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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,*,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,*,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),4.功率把握,,CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，它的通信質(zhì)量和容量主要受限于收到干擾功率的大小。假設(shè)基站接收到移動臺的信號功率太低，則誤比特率大，而無法保證高質(zhì)量通信;反之，假設(shè)基站接收到某一移動臺功率太高，雖然保證了該移動臺與基站向印通信質(zhì)量，卻對其他移動臺增加了干擾，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量惡化、容量減小。只有當(dāng)每個(gè)移動臺的放射功率把握到基站所需信噪

2、比的最小值時(shí)，通信系統(tǒng)的容量才到達(dá)最大值。,,在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，為了解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，同時(shí)避開對其他用戶過大的干擾，必需承受嚴(yán)格的功率把握。功率把握除了反向鏈路的開環(huán)功率把握和閉環(huán)功率把握外，還有正向鏈路功率把握，CDMA功率把握框如圖2-32所示。,上一頁,下一頁,返回,圖2-32 CDMA系統(tǒng)功率把握方框圖,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),(1)反向鏈路的功率把握,,反向鏈路功率把握就是把握各移動臺的放射功率的大小，可分為開環(huán)功率把握和閉環(huán)把握。,,①開環(huán)功率把握。承受反向鏈路的開環(huán)功率把握的前提條件是假設(shè)上、下行傳輸損耗一樣。移動臺接收并測量基站發(fā)來的信號強(qiáng)度，估量下行傳輸損耗;然后，依

3、據(jù)這種估量，移動臺自行調(diào)整其放射功率。接收信號增加時(shí)，就降低其放射功率;接收信號減弱時(shí)，就增加其放射功率，試圖使全部移動臺發(fā)出的信號在到達(dá)基站時(shí)都有一樣的標(biāo)稱功率，這完全是一種移動臺自主進(jìn)展的功率把握。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),開環(huán)功率把握只是對發(fā)送電平的粗略估量，因此，它的反響時(shí)間不應(yīng)太快，也不應(yīng)太慢。如反響太快，在開機(jī)或遇到陰影、拐彎效應(yīng)時(shí)，開環(huán)起不到應(yīng)有的作用;而假設(shè)太快，將會由于前向鏈路中的快衰落而鋪張功率，由于前、反向衰落是兩個(gè)相對獨(dú)立的過程，移動臺接收的尖峰式功率很有可能是由于干擾形成的。依據(jù)很多測試結(jié)果，響應(yīng)時(shí)間常數(shù)選擇為20ms~30 ms。,上一頁,

4、下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),開環(huán)功率把握是為了補(bǔ)償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應(yīng)，它必需要有一個(gè)很大的動態(tài)范圍。依據(jù)CDMA空中接口標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)到達(dá)1 32 dB的動態(tài)范圍。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，移動臺只通過測量接收功率來估量發(fā)送功率，而不需要進(jìn)展任何前向鏈路的解調(diào)。,,開環(huán)功率把握的優(yōu)點(diǎn)是簡潔易行，不需要在移動臺和基站間交換把握信息，因而不僅把握速度快而且節(jié)省開銷。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),②反向閉環(huán)功率把握。實(shí)際上，上、下行鏈路的衰落特性是相互獨(dú)立的，即開環(huán)功率把握的前提條件并不成立，開環(huán)只能是一種粗略的功率把握。反向閉環(huán)功率把握是由基站檢測移動臺的信號強(qiáng)

5、度或信噪比，依據(jù)測得結(jié)果與預(yù)定值比較，產(chǎn)生功率調(diào)整指令，并通知移動臺調(diào)整其放射功率。,,在反向閉環(huán)功率把握中，基站起著很重要的作用。閉環(huán)把握的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使基站對移動臺的開環(huán)功率估量快速作出訂正，以使移動臺保持最抱負(fù)的放射功率。這種對開環(huán)的快速訂正，解決了前向鏈路和反向鏈路間增益允許度和傳輸損耗不一樣的問題。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),一個(gè)功率把握比特的長度正好等于前向業(yè)務(wù)信道兩個(gè)調(diào)制符號的長度(即104. 166us)。每個(gè)功率把握比特將替代兩個(gè)連續(xù)的前向業(yè)務(wù)信道調(diào)制符號，這個(gè)技術(shù)就是通常所說的符號抽取技術(shù)。在這種狀況下，功率把握比特將按Eb的能量發(fā)送，Eb為9 600

6、 bit/s速度時(shí)前向業(yè)務(wù)信道每個(gè)信息比特的能量，如圖2-33所示。功率把握比特在前向業(yè)務(wù)信道中進(jìn)展數(shù)據(jù)擾碼后插到數(shù)據(jù)流中，在功率把握子信道上傳送。,,圖2-33中X取值與傳輸速率有關(guān)，當(dāng)速率為9. 6 kbit/s時(shí)，X=2;當(dāng)速率為4. 8 kbit/s時(shí)，X=4;當(dāng)速率為2. 4 kbit/s時(shí)，X=8;當(dāng)速率為1. 2 kbit/s時(shí)，X=16。全部未替代的調(diào)制符以一樣的功率發(fā)送，相鄰幀的功率電平可能不同。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),一個(gè)功率把握比特的長度正好等于前向業(yè)務(wù)信道兩個(gè)調(diào)制符號的長度(即104. 166us)。每個(gè)功率把握比特將替代兩個(gè)連續(xù)的前向業(yè)務(wù)信

7、道調(diào)制符號，這個(gè)技術(shù)就是通常所說的符號抽取技術(shù)。在這種狀況下，功率把握比特將按Eb的能量發(fā)送，Eb為9 600 bit/s速度時(shí)前向業(yè)務(wù)信道每個(gè)信息比特的能量，如圖2-33所示。功率把握比特在前向業(yè)務(wù)信道中進(jìn)展數(shù)據(jù)擾碼后插到數(shù)據(jù)流中，在功率把握子信道上傳送。,,圖2-33中X取值與傳輸速率有關(guān)，當(dāng)速率為9. 6 kbit/s時(shí)，X=2;當(dāng)速率為4. 8 kbit/s時(shí)，X=4;當(dāng)速率為2. 4 kbit/s時(shí)，X=8;當(dāng)速率為1. 2 kbit/s時(shí)，X=16。全部未替代的調(diào)制符以一樣的功率發(fā)送，相鄰幀的功率電平可能不同。,上一頁,下一頁,返回,圖2-33 功率把握子信道的構(gòu)造和替代,2.2

8、 窄帶CDMA系統(tǒng),基站接收機(jī)應(yīng)測量全部移動臺的信號強(qiáng)度，測量周期為1. 25 ms。基站接收機(jī)利用測量結(jié)果，分別確定對各個(gè)移動臺的功率把握比特值(“0”或“1” )，然后，基站在相應(yīng)的前向業(yè)務(wù)信道上將功率把握比特發(fā)送出去，因此，基站發(fā)送功率把握比特比反向業(yè)務(wù)信道延遲2 x 1. 25 ms。因此，反向閉環(huán)功率把握中，只有在緊隨移動臺放射時(shí)隙后的其次個(gè)1. 25 ms時(shí)隙內(nèi)收到的功率把握比特才被認(rèn)為是有效的。另外，在非連續(xù)放射過程中，當(dāng)放射機(jī)關(guān)掉時(shí)移動臺將無視收到的功率把握比特。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),在開環(huán)功率把握的根底上，移動臺將供給適1 24 dB的閉環(huán)調(diào)整范

9、圍。,,在軟切換時(shí)，移動臺可獲得兩個(gè)或兩個(gè)以上基站供給的效勞，因此，移動臺可能同時(shí)收到兩個(gè)或兩個(gè)以上的功率把握命令，假設(shè)既有上調(diào)又有下降的功控指令，則執(zhí)行功率下降的指令。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),(2)正向鏈路的功率把握,,在正向鏈路功率把握(或稱前向功率把握)中，基站依據(jù)移動臺供給的測量結(jié)果，調(diào)整對每個(gè)移動臺的放射功率，其目的是對路徑衰落小的移動臺安排較小的前向鏈路功率，而對那些遠(yuǎn)離基站和誤碼率高的移動臺安排較大的前向鏈路功率，使任一移動臺無論處于蜂窩小區(qū)的任何位置上，收到基站發(fā)來的信號電平都恰好到達(dá)信干比所要求的門限值。前向功率把握可避開基站向距離近的移動臺輻射過

10、大的信號功率，也可防止或減小由于移動臺進(jìn)入傳播條件劣窮或背景干擾過大的地區(qū)而產(chǎn)生較大的誤碼率，引起通信質(zhì)量的下降。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),基站通過移動臺發(fā)送的前向誤幀率FER的報(bào)告預(yù)備增加或減小放射功率。移動臺的報(bào)告分為定期報(bào)告和門限報(bào)告。定期報(bào)告就是隔確定時(shí)間匯報(bào)一次，門限報(bào)告就是當(dāng)FER到達(dá)確定門限值時(shí)才報(bào)告。這個(gè)門限值是由運(yùn)營者依據(jù)對語音質(zhì)量的不同要求設(shè)置的。這兩種報(bào)告方式可同時(shí)使用，也可只用一種，或者兩種都不用，這可依據(jù)運(yùn)營者的具體要求來設(shè)定。,,基站收到調(diào)整功率的報(bào)告后，調(diào)整其放射功率前向功率把握的最大調(diào)整范圍為±6 dB。,,上述前向功率把握屬于閉環(huán)方式

11、，也可承受開環(huán)方式，即可由基站檢測來自移動臺的信號強(qiáng)度，以估量反向傳輸?shù)膿p耗并相應(yīng)調(diào)整發(fā)給該移動臺的功率,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),5.數(shù)據(jù)擾碼,,數(shù)據(jù)擾碼的作用是為通信供給保密，數(shù)據(jù)擾碼又稱為數(shù)據(jù)掩蔽，利用基站和手機(jī)的數(shù)據(jù)擾碼器來產(chǎn)生。數(shù)據(jù)擾碼器的工作原理如圖2-34所示。信息數(shù)據(jù)經(jīng)卷積編碼、塊穿插器等處理后，數(shù)據(jù)速率為19. 2 kbit/s，與受用戶掩碼把握的 19. 2 kbit/s偽隨機(jī)PN碼信號模2相加后，輸出保密的數(shù)據(jù)。19. 2 kbit/s偽隨機(jī)PN碼信號由一個(gè)長碼發(fā)生器經(jīng)64分頻獲得長碼發(fā)生器是一個(gè)由42級移位存放器構(gòu)成的m序列，通常將該序列稱為PN

12、長碼，其周期為P = 242-1，每個(gè)碼片的寬度為Tc = 1/1. 2288 MHz，碼率為1.2288 Mchip/s。長碼發(fā)生器還受用戶掩碼的把握。,上一頁,下一頁,返回,圖2-34 數(shù)據(jù)擾碼器工作原理方框圖,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),6.信道編碼,,在CDMA通信系統(tǒng)內(nèi)，信道編碼承受卷積編碼和穿插編碼，來完成糾錯(cuò)、檢錯(cuò)的任務(wù)。,,卷積編碼技術(shù)既可以訂正隨機(jī)過失，也可以訂正突發(fā)過失。它是由一些移位存放器和模2加法器等組成。在輸入1位信息碼元時(shí)，可同時(shí)取得n位附加監(jiān)視碼元，由1位輸入信息碼元和n位附加監(jiān)視碼元組合起來，可組成卷積碼的1個(gè)分組(即1個(gè)碼字=n+1位)。其中監(jiān)視碼元不僅與本組

13、輸入的信息碼元有關(guān)，還與前面的以存入移位存放器的信息碼元有關(guān)系。監(jiān)視碼元的數(shù)量依據(jù)糾錯(cuò)要求確定。通常用(m, 1)來表示卷積要求，把m+1稱為卷積碼的約束長度，把m-1 =n稱為監(jiān)視碼元的位數(shù)，監(jiān)視碼元由移位存放器和模2加法器產(chǎn)生，移位存放器的個(gè)數(shù)m=n+1。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),以形成(3,1)卷積碼為例，爭論卷積碼的形成過程，卷積編碼器的構(gòu)造如圖2-35所示圖中SR表示移位存放器，移位存放器的個(gè)數(shù)為3, mj表示輸入信息碼元依據(jù)要求，編碼后每位信息元有3-1 =2個(gè)監(jiān)視元，監(jiān)視元Pj1 ,Pj2由模2加法器生成，生成方程如下:,,,,通過編碼器后，每位輸出為m

14、j , Pj1 ,Pj2 ，將這個(gè)輸出稱為碼長為3位，信息碼元為1位的(3, 1)卷積碼編成一組，信息碼元位數(shù)與碼長的比值稱為碼率，(3，l)卷積碼的碼率為1/3從監(jiān)視方程可知，監(jiān)視碼元不僅與當(dāng)前碼元信息有關(guān)，還和前面的碼元信息有關(guān)。,上一頁,下一頁,返回,圖2-35 〔3，1〕卷積編碼器,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),假設(shè)輸入信息碼元為011001，依據(jù)上述方法，則輸出的編碼將為000, 111, 100, 010, 010,011,101,…。需要留意的是，SR初始狀態(tài)均為0。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),值得提出的是一種(2,1)的卷積碼，其碼率為1/2,它的監(jiān)視位只

15、有1位，既可以訂正突發(fā)誤差，又可以訂正隨機(jī)誤差，得到廣泛應(yīng)用。圖2-36為(2, 1)卷積碼的編碼器原理圖，編碼時(shí)監(jiān)視方程為:,,,隨著卷積編碼器存放器個(gè)數(shù)m的增加，糾錯(cuò)力氣增加，過失率按指數(shù)下降。但是糾錯(cuò)力氣它是以犧牲傳輸速率來換取的。,,CDMA系統(tǒng)的穿插編碼與GSM系統(tǒng)的穿插編碼一樣，也是把原有碼元挨次打亂，摻入新的碼元，將數(shù)據(jù)重新排列和安排。穿插編碼可有效地訂正隨機(jī)過失，它也可以把突發(fā)過失分散成為隨機(jī)過失，從而到達(dá)訂正突發(fā)過失的目的。穿插編碼不像卷積編碼那樣增加碼元，在穿插編碼前后，數(shù)碼傳輸速率不變。,上一頁,下一頁,返回,圖2-36 〔2，1〕卷積編碼器,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),

16、7.話音編碼,,目前，CDMA通信系統(tǒng)的語音編碼主要是QCELP語音編碼技術(shù)，即碼鼓舞線性猜測編碼。系統(tǒng)的語音編碼效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GSM系統(tǒng)的語音水平，所以CDMA網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)運(yùn)營商宣稱其通話是“無線通信，有線質(zhì)量”。,,①Q(mào)CELP編/解碼過程。QCELP主要是使用碼表矢量量化差值信號，然后，基于語音的激活程度產(chǎn)生一個(gè)可變的輸出數(shù)據(jù)速率。對于典型的雙方通話，受均輸出數(shù)據(jù)速率比最高數(shù)據(jù)速率差不多可以下降2倍甚至更多。,,語音編碼過程是提取語音參數(shù)，并將參數(shù)量化的過程。該過程應(yīng)當(dāng)使最終合成的語音與原始語音的差異盡量小。下面介紹編碼過程及相關(guān)參數(shù)的選擇。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng)

17、,首先，對輸入的語音8 kHz抽樣，緊接著將其分成20 ms長的幀，每一幀含160個(gè)抽樣(該抽樣并沒有被量化)。依據(jù)這160個(gè)抽樣的語音幀，生成包含三種參數(shù)子幀(線碼激性猜測編碼濾波器參數(shù)、音調(diào)參數(shù)、碼表參數(shù))的參數(shù)幀，三種參數(shù)不斷被更新，更新后的參數(shù)被依據(jù)確定的幀構(gòu)造傳送到接收端。線性猜測編碼濾波器參數(shù)在任何數(shù)據(jù)速率下以每20 ms(即一幀)更新一次，對該參數(shù)編碼的比特?cái)?shù)隨所選擇數(shù)據(jù)速率的變化而變化，如表2-2所示。同樣，碼表參數(shù)更新的次數(shù)也是不等的，它也隨所選擇數(shù)據(jù)速率的變化而變化。,,在各種速率下，參數(shù)幀的構(gòu)造如圖2-37所示。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),圖2-3

18、7中，每一個(gè)參數(shù)幀對應(yīng)一個(gè)160抽樣的語音幀。LPC子幀里的數(shù)字表示在該速率下對LPC系數(shù)編碼所用的比特?cái)?shù)音調(diào)合成子幀中的每一塊都代表在這一幀里的一次音調(diào)參數(shù)更新，而數(shù)值則表示對更新的音調(diào)聲源編碼所用的比特?cái)?shù)。例如，對速率1(對應(yīng)最高速率)，音調(diào)參數(shù)在每一幀里被更新4次，每次使用10 bit對新的音調(diào)聲源編碼。請留意在速率1/8(對應(yīng)最高速率的1/8)時(shí)沒有進(jìn)展音調(diào)參數(shù)更新，這是由于在這種狀況下通常沒有語音，所以也就不需要音調(diào)參數(shù)。同樣，碼表子幀中的每一塊都代表在這一幀的一次碼表參數(shù)被更新，而里面的數(shù)字則表示對更新的碼表聲源編碼所用的比特?cái)?shù)。例如，對速率1，碼表參數(shù)在每一幀里被更新8次，每次使

19、用10 bit對新的碼表聲源編碼。從圖2-37中可以看出，更新次數(shù)是隨著數(shù)據(jù)速率的下降而降低。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),語音解碼過程是從數(shù)據(jù)流中解包，得到接收的參數(shù)，并且依據(jù)這些參數(shù)重組語音信號的過程。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),QCELP的語音合成模型如圖2-38所示。首先對不同的速率，承受兩種不同的方法選出矢量。當(dāng)速率為最高速率的1/8時(shí)，任選一個(gè)偽隨機(jī)矢量;對于其他速率，通過索引I‘從碼表里指定相應(yīng)的矢量，該矢量增加增益常數(shù)l后，又被音調(diào)合成濾波器濾波，該濾波器的特性是由音調(diào)參數(shù)L’和b‘把握的。這一輸出又被線性猜測編碼濾波器濾波，該濾波

20、器的特性是由濾波系數(shù)ɑ’1 ~ ɑ‘10預(yù)備的。這樣就輸出了一個(gè)語音信號，該語音信號又被最終一級自適應(yīng)濾波器濾波。,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),②QCELP中數(shù)據(jù)速率的選擇。QCELP為可交速率的碼鼓舞線性猜測編碼方式，其數(shù)據(jù)速率的選擇是基于每幀的能量與三個(gè)門限的比較，而三個(gè)門限的選擇則是基于對背景噪聲電平的估量。每一幀的能量是由自相關(guān)函數(shù)R (0)預(yù)備的，R (0)與三個(gè)門限值T1(Bi),T2(Bi), T3(Bi)比較，其中Bi表示背景噪聲電平。假設(shè)R (0)大于全部三個(gè)門限，就選擇速率1;假設(shè)R (0)大于兩個(gè)門限，就選擇速率1/2;假設(shè)R (0)只大于一個(gè)門限，就選擇速率1/4;假設(shè)R (0)小于全部三個(gè)門限，選擇速率1/8。除此之外，速率的選擇還應(yīng)符合以下規(guī)章:,上一頁,下一頁,返回,2.2 窄帶CDMA系統(tǒng),第一，數(shù)據(jù)速率每幀只允許下降一個(gè)級別。比方，假設(shè)前一幀的速率是1，而當(dāng)前幀依據(jù)上面的選擇是1/4或1/8，那么只能選擇速率1/2。,,其次，當(dāng)CDMA使用半速率技術(shù)時(shí).即使當(dāng)前幀依據(jù)門限選擇是速率1.而實(shí)際只能選擇速率1/2。,,在每一幀的速率被預(yù)備前，三個(gè)門限也分別被更新一次。首先，背景噪聲的電平是由前一幀的背景噪聲電平和前一幀的自相苯函數(shù)R (0)預(yù)備的。,上一頁,下一頁,返回,