CDMA信道编码及结构解析.doc

CDMA 信道编码及结构解析随着亚太地区等新兴市场的潜力被大力开发, CDMA 进入了高速发展期,在 200 2 年一年中, 全球共增用户数 3400 多万。截至 2004 年2月, 中国联通在 CDMA 用户已达 2000 万用户,成为全球第二大 cdma 移动通信运营商。 cdma 技术体制上的优势使其成为移动数据通信的首选, 即将到来的第三代移动通信( 3G )技术都是基于 cdma 技术体制的。 cdma ,即码分多址包含两个基本技术: 一个是码分技术,其基础是扩频通信;另一个是多址技术。将这两个基本技术结合在一起, 并吸收其他一些关键技术, 形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。本文将从这两个主要技术入手介绍 cdma 信道编码及前反向信道结构。 1 扩频增益扩频调制是一种无线通信技术。他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。用W 表示传送带宽( 单位为 Hz),用R 表示数据速率( 单位为 bit/s ), W/R 被称为扩展系数或处理增益。 W/R 的值一般可以在一百到一百万的范围( 20db — 60db )。 仙农容量公式( Shannon ’ scapacityequation ) C=Blog2[1 + S/N] 其中: B 为传送带宽(单位为 Hz ); C 为信道容量(单位为 bit/s ); S/N 为信号噪声功率比。 扩频增益传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送, cdma 系统则采用宽带信道传送信号, 以获得处理增益, 提高信道容量, 如图 1 所示。根据仙农公式, 增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比,以提高收发双方通信的可靠性。 cdma 扩频增益: 当一个用户以 9600bps 速率进行语音通信时, cdma 的信道带宽是 1,228,800hz , 处理增益为 1,228,800hz/9600= 128 = 21 db 。以此推算,每当用户数增加一倍, 信道处理增益下降 3db , 当用户数达到 32 个时, 信噪比接近底线, 达到单扇区容量极限。实际上, cdma 系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制, 以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。发信者把需传送的低速数据与一组快速扩频序列合成后通过发射机发射出去, 接收者从空中借口截取信息流后,用同一快速扩频序列进行解扩频,从而得到原始信息。 2cdma 信道编码 cdma 系统通过码片( chip ) 来传输信号( signal ), 通常每一比特信息要占用几个码片。所有用户共用 cdma 信道资源, 每个用户拥有自己唯一的码型以区别于其他用户, 用户使用自己的码型( codepattern ) 与一长组码片进行合成处理, 从中恢复出传给自己的信息,而其他用户信息则被丢弃,保证了多用户通信的安全性。 扩频序列 cdma 信道合成了三种不同的扩频序列以实现信息传递安全、稳定和独立行。扩频序列很容易在收发双方间生成和合成,而不会耗费过多的处理资源,如图 2。 扩频序列 A—沃尔什码( Walsh Codes ) 沃尔什序列广泛的应用于 cdma 系统中。沃尔什函数是相互正交( MutualOrthogonality )的, 以保证用户信号也是互相正交的。因此对于前向链路, cdma 系统是一个正交扩频系统,沃尔什序列可以消除或抑制多址干扰( MAI )。理论上,如果在多址信道中信号是相互正交的,那么多址干扰可以减少至零。然而实际上由于多径信号和来自其他小区的信号与所需信号是不同步的,共信道干扰不会为零。异步到达的延迟和衰减的多径信号与同步到达的原始信号不是完全正交的, 这些信号就带来了干扰。来自其他小区的信号也不是同步或正交的,这也会导致干扰发生。沃尔什序列在前向链路中用于复用目的,用来区分信道;在反向链路中,沃尔什码仅用作正交调制码。 64 阶沃尔什码池如表 1: 扩频序列 B和C—伪随机序列( PN,Pseudorandom Noise ) cdma 系统中, 伪随机序列( PN) 用于数据的加扰和扩谱调制。在传送数据之前, 把数据序列转化成“随机的”,类似于噪声的形式,从而实现数据加扰。接收机再用 PN 码把被加扰的序列恢复成原始数据序列。需要指出的是,如果发送数据序列经过完全随机性的加扰,接收机就无法恢复原始序列。换句话说,如果接收机知道如何恢复原始数据,发送的数据序列就不可能完全随机化。因此, 在实际 cdma 系统中使用的是一个足够随机的序列, 一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的,另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步的产生这个随机序列。所以把这种序列成为伪随机序列( PN )。可以使用线性反