CDMA2000中的新技术

尚敬
　　1　引言

　　第三代（3G）移动通信系统的研究和开发正在世界范围内进行得如火如茶。在提交到国际电信联盟（ITU）的各种地面移动通信无线传输技术（RTT）的候选方案中，北美提出的CDMA2000和欧洲提出的WCDMA凭借各自的优势分别成为第三代移动通信系统采用的主流技术。CDMA2000由CDMAOne（其技术核心是IS-95标准）发展而来，它采用了众多的新技术（如前向发射分集、快速前向功率控制、反向链路相干解调、Turbo编码等），因而系统容量和性能相对于CDMAOne系统有较大的提高，日益成为第三代移动通信领域的研究热点。

　　CDMA2000的目标是进一步提高话音容量；提高数据传输效率；支持更高数据速率；降低移动台电源消耗，延长电池寿命；消除对其他电子设备的电磁干扰（EM）；更好的加密技术；后向兼容CDMAOne。

　　2　CDMA2000采用的主要新技术

　　2.1多种射频信道带宽

　　CDMA2000在前向链路上支持多载波（MC）和直扩（DS）两种方式，反向链路仅支持直扩方式。当采用多载波方式，能支持多种射频带宽，射频信道带可以是N ×1.25MHz，其中N=1、3、5、9或12，即可选择的带宽有1.25MHz、3.75MHz、7.5MHz、11.25MHz和15MHz。目前的技术仅支持前两种带宽。

　　2.2Turbo码

　　为了适应高速数据业务的需求，CDMA2000中采用Turbo编码技术（编码速率可以是1/2、1/3或1/4）。Turbo编码器由两个递归系统卷积码（RSC）成员编码器、交织器和删除器构成，每个RSC有两路校验位输出，两上RSC的输出经删除复用后形成Turbo码。编码器一次输入N_turbobit，包括信息数据、帧校验（CRC）和保留bit，输出（N_burbo＋6）/R符号。Turbo译码器由两个软输入软输出的译码器、交织器和去交织器构成，两个成员译码器对两个成员编码器分别交替译码，并通过软输出相互传递信息，进行多轮译码后，通过对软信息作过零判决得到译码输出。

　　Turbo码具有优异的纠错性能，但译码复杂度高，时延大，因此主要用于高速率，对译码时延要求不高的数据传输业务。与传统的卷积码相比，Turbo码可降低对发射功率的要求，增加系统容量。在CDMA2000中，Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。

　　2.3800MHz前向快速功率控制

　　CDMA2000采用新的前向快速功率控制（FFPC）算法，该算法使用前向链路功率控制子信道和导频信道，使移动台（MS）收到的全速率业务信道Eb/Nt保持恒定。移动台测量收到的业务信道Eb/Nt，并与门限值进行比较，然后根据比较结果，向基站（BS）发出升高或降低发射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道传送，功率控制速率可达到800b/s。如果反向链路的功率控制速率都将减小到400b/s或200b/s。

　　采用前向快速功率控制，能尽量减小远近效应，降低移动台接收机实现一定误帧率（FER）所需的信噪比，进而降低基站发射功率和系统的总干扰电平，提高系统容量。

　　2.4前向快速寻呼信道

　　前向快速寻呼信道用于指示一次寻呼或配置改变。

　　*寻呼　基站使用前向快速寻呼信道的寻呼指示符（PI）比特来通知位于覆盖区域工作于时隙模式且处于空闲状态的移动台，是监听下一个前向公共控制信道/前向寻呼信道的时隙，还是返回低功耗的睡眠状态直至下一周期到来。当寻呼负载较高时，可以使用一个以上的前向快速寻呼信道来减少冲突，前向快速寻呼信道的使用，可使移动台不必长时间连续监听前向寻呼信道，减少激活移动台所需的时间，降低移动台功耗，从而延长了移动台的待机时间和电池寿命。

　　*配置改变　如果是在最近10min内有任何配置消息（如系统参数消息）发生变化，前向快速寻呼信道上的配置改变指示符（CCI）比特将被设置，然后移动台通过解调前向广播信道来获得新消息。

　　前向快速寻呼信道采用通断键控（OOK）调制，由于解调简单，可节约基站发射功率。

　　2.5前向链路发射分集

　　前向链路采用的发射分集方式包括多载波发射分集（MCTD）和直接扩频发射分集两种。前者用于多载波方式，每个天线发射一个载波子集。后者用于多载波方式，每个天线发射一个载波子集。后者用于直扩方式，又可分为正交发射分集（OTD）和空时扩展分集（STS）两种。OTD方式是先分离数据流，再用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过两个天线发射；在STS方式中，两个天线都发射所有的已交织数据，并使用相同的原始Wlash码信道。在CDMA2000前向链路中，有两条信道专门用于前向发射分集，即发射分集导频信道和辅助发射分集导频信道。采用前向发射分集技术能减少每个信道要求的发射功率，增加前向链路容量，改善室内单径瑞利衰落环境和慢速移动环境下的系统性能。

　　2.6反向相干解调

　　为了提高反向链路性能，CDMA2000采用了反向链路导频信道，它是未经编码的扩频信号（由0号Walsh函数扩频），基站用导频信道完成初始捕获、时间跟踪和RAKE接收机相干解调，并为功率控制测量链路质量。导频参考电平随数据速率而变化。

　　基站可以利用反向导频帮助捕获移动台的发射，实现反向链路上的相干解调，与采用非相干解调的CDMA2000相比，所需的信噪比显著降低，从而降低了移动台发射功率，提高了系统容量。当移动台发射无线配置为RC3-6的反向业务信道时，在反向导频信道中插入一个反向功率控制子信道，移动台通过该子信道发送功率控制命令，实现前向链路功率控制。反向导频还可以采用门控发送方式（即非连续发送），不仅能减小对其他用户的干扰，也降低了移动台的功耗。

　　2.7连接的反向空中接口波形

　　在反向链路上，所有速率的数据都采用连续导频和连续数据信道波形。连续波形可以把对其它电子设备（如助听器等医疗设备）的电磁干扰（EMI）降到最低；通过降低数据速率，能扩大小区覆盖范围；允许在整个帧上实现交织，并改善搜索性能；连续波形还支持移动台为快速前向功率控制连续发送前向链路质量测量信息，以及基站为反向功率控制连续监控反向链路质量。

　　2.8辅助导频信道

　　CDMA2000中新增加了前向辅助导频信道，支持对一组移动台的波束形成，以及对单个移动台的波束控制和波束形成。点波束应用能扩大覆盖区域和增加容量，并提高可支持的数据速率。

　　2.9增强的媒体接入控制功能

　　媒体接入控制（MAC）子层控制第三代（3G）移动通信系统中多种业务到物理层的接入过程，保证多媒体业务的实现。它的引入能满足更高带宽和更广泛业务种类的需求，支持话音、分组数据和电路数据业务的同时处理。CDMA2000系统的MAC子层能提供尽力发送（best effort delivery）、复用和QoS控制，以及接入程序。

　　2.10灵活的帧长

　　与CDMA2000不同，CDMA2000支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多种灵活的帧长。不同类型的信道分别支持不同的帧长。例如前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道和反向专用控制信道采用5ms和20ms帧，前向补充信道和反向补充信道采用20ms、40ms或80ms帧。话音业务采用20ms帧。较短的帧可以减少时延，但因交织跨度较短而降低了解调性能，较长的帧则因为帧头所占比重小，可降低对发射功率的要求。

　　3结束语

　　随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。CDMA2000已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能（如高话音和话音质量、高数据容量和数据速率，能从CDMAOne（2G）平滑演进以及有巨大的新业务和新特征的潜在发展空间等），能够利用各种移动终端为移动用户提供丰富的电信业务（包括话音、低速和高速数据、多媒体和视频业务），为人们的沟通和交流提供更加快捷、方便、高质量和多样化的服务。

摘自《电信快报》2002.4