CDMA2000系统微型直放站发信通道设计毕业论文

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1、CDMA2000系统微型直放站发信通道设计CDMA2000系统微型直放站发信通道设计摘 要直放站是随着移动通信的发展而出现的一种无线通信设备。直放站的应用在第一代模拟移动通信网建立时就已经开始，随着移动通信技术向纵深发展，通信网络面临着一个如何提高网络覆盖质量的问题。直放站以低投入、低成本、相对短的建设周期和较好的网络质量提高了网络信号的覆盖率，已经成为无线网络覆盖中的重要设备。目前，第三代移动通信技术已成为国内外移动通信领域的研究热点，相应的射频技术也是通信领域的主要研究方向。本文首先总结3G的系统，特点及三种无线传输方案，然后介绍了CDMA2000的工作原理和体系结构，并对各种结构的相关概

2、念、主要特点、关键技术进行了简要说明，此外，还简单介绍了无线通信信道的基本原理及传播损耗模型。接着介绍了移动通信直放站的原理和CDMA直放站的技术指标。最后从项目所要求的增益、噪声等指标入手，详述本课题硬件方案，作可行性论证，选取合适的芯片与电路结构实现了CDMA直放站的射频发射单元，并总结设计中注意的问题。关键词：CDMA直放站；射频；硬件电路设计；低噪声放大器；功率放大器AbstractAlong with the development of the mobile communication, repeater is a radio communication equipment. Wh

3、en the 1st generation Analog mobile communication network is established, the application of repeater had started，and as the mobile communication technology has developed deeply, communication network meets a question ,that is how to improve the quality which the network covers with. Repeater advanc

4、es the coverage of network signal with low devotion, low cost，relative short building cycle and preferable network quality, and it has been an important equipment to radio network coverage.At present, in the field of mobile communication, the 3rd generation mobile communication technology(3G) has be

5、come the research hotspot, and the relevant radio frequency technology is also the main investigative direction. In this paper, it summarizes the system structure and features of 3G and three primary kinds of radio transmission technology including CDMA2000 firstly, and then introduces the work prin

6、ciple and system structure of CDMA2000 detailedly and concretely, and it briefly explains the correlative conception, primary feature, and key technology. Besides, it also briefly introduces the basic principle and some transmission ullage models of wireless communication. Where after , it introduce

7、s the principles of repeater used in mobile communication and technology indexes of CDMA Repeater. Finally ,it proceeds with the indexes of gain, noise, etc, which required by the item, to discuss the hardware scheme in detail, to make feasible argumentation, and to choose the suitable chip and circ

8、uit structure. The radio repeater cell of selected frequency acceptance in CDMA Repeater has been achieved. Otherwise, it sums up the problems which can be encountered in the process of designment.Key words: cdma Repeater; radio frequency; hardware design; low noise amplifier;power amplifier目 录摘 要IA

9、bstractII1 前 言11.1 研究背景11.2 第三代移动通信系统简介21.2.1 3G的含义21.2.2 IMT-2000系统模型21.2.3 3G主要特点及目标21.3 IMT-2000无线传输技术方案32 CDMA2000简介及无线信道基础52.1 CDMA2000标准简介52.1.1 CDMA2000 /EV-DO/EV-DV52.1.2 CDMA2000 1X系统的网络结构62.2 CDMA2000物理层及关键技术72.2.1 CDMA2000空中接口概述72.2.2 CDMA2000系统原理及关键技术82.2.3 CDMA2000物理层及各信道帧结构112.3 无线传播与移

10、动信道基础132.3.1 接收信号中的三类损耗132.3.2 小尺度衰落信道（多径信道）分析142.3.3 大尺度衰落信道传播预测模型简介163 CDMA直放站简介183.1 移动通信直放站概述183.1.1 移动通信直放站的用途与概念183.1.2 移动通信直放站的分类及原理183.2 CDMA直放站193.2.1 CDMA直放站的分类与原理193.2.2 CDMA直放站的技术指标要求203.2.3 CDMA直放站的设计224 CDMA直放站硬件设计234.1 总体要求234.2 系统设计244.2.1 系统主要模块配置244.2.2 下行放大模块的设计254.3 系统指标计算264.4 部

11、件选取及技术要求284.4.1 双工器284.4.2 隔离器284.4.3 滤波器294.4.4 步进衰减器294.4.5 衰减器304.4.6 放大器、功放304.4.7 电源模块324.5 电路设计32结 论34参考文献36附录一 自由空间传播损耗计算37附录二 PCB图、原理图38后 记39III1 前 言1.1 研究背景移动通信的主要目的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。从通信网的角度看，移动网可以看成是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴

12、权等，构成公众陆地移动通信网PLMN。从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两种。从移动通信的具体表现形式来看，陆地移动通信（PLMN）占有绝对的地位，是整个移动通信领域中的主要内容。移动通信系统以蜂窝组网技术为基础1。移动通信系统的发展大致可分为四个阶段，即第一代、第二代、第三代、已及后三代（第四代）移动通信系统。从工程角度来看，当前移动通信系统的建设和运营正逐步从第二代向第三代过渡。从标准化角度来看，面向第三代移动通信系统的长期演进（long term evolution，LTE）及空中接口演进（air interface evolution，AIE）的标准化工

13、作已经取得一点进展。从研究角度来看，面向后三代移动通信系统的各层关键技术及网络体系架构的研究也在各国如火如荼地展开。第一代蜂窝移动通信技术是模拟蜂窝移动通信技术,以美国贝尔实验室开发的先进移 动电话系统AMPS为典型代表。第一代蜂窝移动通信技术由于采用模拟技术和频分多址（frequency division multiple access，FDMA）接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如频谱利用率比较低、保密性差、只能提供低速语音业务、设备体积大成本高等,在实际中已经基本不再使用。第二代蜂窝移动通信技术是数字蜂窝移动通信技术,采用数字调制技术,具有 频谱利用率高,保密性好的特点,不仅可以支持话音

14、业务,也可以支持低速数据业务,因而又称为窄带数字通信系统。第二代数字移动通信系统典型代表有美国的 DAMPS系统、IS-95系统和欧洲GSM系统,其中DAMPS和GSM都采用时分多址（time division multiple access，TDMA）接入方式,而IS-95采用则采用码分多址（code division multiple access，CDMA）接入方式,系统容量比GSM和DAMPS要大的多。第二代数字移动通信技术是目前广泛应用的蜂窝移动通信技术,但由于只能提供窄带业务,已经不能满足人们越来越多的对于移动宽带多媒体业务的需求。第三代移动通信系统是宽带数字通信系统,它的目标是提

15、供移动宽带多媒体通信,多址方式基本都采用CDMA多址接入,属于宽带CDMA移动通信技术。第三代移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务,能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力并与固定网络相兼容。它可以实现小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。第三代移动通信技术的标准化工作由3GPP（3rd Generation Partenership Project）和3GPP2两个标准化组织来推动和实施。下面将就3G做进一步介绍。1.2 第三代移动通信系统简介1.2.1 3G的含义第三代移动通信系统，简称3G，也即国际电信联盟（international telecommunicatio

16、n union，ITU）定义的IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2GHz频段上的国际移动通信系统，且其最高业务速率可达2000Kbit/s2。该标准化工作开始于1985年，时称未来公众路地移动通信系统（future public land mobile telecommunications system，FPLMTS），1996年ITU正式将其更名为IMT-2000，在欧洲被称为通用移动通信系统（universal mobile telecom system，UMTS）。1.2.2 IMT-2000系统模型IMT-2000系统采用模块化概念，在交换网络和无线接入网之间定义了

17、一个明确的无线网络接口，如图1-1所示。图1-1 IMT-2000系统模块其中用户终端即MS（移动台），是为用户提供服务的设备，它与网络之间的通信链路为无线链路，通过空中无线接口给用户提供接入移动网络，实现具体的服务。无线接入网用于完成从无线信息传输到有线信息传输的形式转化，完成空中无线资源管理和控制，把信息交换到网络交换系统。主要包括BTS（基站收发信机），RNC（无线网控制器）或BSC（基站控制器）等。核心网又叫网络交换系统（NSS）。主要包括移动交换中心（MSC），一些寄存器等，通过核心网还可以连接到外部的PSTN（公用交换电话网），PDN（公用数据网）等。1.2.3 3G主要特点及目标

18、第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它主要特点和目标如下：1、全球统一标准。全球各个地区多种系统组成了一个IMT-2000家族，各个系统间设计上具有高度的互通性。2、要能在全球范围内更好地实现无缝漫游。3、全球使用公共频段。4、综合化。能够提供多种业务特别能够支持多媒体业务和internet业务，并有能力容纳新类型业务。5、适应多种环境。ITU要求第三代移动通信系统的无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特每秒）、384kbps（千比特每秒）以及144kbps的传输速度。（此数值根据网络环境会发生变化）6

19、、高频谱利用率。7、个人化。全球唯一的个人号码，因此需要足够的系统容量。8、高服务质量，高保密性。9、便于过渡，演进，易于向下一代发展。可见，3G是一个全球覆盖的移动综合业务数字网，它将高速移动接入和基于Internet协议的服务结合起来，在提高无线频谱利用率同时，为用户提供了更经济、内容更丰富的无线通信服务，真正实现任何人（Whoever）、在任何时间（Whenever）、任何地点（Whereever）、向任何人（Whomever）、传递任何信息（Whatever）的“5W”要求。1.3 IMT-2000无线传输技术方案为使第三代移动通信标准化，国际电联ITU自1997年7月开始征集IMT-

20、2000无线传输技术方案。截止到1998年6月，ITU共收到10地面无线传输方案，其中包括中国电信科学技术研究院（China academy of telecommunications technology，CATT）提交的TD-SCDMA。宽带CDMA技术是第三代移动通信的主要技术。因此基于CDMA制式的三种标准被普遍看好，分别对应WCDMA，CDMA2000，和TD-SCDMA三种技术，它们被认为是3G的三大主流应用技术标准，目前中国的3G即将进入商用化应用阶段，对技术标准的取舍选择是移动运营商面临的重要问题。下面将对这三种主流技术标准进行比较分析。1、WCDMA全称为Wideband C

21、DMA，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合3。该标准提出了GSM（2G）-GPRS-EDGE-WCDMA（3G）的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service（通用分组无线业务）的简称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution（增强数据速率的GSM演进）的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络升级为GPRS网络。2、CDMA2000CDMA2000是由窄带CDM

22、A（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，该标准提出了从CDMA IS95（2G）-CDMA20001x-CDMA20003x（3G）的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95网络。3、TD-SCDMA全称为Time Division-Synchronous CDMA（时分同步CDMA），是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用

23、于GSM系统向3G升级。WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA都属于宽带CDMA技术。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA都能在静止状态下提供2Mbit/s的数据传输速率，但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别，性能上也有所不同。其主要技术性能比较如表1-1：表1-1 三大标准技术性能比较性能指标WCDMACDMA2000TD-SCDMA标

24、准组织3GPP3GPP23GPP载波间隔5MHz1.25MHz1.6MHz码片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s帧长10ms20ms10ms（两个子帧）基站同步不需要需要（GPS）需要功率控制功控速率1500Hz功控速率800Hz功控速率200Hz双工方式FDD/TDDFDDTDD编码方式卷积码 Turbo码卷积码 Turbo码卷积码 Turbo码调制方式QPSK（前向）QPSK（反向）QPSK（前向）HPSK（反向）QPSK（前向）BPSK（反向）检测方式相干解调相干解调联合检测三种主流技术标准在技术上各有千秋，至于在3G时代谁能占据更大的市场份额，关

25、键是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争需要，在此不做赘述。下面主要介绍CDMA2000标准。2 CDMA2000简介及无线信道基础2.1 CDMA2000标准简介CDMA2000技术是第三代移动通信系统IMT-2000系统的一种模式，它是从CDMAOne（IS-95）演进而来的一种第三代移动通信技术4。IS-95标准在1993年面世，这个技术不是一个单一的、静止的技术，随着版本O、版本A及版本B的制订，IS-95也在不断地发展和演进。CDMA2000的正式标准是在2000年3月通过的。它原意是把CDMA2000分为多个阶段来实施，第一个阶段称为CDMA2000 1X，第二个阶段称为CDMA20

26、00 3X。1X的意思是使用与IS-95相同的一个1.25Mhz频宽的载波；3X则意味着三个载波。CDMA2000 1X完全兼容IS-95的第三代移动通信系统，其空中接口标准依照的是EIA/TIA/IS-2000协议，采用码分和频分结合的多址技术。CDMA2000 1X的空中信道支持的调制功能在兼容IS-95的基础上得到了极大的增强，包括采用了前向快速功控，增加了前向信道的容量；提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能，反向增益较IS-95提高了3dB，反向容量增加1倍；业务信道可采用比卷积码更高效的Turbo码，使容量进一步增加；引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，增加了移动台的待机时间；

27、可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。此外，新的接入方式减少了移动台接入过程中的干扰；仿真与现场测试结果表明，CDMA2000 1X系统的话音业务容量是IS-95系统的2倍，数据业务容量是IS-95的10倍。2.1.1 CDMA2000 /EV-DO/EV-DV一种叫HDR（High Date Rate）的新技术的出现，让世人对CDMA2000技术的理解又有了新的内涵。HDR的提出是为了进一步满足用户对无线数据通信的渴望，它通过更高效的、更能符合分组数据传输特点的调制方式使系统对数据传输速率的支持达到了前所未有的2.4Mbps。如此优异的性能使CDG（CDMA Develo

28、pment Group）组织于2000年6月决定向3GPP2提出建议把它作为CDMA2000 1X演进的另一条路径，并正式命名为1xEV（1X Evolution）。1xEV的演进又被划分为两个发展阶段，第一阶段叫1xEV-DO。1xEV-DO意指Date Only，它使运营商利用一个与IS-95或CDMA2000相同频宽的CDMA载频就可实现高达2.4Mbps的前向数据传输速率，目前已被国际电联ITU接纳为国际3G标准，并已具备商用化条件。第二阶段叫1xEV-DV。1xEV-DV意为Date and Voice。顾名思义它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据，目前有多种候选方案，如以朗

29、讯、高通等公司为主提出的L3NQS和摩托罗拉、诺基亚等提出的1xTREME。1xEV-DV可提供6Mbps甚至更高的数据吞吐量。 图2-1 CDMA2000标准演进 表2-1 CDMA2000标准对比技术最高数据速率实际数据速率频谱业务IS-95 A/B115.2 Kbps10-40 Kbps1.25 MHz话音和电路交换数据业务1xRTT614.4 Kbps80-100 Kbps1.25 MHz话音、电路数据和分组数据1x-EV-DO2.48 Mbps600K-1Mbps1.25 MHz分组数据业务3xRTT2 Mbps3.75 MHz话音、电路和分组数据业务其中，EV-DV在固定环境中所支

30、持的速率2Mbps，在低速移动环境（如步行）中所支持的速率为384kbps，在车载环境中的为144kbps。2.1.2 CDMA2000 1X系统的网络结构CDMA2000 1X网络主要是由BTS、BSC和PCF、PDSN等节点组成。基于ANSI-41核心网的系统结构如图2-2所示。 图2-2 CDMA2000 1X系统的网络结构其中PCF为分组控制单元，PDSN为分组数据服务器，SDU为业务交换数剧单元模块，BSCC为基站控制器连接。从图中可以看出，与IS-95相比，网络结构中的PCF和PDSN是两个新增的模块，PCF用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的信息，PDSN节点为CDMA

31、2000 1X接入Internet的接口模块，PCF和PDSN通过支持移动IP的A10、A11接口互连，可以支持分组数据业务传输。而以MSC/VLR为核心的网络部分，支持语音和增强的电路交换型数据业务，与IS-95一样，MSC/VLR与HLR/AUC之间的接口基于ANSI-41协议。BTS在小区建立无线覆盖区域用于移动台通信，移动台可以是基于IS-95或CDMA2000 1X制式的手机。BSC可对多个BTS进行控制，Abis接口用于连接BTS和BSC，A1接口用于MSC与BSC之间的信令信息，A2接口用于传输MSC与BSC之间的语音信息，A3接口用于传输BSC与SDU之间的用户话务（包括语音和

32、数据）和信令；A7接口用于传输BSC之间的信令，支持BSC之间的软切换。以上这些接口与IS-95系统的需求是相同的，其中A8、A9、A10、A11是新增的接口。A8接口用于传输BSC和PCF之间的用户业务，A9接口用于传输BSC和PCF之间的信令信息，A10和A11接口都是无线接入网和分组核心网之间的开放接口，A10接口用于传输PCF和PDSN之间的用户业务，A11接口用于传输PCF和PDSN之间的信令信息。2.2 CDMA2000物理层及关键技术2.2.1 CDMA2000空中接口概述CDMA2000的空中接口在IS-95基础上又采用了许多新技术。接下来将简要介绍CDMA2000空中接口的协

33、议结构及几个基本概念。一、CDMA2000空中接口的协议结构CDMA2000空中接口采用分层的协议结构，不同的层次执行不同的功能，并形成不同的技术标准。这是CDMA2000较之IS-95进步的一个主要方面。协议的分层化使各层标准能够专注于相应的功能，使协议结构更加清晰。CDMA2000空中接口的协议结构包括：物理层、链路层以及高层。物理层和链路层分别对应于ISO/OSI参考模型的底下两层，即物理层对应于第一层，链路层对应于第二层。其中链路层又分为媒体接入控制（MAC）子层和链路接入控制（LAC）子层；高层对应于OSI的3-7层。各层主要功能简述如下：物理层：物理层通过各种 物理信道完成高层信息

34、与空中无线信号之间相互转化， CDMA2000几乎所有的特点和优点都通过它来保证并体现，它是这种无线通信系统的基础。MAC子层、LAC子层：它支持一个通用的多媒体业务模型，在空中接口的容量范围内，允许话音、分组数据以及电路数据业务的组合且同时工作。该层还采用了QoS控制机制。LAC子层主要与信令消息相关。保证高层信令在无线信道上的正确传输。高层：高层对应于OSI的3-7层它通过LAC子层提供的服务，按照协议所规定的语法和定时关系来发送和接受MS和BS之间的信令信息。二、空中接口相关的几个基本概念1、扩频速率（SR，Spreading Rate）：指的是前向或反向链路上的PN码片速率。这里SR有

35、两种：SR1，也记做“1x”，SR1的前向和反向CDMA信道在单载波上都采取码片速率为1.2288Mps的直接序列（DS）扩频。SR3，也记做“3x”，其前向链路有三个载波，每个载波上都采用1.2288Mps的DS扩频，总称多载波（MC）方式：其反向CDMA信道在单载波上采用码片速率为3.6864Mps的DS扩频。2、无线配置（RC，Radio Configuration）：指一系列前向或反向业务信道的工作模式，RC分类是根据前向和反向业务信道不同的物理层传输特性进行的，各种RC差别在于物理信道各种参数，包括差错控制编码、调制特性和扩频速率。CDMA2000的前向业务信道支持RC1-RC9；反

36、向业务信道支持RC1-RC6.其中RC1和RC2用于后向兼容IS-95系统。2.2.2 CDMA2000系统原理及关键技术CDMA2000系统的收、发端实现过程如图2-3，其空中接口主要技术参数如表2-2（表中黑体字为CDMA2000的关键新技术）：图2-3 CDMA2000系统收、发端实现过程表2-2 空中接口主要技术参数工作频段CDMA2000 1X 有多达10个频段，分布在450MHZ2.1GHZ的范围内，主要是各个国家和地区使用的频段有差别。我国目前使用的频段为 下行：870MHZ880MHZ 上行：825MHZ835MHZ上、下行间隔45MHZ波长约36cm频点宽度1230KHZ多址

37、方式CDMA工作方式FDD调制方式QPSK、HPSK语音编码码激励线性预测编码CELP语音编码速率8 K b bit/s续表2-2码片（传输）速率N1.2288M bit/s（N=1）帧长和结构帧长和交织长度为5、10、20、40、80ms数据调制上行：BPSK 下行：QPSK扩频调制上行：QPSK 下行：QPSK解调导频辅助相干解调扰码长m序列码和短PN码信道编码卷积码和TURBO码功率控制开环和800Hz的快速闭环功率控制CDMA2000物理层标准为了实现系统的兼容和从2G到3G演进的平滑过渡，在信道调制参数和应用的无线链路技术上兼容了IS-95标准的规定。同时为了实现CDMA2000所规

38、定的高速无线数据等功能和业务，又增加了一些新的参数和技术，下面将介绍这些关键技术。一、码分多址及扩频技术51、码分多址（CDMA）是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，而是利用各不相同的编码序列来区分的，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。常用的正交序列为Walsh序列，例如在码序列长度为64的情况下，可以有64个正交序列，这样就可以有

39、64个逻辑信道。使用正交序列时，要求各个序列之间完全同步，因而它常用于基站到移动台的下行链路。2、扩频技术：由于基站不同的信道之间通过Walsh码区分，CDMA2000 1X 相对于IS-95增加了众多的信道，原来的Walsh码明显不够用，为此CDMA2000 1X扩充了Walsh码的级数，SR1最大可扩充到128级，SR2最大可扩充到256级。基站的扩频方法如图2-4。图2-4 基站的扩频方法Walsh码先与掩码相乘后，得到处理后的Walsh码，处理后的Walsh码再与输入的信号相乘后进行扩频，根据的每一位决定输出的结果是否进行相位旋转90度。终端与基站不同的是，所有信道Walsh码都是固定

40、的，各个信道使用Walsh码如表2-3所示，采用Walsh码区分不同信道后，终端不再使用正交调制。表2-3 终端信道Walsh码信道名称Walsh函数Walsh码R-PICH导频W320全0R-EACH增强接入W8200110011R-CCCH共用控制信道W8200110011R-FCH基本业务信道W1640000111100001111R-SCH1补充业务信道1W21或W4201或0011R-SCH2补充业务信道2W42或W860011或00111100R-DCCH专用控制信道W1680000000011111111二、快速功率控制技术CDMA功率控制分为：前向功率控制和反向功率控制，反向功

41、率控制又分为开环和闭环功率控制。前向功率控制：基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率，当误帧率超过预定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1，每1520ms进行一次调整。反向开环功率控制：移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率。开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围。反向闭环功率控制：闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。CDMA2000快速功率控制不仅用在了反向链路，也用在了前向链路

42、中，采用前向闭环快速功控，两个方向上的功率控制速率都可达到800bit/s。这样可以对功率进行更为精确的调整，减少基站发射功率。增加了前向容量。三、前向链路发射分集技术发射分集包括完全多路技术和将数据调制为两个正交信号，其中每一个信号都是由不同的天线以相同的频率发射的。这两个正交信号是用正交发射分集(OTD)或时空扩展分集(STS)产生的。前者是先分离数据流再用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过两个发射天线发射。后者使用空间两根分离天线发射已交织的数据，使用相同的原始Walsh码信道。接收器利用分集信号重建原始信号，从而充分利用了额外的空间和/或频率差异。增加了前向容量。四、反

43、向相干解调技术基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射，再用Rake接收机实现相干解调。与IS-95采用非相干解调相比，提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，提高了反向链路容量。五、前向快速寻呼信道技术基站利用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗睡眠状态。这样移动台不必长时间连续监听前向寻呼信道，从而减少激活时间，延长待机时间。六、Turbo码编码技术具有优异的纠错性能。在CDMA2000 1x中，Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道。使用Turbo码增加了系统的吞吐量。2.2.3 CDMA2000物理层及各信道帧结构物理层是开放式系统互

44、连参考模型（OSI）七层协议中最低的一层，其主要作用是负责用户设备和网络设备之间物理和电气的接口，为链路层在两个通信系统之间提供比特流的路径6。对于各种不同的第三代移动通信技术来说，它们之间的差别主要表现在物理层上，到了高层则差别不大。基于此，下面将介绍CDMA2000的物理层信道结构。图2-5和2-6分别为CDMA2000 1x系统下行和上行的物理信道结构。主要的前向信道的功能及结构：1、前向导频信道（F-PICH）：是未经调制的扩谱信号，基站发射导频信道的目的是使在其覆盖范围内的移动台能够获得基本的同步信息，即各基站的PN短码相位的信息。基站利用导频PN序列的时间偏置来标识每个前向CDMA

45、信道，在CDMA蜂窝系统中，时间偏置可以重复使用，不同导频信道由偏置指数（0-511）来区别。2、前向同步信道（F-SYNCH）：其功能是传送同步信息，在基站覆盖范围内，各移动台可以利用这种信息进行同步捕获。该信道上使用的导频序列偏置与同一前向信道的导频信道上使用的相同，在移动台通过捕获前向导频信道获得同步时，同步信道也相应同步。同步信道的数据速率固定为1200bit/s，一个同步信道帧长26.67ms, 一个同步信道超帧由三个同步信道帧组成，帧长80ms。3、前向寻呼信道（F-PCH）：为基站在呼叫建立阶段传送控制信息，通常移动台在建立同步之后，就选择一个寻呼信道监听由基站发来的指令，在收到

46、基站分配业务信道的指令后，就转入指配的业务信道中进行信息传输。当需要通信的用户很多，业务信道不够用是，寻呼信道可临时用作业务信道，直到用完为止。导频信道同步信道寻呼信道前向信道控制信道业务信道基本业务信道补 充 业务 信 道公共指配 信道快速寻呼信道广播信道共用功率控制信道共 用 控制 信 道专用控制信道寻呼信道的数据速率为9600bit/s或4800bit/s，可选。但在给定系统中所有寻呼信道都有同样速率。该信道分为时长80ms的时间片，每个片包含4个F-PCH导频，所以寻呼信道帧长为20ms。图2-5 CDMA2000 1x系统下行物理信道结构4、前向基本信道（F-FCH）：属于前向业务信

47、道，用于给一个指定的基站传送用户和信令的信息。每一个前向业务信道占用一个前向基本信道。F-FCH的数据帧由保留位、信息比特、CRC和编码尾比特组成。除配置为RC1和RC2时帧长为20ms外，其余7种配置都为5ms和20ms两种选择，数据速率变化必须以帧为单位最大9600bit/s。5、前向补充信道（F-SCH）：应用于RC3-RC9，用来在通话过程中向指定的移动台传递用户信息。每个前向业务信道最多包括2个补充信道。F-SCH可支持多种速率，支持的帧长为20ms。反向信道导频信道增强接入信道接入信道共 用 控 制 信 道信道专 用 控制 信 道基本业务信道补充业务信道图2-6 CDMA2000

48、1x系统上行物理信道结构主要的反向信道的功能及结构：1、反向导频信道（R-PICH）：同F-PICH，也是未经调制的扩谱信号，基站可利用它来检测移动台的发射，进行反向相干解调。2、反向接入信道（R-ACH）：用来发起同基站的通信或响应寻呼信道信息。采用随机接入协议，由不同的长PN码区分。移动台以4800bit/s的固定速率发射反向接入信道信号，每个反向接入信道帧包含96个比特，包括88个信息比特和8个编码尾比特。3、反向增强接入信道（R-EACH）：移动台利用它来发起同基站的通信或响应专门发给移动台的信息。其信道的帧长可为5ms、10ms、20ms。4、反向公共控制信道（R-CCCH）：用于在

49、没有使用反向业务信道时向基站发送用户和信令信息。其信道的帧长可为5ms、10ms、20ms。5、反向业务信道：包括反向专用控制信道（R-DCCH），反向基本信道（R-FCH）,反向补充信道（R-SCH），它们的特点与相应的前向链路业务信道的类似。 2.3 无线传播与移动信道基础移动信道属于无线信道，移动信道是一个非常复杂的动态信道，是取决于用户所在地点环境条件的客观存在的信道，其信道参数是时变的6。利用这类复杂的移动信道进行通信，首先必须分析和掌握信道的基本特点和实质，然后才能针对存在的问题一一对症下药给出相应技术解决方案。移动通信信道的主要三个特点：1、传播的开放性；2、接收地点地理环境的复

50、杂性与多样性；3、通信用户的随机移动性。任何一种通信系统都是围绕着如何完成通信的三项基本指标有效性，可靠性和安全性进行不断的优化。2.3.1 接收信号中的三类损耗在上述移动信道的三个主要特点以及传播的直射、反射、绕射的三种主要类型作用下，接收点的信号将产生如下的特点：具有三类不同层次的损耗：1、路径传播损耗：一般称为衰耗，指电波在空间传播所产生的损耗。它反映出传播在宏观大范围（千米量级）的空间距离上的接收信号电平（包络）平均值的变化趋势。路径损耗在有线通信中也存在。相应的大尺度衰落信道的传播机制具有幂定律传播特征，即中值信号功率（平方包络）与距离长度增加的某次幂成反比变化。2、慢衰落损耗：它主

51、要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡产生的阴影效应而产生的损耗，它反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势。这类损耗一般为无线传播所特有的。它服从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢，故称为慢衰落。相应的中尺度衰落信道传播机制描述的就是阴影衰落，它是重叠在大尺度传播特性的中值电平上的平均功率的变化，用分贝表示时，这种变化趋于正态分布。3、快衰落损耗。它反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势。它一般服从瑞利（Reyleigh）、莱斯（Rice）、纳卡伽米（Nakagami）分布，其变化速率比慢衰落快，故称快衰落。仔细划分这一快衰落又可分为

52、：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落与时间选择性快衰落。相应的小尺度衰落信道上信号包络的变化是描述多径衰落的，通常，当多径信道中各路径长度差不多时，传播衰落大致相当，合成信号包络就服从瑞利分布；当除了路径长度差不多时，传播衰落大致相当的信号外，还存在一些比较稳定且强度较大的信号时，合成信号的包络就服从莱斯分布。2.3.2 小尺度衰落信道（多径信道）分析无线信道的传播模型可分为大尺度(Laqescale)传播模型和小尺度(smallScale)传播模型两种。所谓小尺度是描述短距离(几个波长)或短时间(秒级)内接收信号强度快速变化的；而陆地移动信道的主要特征是多径传播。传播过程小会遇到很多建筑物、

53、树木以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射、散射及绕射等，这样，移动信道是充满了反射波的传播环境。到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。由十电波通过各个路径的距离不同，因而各路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而加强，有时反向叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。本节将介绍小尺度衰落和多径信道的特性。由于移动通信信道的多径、移动台的运动和不同的散射环境，使得移动信道在时间上频率上和角度上造成了色散，因此，信号经过信道后分别形成了频率选择

54、性衰落、时间选择性衰落和空间选择性衰落，也分别产生了时延扩展，多普勒扩展和角度扩展，这三组扩展分别对应三组相关参数相关带宽，相关时间和相关距离。 在三种主要的快衰落里：一、时间选择性衰落所谓时间选择性衰落，是指在不同的时间衰落特性是不一样的。特点如下：1、信道输入：时域：单频等幅载波；频域：在单一频率上单根谱线(脉冲)；2、信道输出：时域：包络起伏不平；频域：以为中心产生频率扩散。3、结论：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波形产生时间选择性衰落。二、频率选择性衰落所谓频率选择性衰落是指在不同频段上衰落特性不一样。特点如下：1、信道输入频域：白色等幅频谱时域：在时刻输入一个

55、脉冲2、信道输出频域：衰落起伏的有色谱时域：在瞬间，脉冲在时域产生了扩散。3、结论：由于信道在时域的时延扩散，引起了在频域的频率选择性衰落。且其衰落周期与时域中的时延扩散程度成正比。三、空间选择性衰落所谓空间选择性衰落是指在不同的地点与空间位置衰落特性不一样。特点如下：1、信道输入：射频：单频等幅载波;角度域：在 角上送入一个脉冲式的点波束。2、信道输出时空域：在不同接收点时域上衰落特性是不一样的，即同一时间，不同地点(空间)衰落起伏是不一样的；角度域：在原来角度上的点波束产生了扩散。 3、结论：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起了空间选择性衰落。空间选择性衰落，通常又称为平坦

56、瑞利衰落。这里的平坦特性是指在时域、频域中不存在选择性衰落。在实际移动通信中，三类选择性衰落都存在，根据其产生的条件大致可以划分为以下三类。并可以用图2-7表示：1、第一类多径干扰：是由于快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号，其特点是由于用户的快速移动因此在信号的频域上产生了多普勒(Doppler)频移扩散，而引起信号在时域上时间选择性衰落。2、第二类多径干扰：用户信号由于远处的高大建筑物与山丘的反射而形成的干扰信号。其特点是传送的信号在空间与时间上产生了扩散。空域上波束角度的扩散将引起接收点信号产生空间选择性衰落，时域上的扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。图2-7 三类选择性衰

57、落3、第三类多径干扰：它是由于接收信号受基站附近建筑物和其它物体的反射而引起的干扰。其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起信号在空间的选择性衰落。 2.3.3 大尺度衰落信道传播预测模型简介上面我们重点从概念与定性的观点探讨了小尺度衰落信道的主要特性。这一节，我们试图从定量的观点对大尺度传播信道模型作进简要分析。这里首先从总体上对传播损耗作如下初步的定量分析。由前面的定性分析可得到传播的总损耗分别由大范围(大尺度、公里量级)的路径衰耗、中范围(中尺度、数百波长量级)的阴影效应和小范围(小尺度、数十波长以下)的快衰落共同决定。它可表示为式2.3.1： (2.3.1)其中： 表示大范围

58、的路径衰耗， 表示中范围的阴影效应损耗，表示小范围内的快衰落损耗。 上面定性分析已指出移动通信信道是一个完全开放式信道，其传播损耗从宏观的大范围看，主要决定于传播环境与条件。传播损耗不仅决定于传播距离，而且还与传播中的地形、地貌、传播的载波频率，以及发、收天线高度等密切相关。因此想从理论角度给出一个确切、完整的公式很困难，一般在工程上多采用一些经验公式与模型，它对于工程技术人员而言已基本上能满足工程上估算要求。一、自由空间传播模型在计算直放站与基站之间链路预算时，可以按照自由空间传播模型考虑，这是因为直放站施主天线架设高度通常在建筑物顶部或铁塔上，接近视距或准视距传播，自由空间传播模型表达式是

59、式2.3.2：L0=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km) (2.3.2)在一些典型的距离和频率情况下，其仿真计算见附录1。二、室外传播模型（以Hata模型为例）Hata模型适用于宏蜂窝（小区半径大于1公里）系统的路径损耗预测，根据应用频率不同，分为Okumura-Hata模型和COST-231 Hata模型。1、Okumura-Hata模型表达式为：L0(dB)69.55+26.16lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+44.9-6.55lg(Hb)lg(d)+ Cm (2.3.3)其中，天线高度增益校正因子a(Hm)=1.11lg(f)-0.7Hm-1.56lg(f

60、)-0.8 （中小城市） (2.3.4)因地理环境的不同，各种地形修正值Cm（dB）为： 城市:Cm 0； 郊区:Cm ； (2.3.5) 农村:Cm ； (2.3.6)该模型是在满足下列条件时适用：f=150-1500MHz；基站天线有效高度h0=30-200m；移动台天线高度在1-10m；基站覆盖范围大于1km。公式2.2.3中：f:工作频率，单位MHz；d:基站与手机之间距离，单位km；Hb:基站天线的有效高度，单位m；Hm:手机天线有效高度，单位m；2、COST231-Hata模型表达式为：L0(dB)46.3+33.9lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+44.9-6.55lg(Hb)lg(d)+ Cm (2.3.7)a(Hm)=1.11lg(f)-0.7Hm-1.56lg(f)-0.8 (2.3.8)因地理环境的不同，各种地形修正值为： 密集市区:Cm 3dB； 市区:Cm 0dB； 郊区:Cm 12.28dB； 农村:Cm 22.52dB； 该模型是在满足下列条件时适用：f=150-2000MHz；其他同Okumura-Hata模型。三、室内传播模型 室内无线信道主要有两方面不同于传统无线信道：覆盖距