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1、数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信 14-14-1 1数字移动通信Digital Mobile CommunicationDigital Mobile CommunicationDigital Mobile Communication数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章IS-95 CDMA移动通信系统14-14-2 2数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章讲述内容8.1 IS-95 CDMA发展过程8.2IS-95 CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4 同步和定时14-14-3 3数字移动通信数字移动通信数字移动通
2、信数字移动通信第八章n本次课要回答的问题：IS-95 CDMA的无线信道是如何构成的？IS-95 CDMA前向和反向信道的组成及系统控制功能。n重点：PN码在IS-95 CDMA中的用法及作用14-14-4 4数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章讲述内容8.1 IS-95 CDMA发展过程8.2IS-95 CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4 同步和定时14-14-5 5数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信8.1 发展过程n第二代移动通信系统IS-95的提出：1993年7月美国Qualcomm公司开发的CDMA蜂窝体制。该体制被采纳为北美数字蜂窝标准，定名
3、为IS-95。窄带码分多址（N-CDMA）。n第三代移动通信系统以CDMA体制为主流。四大标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、 WiMAX14-14-6 6数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信关于IS-95系统n IS-95系统的技术基础基于扩频通信技术（军转民）是一种支持蜂窝组网的多用户扩频通信技术码分多址（CDMA）技术与传统扩频技术比，功率控制是它成功的关键n 何谓“IS-95”IS-95是美国TIA给基于CDMA第二代数字移动通信系统的标准代号，即（ Interim Standard 95 ）。n IS-95的地位是第一个CDMA蜂窝移动通信系统规范它的C
4、DMA技术框架是后来CDMA蜂窝系统的基础14-14-7 7数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信IS-95系统的诞生n 产生背景 数字蜂窝移动通信技术开发兴起（1980年代中后期） 冷战结束，技术“军转民”成为可能n 技术推动Qualcomm高通公司：主要发明者美国TIA：标准化组织韩国政府：“第一个吃螃蟹者”n 主要里程碑 1991年高通在西雅图的试验； 1993年被TIA确定为IS-95标准 1993年4月韩国购买生产许可并很快成功建网 1994年3月中国开始试验，1998年11月试运营网开通（133网）开通， 2002年4月联通新时空CDMA网络正式运营14-14-8 8数字
5、移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信IS-95系统的标准系列n IS-95的一些后续标准IS-99：为IS-95提供无线数据链接协议。IS-657：专门为IS-95提供直接接入Internet协议，支持所有的TCP/IP/PPP协议。IS-95B：为IS-95成为宽带系统而写。IS-95C：于1999年开展制订，完全兼容IS-95A、B。14-14-9 9数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA的特征n多址方式的原理FDMA：依靠不同频率区分用户TDMA：依靠不同时隙区分用户CDMA：依靠不同波形区分用户n多用户CDMA信号在时域和频域是互相重叠的，接收机采用相关器选出
6、本地用户信号。nCDMA系统采用直扩（DS），频分双工（FDD）。n传输信息业务信息控制信息14-14-1010数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的总体区别（1）CDMA手机采用了先进的切换技术：软切换技术，使得CDMA手机的通话可以与固定电话媲美。（2）使用CDMA网络，运营商的投资相对减少，这就为CDMA手机资费的下调预留了空间。（3）因采用以扩频通信为基础的一种调制和多址通信方式，其容量比模拟技术高10倍，超过GSM网络约4倍。（4）基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频应用成为可能，从而使手机从只能打电话和发送短信息等狭窄的服务中走向宽带多媒体应
7、用。14-14-1111数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的具体比较1覆盖范围这里给出在同样环境的小区半径下CDMA与GSM初期覆盖范围的比较。可见，CDMA比GSM所需的小区数少80%，实际使用情况表明CDMA的覆盖区域更广。14-14-1212数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的具体比较1覆盖范围另一个验证GSM小区覆盖范围的方法是考虑GSM蜂窝小区支持相应模拟蜂窝小区的用户数。14-14-1313数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的具体比较2价格如前面对覆盖的描述，CDMA比
8、GSM所需基站数少80%，这个特点直接地比GSM减少了设备投资、固定资产、场地建设、频谱、回程和维护费用。另外，因为GSM宣称其频率复用为3/9，任何基站小区或扇区在超过初始规划时，网络需要做复杂和高昂的重构工作。由于CDMA其频率复用系数为1，增加小区或扇区快速方便，且不影响现有的网络规划，CDMA的这种便利性可使PTT或运营者在网络规划方面“接近完美正确无误”。14-14-1414数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的具体比较3容量 频谱有限，而且昂贵。一个占10MHz频谱的CDMA系统的爱尔兰容量相当于占30MHz频谱的GSM系统的128%(根据实际的
9、占30MHz频谱的GSM频率复用容量)。 4话音清晰度 话音清晰度受空中接口技术的空间传播特性和声码器设计的影响。CDMA的固有特点提供了优越的空中传播性能。 GSM因采用TDMA系统，因此带宽受限。尤其GSM在前向纠错编码能力上比CDMA差。14-14-1515数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信CDMA系统和GSM系统的具体比较5手机辐射 目前普遍使用的GSM手机900MHz频段最大发射功率为2W ，1800MHz频段最大发射功率为1W 。CDMA IS-95A规范对手机最大发射功率要求为0.2W-1W，实际上目前网络上允许手机的最大发射功率为0.2W。 GSM系统要求到达基站
10、的手机信号的载干比通常为9dB左右，由于CDMA系统采用扩频技术, 扩频增益对全速率编码的增益为21dB, 所以对解扩前信号的等效载干比的要求小于 -14dB! (CDMA系统通常要解扩后信号的值为7dB左右）14-14-1616数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章讲述内容8.1 IS-95 CDMA发展过程8.2IS-95 CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4 同步和定时14-14-1717数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信IS-95空口参数n运营频段 824 849MHz (反向) ；869 894MHz (前向)n双工方式 FDD，间隔45MHzn
11、载波间隔 1.25 MHzn信道速率 1.2288 Mbps （为什么要这么设置？）n接入方式 FDMA/CDMA n调制方式 /4-QPSK, OQPSKn分集 RAKE(移动台2-3指，基站3指)接收，天线分集n信道编码 卷积码，K=9,R=1/3(反向)；K=9,R=1/2(前向)n话音编码 QCELP可变速率编码器n数据速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbpsn正交扩频 64进制WALSH码nPN序列周期 242-1 chips and 215 chips14-14-1818数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信 一、信号带宽n带宽1.25MHz，扩频码速率1.2288M
12、 chip/s，其确定基于以下考虑：1、频谱资源的限制10条1.25MHz的CDMA信道2、系统容量频谱效率，信号带宽与信息速率之比3、多径分离多径延迟为1100us，为实现多径分离，要求扩频码序列的码片周期小于1us，即扩频码速率应大于1M4、扩频处理增益14-14-1919数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、小区和扇区n小区和扇区的基站识别问题。不同的1.25MHz系统采用频分复用。相同的1.25MHz系统采用码分复用。PN码长度为21532768个码片，每个基站采用不同相位，它们之间相差64个码片，共计215/64=512种码型。即可以区分512个基站。n如果需求大于51
13、2个基站，如何处理？14-14-2020数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章讲述内容8.1 IS-95 CDMA发展过程8.2IS-95 CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4 同步和定时14-14-2121数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信一、信道组成基站MS导频信道导频信道同步信道同步信道寻呼信道寻呼信道正向业务信道正向业务信道反向业务信道反向业务信道接入信道接入信道前向前向CDMA信道信道反向反向CDMA信道信道n一个载频包含64个逻辑信道，占用带宽1.25MHz。14-14-2222数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信一、信道组成n正向
14、传输的信道特征1个导频信道：移动台定时获取、载波提取、越区切换1个同步信道：同步调整7个寻呼信道：寻呼移动台和发出其他指令55个正向业务信道：业务通信n反向传输的信道特征n个接入信道：n=32寻呼道数55个反向业务信道：业务通信14-14-2323数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信IS-95空口参数n运营频段 824 849MHz (反向) ；869 894MHz (前向)n双工方式 FDD，间隔45MHzn载波间隔 1.25 MHzn信道速率 1.2288 Mbpsn接入方式 FDMA/CDMA n调制方式 /4-QPSK, OQPSKn分集 RAKE(移动台2-3指，基站3指
15、)接收，天线分集n信道编码 卷积码，K=9,R=1/3(反向)；K=9,R=1/2(前向)n话音编码 QCELP可变速率编码器n数据速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbpsn正交扩频 64进制WALSH码nPN序列周期 242-1 chips and 215 chips这几种码代表这几种码代表了什么含义？了什么含义？14-14-2424数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么n码字能干什么？n有这么一组码：有一定的互相关性，一定的自相关性，具有逼近白噪声的统计特性，它们能用来做什么？n地址码 区分不同用户，不同的信道n扩频码 提供扩频增益，增加信号传送的可靠性
16、n扰码 一般在扩频码之后加扰，类似加密，不改变信号的带宽，增加数据的随机性。 特殊用途14-14-2525数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么n需要用码字区分什么？n申请接入 反向（上行）要区分用户 要足够多，至少好分配，一个用户一个地址码（月租费问题）n允许接入 下行要区分信道 正交性要好，不串线不管前向后向都要区分小区/扇区！14-14-2626数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么码字使用字使用简况况码字类型码字类型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64阶）阶）地址码地址码标志不同信道标志不同信道扩频码扩频码
17、长码（长码（242-1）扰码扰码对业务信道进行加扰对业务信道进行加扰地址码地址码标志不同用户标志不同用户短码（短码（215-1）地址码地址码标志不同小区标志不同小区/扇区扇区地址码地址码标志不同小区标志不同小区/扇区扇区14-14-2727数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么码字使用字使用简况况码字类型码字类型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64阶）阶）地址码地址码标志不同标志不同信道信道扩频码扩频码长码长码（242-1）扰码扰码对业务信对业务信道加扰道加扰地址码地址码标志不同标志不同用户用户短码短码（215-1）地址码地址码标志不同标志不同
18、小区小区/扇区扇区地址码地址码标志不同标志不同小区小区/扇区扇区导频信道导频信道W0移动台定时获取、载波提移动台定时获取、载波提取、越区切换取、越区切换同步信道同步信道W32 ：同步调整：同步调整寻呼信道寻呼信道W1-W7 ：寻呼移：寻呼移动台和发出其他指令动台和发出其他指令其它为正向业务信道其它为正向业务信道14-14-2828数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么码字使用字使用简况况码字类型码字类型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64阶）阶）地址码地址码标志不同标志不同信道信道扩频码扩频码长码长码（242-1）扰码扰码对业务信对业务信道加扰
19、道加扰地址码地址码标志不同标志不同用户用户短码短码（215-1）地址码地址码标志不同标志不同小区小区/扇区扇区地址码地址码标志不同标志不同小区小区/扇区扇区 由由接入信道接入信道和和反向反向业务信道业务信道组成。组成。 用户采用用户采用随机接入随机接入协议协议接入网络，允许接入网络，允许多个用户以竞争方式多个用户以竞争方式占用占用14-14-2929数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么码字使用字使用简况况码字类型码字类型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64阶）阶）地址码地址码标志不同标志不同信道信道扩频码扩频码长码长码（242-1）扰码扰码对
20、业务信对业务信道加扰道加扰地址码地址码标志不同标志不同用户用户短码短码（215-1）地址码地址码标志不同标志不同小区小区/扇区扇区地址码地址码标志不同标志不同小区小区/扇区扇区 PN码长度为码长度为21532768个个码片，每个基站采用不同相位，码片，每个基站采用不同相位，它们之间相差它们之间相差64个码片，共计个码片，共计215/64=512种码型。即种码型。即可以区分可以区分512个基站个基站。问题问题：如果需求大于：如果需求大于512个基站，个基站，如何处理？如何处理？ 不同的不同的1.25MHz系统采用系统采用频分复用，相同的频分复用，相同的1.25MHz系统采用码分复用。系统采用码分
21、复用。14-14-3030数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信二、码字都代表了什么码字使用字使用简况况码字类型码字类型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64阶）阶）地址码地址码标志不同信道标志不同信道扩频码扩频码长码（长码（242-1）扰码扰码对业务信道进行加扰对业务信道进行加扰地址码地址码标志不同用户标志不同用户短码（短码（215-1）地址码地址码标志不同小区标志不同小区/扇区扇区地址码地址码标志不同小区标志不同小区/扇区扇区14-14-3131数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信三、数据速率的考虑对任何可能的数据速率，保对任何可能的数据速率，保证证
22、19.2kbps的基带符号速率。的基带符号速率。方法方法：数据速率少于：数据速率少于9600bps时，从卷积编码器时，从卷积编码器产生的符号在块交织前都要产生的符号在块交织前都要重复。重复。数据速率为数据速率为4800bps，每个，每个符号重复符号重复1次。次。数据速率为数据速率为2400bps，每个，每个符号重复符号重复3次。次。数据速率为数据速率为1200bps，每个，每个符号重复符号重复7次。次。14-14-3232数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信三、数据速率的考虑业务信道组成框图对任何可能的数据速率，保证对任何可能的数据速率，保证28.8kbps的基的基带符号速率。带符
23、号速率。方法方法：数据速率少于：数据速率少于9600bps时，从卷积编时，从卷积编码器产生的符号在块交织前都要重复。码器产生的符号在块交织前都要重复。数据速率为数据速率为4800bps，每个符号重复，每个符号重复1次。次。数据速率为数据速率为2400bps，每个符号重复，每个符号重复3次。次。数据速率为数据速率为1200bps，每个符号重复，每个符号重复7次。次。重复的码元是重复发送多次，还是除了发重复的码元是重复发送多次，还是除了发送其中的某一个码元外，其余的重复码元送其中的某一个码元外，其余的重复码元将全部被删除，为什么？将全部被删除，为什么？n为了减少移动台的功耗和减小为了减少移动台的功
24、耗和减小干扰（反向是没有导频信道的）干扰（反向是没有导频信道的），只允许所需码元输出，而删，只允许所需码元输出，而删除其他重复的码元。除其他重复的码元。14-14-3333数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信无线链路的归纳一、IS-95系统中正向与反向链路的几个不同？1、调制方式选择?正向：QPSK。BS发导频，MS可相干解调；反向：OQPSK。MS发送，无导频，BS为非相干解调，为了补偿BS非相干解调带来的S/N损失，采用OQPSK。相位不过零点，功率峰平比小，包络变化小，功放可工作在高效的非线性状态。如果峰平比大，则功放的效率很低。14-14-3434数字移动通信数字移动通信数
25、字移动通信数字移动通信无线链路的归纳一、IS-95系统中正向与反向链路的几个不同？2、数据的扩频增益?正向扩频增益64；反向扩频增益256。14-14-3535数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信无线链路的归纳二、IS-95系统中地址码设计？1、用户地址码 1）由移动台产生，主要用于上行信道 2）地址码结构 为保证数量，选用：）以超长m序列（242-1）为基础；）该超长m序列的结构是唯一不变的；）不同移动用户随机分配一个延迟初相，并且与该移动台电子序号ESN作掩码模二加形成不同相位的地址码；iV）延迟相位初相与作掩码用的移动台ESN是一一对应的。 14-14-3636数字移动通信数
26、字移动通信数字移动通信数字移动通信无线链路的归纳二、IS-95系统中地址码设计？2、信道的地址码1）基站64信道分配如下： i）1个导频信道，采用全0的W0;ii）1个同步信道，采用0，1相间的W32;iii) 7个寻呼信道，采用W1至W7;iv) 55个业务信道，采用W8至W31,W33至W63。2) 采用Walshm复合码扩频，以获得非同步情况下的较好的自相关性和互相关性能。14-14-3737数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信无线链路的归纳二、IS-95系统中地址码设计？3、基站地址码1）用以减少基站间的多用户干扰，它由基站产生,在下行信道中实现。采用码片周期为215-1的
27、短二进制扩频序列（m序列）来进行调制。2）为了有效防止多址干扰，每个基站间至少相差64位，因此共计可区分个基站。当多于512个基站时，可以再用频分进行复组合。14-14-3838数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信第八章讲述内容8.1 IS-95 CDMA发展过程8.2IS-95 CDMA与蜂窝结构的关系8.3无线链路8.4 同步和定时14-14-3939数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信同步和定时n IS-95定时与同步的含义 系统定时，也叫全局定时 基站与移动台间定时同步n 系统定时 提供全系统统一定时基准 采用GPS定时：每基站设1GPS接收机 精度不低于20nsn 定时同步包括PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等 通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步 扩频序列的同步是扩频系统接收机所要完成的首要步骤扩频序列的同步可以通过捕获和跟踪两个阶段 14-14-4040数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信课程小结nIS-95 CDMA发展过程nIS-95 CDMA与蜂窝结构的关系n无线链路信道组成前向、反向链路结构组成n同步和定时重点：前向、反向链路不同之处的比较地址码设计14-14-4141数字移动通信数字移动通信数字移动通信数字移动通信作业P213.2314-14-4242
