移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
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移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
• 8.1.1 码分多址的特征
•
在CDMA通信系统中， 不同用户传输信息所用的信号
不是靠频率不同或时隙不同来区分的， 而是用各不相同的编
码序列来区分的。 换句话说， 是靠信号的不同波形来区分的。
如果从频域或时域来观察， 多个CDMA信号是互相重叠的，
接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定
移动通信第八章码分多 址数字蜂窝网
2020/11/24
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
8.1 概 述
•一. 简介
•2G
•wk.baidu.com.75G
•3G
•IS-95B •
•CDMA
•CDMA
one
•CDMA 2000 •CDMA2000
•IS-95A
•(1X RTT)
•(3X RTT)
•2G
•GSM •GPRS •GSM
码型的信号。
•
在CDMA蜂窝通信系统中， 用户之间的信息传输也是
由基站进行转发和控制的。 为了实现双工通信， 正向传输和
反向传输可以使用不同的频率， 即通常所谓的频分双工
(FDD)； 也可以使用不同的时帧， 即通常所谓的时分双工
(TDD)。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
码分多址蜂窝通信系统的特征如下： (1) 根据理论分析， CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系 统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的通信容量。 这个问题将在下面介绍。 (2) CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道， 用户信号的区分只靠所用码型的不同， 因此当蜂窝系 统的负荷满载时， 另外增加少数用户只会引起话音质 量的轻微下降(或者说信干比稍微降低)， 而不会出现 阻塞现象。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
• 中国联通CDMA网络建设的基本思路是：以增强型IS-95A系 统为基础，用一年时间迅速建成覆盖全国300个以上重要城 市和地区，网络规模达1500万户左右的CDMA网络。该网络 能够支持国际漫游、UIM卡方式（机卡分离），具备基本的 智能网业务（如预付费业务），支持移动互连网和数据服务 的接入方法，并可在升级软件和仅更换信道板方式下向 cdma2000-1X系统演进。在以增强型IS-95A系统实现网络规 模覆盖的同时，选择部分重要城市建设cdma2000-1X系统商 用试验网，及时开展适应144 kbit/s速率的各种新业务，配合 各种CDMA新型手机，使CDMA网络一推出就是覆盖广阔、 网络质量良好、手机精美、业务新颖的精品网络。
8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输
8.3.1 信道组成 在CDMA蜂窝系统中， 除去要传输业务信息外，
还必须传输各种必需的控制信息。 为此， CDMA蜂窝 系统在基站到移动台的传输方向上设置了导频信道、 同步信道、 寻呼信道和正向业务信道， 在移动台到基 站的传输方向上设置了接入信道和反向业务信道。 这 些信道的示意图如图 8 - 5 所示。
8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 1. CDMA蜂窝通信系统的多址干扰 蜂窝通信系统无论采用何种多址方式， 都会存在
各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。 FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系 统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。
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•CDMA和GSM的比较
• CDMA是移动通信技术的发展方向。 • 在2G阶段，CDMA增强型IS-95A与GSM技术体制基
本处于同一体制； • 在2.5G阶段，cdma2000-1.x RTT（无线传输技术）
与通用无线分组技术GPRS相比，在传输速率及承载 业务上更先进； • 在从2.5G到3G的过渡阶段，cdma2000-1.x向 cdma2000-3.x过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。
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2. 同步信道 同步信道主要传输同步信息(还包括提供移动台选 用的寻呼信道数据率)。 在同步期间， 移动台利用此 同步信息进行同步调整。 一旦同步完成， 它通常不再 使用同步信道， 但当设备关机后重新开机时， 还需要 重新进行同步。 当通信业务量很多, 所有业务信道均被 占用而不敷应用时， 此同步信道也可临时改作业务信 道使用。
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• CDMA移动通信系统的发展
• 第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术， 其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。
• 美国高通公司（Qualcom）更新成为商用蜂窝电信技术。 • 1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论
上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚 洲等地得到了迅速推广和应用。 • 在中国，1999年4月，国务院批准中国联通统一负责中国 CDMA网络的建设、经营和管理。2000年9月，国家发展计 划委员会、信息产业部下发了《关于启动CDMA移动通信网 络建设有关事项的通知》，中国联通CDMA网络建设计划正 式启动。
•
每区群小区数： 4
•
通信容量： 125/4=31.25
• CDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
扇形分区数： 3
•
通信容量： 120
•以n表示通• 信容量， 三种系统的比较结果可以写成［23］
•
n(CDMA)=20 n(FDMA)=4 n(TDMA)
(8 - 19)
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8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率
双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会 (FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频段。 移动台向基 站的传输频段是 824～849 MHz, 基站向移动台的传输 频段是 869～894 MHz。 允许CDMA蜂窝系统占用的 频段如表 8 – 1（ 略）所示。
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3. 寻呼信道 寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。 移动台通常在建立同步后， 接着就选择一个寻呼信道 (也可以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其他 指令。 在需要时， 寻呼信道可以改作业务信道使用， 直至全部用完。
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•可以提供提供的业务：
•
除基本的业务外，还提供基于移动数据和短
消息的无线上网、移动秘书、电子商务/移动购物、
财经／黄页／交通信息、移动办公自动化系统、可视
电话、定位服务、娱乐信息广播／点播、网上下载音
乐、图片传递和基于移动智能网的缩位拨号、内部广 播、移动会议系统等新业务。
•
模拟FDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
(AMPS) 频道间隔： 30 kHz
•
信道数目： 1.25×106/(30×103)=41.7
•
每区群小区数： 7
•
通信容量： 41.7/7=6
•
TDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
频道间隔： 30 kHz
•
每载频时隙数： 3
•
信道数目： 3×1.25×106/(30×103)=125
•
在CDMA蜂窝通信系统中， 为了实现双工通信，
正向传输和反向传输可以使用不同的频率， 即通常所
谓的频分双工(FDD)； 也可以使用不同的时帧， 即通
常所谓的时分双工(TDD)。
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8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准
在数字蜂窝通信系统中， 全网必须具有统一的时 间标准， 这种统一而精确的时间基准对CDMA蜂窝系 统来说尤为重要。
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(1) 反向功率控制。 反向功率控制也称上行链路功 率控制。 其主要要求是使任一移动台无论处于什么位 置上， 其信号在到达基站的接收机时， 都具有相同的 电平， 而且刚刚达到信干比要求的门限。
(2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功 率控制。 其要求是调整基站向移动台发射的功率， 使 任一移动台无论处于小区中的任何位置上， 收到基站 的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。
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(4) CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连 续特性来实现话音激活技术， 以提高系统的通信容量。 这个问题在下面还要介绍。
(5) CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础， 因而它 具有扩频通信系统所固有的优点， 如抗干扰、 抗多径 衰落和具有保密性等。
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(3) CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。 即在 过区切换的起始阶段， 由原小区的基站与新小区的基 站同时为过区的移动台服务， 直到该移动台与新基站 之间建立起可靠的通信链路后， 原基站才中断它和该 移动台的联系。 CDMA蜂窝系统的软切换功能既可以 保证过区切换的可靠性(防止切换错误时反复要求切换)， 又可以使通信中的用户不易察觉。
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图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰
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2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制 CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突出 的问题， 它主要发生在反向传输链路上。 移动台在小 区内的位置是随机分布的， 而且是经常变化的， 同一 部移动台可能有时处于小区边缘， 有时靠近基站。 如 果移动台的发射机功率按照最大通信距离设计， 则当 移动台驶近基站时， 必然会有过量而又有害的功率辐 射。
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图 8 - 5 CDMA蜂窝系统的信道示意图
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1. 导频信道 导频信道传输由基站连续发送的导频信号。 导频 信号是一种无调制的直接序列扩频信号， 令移动台可 迅速而精确地捕获信道的定时信息， 并提取相干载波 进行信号的解调。 移动台通过对周围不同基站的导频 信号进行检测和比较， 可以决定什么时候需要进行过 区切换。
并用于解调的多径分量， 则移动台的时间基准要跟踪
到这个新的多径分量。
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8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 IS-95 CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线
性预测(CELP)编码算法， 也称为QCELP算法。 其基 本速率是 8 kb/s， 但是可随输入话音消息的特征而动 态地分为四种， 即 8, 4, 2, 1 kb/s， 可以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。 发送端的编码器对输入 的话音取样， 产生编码的话音分组(Packet)传输到接收 端。 接收端的解码器把收到的话音分组解码， 再恢复 成话音样点。
CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况： 一是基站 在接收某一移动台的信号时， 会受到本小区和邻近小区 其他移动台所发信号的干扰； 二是移动台在接收所属基 站发来的信号时， 会受到所属基站和邻近基站向其他移 动台所发信号的干扰。 图 8 - 1 是两种多址干扰的示意 图。 其中， 图(a) 是基站对移动台产生的正向多址干扰； 图(b) 是移动台对基站产生的反向多址干扰。
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•8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量
经过推算， 反向传输和正向传输的信道再用效率大致 一样。 也就是说， 作为通信容量的估算公式(8 - 14)， 既 可用于正向传输， 也可用于反向传输。
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• 几种蜂窝通信系统的通信容量的比较如下：
•EDGE
•WCDMA •(UTRA FDD)
•TSM
•TD-SCDMA
••3基G于IP的 •骨干网
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• CDMA是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access），它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟 的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需 传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带 宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再 经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与 接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的 窄带信号，即解扩，以实现信息通信。
CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时 标， GPS的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的， 二者之差是秒的整倍数。
•
各基站都配有GPS接收机， 保持系统中各基站
有统一的时间基准， 称为CDMA系统的公共时间基准。
移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量
建立时间基准。 如果另一条多径分量变成了最先到达
• 8.1.1 码分多址的特征
•
在CDMA通信系统中， 不同用户传输信息所用的信号
不是靠频率不同或时隙不同来区分的， 而是用各不相同的编
码序列来区分的。 换句话说， 是靠信号的不同波形来区分的。
如果从频域或时域来观察， 多个CDMA信号是互相重叠的，
接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定
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2020/11/24
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8.1 概 述
•一. 简介
•2G
•wk.baidu.com.75G
•3G
•IS-95B •
•CDMA
•CDMA
one
•CDMA 2000 •CDMA2000
•IS-95A
•(1X RTT)
•(3X RTT)
•2G
•GSM •GPRS •GSM
码型的信号。
•
在CDMA蜂窝通信系统中， 用户之间的信息传输也是
由基站进行转发和控制的。 为了实现双工通信， 正向传输和
反向传输可以使用不同的频率， 即通常所谓的频分双工
(FDD)； 也可以使用不同的时帧， 即通常所谓的时分双工
(TDD)。
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码分多址蜂窝通信系统的特征如下： (1) 根据理论分析， CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系 统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的通信容量。 这个问题将在下面介绍。 (2) CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道， 用户信号的区分只靠所用码型的不同， 因此当蜂窝系 统的负荷满载时， 另外增加少数用户只会引起话音质 量的轻微下降(或者说信干比稍微降低)， 而不会出现 阻塞现象。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
• 中国联通CDMA网络建设的基本思路是：以增强型IS-95A系 统为基础，用一年时间迅速建成覆盖全国300个以上重要城 市和地区，网络规模达1500万户左右的CDMA网络。该网络 能够支持国际漫游、UIM卡方式（机卡分离），具备基本的 智能网业务（如预付费业务），支持移动互连网和数据服务 的接入方法，并可在升级软件和仅更换信道板方式下向 cdma2000-1X系统演进。在以增强型IS-95A系统实现网络规 模覆盖的同时，选择部分重要城市建设cdma2000-1X系统商 用试验网，及时开展适应144 kbit/s速率的各种新业务，配合 各种CDMA新型手机，使CDMA网络一推出就是覆盖广阔、 网络质量良好、手机精美、业务新颖的精品网络。
8.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的无线传输
8.3.1 信道组成 在CDMA蜂窝系统中， 除去要传输业务信息外，
还必须传输各种必需的控制信息。 为此， CDMA蜂窝 系统在基站到移动台的传输方向上设置了导频信道、 同步信道、 寻呼信道和正向业务信道， 在移动台到基 站的传输方向上设置了接入信道和反向业务信道。 这 些信道的示意图如图 8 - 5 所示。
8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 1. CDMA蜂窝通信系统的多址干扰 蜂窝通信系统无论采用何种多址方式， 都会存在
各种各样的外部干扰和系统本身产生的特定干扰。 FDMA与TDMA蜂窝系统的共道干扰和CDMA蜂窝系 统的多址干扰都是系统本身存在的内部干扰。
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•CDMA和GSM的比较
• CDMA是移动通信技术的发展方向。 • 在2G阶段，CDMA增强型IS-95A与GSM技术体制基
本处于同一体制； • 在2.5G阶段，cdma2000-1.x RTT（无线传输技术）
与通用无线分组技术GPRS相比，在传输速率及承载 业务上更先进； • 在从2.5G到3G的过渡阶段，cdma2000-1.x向 cdma2000-3.x过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。
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2. 同步信道 同步信道主要传输同步信息(还包括提供移动台选 用的寻呼信道数据率)。 在同步期间， 移动台利用此 同步信息进行同步调整。 一旦同步完成， 它通常不再 使用同步信道， 但当设备关机后重新开机时， 还需要 重新进行同步。 当通信业务量很多, 所有业务信道均被 占用而不敷应用时， 此同步信道也可临时改作业务信 道使用。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
• CDMA移动通信系统的发展
• 第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术， 其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。
• 美国高通公司（Qualcom）更新成为商用蜂窝电信技术。 • 1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论
上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚 洲等地得到了迅速推广和应用。 • 在中国，1999年4月，国务院批准中国联通统一负责中国 CDMA网络的建设、经营和管理。2000年9月，国家发展计 划委员会、信息产业部下发了《关于启动CDMA移动通信网 络建设有关事项的通知》，中国联通CDMA网络建设计划正 式启动。
•
每区群小区数： 4
•
通信容量： 125/4=31.25
• CDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
扇形分区数： 3
•
通信容量： 120
•以n表示通• 信容量， 三种系统的比较结果可以写成［23］
•
n(CDMA)=20 n(FDMA)=4 n(TDMA)
(8 - 19)
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移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率
双模CDMA蜂窝系统使用美国联邦通信委员会 (FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频段。 移动台向基 站的传输频段是 824～849 MHz, 基站向移动台的传输 频段是 869～894 MHz。 允许CDMA蜂窝系统占用的 频段如表 8 – 1（ 略）所示。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
3. 寻呼信道 寻呼信道在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。 移动台通常在建立同步后， 接着就选择一个寻呼信道 (也可以由基站指定)来监听系统发出的寻呼信息和其他 指令。 在需要时， 寻呼信道可以改作业务信道使用， 直至全部用完。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
•可以提供提供的业务：
•
除基本的业务外，还提供基于移动数据和短
消息的无线上网、移动秘书、电子商务/移动购物、
财经／黄页／交通信息、移动办公自动化系统、可视
电话、定位服务、娱乐信息广播／点播、网上下载音
乐、图片传递和基于移动智能网的缩位拨号、内部广 播、移动会议系统等新业务。
•
模拟FDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
(AMPS) 频道间隔： 30 kHz
•
信道数目： 1.25×106/(30×103)=41.7
•
每区群小区数： 7
•
通信容量： 41.7/7=6
•
TDMA系统 总频段宽度： 1.25 MHz
•
频道间隔： 30 kHz
•
每载频时隙数： 3
•
信道数目： 3×1.25×106/(30×103)=125
•
在CDMA蜂窝通信系统中， 为了实现双工通信，
正向传输和反向传输可以使用不同的频率， 即通常所
谓的频分双工(FDD)； 也可以使用不同的时帧， 即通
常所谓的时分双工(TDD)。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准
在数字蜂窝通信系统中， 全网必须具有统一的时 间标准， 这种统一而精确的时间基准对CDMA蜂窝系 统来说尤为重要。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
(1) 反向功率控制。 反向功率控制也称上行链路功 率控制。 其主要要求是使任一移动台无论处于什么位 置上， 其信号在到达基站的接收机时， 都具有相同的 电平， 而且刚刚达到信干比要求的门限。
(2) 正向功率控制。 正向功率控制也称下行链路功 率控制。 其要求是调整基站向移动台发射的功率， 使 任一移动台无论处于小区中的任何位置上， 收到基站 的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
(4) CDMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连 续特性来实现话音激活技术， 以提高系统的通信容量。 这个问题在下面还要介绍。
(5) CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础， 因而它 具有扩频通信系统所固有的优点， 如抗干扰、 抗多径 衰落和具有保密性等。
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(3) CDMA蜂窝系统具有“软切换”功能。 即在 过区切换的起始阶段， 由原小区的基站与新小区的基 站同时为过区的移动台服务， 直到该移动台与新基站 之间建立起可靠的通信链路后， 原基站才中断它和该 移动台的联系。 CDMA蜂窝系统的软切换功能既可以 保证过区切换的可靠性(防止切换错误时反复要求切换)， 又可以使通信中的用户不易察觉。
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图 8 - 1 CDMA蜂窝系统的多址干扰
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2. CDMA蜂窝通信系统的功率控制 CDMA蜂窝系统的“远近效应”是一个非常突出 的问题， 它主要发生在反向传输链路上。 移动台在小 区内的位置是随机分布的， 而且是经常变化的， 同一 部移动台可能有时处于小区边缘， 有时靠近基站。 如 果移动台的发射机功率按照最大通信距离设计， 则当 移动台驶近基站时， 必然会有过量而又有害的功率辐 射。
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图 8 - 5 CDMA蜂窝系统的信道示意图
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
1. 导频信道 导频信道传输由基站连续发送的导频信号。 导频 信号是一种无调制的直接序列扩频信号， 令移动台可 迅速而精确地捕获信道的定时信息， 并提取相干载波 进行信号的解调。 移动台通过对周围不同基站的导频 信号进行检测和比较， 可以决定什么时候需要进行过 区切换。
并用于解调的多径分量， 则移动台的时间基准要跟踪
到这个新的多径分量。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
8.1.5 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 IS-95 CDMA蜂窝系统开发的声码器采用码激励线
性预测(CELP)编码算法， 也称为QCELP算法。 其基 本速率是 8 kb/s， 但是可随输入话音消息的特征而动 态地分为四种， 即 8, 4, 2, 1 kb/s， 可以 9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分别传输。 发送端的编码器对输入 的话音取样， 产生编码的话音分组(Packet)传输到接收 端。 接收端的解码器把收到的话音分组解码， 再恢复 成话音样点。
CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况： 一是基站 在接收某一移动台的信号时， 会受到本小区和邻近小区 其他移动台所发信号的干扰； 二是移动台在接收所属基 站发来的信号时， 会受到所属基站和邻近基站向其他移 动台所发信号的干扰。 图 8 - 1 是两种多址干扰的示意 图。 其中， 图(a) 是基站对移动台产生的正向多址干扰； 图(b) 是移动台对基站产生的反向多址干扰。
移动通信第八章码分多址数字蜂窝网
•8.2 CDMA蜂窝通信系统的通信容量
经过推算， 反向传输和正向传输的信道再用效率大致 一样。 也就是说， 作为通信容量的估算公式(8 - 14)， 既 可用于正向传输， 也可用于反向传输。
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• 几种蜂窝通信系统的通信容量的比较如下：
•EDGE
•WCDMA •(UTRA FDD)
•TSM
•TD-SCDMA
••3基G于IP的 •骨干网
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• CDMA是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access），它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟 的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需 传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带 宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再 经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与 接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的 窄带信号，即解扩，以实现信息通信。
CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时 标， GPS的时间和“世界协调时间”(UTC)是同步的， 二者之差是秒的整倍数。
•
各基站都配有GPS接收机， 保持系统中各基站
有统一的时间基准， 称为CDMA系统的公共时间基准。
移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量
建立时间基准。 如果另一条多径分量变成了最先到达