IS-95A CDMA移動(dòng)通信基站子系統(tǒng)<1>

IS-95A CDMA移動(dòng)通信基站子系統(tǒng)<1>（翟文軍）
摘  要 本文將從移動(dòng)通信的發(fā)展及IS-95A標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)出發(fā)，論述首信集團(tuán)所承接的國
家“863”移動(dòng)通信項(xiàng)目的研發(fā)內(nèi)容、相關(guān)技術(shù)、研發(fā)成果及后期項(xiàng)目的延續(xù)情況。
關(guān)鍵詞 CDMA  移動(dòng)通信  IS-95A  基站
1  IS-95A標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)
    IS-95A是美國QUALCOMM公司1990年提出的，大規(guī)模商用是在1996年之后，主要應(yīng)用
于韓國、北美、拉丁美洲及香港，目前大概有7000萬用戶。
    IS-95A是前向兼容北美模擬系統(tǒng)AMPS的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，其特點(diǎn)如下：
    （1）頻段為800 MHz（上行824－849 MHz，下行869－894 MHz），其擴(kuò)頻采用直序
擴(kuò)頻方式（DS）。
    （2）前向鏈路（又稱正向鏈路）采用64位WALSH碼區(qū)分信道，共有導(dǎo)頻、尋呼、同
步、前向業(yè)務(wù)等4類信道，不同基站之間采用 2（15次方）PN碼相位區(qū)分，共有512個(gè)相
位（相鄰相位之間相差64個(gè)PN碼片），采用了卷積編碼（K=9，R= l／ 2）、交織等信
道編碼方式。
    （3）后向鏈路（又稱反向鏈路），共有接入、反向業(yè)務(wù)2類信道，信道及用戶之間
采用2（42次方）-1 PN碼相位區(qū)分，采用了卷積編碼（K=9、R=l／ 3）、交織等信道編
碼方式，同時(shí)采用了64進(jìn)制調(diào)制方式。
    （4）此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系統(tǒng)是同步CDMA系統(tǒng)（信道、基站區(qū)分采用PN碼相位），因此，
必須有一個(gè)時(shí)間參考源，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用GPS定時(shí)。
    （7）為了提高系統(tǒng)容量，一是在前向信道中加入了功率控制子信道，用于移動(dòng)臺
的閉環(huán)功率控制；二是采用了可變速率聲碼器，實(shí)現(xiàn)話音激活；三是移動(dòng)臺采用非連續(xù)
發(fā)送方式，減少了同一時(shí)間相互之間的干擾。
    （6）首次在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中提出軟切換、更軟切換概念，并在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)
現(xiàn)了此概念。
    （7）前向信道采用相干解調(diào)方式，反向信道采用非相干解調(diào)方式。
    （8）實(shí)現(xiàn)了“軟容量”，即當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)載工作時(shí)，再增加少數(shù)用戶，系統(tǒng)性能會
稍有下降，但不會發(fā)生阻塞，實(shí)際增加的干擾也不大。
    （9）實(shí)現(xiàn)了路徑分集（RAKE接收），由于CDMA系統(tǒng)傳輸帶寬較寬，信號傳輸帶寬
大于相關(guān)帶寬時(shí)，就可以用1／W的（時(shí)間）分辨率分辨出多徑分量，再進(jìn)行分集合并，
從而改善接收性能。
    （10）可以與其他窄帶系統(tǒng)共存，因?yàn)閿U(kuò)頻之后，信號功率譜展寬，功率譜密度降
低，對其他窄帶系統(tǒng)影響很小，IS-95A系統(tǒng)信號對窄帶信號而言近似白噪聲。
    （11）實(shí)現(xiàn)了高保密通信，鑒權(quán)、數(shù)字格式、寬帶信令可由受話人指定的密碼進(jìn)行
保護(hù)，可提供較好的保密特性，防止盜號和被竊聽。
2  項(xiàng)目研發(fā)內(nèi)容
    1995年，我國正處于數(shù)字移動(dòng)通信制式選擇時(shí)期，在技術(shù)方面，CDMA比其他數(shù)字移
動(dòng)通信制式具有更大的優(yōu)勢，具有更好的技術(shù)發(fā)展?jié)摿�；在商用�?jīng)驗(yàn)方面，CDMA要比其
他數(shù)字移動(dòng)通信制式少。正當(dāng)中國電信傾向選擇CDMA制式時(shí)，聯(lián)通闖入了通信市場，由
于聯(lián)通缺少其他業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，最終選擇了蜂窩移動(dòng)通信作為與中國電信抗衡的切入點(diǎn)，
為了減少風(fēng)險(xiǎn)，聯(lián)通公司選擇了商業(yè)化程度較高的GSM作為發(fā)展方向，迫使中國電信也
選擇GSM制式。但當(dāng)時(shí)的原郵電部已認(rèn)識到CDMA將作為今后移動(dòng)通信發(fā)展必選技術(shù)，因
此，決定組織國內(nèi)相關(guān)部門攻克CDMA關(guān)鍵技術(shù)，研制自主知識產(chǎn)權(quán)的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)
。當(dāng)時(shí)由原郵電部科技司牽頭，組織北京郵電大學(xué)、原中國郵電工業(yè)總公司（主要為首
信人員）聯(lián)合進(jìn)行“IS-95A CDMA移動(dòng)通信基站子系統(tǒng)研發(fā)”項(xiàng)目。1997年，此項(xiàng)目又
被國家“ 863”列為重點(diǎn)項(xiàng)目。
    由于當(dāng)時(shí)CDMA屬于最為先進(jìn)的技術(shù)，國內(nèi)在此方面的基礎(chǔ)還是很薄，此項(xiàng)目的研發(fā)
幾乎是從基本概念開始，研發(fā)內(nèi)容不僅涉及到了RAKE接收、信道編譯碼、速率判定、搜
索等許多CDMA信道處理及可變速率編碼器等關(guān)鍵技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)，而且也涉及到了軟切換
、功率控制、多CPU通信、分組交換平臺、Abis協(xié)議定義實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等多
方面的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。下面簡單介紹幾個(gè)我們已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
    （1）RAKE接收技術(shù)
    在移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺與基站之間的環(huán)境復(fù)雜，到達(dá)接收信號不會是一條路徑來的
信號，而是多徑合成信號。對于采用其他技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，只能采用復(fù)雜的抵抗技
術(shù)，減少影響。而對采用CDMA技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，由于CDMA的相關(guān)特性，只要路徑之
間的時(shí)延差大于一個(gè)PN碼片寬度，就可以利用多徑信號加強(qiáng)接收效果，此種技術(shù)稱為
RAKE分集接收技術(shù)（俗稱路徑分集）。
    一般RAKE接收機(jī)由搜索器（Searcher）、解調(diào)器（Finger）、合并器（Combiner）
3個(gè)模塊組成。搜索器完成路徑搜索，主要原理是利用碼的自相關(guān)及互相關(guān)特性。解調(diào)
器完成信號的解擴(kuò)、解調(diào)，解調(diào)器的個(gè)數(shù)決定了解調(diào)的路徑數(shù)，通常CDMA基站系統(tǒng)一個(gè)
RAKE接收機(jī)由4個(gè)Finger組成，移動(dòng)臺由3個(gè)Finger組成。合并器完成多個(gè)解調(diào)器輸出的
信號的合并處理，通用的合并算法有選擇式相加合并、等增益合并、最大比合并3種。
合并后的信號輸出到譯碼單元，進(jìn)行信道譯碼處理。
    （2）速率判定技術(shù)
    由于CDMA是多個(gè)用戶共同占用同一頻帶資源，相互之間通過PN碼來區(qū)分，因此，同
時(shí)通話用戶數(shù)越多，相互之間干擾就越大。在一定的服務(wù)質(zhì)量下，如果要有效利用系統(tǒng)
資源，那么必須采用相應(yīng)的措施�，F(xiàn)在通用的方法是采用語音壓縮編碼及話音激活技術(shù)
。IS-95系統(tǒng)就是采用了8 kbit／s（IS-95A）或13 kbit／s（IS-95B）語音編碼技術(shù)以
及變速率話音激活技術(shù)。同時(shí)，變速率也為隨路信令的傳輸提供了方便。對于IS-95系
統(tǒng)，接收端無法知道發(fā)送數(shù)據(jù)速率，只能通過提取信道質(zhì)量信息，判定發(fā)送端可能發(fā)送
的速率。
    對于業(yè)務(wù)信道可變速率聲碼器產(chǎn)生四種速率，分別為：8 kbit／s，4 kbit／s，
2 kbit／s，0.8 kbit／s。對兩種高速率加CRC、對所有速率數(shù)據(jù)加8個(gè)“0”編碼尾比
特后，速率變?yōu)椋?.6 kbit／s、4.8 kbit／s、2.4 kbit／s、1.2 kbit／s。聲碼器初
始幀應(yīng)為全速率（8.0 kbit／s）、半速率（4.0 kbit／s），通常情況，選擇全速率。
各種速率在整個(gè)聲碼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
約為60％，主要完成話音與隨路信令傳輸；半速率約占20％，主要完成話音與噪聲過渡
帶的編碼；1／4及1／8速率約占20％，主要完成背景噪聲編碼。
    多速率判定必須依據(jù)信道狀態(tài)來達(dá)到判定目的，可依據(jù)的參數(shù)有以下幾個(gè)：
    ·CRC校驗(yàn)：四種速率中，只有全速率與半速率有CRC校驗(yàn)；
    ·信道誤碼個(gè)數(shù)：反映的是維特比譯碼器的糾錯(cuò)能力，及信道惡劣程度；
    ·幀質(zhì)量指示：也稱為山本度量（YamamotoMetric）指示。其基本原理是基于譯碼
過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一狀態(tài)的兩條路徑的度量差值小于一定門限時(shí)，就可認(rèn)為此時(shí)選擇的
幸存路徑不可靠，如果回溯路徑選擇了此路徑，則此幀數(shù)據(jù)也就不可靠，此幀為“壞”
幀。
    上面已說明，各速率在整個(gè)系統(tǒng)中所起作用及所占比例是不同的，因此，對各速率
判定的精度也是不同的。首先，要盡可能保證全速率判定的準(zhǔn)確度，不僅要判別出全速
率好幀，而且還要能判別出全速率壞幀，這是因?yàn)槿�速率幀中有時(shí)包含隨路信令。其次
，進(jìn)行半速率、1／4及1／8速率判定。另外，誤幀也是反向閉環(huán)功率控制的重要依據(jù)。