CDMAIS95A/B與cdma20001X對比分析

2019-11-03 09:12:02

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寧霞孫立新

　　CDMA是在90年代初由QUALCOMM公司提出的，IS-95是cdmaOne系列標準中最先發布的一個標準，而真正在全球得到廣泛應用的第一個CDMA標準是IS-95A，在IS-95A的基礎上，又分別出版了支持13K話音編碼器的TSB74標準，支持1.9GHz的CDMA PCS系統的STD-008標準，支持64kbit/s的數據業務的IS-95B。

　　在ITU向各國征求第三代移動通信無線候選技術時，IS-95由于剛取得商用成功，美國TR45標準委員會沒有將很多精力放在第三代標準的研究上，而是正在努力完成IS-95B的標準，在ITU的要求下，匆忙在當年提出了cdma2000的第三代標準，即cdma2000 1X和3X（1X代表其載波一倍于IS-95A的帶寬，3X代表其載波三倍于IS-95A的帶寬），3X又分為下行直接擴譜和三載波兩種方式，后來直接擴譜cdma2000部分與WCDMA進行了融合，所以實際上目前的cdma2000就只包括cdma2000 1X和三載波方式3X。

　　由于1X采用了與3X完全相同的技術，所以每兆赫的話音或數據業務容量也基本一致，并且1X的反向與IS-95A和IS-95B完全兼容。目前，QUALCOMM公司已經做出了IS-95A、 IS-95B、cdma2000 1X完全兼容的手機和基站專用芯片，而且該芯片的管腳定義也與以前的芯片完全一致，在這種情況下，IS-95A的運營者目前都非常看好cdma2000 1X，由于cdma2000 3X與cdma2000 1X相比，唯一的優勢是數據能力的提高，所以IS-95的運營者組織現在正在努力推動對cdma2000 1X的繼續完善，希望在繼續采用1.25 MHz帶寬的情況下使數據業務能力達到ITU規定的第三代業務速率標準2 Mbit/s以上，美國標準化委員會將這些對cdma2000 1X增強的技術統一稱為cdma2000 1X EV。一旦cdma2000 1X EV技術在實際應用中達到了預期效果（即滿足了ITU在第三代業務方面的要求），那么在相當長的一段時間內，運營者都不會考慮cdma2000 3X。cdma2000 1X EV的演進方向目前包括兩個分支：僅支持數據業務的分支和同時支持數據和話音的分支，在僅支持數據業務方面的技術比較單一，目前只有QUALCOMM提出的HDR，而在同時支持數據和話音的分支方面目前的提案已有幾家，包括我國目前提交的一項技術LAS-CDMA，這些改進技術目前還處于評審過程中。IS-95A和cdma2000 1X的比較如表1所示。

一、ＩＳ－９５向ｃｄｍａ２０００１Ｘ的演進

　　IS-95B與IS-95A的區別重要在于可以捆綁多個信道。當不使用輔助業務信道時，IS-95B與IS-95A是基本相同的，可以共存于同一個載波中。cdma2000 1X則有較大的改進，cdma2000與IS-95是通過不同的無線配置（RC）來區別的。cdma2000 1X系統設備可以通過設置RC，同時支持1X終端和IS-95A/B終端。因此，IS-95A/B/1X可以同時存在于同一載波中。對cdma2000系統來說，從2G向3G過渡，可以采用逐步替換的方式。即壓縮2G系統的一個載波，轉換為3G載波，開始向用戶提供中高速率的業務。這個操作對用戶來說是完全透明的，由于IS-95的用戶仍然可以工作在3G載波中，所以2G載波中的用戶數并沒有增加，也不會因此增加呼損。隨著3G系統中的用戶數量增加，可以逐步減少2G系統使用的載波，增加3G系統的載波。通過這種方式，可以很好地解決網絡升級的問題，網絡運營商通過這種平滑升級，不僅可以向用戶提供各種最新的業務，而且很好地保護了已有設備的投資。

　　在向第三代演進的過程中，需要注意的問題是BTS和BSC等無線設備的演進問題。在制定cdma2000標準的時候，已經充分考慮了保護運營者的投資，很多無線指標在2G和3G中是相同的。對BTS來說，天線、射頻濾波器和功率放大器等射頻部分是可以是相同的，而基帶信號處理部分則必須更換。

二、ｃｄｍａ２０００１Ｘ的主要特點

　　cdma2000與IS-95系統的主要區別是信道類型以及物理信道的調制得到增強，以適應更多、更復雜的第三代業務。下面主要介紹cdma2000 1X的信道類型和調制技術。

　　（一）cdma2000 1X的信道類型

　　cdma2000 1X系統雖然緣于IS-95，但性能比IS-95增強了許多， cdma2000 1X的主要信道類型包括：

　　1.反向信道

　　（1）反向導引信道

　　反向導引信道是一個移動臺發射的未調制擴譜信號，主要功能是用于輔助基站進行相關檢測。反向導引信道在增強接入信道、反向公用控制信道和反向業務信道的無線配置為3至6時發射。反向導引信道在增強接入信道前綴、反向公用控制信道前綴和反向業務信道前綴也發射。

　　（2）接入信道

　　接入信道傳輸的是一個經過編碼、交織以及調制的擴頻信號。其主要功能是移動臺用來發起同基站的通信或響應基站發來的尋呼信道消息。接入信道通過其公用長碼掩碼唯一識別。接入信道由接入試探組成，一個接入試探由接入前綴和一系列接入信道幀組成。

　　（3）強接入信道

　　增強接入信道用于移動臺初始接入基站或響應移動臺指令消息，可能用于以下三種接入模式:基本接入模式、功率控制接入模式和備用接入模式。功率控制接入模式和備用接入模式可以工作在相同的增強接入信道，而基本接入模式需要工作在單獨的接入信道。增強接入信道與接入信道相比在接入前綴后的數據部分增加了并行的反向導引信道，可以進行相關解調，使反向的接入信道數據解調更容易。

　　當工作在基本接入模式時，移動臺在增強接入信道上不發射增強接入頭，增強接入試探將由接入信道前綴和增強接入數據組成；當工作在功率控制接入模式時，移動臺發射的增強接入試探由接入信道前綴，增強接入頭和增強接入數據組成；當工作在備用接入模式時，移動臺發射的增強接入試探由接入信道前綴和增強接入頭組成。一旦收到基站的允許，在反向公用控制信道上發送增強接入數據。

（4）向公用控制信道

　　此信道是在不使用反向業務信道時，移動臺在基站指定的時間段向基站發射用戶控制信息和信令信息。反向公用控制信道可能用于兩種接入模式:備用接入模式和指配接入模式。反向公用控制信道傳輸的是一個經過編碼、交織以及調制的擴頻信號。該信道通過長碼唯一識別。

（5）向專用控制信道

　　此信道用于某一移動臺在呼叫過程中向基站傳送該用戶的特定用戶信息和信令信息。反向業務信道中可以包含一個反向專用控制信道。

（6）向基本信道

　　反向基本信道用于移動臺在呼叫過程中向基站發射用戶信息和信令信息，反向業務信道可以包含一個基本信道。

（7）反向輔助碼分信道

　　反向輔助碼分信道用于移動臺在呼叫過程中向基站發射用戶信息和信令信息，僅在無線配置RC為1和2時可能提供。該信道僅在反向分組數據量突發性增大時建立，并在基站指定的時間段內存在。反向業務信道可以最多包含7個反向輔助碼分信道。

（8）反向輔助信道

　　反向輔助信道用于移動臺在呼叫過程中向基站發射用戶和信令信息，僅在無線配置RC為3到6時可能提供。該信道僅在反向分組數據量突發性增大時建立，并在基站指定的時間段內存在。反向業務信道可以包含2個輔助信道。

　　2.前向信道

（1）導引信道

　　前向導引信道與IS-95系統中導引信道一樣，在CDMA前向信道上是不停發射的。

　　導引信道包括前向導引信道、發射分集導引信道、輔助導引信道和輔助發射分集導引信道，都是未經調制的擴譜信號，用于所有在基站覆蓋區中工作的移動臺進行捕獲、同步和檢測。前向導引信道使用的Walsh碼是W064，在導引信道需要分集接收的情況下，基站可以增加一個發射分集導引信道，增強導頻的接收效果。發射分集導引信道（不一定存在）使用的Walsh碼是W16128。

　　為使用更靈活的天線和波束賦型技術，在一個激活的CDMA信道中，會有0到多個輔助導引信道由基站發射。在輔助導引信道需要發射分集的情況下，基站將增加一個輔助發射分集導引信道。如果輔助導引信道和輔助發射分集導引信道都存在，輔助導引信道使用的Walsh碼是WnN，輔助發射分集導引信道使用的Walsh碼是Wn+N/2N，其中N ≤512 并且 1 ≤ n ≤N/2 - 1。在輔助發射分集導引信道不存在時，輔助導引信道使用的Walsh碼是WnN，其中N ≤ 512 并且1 ≤n ≤ N - 1。N和n的值都由基站指定。

　　在發射分集導引信道發射時，基站應使前向導引信道有連續的、足夠的功率以確保移動臺在不使用來自發射分集的導引信道能量情況下，也能捕獲和估計前向CDMA信道特性。

（2）同步信道

　　同步信道在基站覆蓋區中使開機狀態的移動臺獲得初始的時間同步。同步信道在發射前要經過卷積編碼、碼符號重復、交織、擴譜和調制等步驟。

（3）尋呼信道

　　尋呼信道用來發送基站的系統信息和移動臺的尋呼消息，是經過卷積編碼、碼符號重復、交織、擾碼、擴頻和調制的擴頻信號。

（4）廣播控制信道

　　廣播控制信道用來發送基站的系統廣播控制信息，是經過卷積編碼、碼符號重復、交織、擾碼、擴頻和調制的擴頻信號。基站利用此信道和覆蓋區內的移動臺進行通信。

（5）快速尋呼信道

　　快速尋呼信道包含尋呼信道指示，用于基站和覆蓋區內的移動臺進行通信，基站使用快速尋呼信道通知在空閑模式下，工作在分時隙方式的移動臺，他們是否應在下一個前向公用控制信道或尋呼信道時隙的開始時接收前向公用控制信道或尋呼信道。快速尋呼信道是一個未編碼的開關控制調制擴譜信號。

（6）公用功率控制信道

　　公用功率控制信道用于基站進行多個反向公用控制信道和增強接入信道的功率控制。基站支持在一個或更多公用功率控制信道上的工作。

（7）公用指配信道

　　公用指配信道提供對反向鏈路信道指配的快速響應，以支持反向鏈路的隨機接入包傳輸。該信道在備用接入模式下控制反向公用控制信道和相關聯的功率控制子信道，并且在功率控制接入模式下提供快速證實。基站可以選擇不支持公用指配信道，并在廣播控制信道通知移動臺這種選擇。

（8）前向公用控制信道

　　在未建立呼叫連接時，基站使用前向公用控制信道發射移動臺特定消息。基站利用此信道和覆蓋區內的移動臺進行通信。前向公用控制信道是經過卷積編碼、碼符號重復、交織、擾碼、擴頻和調制的擴頻信號。　

（9）前向專用控制信道

　　此信道用于在呼叫過程中給某一特定移動臺發送用戶和信令消息。每個前向業務信道可以包括一個前向專用控制信道。

（10）前向基本信道

　　此信道用于在通話過程中給特定移動臺發送用戶和信令消息。每個前向業務信道可以包括一個前向基本信道。

（11）前向輔助碼分信道

　　此信道用于在通話過程中給特定移動臺發送用戶和信令消息，在無線配置（RC）為1和2時可能提供。該信道僅在前向分組數據量突發性增大時建立，并在指定的時間段內存在。每個前向業務信道最多可包括7個前向輔助碼分信道。

（12）前向輔助信道

　　此信道用于在通話過程中給特定移動臺發送用戶和信令消息，在無線配置（RC）為3到9時可能提供。該信道僅在前向分組數據量突發性增大時建立，并在指定的時間段內存在。每個前向業務信道最多可包括2個前向輔助信道。

（二）cdma2000反向信道調制

　　1.反向信道的配置

　　cdma2000反向信道通過無線配置(RC)來定義，對于反向信道共有六種無線配置，各種無線配置特性見表2。　　移動臺必須支持無線配置1、3或5，可以再支持無線配置2、4或6。移動臺支持RC2時必須支持RC1，移動臺支持RC4時必須支持RC3，移動臺支持RC6時必須支持RC5。移動臺在反向信道上禁止RC1或R2與RC3或RC4同時使用。

　　從傳輸速率來看，IS-95空中接口所能提供速率集只是cdma2000 1X系統所能提供的速率集的一個子集。在空中接口的調制方面，cdma2000提供的所有空中接口信道均可以根據用戶的能力和需要，設置為不同的無線配置(RC)，從而表現為不同的調制方式。當信道的前、反向RC配置為1、2時，該信道就是IS-95B的信道特征；當信道的前向RC配置為3、4、5，反向RC配置為3、4時，該信道為cdma2000 1X系統的信道屬性；當信道的前向RC配置為6、7、8、9，反向RC配置為5、6時，該信道為cdma2000 3X的信道屬性，通過這種方式做到cdma2000系統和IS-95系統的相互兼容。而且cdma2000 3X或叫多載波（MC）方式，其多載波也只是針對前向信道而言的，而反向信道卻都是直接擴譜，且最高速率為1Mbit/s以上，這樣也有利于在數據業務中支持上行數據量與下行數據量的不對稱。

　　2.反向信道結構

　　（三）CDMA前向信道調制

三、ｃｄｍａ２０００１Ｘ的針對ＩＳ－９５的主要改進

　　cdma2000 1X在無線接口功能上比IS-95系統有了很大的增強，如在反向增加了導頻，在前向增加了快速功率控制，改善了前反向容量，在軟切換方面也將原來的固定門限變為相對門限，增加了靈活性等。

　　cdma2000 1X提供反向導引信道，從而使反向信道也可以做到相干解調，它比IS-95系統反向信道所采用的非相關解調技術可以提高3dB增益，相應地反向鏈路容量提高1倍。

　　cdma2000 1X還采用了前向快速功控技術，從而可以進行前向快速閉環功控，較IS-95系統前向信道只能進行較慢速的功率控制相比，大大提高了前向信道的容量，并且減少了基站耗電。

　　cdma2000 1X前向信道還可以采用傳輸分集發射（OTD和STS），提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信號質量。總之，cdma2000 1X前向信道采用了傳輸分集發射技術和前向快速功控后，前向信道的容量約為IS-95系統的2倍。

　　同時，在cdma2000 1X中，業務信道可以采用Tubro碼，因為信道編碼采用Tubro碼比采用Convolutional具有2dB的增益，因此cdma2000 1X系統的容量還能提高到未采用Tubro碼時的1.6倍。

　　從網絡系統的仿真結果來看，如果用于傳送語音業務，cdma2000 1X系統的總容量是IS-95系統的2倍；如果傳送數據業務，cdma2000 1X的系統總容量是IS-95系統的3.2倍。

　　在cdma2000 1X中引入了快速尋呼信道，極大地減少了移動臺的電源消耗，提高了移動臺的待機時間。支持cdma2000 1X的移動臺的待機時間是IS-95移動臺待機時間的15倍或更多。cdma2000還定義了新的接入方式，可以減少呼叫建立時間，并減少移動臺在接入過程中對其他用戶的干擾。

　　對于在cdma2000 1X的分組業務，系統除了建立前向和反向基本業務信道之外，還需要建立相應的輔助碼分信道，如果前向需要很多的分組數據傳輸量，基站通過發送輔助信道指配消息建立相應的前向輔助碼分信道，使數據在消息指定的時間段內通過前向輔助碼分信道發送給移動臺。如果反向需要很多的分組數據傳輸量，移動臺通過發送輔助信道請求消息與基站建立相應的反向輔助碼分信道，使數據在消息指定的時間段內通過反向輔助碼分信道發送給基站。可以看出，輔助信道的設立對cdma2000更靈活地支持分組業務起到了很大作用。

　　總之，cdma2000 1X可以提供144 kbit/s速率以上的數據業務，而且增加了輔助信道等，可以對一個用戶同時承載多個數據流和多種業務，所以cdma2000 1X提供的業務比IS-95有很大的提高，為支持未來的各種多媒體分組業務打下了基礎。

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