā)射分集）和ＳＴＳ方
式（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｓｐｒｅａｄ，空時(shí)擴(kuò)展分集）。在ＯＴＤ方式下，兩根天線(xiàn)上發(fā)送的
信號(hào)采用相互正交的 Ｗａｌｓｈ碼加以隔離；在 ＳＴＤ方式下，兩根天線(xiàn)上發(fā)送的信號(hào)采用不同
的空時(shí)編碼方案，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。



宏分集與軟切換技術(shù)



在越區(qū)軟切換的過(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)同時(shí)接收來(lái)自?xún)蓚�(gè)或多個(gè)基站發(fā)射的相同信息，對(duì)其進(jìn)行分
集合并和判決，從而改善移動(dòng)臺(tái)處于越區(qū)切換時(shí)的接收信號(hào)質(zhì)量，并保持越區(qū)切換時(shí)的數(shù)據(jù)不丟
失，相對(duì)于多徑分集方式，這種分集稱(chēng)為宏分集。



在ｃｄｍａ２０００系統(tǒng)中，不同基站采用相同的 ＰＮ碼，差別僅在相位上，因此移動(dòng)臺(tái)的
搜索單元可以采用滑動(dòng)相關(guān)的方法檢測(cè)相鄰基站的導(dǎo)頻信道的接收強(qiáng)度。在宏分集時(shí)，搜索單元可
以將接收機(jī)的三個(gè)分支分別分配到兩個(gè)基站各自的最強(qiáng)徑上，從而有效地保證了接收質(zhì)量。



（東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蔣良成 陳 玉）