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1、,移动通信,中南民族大学电子与信息工程学院唐红文,通信技术,移动通信-第八讲码分多址的移动通信系统（一）IS95窄带CDMA系统,内容,IS95系统概述 码分多址的特征CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码CDMA蜂窝通信系统的通信容量IS95 CDMA蜂窝系统的无线传输 信道组成正向传输反向传输 IS95 CDMA蜂窝系统的控制功能 登记注册切换呼叫处理,8.1 概 述 CDMA 的发展历史1,CDMA 技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用; 1989 年11 月，Q
2、ualcomm 在美国的现场试验证明，CDMA 用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS 容量的20 倍，而同时期研究的D-AMPS 系统容量只有AMPS 的3 倍。这一振奋人心的结果很快使CDMA 成为全球的热门课题。 效率约为78； CDMA 系统可很好地分配用户间的干扰。,CDMA 的发展历史2,95 年香港和美国的CDMA 公用网开始投入商用。96 年韩国用自己的CDMA 系统开展大规模商用，头12 个月发展了150 万用户。1998 年全球CDMA 用户已达500 多万，CDMA 的研究和商业进入高潮，有人说1997年是CDMA 年。美国已拍卖的 2958 个 PCS经营许
3、可证中，选择 CDMA 占51%，D- AMPS 占20%， GSM 占28%。 1999 年CDMA 在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达250%，用户已达2000 万。,CDMA 的发展历史3,南美洲的巴西等国和越南已开通CDMA网；韩国已开通cdma2000-1x 和HDR 商用网。全球CDMA 用户已超过1.5 亿。 中国CDMA 的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，93 年国家863 计划已开展CDMA 蜂窝技术研究。94 年Qualcomm 首先在天津建技术试验网。1998 年具有14 万容量的长城CDMA 商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始小部份商用。
4、迄今，中国联通已在全国250 多个城市正式开通了商用IS95A CDMA 网，并开始向cdma2000-1x升级，到2005年用户数达到5000 万。,IS-95 CDMA 技术的发展与完善,IS-99 为IS-95 提供无线数据链接协议。将把PPP、IP、TCP、AT 等协议写入IS-99，速率14.4kbps，为IS-95 提供数据业务标准。IS-99 于1998 年第三季度完成。 IS-657 专门为IS-95 提供直接接入Internet标准协议。支持所有的TCP/IP/PPP 协议。IS-657 于1999 年第一季度完成。 IS-95B 是为IS-95 成为宽带系统而写。允许8 个
5、业务信道组合在一起，其数传速率将取决于使用的信道数。支持高级的数据接入协议，如TCP 和ADSL 等，为Internet 的接入提供高速、灵活、方便的服务。IS-95B 的硬件网络将是全透明的。,CDMA 技术的现状,cdma2000 于1999 年开展制订，完全兼容IS-95A、B，最大数据速率达2Mbps。cdma2000-1x 技术目前已成熟，并进入商用，其传输速率达到307.2kbps。另外，在cdma2000-1xEVDO（HDR-High Data Rate）高数据速率系统技术也已成熟并开始统入商用。 cdma2000 正在向基于MIP 核心网的All-IP 网演进。,CDMA技术
6、标准化发展阶段,过渡的标准,第二代CDMA技术标准,第三代CDMA技术,CDMA 的比较,IS-95 CDMA 系统用户终端业务,按照CDMA的规范，交换子系统应能向用户提供用户终端业务、承载业务、补充业务三类业务。 电话业务 紧急呼叫业务 短消息业务 语音邮箱业务,IS-95 CDMA 系统承载业务,承载业务提供了在两个网络终端接口间的信息传递能力。 120014400bit/s 异步数据 120014400bit/s 分组数据 交替语音与120014400bit/s 数据,IS-95 CDMA 系统补充业务,遇忙呼叫前转CFB 无条件呼叫前转CFU 无应答呼叫前转CFNA 隐含呼叫前转CF
7、D 主叫号码识别显示CNIP 主叫号码别限制CNIR 呼叫等待CW 呼叫转移CT 会议电话CC 免打扰DND,消息等待通知MWN 三方通话3WC 密码呼叫接受PCA 选择呼叫接受SCA IN 码拦截SPINI 用户PIN 码接入SPINA 取回语音信息VMR 优选语言PL 用户群提示FA 移动接入寻线MAH,IS-95窄带CDMA系统基本原理,CDMA是码多址系统： A、码分，B、扩频通过频率扩展技术即将窄带信号频谱扩展成宽带信号进行传输。,IS-95中扩频后的带宽为1.23MHz（称为CHIP速率）。,IS-95窄带CDMA收发信机框,信源,数据调制,扩频调制,PN码发生器,信息接收,数据解
8、调,扩频解调,PN码发生器,同 步 电 路,载波发生器,载波发生器,8.1.1 码分多址的特征,更大的通信容量；软越区切换：通过空间分集提供软切换, MSC 从多个BS监测用户信号并在任何时候都从中选择质量最好的信号；软容量：增加用户等于线性地增加底噪声，没有绝对底用户数限制所有用户的性能逐渐降低；频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。语音激活技术可扩大系统容量； 较好的抗干扰性能;保密性强：CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，CDMA码址是个伪随机码，而且共有4.4万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容是很困
9、难的。,CDMA蜂窝系统缺点,产生较大的多址干扰，系统容量干扰受限。多用户检测与干扰相消技术远近问题：若多用户的功率不等，BS将捕获解调接收的最强MS信号。 BS必须实现功率控制以保证覆盖区内，每个MS的信号在BS接收机处电平相等。 软切换需要MS在放弃旧BS之前捕获新的BS，这比FDMA 和TDMA 方案中采用的硬切换复杂得多。,8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制,多址干扰（MAI） CDMA系统是采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频码具有强自相关性和弱互相关性。但实际上各用户间的互干扰不可能完全消失，所以CDMA系统是干扰受限系统，就是说来自本小区和邻近小区
10、用户的干扰成了决定系统容量和性能的主要因素。多址干扰是CDMA系统所特有的一种干扰。多址干扰又分两大类：MS收到所属BS和临近BS向其它MS发送的信号。BS收到本小区和临近小区MS信号；,(,a,),(,b,),远近效应,“远近效应” : 近地强信号压制远地弱信号的现象。 在上行链路中，如果小区内所有MS以相同的发射功率进行发射，而各MS与BS的距离是不同的，信号就具有不同的衰耗，导致BS接收较近的MS的信号强，接收较远的MS的信号弱，基站处所接收到的信号的强度相差可达3070dB。由于CDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得部分MS 无法正常工作，距离基站近的一个MS就可以
11、完全阻塞整个小区。,功率控制,反向功率控制(上行功率控制)：主要是要求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。 -防止“远近效应”，最大限度减小多址干扰。反向开环功率控制：是移动台根据接收功率的变化, 估计由基站到移动台的传输损耗, 迅速调节移动台发射功率. 目的 是试图使所有移动台发出的信号到达基站时都有相同的功率。优点：方法简单、直接、不需要在MS和BS间交换控制信息。 因而控制速度快，且节省开销。缺点：对于瑞利衰落信道效果不好。反向闭环功率控制：根据基站接收信噪比，决定移动台发送功率。目标 是由基站接收信噪比迅速调整移动
12、的发送功率，以保证基站收到的信号足够强，同时对其它信道干扰最小。,正向功率控制：基站根据移动台提供的测量结果，调整对每个移动台的发射功率。目的：对路径衰落较小的移动台较小的正向链路功率，对那些远离基站和误码率较大的移动台分配较大的正向链路功率。前向信道总功率按一定比例分配给导频信道、同步信道、寻呼信道以及所有的前向业务信道。前向总功率分配：导频信道：20%同步信道：3%寻呼信道：6%(每个)业务信道：动态分布(1%-%6/信道)功率控制是CDMA蜂窝系统提高通信容量的关键技术，也是主要技术难题。,正向（前向链路）功率控制,在CDMA小区中，每个信道拥有自己的功率电平和自己的Walsh码。导频信
13、道用Walsh 0，寻呼信道用Walsh 17，同步信道用Walsh32，业务信道用Walsh 831和Walsh 3364(共55个业务信道)。 导频信道是信标信道，定义了小区的覆盖半径，通常具有最大功率。,8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率,美国联邦通信委员会(FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频率如图所示:,频谱,824 825,849,869 870 880 890 891.5 894,835 845 846.5,A,A,A,B,B,频道号 991 1023,1 333,334 666,667 716,717 749,MS发,BS发,8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系
14、统的工作频率, A 频段的基本频道为AMPS 的283 号频道（833.49MHz），第二CDMA 频道为242 号（832.26MHz）。扩展CDMA 频道依次为201 号（831.03MHz）、160 号（829.80MHz）、119 号（828.57MHz）、78 号（827.34MHz）和37 号（826.11MHz）。共有7 个可用CDMA 频道。 B 频段的基本频道为AMPS 的384 号频道（836.52MHz），第二CDMA 频道为425 号（837.75MHz）。中国联通CDMA 网的工作A 频段（原长城网）为825MHz835MHz（BS 收）、870MHz880MHz（B
15、S 发），即10MHz 可用频率；B 频段835MHz839MHz（BS 收）、880MHz884MHz（BS发），即4MHz 可用频率；上下行频率间隔为45MHz。,A283B384,我国CDMA系统占用的频率,目前，中国联通CDMA使用原军队AMPS频段，即上行频率为825835MHz，下行频率为870880MHz，占用10M带宽，上下频差45M。,8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准,CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标。 CDMA系统对无线定时要求十分严格。在IS95中规定:同一前向CDMA信道的导频PN序列与所有Walsh序列间的时间误差须小于50ns；同一基站的不同CDMA信道的发射时间须在1s内；所有基站的导频PN序列的发射时间须在10s内，因此，每个基站都需使用GPS作为时间基准参考源。中国联通CDMA网的技术体制规定CDMA网内以GPS系统作为时钟基准，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准。,
