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1、第十章 码分多址(CDMA) 移动通信系统,学习重点与要求,本章主要介绍以IS95CDMA为代表的2G移动通信系统，重点介绍其物理层协议，如蜂窝结构、前向与反向链路、扩频与调制方法、信道功能、数据帧结构、功率控制和切换等,要求,掌握IS95CDMA的蜂窝结构、扩频调制方案、信道组成、功率控制方案等。 了解IS95CDMA系统的软切换流程。 了解IS95CDMA的网络结构和协议框架。 了解CDMA1X的基本概念。,8.1概述 8.2 无线链路 8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时 8.4 CDMA系统的功率控制 8.5 CDMA的软切换技术及其漫游 8.6 系统接口和信令协议,8.1概述
2、CDMA基本概念,8.1概述CDMA实现,8.1概述IS-95 CDMA技术的发展,Qualcomm公司发明，叫IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne。与美国的AMPS模拟方式兼容。 1993年，北美电信工业联合会把CDMA系统的公共空中接口IS-95定为数字蜂窝移动通信标准。 1995年开始商用，Qualcomm公司（高通公司）具有几乎所有知识产权。 现为仅次于GSM发展最快的系统，全球现己近一亿用户，二十多个国家采用。 南韩最早引进CDMA技术与系统（1996年）。 中国在九十年代中期开始研究CDMA技术 1998年具有14万容量的长城CDMA商用试验网在北京、广州
3、、上海、西安建成，并开始小部份商用。其后转入联通。,8.1 IS-95概述IS-95 CDMA技术的发展,表8.1 cdma One的演进之路,8.1 IS-95概述相关标准（1）,IS-95 空中接口，IS-95A、 IS-95B IS-96 CDMA话音业务选择标准 IS-97 CDMA基站最低性能测试标准 IS-98 CDMA/AMPS双模移动台最低性能测试标准 IS-99 CDMA数据业务选择标准 IS-125 CDMA话音业务选择最低性能测试标准 IS-126 移动台环回业务选择标准 IS-127 CDMA话音编码EVRC标准,8.1 IS-95概述相关标准（2）,IS-634 A接
4、口 IS-41 无线网络 IS-637 短消息 IS-53 补充业务 IS-52 编号计划 IS-93 Ai、Di接口 IS-771 无线智能网 IS-707 数据业务,8.1 IS-95概述关键技术,IS-95采用以下关键技术： 直接序列扩频技术； 功率控制技术； Rake分集接收技术； 移动台辅助的软切换； 话音激活与可变速率声码器技术；,8.1概述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）：870894MHz 下行（移动台收/基站发）：825849MHz 收发间隔 45MHz IS 95 CDMA PCS工作频段 上行（移动台发/基站收
5、）：18501910MHz 下行（移动台收/基站发）：19301990MHz 收发间隔 80MHz 载频间隔 1.25MHz,8.1 IS-95概述IS-95 CDMA主要技术指标（2）,双工方式： FDD 收发间隔 45MHz 多址方式： CDMA 扩频码速率： 1.2288Mc/s 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 Rb=1/2，反向Rb=1/3 数据帧长： 20ms,8.1 IS-95概述IS-95 CDMA主要技术指标（3）,扩频解调门限： 7dB（Pe=10-4） 基站逻辑信道数： 大于30/每载波 小区
6、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,8.1 IS-95概述地址码的选择,码分：用户、信道和基站均依靠多址码识别。 针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的码组。 基站的识别：不同相移的PN序列，码元周期为215。 信道的识别：正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码； 用户的识别：周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。,8.1概述IS95 CDMA系统特点,CDMA系统的特点： 多种分集技术，良好的抗干扰、抗衰落性能； 低发射功率，严格的功率
7、控制； 系统容量大，多址能力强； 软切换； 软容量 保密性好； 组网方便、建网经济；,特点1良好的抗干扰、抗衰落性能,多径传输问题是移动通信、特别是城市移动通信影响通信质量的重要问题。 在扩频通信中，由于多径传播中的多条路径可以利用扩频码进行分离，并通过分集合并取得分集增益，使通信质量得到较大的改善。 在CDMA系统中采用多种分集方式，大大地改善了信号传输的性能： 时间分集符号交织和纠错编码； 空间（路径）分集基站采用多副接收天线，基站和移动台采用多径Rake接收机。,特点2严格的功率控制,为了实现大容量、高质量和其它优点，CDMA采用了严格的功率控制。 反向（移动台至基站方向）功率控制的目的
8、，是使小区内工作的每个移动台发射机在基站接收机产生额定的接收信号功率，不管移动台的位置及传播损耗如何，每个移动台的信号在小区基站均以相同电平被接收，使得每个移动台仅以“刚刚足够”的功率发射信号。 正向（基站至移动台方向）功率控制的目的是降低靠近基站用户的信号功率，尽量减少对其它小区的干扰，让多余的功率可以分配给环境更困难或远离移动台和误码高的用户。同时，由于CDMA采用功率控制，减小了平均发射功率。 功率控制技术不但能减少相互干扰，还使CDMA电话发射功率消耗低，从而使通话时间更长，电池体积更小。,特点3系统容量大，多址能力强（1）,CDMA技术多址能力决定于地址码间的多址干扰的大小。 在实际
9、的CDMA系统中，各地址码之间不是完全正交，它们之间存在一定的互相关性，此互相关性导致的多址干扰是影响CDMA多址能力的决定性因素。 CDMA采用多种手段使得多址干扰足够小，从而使CDMA的多址能力比FDMA、TDMA更强： 选择有良好的自相关性、互相关性的地址码； 采用信号处理的方法消除多址干扰； 使用功率控制克服远近效应； 采用语音激活技术、高效纠错码及CDMA扇形分区等技术，使整个CDMA通信系统的容量增大。,特点3系统容量大，多址能力强（2）,根据W. C. Y. Lee的分析、比较，认为以频谱资源带宽1.25MHz为基础条件，采用话音激活技术和分扇区技术，当扇区数为3时，CDMA系统
10、每小区内容量比AMPS/FDMA模拟系统大20倍，比DMPS/TDMA数字系统大4倍。 实际IS-95 CDMA蜂窝系统的容量可达到模拟系统的10倍，达到现有TDMA系统的23倍。,特点4软切换,在CDMA系统中，其相邻小区工作频率采用同一频率，只是扩频地址码不一样。这样用户越区切换不需改变频率，而只改变地址码，这使切换方便容易，这种切换称为软切换。在CDMA系统中，当移动台越区时，能够同时连接到两个或多个小区；在老的连接中断之前，新的连接已经建立，这就减少了呼叫中断的概率，改善了切换时的话音质量。 “硬切换”呼叫常在切换过程中断，软切换明显优于TDMA、FDMA系统在切换时需变换工作频率的“
11、硬切换”。,特点5软容量,由于FDMA、TDMA的容量是由频率和时隙所决定的，因此容量是固定值，当同时工作的用户数超过系统容量时，必会出现阻塞。而CDMA虽然在一定的信干比下也有一个对应的容量限值，但由于CDMA是受干扰限制的系统，如果用户数超过了容量，只会使系统性能下降，而不会出现阻塞。这样，CDMA系统中某一局部区域的短期过载对性能影响不大，增加了系统运行的灵活性。,特点6保密性好,CDMA具有天然的保密性。CDMA系统采用的扩频地址码一般是长周期码，接收时，需接收方的本地相关码与发端的扩频码同步，且两码必须完全相同，这就使CDMA系统比一般系统安全，窃听者必须要先破译和产生一个相关的本地
12、码，这是十分困难的。,特点7组网方便、建网经济,CDMA可以单频组网，组网方便。 CDMA的基站覆盖面大，在同一地区，CDMA组网的小区数比GSM少三分之一， 成本下降三分之一。,第八章 码分多址(CDMA)移动通信系统,8.1概述 8.2 无线链路 8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时 8.4 CDMA系统的功率控制 8.5 CDMA的软切换技术及其漫游 8.6 系统接口和信令协议,8.2 无线链路,8.2.1 前向信道 1、前向链路的组成 2、前向链路的结构 3、前向链路的帧结构 8.2.2 反向信道 1、反向链路的组成 2、反向链路的结构 3、反向链路的帧结构,8.2.1.1 前
13、向链路的组成,导频信道：基站在此信道发送导频信号（其信号功率比其他信道高20dB）供移动台识别基站并引导移动台入网。 同步信道：基站在此信道发送同步信息供移动台建立与系统的定时和同步。 寻呼信道：基站在此信道寻呼移动台，发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息。 前向业务信道：供基站到移动台之间通信，用于传送用户业务数据；同时也传送信令信息（例如功率控制信令信息）。 前向链路的区分 64个相互正交的Walsh序列，记作W0，W1，W2，W63，可提供64个码分信道。,8.2.1.1 前向链路的组成,前向码分物理信道和逻辑信道的关系表8.1 逻辑信道 信道个数 物理信道 导频信道 1 W0 同步信道
14、 1 W32 寻呼信道 17 W1W7 前向业务信道 55 W8W31，W33W63,8.2.1.1 前向链路的组成,前向码分物理信道和逻辑信道配置,8.2 无线链路,8.2.1 前向信道 1、前向链路的组成 2、前向链路的结构 3、前向链路的帧结构 8.2.2 反向信道 1、反向链路的组成 2、反向链路的结构 3、反向链路的帧结构,导频信道,8.2.1.2 前向链路的结构,导频信道：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，一般为总能量的20%。 用于移动台获取基站的定时和提取相干载波以进行相干解调； 通过对导频信号中多径信号的检测，实现R
15、AKE接收机中的信号估计； 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。,8.2.1.2 前向链路的结构,8.2.1.2 前向链路的结构,同步信道,同步信道：数据率为1200bps，传输同步信息和其它信息。接入的是哪个基站。还有寻呼信道如系统时间，导频偏置，使移动台知道正确速率，242-1长码的状态等。最终码速率：4.8Kbps。,8.2.1.2 前向链路的结构,寻呼信道,8.2.1.2 前向链路的结构,寻呼信道：定时发送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台，信道速率可有9600bps，4800bps两种。,8.2.1.2 前向链路的结构,业务信道,8.2.1.2 前向链路的结构,业务信道： 用于传输用户信息和少量的随路信令信息。 传输8.6kbps、4kbps、2kbps、800bps的不同速率的数据。 组帧后，加帧质量指示比特（CRC检验比特），并加编码器尾比特后(每帧加8bit)数据变为9.6/4.8/2.4/1.2kbps 业务信道中嵌入了功率控制子信道，用于传输功率控制信息。,8.2.1.2 前向链路的结构,8.2 无线链路,8.2.1 前向信道 1、前向链路的组成 2、前向链路的结构 3、前向链路的帧结构 8.2.2 反向信道 1、反向链路的组成 2、反向链路的结构 3、反向链路的帧结构,
