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1、第七章 IS-95及其增强移动通信系统,程郁凡通信抗干扰技术国家级重点实验室,第七章内容,7.1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2022年11月,2,7.1 概述,1990年9月，Qualcomm公司公开了其第一版的CDMA“公用空中接口”规范。经过不断的修改，于1995年被TIA采纳，定为IS-95A标准IS-95（Interim Standard 95） 。1998开始，在第三代移动通信系统中广泛采用CDMA技术
2、（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,3,CDMA蜂窝系统的基本概念,基本概念CDMA基于扩频技术，每个用户有各自的特征码CDMA技术包含两层含义 扩频：信息带宽的扩展 码分：用户、信道和基站都依靠码识别码分的含义(IS-95) 基站的识别 信道的识别 用户的识别,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,4,CDMA蜂窝系统的频谱带宽,决定CDMA蜂窝系统频谱带宽的因素：频谱资源 / 系统容量/ 多径分离/ 扩频增益 陆地移动通信系统多径时延 约为 1usChip周期 1MHz系统带宽1.25MHz扩频码
3、片速率1.2288MChip/s,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,5,IS-95 CDMA技术的发展,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,6,IS-95 CDMA主要技术指标(1),IS 95 CDMA工作频段上行（移动台发/基站收）： 825849MHz下行（移动台收/基站发）： 870894MHz双工间隔：45MHzIS 95 CDMA PCS工作频段上行（移动台发/基站收）：18501910MHz下行（移动台收/基站发）：19301990MHz双工间隔：80MHz载频间隔： 1.25MHz双工方式： FDD多址方式： CDMA扩频码速率：
4、1.2288Mc/s,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,7,IS-95 CDMA主要技术指标(2),调制方式： 前向QPSK，反向OQPSK语音编码方式：变速率QCELP码信道编码方式：卷积码（k = 9，正向信道码率R = 1/2， 反向信道码率R = 1/3）数据帧长： 20ms扩频解调门限： 7dB（Pe=10-4）小区结构： 1200三扇区构成功率控制范围：正向：6dB 反向：80dB功率控制精度：正向：0.5dB 反向：1dB分集接收： 基站4路RAKE接收 移动台3路RAKE接收,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,8,第七章内容,7.
5、1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2022年11月,9,7.2 IS-95系统的无线链路,7.2.1 IS-95系统的下行链路下行链路的序列码下行链路的物理信道与逻辑信道7.2.2 IS-95系统的上行链路上行链路的序列码上行链路的物理信道与逻辑信道,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,10,11,7.2.1 IS-95系统的下行链路,下行链路的构成,BS发,MS收,Walsh码，扩频，区分信道
6、,短码，基站同步，区分基站,长码，加扰，区分用户,下行链路的序列码,基站的识别短码：不同相移的PN序列，码元周期为215。信道的识别Walsh码：正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码；用户的识别长码：周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,12,13,Walsh码(1),区分信道，实现码分多址功能采用64个正交的Walsh函数对信道扩频，每一Walsh序列为一物理信道，信道数记为W0-W63扩频码片速率1.2288Mcps。,Walsh码在同步时是完全正交的。,Walsh码(2),Walsh码的特点：同步时，Wals
7、h码是完全正交码（自相关函数为1，互相关函数为0）；非同步情形下，Walsh码的自相关特性和互相关特性很差；Walsh码序列的功率谱分布彼此不均匀Walsh码不能单独承担扩频任务，通常采用Walsh码与其它序列的结合。 区分信道只能用于下行,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,14,15,短码(1),作用：区分基站：分配给每一基站同一个短序的不同时间偏移提供对Walsh码数据的加扰，使各蜂窝小区能重用所有Walsh码。时间偏移使移动台能识别使用相同频率的相邻蜂窝小区,BS发,短码,16,短码(2),m序列采用215-1的m序列（32768） 为不同基站发出的信号赋予不同的
8、特征，并用于移动台同步所有基站的引导PN序列有相同的产生结构，但是不同BS具有不同的相位偏移量,按64个码为间隔，形成32768/64=512个不同的时间偏置，在全系统时钟同步的情况下，移动台根据时间偏置可识别与同步基站速率：1.2288Mcps正交引导PN序列生成多项式：,17,长码,BS发,长码,长码在下行寻呼信道和业务信道中作扰码，用于数据加扰和用户保密，并识别用户。采用：周期为242-1的m序列。长码速率为1.2288Mcps，64分频（64抽1）后为19.2kcps。不同信道利用不同的掩码得到不同相位的长码。,下行链路的物理信道和逻辑信道,下行链路的物理信道每个载频在一个小区内以64
9、个正交Walsh码区分信道。可提供64个码分信道。速率：1.2288Mcps寻呼信道、同步信道必要时都可改为业务信道。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,18,下行链路的逻辑信道分配与码分物理信道的关系,19,下行链路物理信道和逻辑信道的映射,下行逻辑信道下行业务信道下行控制信道：导频信道、同步信道、寻呼信道,码域正交复用,20,导频信道(1),W0全0，不含数据，含引导PN码序列相位偏移量和频率基准信息，一直不断发送。电平高于其它信道约20dB。便于MS获取基站的定时，进行信道估计、相干解调、切换等。,21,导频信道(2),导频信道连续周期地发送未经调制的短码；基站利
10、用导频PN序列的时间偏置来标识每个CDMA前向信道。零偏置导频PN序列：它们的开始位置被定义为连续输出15个“0”的时刻。零偏置序列必须在偶数秒起始传输。偏置系数：共512 个，编号从 0 到 511(64chip间隔)偏置时间： = 偏置系数64（chip）其它PN引导序列的偏置指数规定了它和0 偏置引导PN序列偏离的时间值。,导频信道(3),例如：当偏置系数是 15 时相应的偏置时间是1564=960个chip已知chip宽度为 1/1.2288 0.8138s 故偏置时间为 960/1.2288 = 781.25s该PN序列要从每一偶数秒之后 781.25s开始帧长：为一个序列周期，21
11、5/(1.2288106) 26.67ms2秒有75个周期： 2 / 215/(1.2288106) = 75相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应大一些。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,22,导频信道(4),导频信道的作用用于移动台获取基站的定时，识别基站，提取相干载波以进行相干解调；一旦移动台捕获到导频信道，即可认为移动台与其它前向信道也达到同步通过对导频信号中多径信号的检测，实现RAKE接收机中的信道估计；通过比较相邻基站导频信号的强度，决定何时需越区切换；通过对导频信号强度的检测，决定开环功率控制的初始值。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信
12、系统,23,24,同步信道,传输同步信息和其它信息如系统时间、导频偏置，使移动台知道正在接入的是哪个基站。还有寻呼信道速率，242-1长码的状态等信息。扩频处理增益：10*log10(1.2288Mcps/4.8kbps)=24dB,25,寻呼信道,传送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台寻呼信道数据以扰码加密,加扰,26,业务信道(1),加扰,业务信道(2),业务信道用于传输用户信息和少量的信令信息。 传输8.6kbps、4kbps、2kbps、800bps的不同速率的数据。 帧长为20ms嵌入功率控制子信道，用于传输功率控制信息。嵌入随路信道，传输少量的信令信息，例如越区切换信息。,2022
13、年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,27,7.2 IS-95系统的无线链路,7.2.1 IS-95系统的下行链路下行链路的序列码下行链路的物理信道与逻辑信道7.2.2 IS-95系统的上行链路上行链路的序列码上行链路的物理信道与逻辑信道,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,28,29,7.2.2 IS-95系统的上行链路,上行链路的构成,MS发,BS收,Walsh码：只用于多进制扩频,短码：基站同步，加扰,长码：扩频，区分信道,上行链路的序列码,信道与用户的识别长码：周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。通过不同的掩码给每个信道分配一个不同的初相, 从
14、而构成逻辑信道和移动台的地址码，实现上行链路的码分多址功能多进制扩频Walsh码：64阶Walsh码正交多进制扩频调制正交调制与加扰短码：零偏置I、Q正交PN序列，码元周期为215。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,30,31,Walsh码(1),完成多进制扩频提高系统的抗干扰能力和信息传输能力采用64阶Walsh函数正交扩频多进制扩频的概念利用M=2k个长度为P的正交扩频序列，每个序列代表k比特的信息。在k=1时，即传统的DS扩频(二进制扩频 )IS-95 上行链路中，采用了与下行链路相同的Walsh函数，此时M为26=64。每6个码元作为一个调制符号。每个调制符号
15、对应一个长度为64chip的Walsh码共有26=64 个调制符号,32,Walsh码(2),例如：信息速率为28.8kbps ，处理增益64倍基带矩形脉冲随机序列带宽二进制比特流基带带宽为Rb多进制符号流基带带宽为Rs二进制扩频多进制扩频在相同信源速率和扩频带宽的条件下，多进制扩频比二进制扩频具有更高的处理增益。,Walsh码(3),664多进制映射关系,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,33,例如：输入信息：101100, 100011,输出对应的Walsh码序列：W44，W35,Walsh码(4),多进制扩频举例：以8进制扩频为例， 信源：101001,2022年
16、11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,34,信源按8进制分组，101, 001, ,2).1015 ,1).0011 ,由信源，从对应的Walsh函数中找到对应的Walsh码,得到输出： 01011010，01010101，,35,短码,MS发,短码用于基站同步、系统加扰、正交调制采用与下行链路相同的引导PN码正交调制，相位偏移为0。m序列，采用215-1的m序列（补零后变为215），速率：1.2288Mcps生成多项式同下行链路,短码,36,长码(1),长码区分信道和用户长码扩频采用了242-1的PN码（m序列）以完成信道的扩频调制4bit扩频：307.2kbps4 = 1.228
17、8Mcps长码由42个移位寄存器组成的m序列发生器产生。该序列再由一个42比特掩码被赋予不同的相位。通过不同的掩码给每个信道分配一个不同的初相, 从而构成逻辑信道和移动台的地址码。,MS发,长码,37,长码(2),生成多项式与下行链路的一样,使用分配的长码掩码42比特,上行链路的物理信道和逻辑信道,上行链路的物理信道上行链路的码分物理信道是用周期为242-1的不同相位偏移量的长PN序列（长码）构成的。速率：1.2288Mcps。不同的42位掩码用于不同的接入信道与业务信道。为什么不用Walsh码区分反向物理信道？正向：所有Walsh码从基站同时到达某个移动台反向：各移动台到基站的信号不能同时到
18、达基站，Walsh码不正交。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,38,39,上行链路物理信道和逻辑信道的映射,上行逻辑信道反向接入信道：最多32个，最少0个。反向业务信道：最多64个，最少32个。帧长：20ms,40,反向接入信道,向基站进行登记、发起呼叫、响应寻呼信息,664映射,延迟1/2码片，约406.9ns，OQPSK,41,反向业务信道,在呼叫建立期间传输用户信息与信令信息,664映射,小结：IS-95系统逻辑信道,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,42,43,小结：IS-95系统上下行链路特性,IS-95CDMA系统呼叫处理流程,20
19、22年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,44,调谐到CDMA载波,系统初始化状态,业务信道状态,空闲状态,接入状态,第七章内容,7.1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2022年11月,45,第七章内容,7.1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强
20、移动通信系统,2022年11月,46,47,7.4 CDMA系统的功率控制,CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰。如果每个移动台的信号到达基站时都达到正常通信所需的最小信噪比，系统容量将会达到最大值单小区系统容量多小区系统容量,d ：话音占空比，0.35G 为扇形分区系数,F 为信道复用效率，0.6,功率控制,功率控制的目的和要求,功率控制的目的克服远近效应，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。功率控制是CDMA系统的核心关键技术功率控制的要求当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应，以防止信号突然增强而对其它用户产生附加干扰。当传播
21、条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,48,49,输出信号功率的时间响应,输出信号功率的时间响应（变速率传输一个功率控制组时间1.25ms）功率波动： 20dB功率上升/下降时间： 6us,功率控制的分类,反向链路功率控制调整移动台向基站发射的功率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前向链路功率控制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,2022年11月,第七章 IS-95及其增强
22、移动通信系统,50,反向链路功率控制开环功率控制,IS-95采用开环与闭环功率控制相结合的方案。反向开环功率控制仅由移动台参与。MS测量接收到的导频信号的功率，利用下行链路损耗估计上行链路损耗，根据链路损耗计算MS需要发射的功率。接收到信号强度越强，说明收发双发距离较近或者有非常好的传播路径，发射的功率就越小。方法简单，易于实现。开环功控只决定接入初期发射功率和切换后初期发射功率。FDD系统上下行链路衰落不相关，精度有限。动态范围：32dB,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,51,反向链路功率控制闭环功率控制,目的消除开环功控中的上下行信道不一致所产生的功控误差，精确调
23、节发射功率。闭环调节过程基站和移动台共同参与。基站根据目前所需信噪比与实际接收的信噪比之差随时命令移动台调整发射功率。MS根据基站发送功控指令并与开环估计相结合，调节发射功率。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,52,反向闭环功率控制(2),闭环功率控制过程初始发射功率由基站通过系统参数消息发送给移动台 由来自基站的功率控制比特控制功控比特0：增加发射功率1dB1：降低发射功率1dB闭环功控调节能力功率调节范围：在开环估计的基础上，闭环调整范围为24dB800次/秒,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,53,前向链路功率控制,前向链路功率控制基站根
24、据接收的每个移动台传送的信号质量信息来调节基站业务信道发射功率的过程。其目的是使所有移动台在保证通信质量的条件下，基站的发射功率为最小。因前向链路功率控制将影响众多的移动用户的通信，前向功率控制动态范围小：调节量：0.5dB动态范围：标称功率的6dB调节速率：以帧（20ms）为单位。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,54,第七章内容,7.1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2022年11月,5
25、5,7.5 CDMA系统的软切换技术,硬切换：载波频率不同的相邻小区间的切换切换过程中通信链路会发生中断硬切换包括载波频率与导频PN序列偏移的改变软切换：载波频率相同的相邻小区间的切换切换过程中通信链路不发生中断更软切换：发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的信道切换。这些切换可能是组合出现的。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,56,IS-95的切换方式,IS-95采用移动台辅助的越区切换移动台对不同基站的RSSI(Received Signal Strength Indication)进行测量后，定期将测量结果报告给基站网络评估测量参数，决定移动台是否切换。优点
26、：网络参与切换管理，灵活性高。软切换的具体过程MS与原小区基站保持通信链路与一个/多个新小区基站建立通信链路与其中一个新小区基站保持通信链路，释放与原小区基站通信链路。,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,57,58,导频强度,软切换过程,第七章内容,7.1 概述7.2 IS-95系统的无线链路7.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时7.4 CDMA系统的功率控制7.5 CDMA系统的软切换技术7.6 第三代移动通信系统,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2022年11月,59,3G的关键技术,高效信道编译码技术软件无线电技术智能天线技术多用户检测和干扰消除技术向全IP网过渡,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,60,3G：3rd Generation，第三代移动通信技术,61,3G中常见标准的主要物理参数,本章小结,IS-95系统的无线链路下行链路导频信道、同步信道、寻呼信道、业务信道上行链路接入信道、业务信道IS-95系统的功率控制开环与闭环相结合的功率控制IS-95系统的软切换技术移动台辅助的切换3G,2022年11月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,62,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,谢 谢！,2022年11月,63,
