通信工程專業(yè)外文翻譯--CDMA蜂窩網(wǎng)介紹

1、.外文原文 Introduction to Cellular CDMA中文譯文 CDMA蜂窩網(wǎng)介紹擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)已經(jīng)歷了過去40多年來的演化。擴(kuò)頻技術(shù)曾經(jīng)廣泛用于抗干擾和多徑場合以及測距和跟蹤。擴(kuò)頻技術(shù)還被用于CDMA，以支持在大量群體用戶之間同時進(jìn)行數(shù)字通信的服務(wù)。CDMA概念可簡單地解釋成基于擴(kuò)頻通信的調(diào)制和多址接入方案。本文概要介紹了美國圣迭戈高通公司倡導(dǎo)的CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。在很多參與其中的通信公司和設(shè)備制造商(ATT，Motorola，North Telecom和其他)的協(xié)作下，基于多址接入方案的數(shù)字蜂窩應(yīng)用也取得了進(jìn)展，CDMA系統(tǒng)作為候選標(biāo)準(zhǔn)(Is-95)完全符合蜂窩通信工業(yè)協(xié)會

2、(CTIA)要求。典型的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)有GSM(歐洲1990年提出的方案)、NATDMA(北美1990年提出的IS-54方案)、PDC(日本1990年提出的標(biāo)準(zhǔn)方案)以及CDMA(美國1993年提出的IS-95方案)。 1982年6月，西歐提山了基于時分多址(TDMA)的GSM系統(tǒng)。GSM能夠擴(kuò)展多樣的電信網(wǎng)絡(luò)(例如ISDN)，并提供了對整個歐洲大陸的兼容性。1992年，第一個商用GSM系統(tǒng)在德國設(shè)計(jì)成功。GSM基于頻分多址和時分多址的組合。 NA-TDMA系統(tǒng)和GSM相似，惟一差別在于該系統(tǒng)中僅僅存在一個公共無線接口。PDC(個人數(shù)字蜂窩)是日本提出的TDMA蜂窩系統(tǒng)，工作在800 MHz和1

3、.5GHz。該系統(tǒng)在數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間提供了9個接口。1.5GHzPDC于1994年公開投入運(yùn)營。除了數(shù)字多址接入系統(tǒng)，還有TDD無繩電話系統(tǒng)，如PHP，CT-2，DCT-900（或CT-3）以及DECT。TDD(時分雙工)系統(tǒng)都是數(shù)字系統(tǒng)，但只使用個載波發(fā)送和接收信息。PHP(個人便攜式電話)是支持PCS(個人通信服務(wù))的TDD無線通信系統(tǒng)。PHP可以用于住宅無繩電話、私有無線PBX(專用分組交換機(jī))、公眾遠(yuǎn)程點(diǎn)和無線電話通信。CT-2(無繩通信系統(tǒng)2)是第二代無繩電話系統(tǒng)，在英國由GPT公司開發(fā)，是第一個用于無線移動通信的TDD系統(tǒng)。CT-2系統(tǒng)是一種最簡單的PCS系統(tǒng)，具有不需要多信道復(fù)用

4、的控制結(jié)構(gòu)。CT-2系統(tǒng)不使用信道編碼，取消了切換和尋呼，因此只允許呼叫服務(wù)。呼叫半徑通常小于200米，允許用戶占用很大帶寬。DCT-900或CT-3(工作在900MHz的數(shù)字無繩電話)由瑞典愛立信公司在1988年開發(fā)，作為CT-2的升級版，有時又被稱為CT-3。英國和瑞典允許使用CT-2和DCT-900系統(tǒng)，直到DECT的出現(xiàn)：DECT(數(shù)字歐洲無繩通信)像CT-2和DCT-900一樣被采用成為無繩電話歐洲標(biāo)準(zhǔn)，但它具有改進(jìn)的資源用于處理數(shù)據(jù)和語音傳輸。CDMA發(fā)展始于1989年早期，在NA-TDMA標(biāo)準(zhǔn)(IS-54)創(chuàng)立之后。1989年11月進(jìn)行了CDMA可行性測試。EIA的CDMA IS

5、-95中間標(biāo)準(zhǔn)在1992午12月發(fā)布。CDMA系統(tǒng)可以使用雙模用戶單元提供與模擬系統(tǒng)的兼容性，但這里只限討論CDMA的數(shù)字模式。1. CDMA蜂窩覆蓋范圍對CDMA蜂窩系統(tǒng)，服務(wù)區(qū)被劃分為六邊形蜂窩小區(qū)。每個小區(qū)包含一個基站，在話音編碼和解碼之前，基站與MTSO(移動電話交換局)連接。每個小區(qū)中，在基站和小區(qū)內(nèi)每個移動臺之間存在兩條由前向和反向CDMA信道組成的鏈路。前向CDMA信道是指從基站到小區(qū)內(nèi)移動臺的前向鏈路。反問CDMA信道是指從移動臺到基站的反向鏈路。CDMA重復(fù)使用小區(qū)無線電頻率資源并高效地控制系統(tǒng)容量，因?yàn)镃DMA系統(tǒng)天生具有出色的抗十?dāng)_能力。前向CDMA信道包括一個或多個碼道

6、，這些碼道在某一CDMA指定頻率傳輸，并使用特定的導(dǎo)頻PN偏移。每個基站使用一個導(dǎo)頻PN序列的時間偏移(稱為偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列)來標(biāo)識每個前向CDMA信道。CDMA蜂窩系統(tǒng)中，時間偏移可以重復(fù)使用。前向CDMA信道上每個碼道由適當(dāng)?shù)腤alsh函數(shù)正交擴(kuò)展，以使得所有碼道之間正交，再由導(dǎo)頻PN序列正交對(即相互正交的相位)擴(kuò)頻，以便使用QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制波形傳輸。 反向CDMA信道由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。接入信道用于短信令消息交換，能提供呼叫來源、尋呼響應(yīng)、指令和注冊。反向業(yè)務(wù)信道用于從單個移動臺向單個或多個基站傳輸用戶信令和業(yè)務(wù)。需要在反向CDMA信道傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼，

7、以便糾錯、塊交織，從而防止突發(fā)錯誤，并引入接入冗余來提高系統(tǒng)性能，經(jīng)過64階Walsh函數(shù)調(diào)制來提供正交信道化，以及由長碼進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻來獲得發(fā)送之前有限的加密。2. CDMA信道的結(jié)構(gòu)分層前向CDMA鏈路包括導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和一定數(shù)量的前向業(yè)務(wù)信道。典型的前向CDMA信道包含了64路碼道可供使用；在這64條碼道中，前向CDMA鏈路包括1路導(dǎo)頻信道、1路同步信道、7路尋呼信道和55路前向業(yè)務(wù)信道。導(dǎo)頻信道用于傳送導(dǎo)頻信息，由CDMA基站連續(xù)不斷地發(fā)送一種不調(diào)制的直接序列擴(kuò)頻信號。移動臺監(jiān)視導(dǎo)頻信道以捕獲前向CDMA信道定時并提供相關(guān)解調(diào)的相位參考。導(dǎo)頻碼道總是分配編號為0()的碼

8、道。編號為32()的碼道分配給同步信道，用于向移動臺傳送同步消息。更重要的是，同步信道信號是經(jīng)過編碼、交織、擴(kuò)頻和調(diào)制的擴(kuò)頻信號，被移動臺用來獲取初始時間同步。尋呼信道信號也是經(jīng)過編碼、交織、擴(kuò)頻和調(diào)制的擴(kuò)頻信號。尋呼信道供基站在呼叫建立階段傳輸控制信息，編號從1到7的連續(xù)碼道()分配給尋呼信道。前向業(yè)務(wù)信道用來在通話過程中基站向特定移動臺發(fā)送用戶語音編碼數(shù)據(jù)或其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和信令業(yè)務(wù)。在同一前向CDMA信道工作時，63減去同步信道數(shù)和尋呼信道數(shù)就得到最大前向業(yè)務(wù)信道數(shù)。1)導(dǎo)頻信道以19.2kb/s的速率發(fā)送全“0”。2)同步信道以固定速率1200b/s分幀傳輸。3)尋呼信道支持9600b/s

9、，4800b/s或2400b/s三種不同速率。4)前向業(yè)務(wù)信道支持9600b/s，4800b/s，2400b/s或1200b/s四種變速率。同步信道、尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道在發(fā)送之前都進(jìn)行卷積編碼以便糾錯，而導(dǎo)頻信道不需要卷積編碼。編碼符號通常定義為糾錯編碼器的輸出。編碼器輸入信息比特，輸出編碼符號。每當(dāng)信息速率低于9600 b/s時，除了導(dǎo)頻碼道，其它所有碼道的編碼符號在進(jìn)行塊交織之前都重復(fù)若干次。對尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道而言，重復(fù)次數(shù)取決于每路信道的數(shù)據(jù)速率。速率為4.8kb/s的編碼符號要重復(fù)1次（每個符號連續(xù)出現(xiàn)2次）。速率為2.4kb/s的編碼符號要重復(fù)3次(每個符號連續(xù)出現(xiàn)4次)。

10、速率為1.2ks/s的編碼符號要重復(fù)7次（每個符號連續(xù)出現(xiàn)8次）。這樣，對于所有速率的數(shù)據(jù)（9600b/s，4800b/s，2400b/s或1200b/s），符號重復(fù)將使得調(diào)制符號速率統(tǒng)一為19.2kb/s。對同步信道，編碼信號重復(fù)一次（每個符號連續(xù)出現(xiàn)2次），這樣調(diào)制符號速率為4800b/s。同步信道、尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道重復(fù)后的所有符號進(jìn)行塊交織。使用塊交織的目的是防止數(shù)據(jù)在發(fā)送到多徑衰落環(huán)境中后發(fā)生突發(fā)性錯誤。交織之后，前向CDMA信道的每路碼道用一個64階Walsh函數(shù)進(jìn)行正交擴(kuò)頻，再由導(dǎo)頻PN序列正交對以1.2288Mc/s的速率擴(kuò)頻。正交擴(kuò)頻的二進(jìn)制數(shù)據(jù)(0和1)輸人基帶濾波器。

11、基帶濾波之后，前向CDMA信道將相應(yīng)的BPSK(二進(jìn)相移鍵控)的調(diào)制數(shù)據(jù)和載波結(jié)合，產(chǎn)生QPSK(正交相移鍵控)信號再發(fā)送。 數(shù)據(jù)擾碼應(yīng)用在尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道。數(shù)據(jù)擾碼在塊交織器輸出端以19.2kb/s傳輸。數(shù)據(jù)擾碼通過對交織器輸出數(shù)據(jù)與用戶號碼對應(yīng)的長偽碼進(jìn)行模2加來完成。長碼是周期為的PN序列，用于前向CDMA信道(即尋呼和前向業(yè)務(wù)信道)的擾碼和反向CDMA信道(即接人和反向業(yè)務(wù)信道)的擴(kuò)頻。長碼發(fā)生器的掩碼是長為42比特的二進(jìn)制數(shù)，用以產(chǎn)生長碼的惟一標(biāo)識。長碼的每個PN碼片由長碼發(fā)生器內(nèi)的42比特LFSR(左移寄存器)和一個42比特掩碼的內(nèi)積做模2運(yùn)算而產(chǎn)生、長碼工作在12288 M

12、Hz的時鐘速率，這和長碼發(fā)生器的輸出PN碼片序列速率相等。請注意一個PN碼片定義為PN序列的一個比特。如果長碼以64比特(或碼片)劃分，那么第一個64比特將以192kb/s速率用于數(shù)據(jù)擾碼。分頻器功能為，以每輸人64()比特輸出1比特的速率減小長碼的大小。卷積碼()由位輸入、位輸出線性時序電路和階存儲寄存器實(shí)現(xiàn)。尋呼信道上基站不插人功率控制子信道。但是功率控制子信道信號在前向業(yè)務(wù)信道以800 b/s的速度(即每1.25毫秒1比特)連續(xù)發(fā)送功率控制信息。功率控制比特0表不移動臺必須增加平均輸出功率控制級別，功率控制比特1表示移動臺必須減少平均輸出功率控制級別。這樣，針對在前向業(yè)務(wù)信道收到的每個有

13、效功率控制比特，移動臺將調(diào)整其輸出功率級別：反向CDMA信道內(nèi)接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。在反向CDMA信道發(fā)送的數(shù)據(jù)被封裝成20毫秒幀。所有在反向CDMA信道上發(fā)送的數(shù)據(jù)都進(jìn)行卷積編碼(用于糾正隨機(jī)錯誤)、塊交織(用于防止突發(fā)錯誤)、含有64位長碼片的64階Walsh碼調(diào)制，并存發(fā)送之前用周期為的長碼直接序列擴(kuò)展。移動臺在接入信道上發(fā)送數(shù)據(jù)時不使用數(shù)據(jù)脈沖隨機(jī)發(fā)生器。但是在反向業(yè)務(wù)信道，使用數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)發(fā)生器產(chǎn)生掩碼比特0和1，用于對碼重復(fù)產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)掩碼。反向業(yè)務(wù)悟道和接入信道由長碼直接序列擴(kuò)展。擴(kuò)展操作包含對數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)發(fā)生器的輸出流和長碼進(jìn)行模2加。直接序列擴(kuò)展之后，反向業(yè)務(wù)

14、信道和接入信道進(jìn)行正交相位擴(kuò)展，如圖1.3所示。請注意，由正交相位導(dǎo)頻PN序列擴(kuò)展的Q信道數(shù)據(jù)相對于同相導(dǎo)頻PN序列擴(kuò)展的I信道數(shù)據(jù)，存在半個碼片(406.9納秒)的延時。幀長定義為系統(tǒng)基本定時間隔。對于接入信道、尋呼信道和前向/反向業(yè)務(wù)信道，幀長為20毫秒。對同步信道，幀長為26.666毫秒。幀質(zhì)量指示器用于9600b/s和4800b/s速率的業(yè)務(wù)信道的CRC校驗(yàn)。CRC(循環(huán)冗余碼)是一類線性錯誤檢測碼，能查找多項(xiàng)式余數(shù)而產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)比持。幀質(zhì)量指示器(CRC)支持接收機(jī)的兩種功能。第一種是確定幀的發(fā)送速率，第二種是確定幀是否出錯。編碼器尾比特表示加在數(shù)據(jù)幀末尾的固定比特序列，用于將卷積碼

15、編碼器復(fù)位成已知狀態(tài)。無論是反向CDMA信道還是前向CDMA信道，發(fā)送的數(shù)據(jù)都被封裝成20毫秒長的幀。前向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道幀結(jié)構(gòu)都可以描述如下：(1)每路以下列速率發(fā)送的反向業(yè)務(wù)信道幀：1.9600b/s，含有192比特，由172位信息比特加上12位幀質(zhì)量指示器(CRC)和8位編碼器尾比特組成。2.4800b/s，含有96比特，由80位信息比特加上8位順CRC比特和8位編碼器尾比持組成。3. 2400b/s,含有48比待，由40位信息比特加8位編碼器尾比特組成。速率為2400b/s的反問業(yè)務(wù)信道幀不使用8位CRC比持。4.1200b/s，含有24比特，由16位信息比特加8位編碼器尾比特組

16、成。速率為1200b/s的反向業(yè)務(wù)信道幀不使用8位CRC比特。5.每路接人傳道幀含有96比特(速率為4800b/s的20毫秒幀)，由88位信息比特加8位編碼器尾比特組成。接入信道幀不使用8位CRC比特。(2)每路以下列速率發(fā)送的前向業(yè)務(wù)信道幀：1.9600b/s，含有192比特，由172位信息比特加上12位幀質(zhì)量指示器(CRC)和8位編碼器尾比特組成。2.4800b/s,含有96比特，由80位信息比特加上8位幀質(zhì)量指示器(CRC)和8位編碼器尾比特組成。3.2400b/s，含有48比特，由40位信息比特加8位編碼器尾比特組成。速率為2400b/s的反向業(yè)務(wù)信道幀不使用8位CRC比特。4.120

17、0b/s，含有24比特，由16位信息比特加8位編碼器尾比持組成。速率為1200b/s的反向業(yè)務(wù)信道幀不使用8位CRC比特。前向業(yè)務(wù)信道幀長20毫秒，選擇發(fā)送數(shù)據(jù)必須基于每幀進(jìn)行。盡管基于幀的數(shù)據(jù)率可能不同，但是通過碼重復(fù)可以保持調(diào)制速率統(tǒng)一為19.2kb/s。同步信道比特速率為1200b/s。同步信道幀長26.666毫秒，尋呼信道幀長20毫秒。3. 鑒權(quán)和消息加密鑒權(quán)是指基站確認(rèn)移動臺身份的過程。只有當(dāng)基站處理的共享私有數(shù)據(jù)集和移動臺的相同時，鑒權(quán)才成功進(jìn)行。SSD是存儲在移動臺的128比特長的數(shù)據(jù)。SSD分為兩個不向子集：SSD-A和SSD-B。64比特的SSD-A用于支持鑒權(quán)過程；64比特

18、的SSD-B用于CDMA話音保密和數(shù)據(jù)加密?；九鋫鋽?shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫含有針對每個蜂窩系統(tǒng)內(nèi)注冊移動臺的鑒權(quán)密鑰(A密鑰)和共享數(shù)據(jù)(SSD)。該數(shù)據(jù)庫用于移動臺鑒權(quán)。如果基站支持移動臺鑒權(quán)，那么基站將發(fā)送和接收鑒權(quán)消息并執(zhí)行鑒權(quán)計(jì)算。SSD使用SSD產(chǎn)生過程進(jìn)行更新，該過程由移動臺特定信息(ESN)、隨機(jī)數(shù)據(jù)(RANDSSD)和移動臺A密鑰進(jìn)行初始化。64比特A密鑰存儲在移動臺永久安全和鑒權(quán)存儲器中并且只對本移動臺和移動臺相關(guān)的本地位置注冊/鑒權(quán)中心(HLR/AC)公開。SSD更新過程執(zhí)行方法如下所示?；驹趯ず粜诺阑蚯跋驑I(yè)務(wù)信道上發(fā)送SSD更新消息指令。收到SSD更新消息指令之后，移動臺將輸

19、人參數(shù)(RANDSSD、ESN、A密鑰)設(shè)置到SSD產(chǎn)生算法中。移動臺然后執(zhí)行SSD產(chǎn)生過程。SSD產(chǎn)生過程的輸出就是強(qiáng)SSD-A-NEW和SSD-B-NEW。然后移動臺選擇一個32比特隨機(jī)數(shù)，并放在接人信道或反向業(yè)務(wù)信道的基站詢問指令中向基站發(fā)送。移動臺和基站都設(shè)置鑒權(quán)簽名過程的輸入?yún)?shù)(RANDBS，ESN，MINl，SSD-A-NEW)，并執(zhí)行鑒權(quán)簽名過程。AUTHBS設(shè)量成18比特的鑒權(quán)簽名?；緦UTHBS計(jì)算值放在尋呼信道或前向業(yè)務(wù)信道的基站詢問確認(rèn)指令中向移動臺發(fā)送。收到基站詢問確認(rèn)指今后，移動六將收到的AUTHBS值和它內(nèi)部產(chǎn)生的值進(jìn)行比較。如果比較成功，則移動臺執(zhí)行SSD更新過程，將SSD-A和SS