基于IS―95码分多址数字蜂窝系统
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【摘 要】 本文论述了基于IS-95标准的码分多址数字蜂窝移动系统。该系统已经被采纳作为语音通信的一种多址方法。本文具体地介绍了该系统前向信道和反向信道中波形，编码和干扰抑制属性的设计特点。
【关键词】 前向信道 反向信道 蜂窝系统
1 前言
码分多址标准IS-95描述了采用直接序列扩频多址接入的无线电话系统。IS-95标准采用码分多址技术，每次复用1.25MHZ，采用双模。作为干扰限制系统，IS-95采用了多种信号处理技术来降低信噪比。前向信道由4种类型信道组成：导频，同步，寻呼和通信业务；反向信道则包括两类信道：接入信道和业务信道。
2 前向信道
IS-95中，基站同时发送64个多路复用信道，其中包括一个导频信道，一个同步信道，至少一个寻呼信道，剩余的至多61条信道用于用户业务。标准支持同时传送语音、数据和信令等多种信号。信号采用线性预测编码算法，语音信号首先数字化为约8kb/S的数字信号，加入错误检测比特后，速率增加到9.6kb/S。然后将二进制序列分成长度为20MS的帧，对于9.6kb/S的信号，每帧含192比特。第二步是进行卷积编码，编码后信号速率为19.2kb/S，再经过间隔等于帧长20MS的分组交织器交织编码。接下来的三个步骤包括：为了实现保密性而将PN序列与正交序列模二加；信道选择；基站鉴权。每次引入一个码本，可以将此过程看做是某种需要而设置一个栏杆或门，将指定的信息与其他信息分离开来。下面分析保密编码。它是一个由最大长度的42级移位寄存器实现的长PN码。系统的码片速率为1.2288MChip/S，码本大约每41天重复一次。IS-95中的所有基站和移动单元都采用相同的长码硬件电路。为了给每个移动单元提供属于自己的唯一保密码本，每个移动台都分配了保密码本的相位偏移。通话的双方不需要知道对方的偏移量。
下一步的编码称为沃尔什编码覆盖，其作用是信道选择和扩频。沃尔什码是一种由哈达码矩阵生成的正交码。利用这样的矩阵，可以生成任意2k×2k维的正交沃尔什码。IS-95中的沃尔什函数集由64×64矩阵描述，每一行生成一个不同的码本。对每一条信道，选择一个沃尔什序列与加密序列模2加。因为64个沃尔什序列是相互正交的，所以通过覆盖，可以选择前向传输进入64个正交信道之一。信道0总是分配给导频信道，用来协助移动台进行相干接收；信道32是同步信道；还要至少保留一条寻呼信道，连接最多剩余61个业务信道。沃尔什码的速率是1.2288Mchip/s，而此时数据序列的速率是19.2Kb/s。因此，每一信道比特用64个沃尔什码进行扩频。
前向信道的下一步编码称为短码调制，因为它由15级移位寄存器构成，每215-1个码片重复一次，周期26.67MS，这个最后的“掩盖”以1.2288 Mchip/s的码片正交应用，为信号提供扰码功能。由于所有基站使用的沃尔什信道选择码是相同的，在对信号扰码之前，不同基站的信号仍有一定的相关性，扰码可以降低这种相关性。短码可视为基站的地址编码。它的实现需要两个不同的15级移位寄存器，一个用于同相信道，一个用于正交信道。每个基站使用一个不同的64个码片偏移量的同相和正交编码来表示自身的位置。因此，共可提供512个不同的地址。
前向信道的最后一步经有限冲激响应滤波器进行宽带滤波，然后经外差法载波BPSK调制和QPSK扩频输出。
3 反向信道
每个基站需要发送64个复用信道，但在反向传输中，只需要传送一个信道。在IS-95中，反向链路不包括导频信道，因为每个移动单元都需要一个，所以基站对接收的反向信号进行的是非相干解调。由于反向信道的鲁棒性不及前向信道，故采用了更高可靠性（码率为1/3）的卷积吗来提升性能。在交织器之后，同样用信道比特调制64位的沃尔什波形，与前向信道中用于信道选择的波形相同，但其作用与前向信道不同。反向信道中，沃尔什码用做调制波形，在数据速率9.6kb/s时，每两个信道比特在交织编码后，被映射为64个正交的沃尔什波形之一。因此沃尔什波形的速率为4800沃尔什码元/秒。因为沃尔什波形集由64位（称为沃尔什码片），沃尔什码片速率为64×4800=307200沃尔什码片/秒。因此，调制具有一定的扩频作用，接下来沃尔什码片被重复4次以达到最终的扩频速率1.2288MChip/s。为了区分各个用户，反向传输中的信道选择也是必需的。反向信道中，用户的识别是通过长码（加密序列）实现的。在前向信道中，对该长码采用10中抽1的方式用于加密。在反向信道中，此序列以1.2288MChip/s的速率用于信道选择寻址、加密，扰码和扩频。在长码扩频之后，波形再经过一对短码扩频，使得同相和正交信号不相关。最后进行FIR滤波和多差法载波BPSK调制和偏移QPSK调制。偏移QPSK用来防止载波发生∏相移。这一特性降低了发送端功率放大器峰值均值功率化，简化了设计。注意到在前向链路中不采用偏移QPSK，因为在前向传输中，要同时发送64路服用信号，信号前面会有一个表示全部复用信号的相量，其值可能是种种相位/幅度比之一，载波传输从头开始是不可避免的，因此不必偏移同相与正交信道。最后的波形经过滤波，得到3db双边带宽为1.25MHZ的信号。
4 结语
IS-95系统前向信道和反向信道的波形，编码及干扰抑制特性总结如下：
（1）每一路信道都被扩频到1.25MHZ的带宽上，并经过滤波以适应频道的划分。
（2）数据调制为BPSK，而扩频调制使用QPSK方式。
（3）正交编码多路复用用于信道选择。
（4）通过功率控制减小发送功率以降低干扰。
参考文献：
[1]J.S Lee著，许希斌等译.CDMA系统工程手册[M].北京：人民邮电出版社，2000.
[2]苏华鸿，孙孺石，薛锋章.蜂窝移动通信[M].北京：人民邮电出版社，2007.
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