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1、第七章 IS-95及其增强移动通信系统,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年9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（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）,20
2、20年9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,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,4,IS-95 CDMA技术的发展,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,5,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）： 870894MH
3、z 双工间隔：45MHz IS 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： 1.2288Mc/s,2020年9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(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 小区结构： 12
4、00三扇区构成 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,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,7,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年9月,8,7.2 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
5、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,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,9,7.2.1 IS-95系统的下行链路,下行链路的构成,10,BS发,MS收,Walsh码，扩频，区分信道,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。,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,11,Walsh码(1),区分信道，实现码分多址
6、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。,12,Walsh码在同步时是完全正交的。,Walsh码(2),Walsh码的特点： 同步时，Walsh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,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,13,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
7、据的加扰，使各蜂窝小区能重复使用所有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,14,BS发,短码,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,15,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,长码,16,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
8、列。,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。,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,17,下行链路的逻辑信道分配与码分物理信道的关系,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,18,码域正交复用,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
9、路的序列码 上行链路的物理信道与逻辑信道,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,19,7.2.2 IS-95系统的上行链路,上行链路的构成,20,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。,2020年9月
10、,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,21,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。每个调制符号对应一个长度为64chip的Walsh码 共有26=64 个调制符号,22,Walsh码(2),664多进制映射关系,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,23,例如：输入信
11、息： 101100, 100011,输出对应的Walsh码序列： W44，W35,Walsh码(3),多进制扩频举例： 以8进制扩频为例， 信源：101001,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,24,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，,短码,25,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
12、成多项式同下行链路,短码,长码(1),26,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 = 1.2288Mcps 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,长码(2),生成多项式与下行链路的一样,27,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.
13、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达基站，Walsh码不正交。,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,28,上行链路物理信道和逻辑信道的映射,29,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,小结：IS-95系统逻辑信道,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,30,小结：IS-95系统上下行链路特性,31,IS-95CDMA系统呼叫处理流
14、程,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,32,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年9月,33,GPS定位,每个基站都配有GPS接收机，保持系统内各基站有统一的时间基准。基站发送的所有CDMA信道相互定时误差应在微秒内。 CDMA系统利用短码区分小区，利用长码掩码区分用户，都需要码发生器严格的同步。GSM利用频率划分小区，只
15、要实现小区内同步。,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,34,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年9月,35,7.4 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 功率控制的原则 功率平衡原则 信干比平衡原则（IS-95/WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA） 功率
16、与信干比混合平衡原则,36,远近效应,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。 当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,37,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,2020年9月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,38,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。
