第七章--IS95及其增强移动通信系统课件

第七章 IS-95及其增强移动通信系统通信抗干扰技术国家级重点实验室1概况1您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况2您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况3您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+整体概况2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2024/7/113第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.1 概述n1990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）。n1998开始，在第三代移动通信系统中广泛采用CDMA技术（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）2024/7/114第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统CDMA蜂窝系统的基本概念n基本概念nCDMA基于扩频技术，每个用户有各自的特征码nCDMA技术包含两层含义n 扩频：信息带宽的扩展n 码分：用户、信道和基站都依靠码识别n码分的含义(IS-95)n 基站的识别n 信道的识别n 用户的识别2024/7/115第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统CDMA蜂窝系统的频谱带宽n决定CDMA蜂窝系统频谱带宽的因素：n频谱资源/系统容量/多径分离/扩频增益n 陆地移动通信系统n多径时延 约为 1usnChip周期 1MHzn系统带宽1.25MHzn扩频码片速率1.2288MChip/s2024/7/116第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统IS-95 CDMA技术的发展标准数据速率IS-95A14.4kb/sIS-95B64kb/sCDMA2000-1X144kb/sCDMA2000-3X2Mb/s2024/7/117第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统IS-95 CDMA主要技术指标(1)nIS 95 CDMA工作频段n上行（移动台发/基站收）：825849MHzn下行（移动台收/基站发）：870894MHzn双工间隔：45MHznIS 95 CDMA PCS工作频段n上行（移动台发/基站收）：18501910MHzn下行（移动台收/基站发）：19301990MHzn双工间隔：80MHzn载频间隔：1.25MHzn双工方式：FDDn多址方式：CDMAn扩频码速率：1.2288Mc/s2024/7/118第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统IS-95 CDMA主要技术指标(2)n调制方式：前向QPSK，反向OQPSKn语音编码方式：变速率QCELP码n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）n数据帧长：20msn扩频解调门限：7dB（Pe=10-4）n小区结构：1200三扇区构成n功率控制范围：正向：6dB 反向：80dBn功率控制精度：正向：0.5dB 反向：1dBn分集接收：基站4路RAKE接收 移动台3路RAKE接收2024/7/119第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统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7.6 第三代移动通信系统2024/7/1110第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.2 IS-95系统的无线链路7.2.1 IS-95系统的下行链路n下行链路的序列码n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n上行链路的序列码n上行链路的物理信道与逻辑信道2024/7/1111第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.2.1 IS-95系统的下行链路 n下行链路的构成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12下行链路的序列码n基站的识别短码：n不同相移的PN序列，码元周期为215。n信道的识别Walsh码：n正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码；n用户的识别长码：n周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。2024/7/1113第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统Walsh码(1)n区分信道，实现码分多址功能n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-W63n扩频码片速率1.2288Mcps。Walsh码在同步时是完全正交的。14Walsh码(2)nWalsh码的特点：n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）；n非同步情形下，Walsh码的自相关特性和互相关特性很差；nWalsh码序列的功率谱分布彼此不均匀uWalsh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。u 区分信道只能用于下行2024/7/1115第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统短码(1)n作用：n区分基站：分配给每一基站同一个短序的不同时间偏移n提供对WalshWalsh码数据的加扰，使各蜂窝小区能重用所有WalshWalsh码。n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)nm序列n采用215-1的m序列（32768）n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n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n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n速率：1.2288Mcpsn正交引导PN序列生成多项式：17长码BS发长码n长码n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。n采用：周期为242-1的m序列。n长码速率为1.2288Mcps，64分频（64抽1）后为19.2kcps。n不同信道利用不同的掩码得到不同相位的长码。18下行链路的物理信道和逻辑信道n下行链路的物理信道n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：1.2288Mcpsn寻呼信道、同步信道必要时都可改为业务信道。逻辑信道信道个数物理信道逻辑信道信道个数物理信道导频信道1W0寻呼信道17W17同步信道1W32下行业务信道55W8W31，W33W63下行链路的逻辑信道分配与码分物理信道的关系2024/7/1119第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统下行链路物理信道和逻辑信道的映射n下行逻辑信道n下行业务信道n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)nW0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。W0为全021导频信道(2)n导频信道连续周期地发送未经调制的短码；n基站利用导频PN序列的时间偏置来标识每个CDMA前向信道。n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。n偏置系数：共512 个，编号从 0 到 511(64chip间隔)n偏置时间：=偏置系数64（chip）n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。22导频信道(3)n例如：当偏置系数是 15 时n相应的偏置时间是1564=960个chipn已知chip宽度为 1/1.2288 0.8138sn 故偏置时间为 960/1.2288=781.25sn该PN序列要从每一偶数秒之后 781.25s开始n帧长：为一个序列周期，215/(1.2288 106)26.67msn2秒有75个周期：2/215/(1.2288 106)=75n相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应大一些。2024/7/1123第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统导频信道(4)n导频信道的作用n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；n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n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；n通过比较相邻基站导频信号的强度，决定何时需越区切换；n通过对导频信号强度的检测，决定开环功率控制的初始值。2024/7/1124第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统同步信道n传输同步信息和其它信息n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。n扩频处理增益：10*log10(1.2288Mcps/4.8kbps)=24dB 扩频增益25625寻呼信道n传送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台n寻呼信道数据以扰码加密 加扰扩频增益6426业务信道(1)加扰扩频增益64功率控制信令27业务信道(2)n业务信道n用于传输用户信息和少量的信令信息。n传输8.6kbps、4kbps、2kbps、800bps的不同速率的数据。n帧长为20msn嵌入功率控制子信道，用于传输功率控制信息。n嵌入随路信道，传输少量的信令信息，例如越区切换信息。2024/7/1128第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.2 IS-95系统的无线链路7.2.1 IS-95系统的下行链路n下行链路的序列码n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n上行链路的序列码n上行链路的物理信道与逻辑信道2024/7/1129第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.2.2 IS-95系统的上行链路 n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30上行链路的序列码n信道与用户的识别长码：n周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。n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，n实现上行链路的码分多址功能n多进制扩频Walsh码：n64阶Walsh码正交多进制扩频调制n正交调制与加扰短码：n零偏置I、Q正交PN序列，码元周期为215。2024/7/1131第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统Walsh码(1)n完成多进制扩频n提高系统的抗干扰能力和信息传输能力n采用64阶Walsh函数正交扩频n多进制扩频的概念n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。n在k=1时，即传统的DS扩频(二进制扩频)nIS-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。n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n共有26=64 个调制符号32Walsh码(2)n例如：信息速率为28.8kbps，处理增益64倍n基带矩形脉冲随机序列带宽n二进制比特流基带带宽为Rbn多进制符号流基带带宽为Rsn二进制扩频n多进制扩频n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。1843.2kbps信码28.8kbpsPN码（64位）307.2kbps信码28.8kbpsPN码（64位）664多进制映射33Walsh码(3)n664多进制映射关系例如：输入信息：101100,100011输出对应的Walsh码序列：W44，W352024/7/1134第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统Walsh码(4)n多进制扩频举例：n以8进制扩频为例，信源：1010011.信源按8进制分组，101,001,2).1015 1).0011 2.由信源，从对应的Walsh函数中找到对应的Walsh码3.得到输出：01011010，01010101，2024/7/1135第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统短码MS发n短码用于基站同步、系统加扰、正交调制n采用与下行链路相同的引导PN码正交调制，相位偏移为0。nm序列，采用215-1的m序列（补零后变为215），速率：1.2288Mcpsn生成多项式同下行链路短码36长码(1)n长码区分信道和用户n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n4bit扩频：307.2kbps4=1.2288Mcpsn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。n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)n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38上行链路的物理信道和逻辑信道n上行链路的物理信道n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。n不同的42位掩码用于不同的接入信道与业务信道。n为什么不用Walsh码区分反向物理信道？n正向：所有Walsh码从基站同时到达某个移动台n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。2024/7/1139第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统上行链路物理信道和逻辑信道的映射n上行逻辑信道n反向接入信道：最多32个，最少0个。n反向业务信道：最多64个，最少32个。n帧长：20ms40反向接入信道n向基站进行登记、发起呼叫、响应寻呼信息 664映射扩频增益：4延迟1/2码片，约406.9ns，OQPSK41反向业务信道n在呼叫建立期间传输用户信息与信令信息 664映射扩频增益：442小结：IS-95系统逻辑信道2024/7/1143第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统小结：IS-95系统上下行链路特性下行链路上行链路编码1/2码率，约束长度91/3码率，约束长度9码符号重复发送所有重复符号门控符号重复调制解调QPSK 相干解调OQPSK 非相干解调交织1帧，384个符号1帧，576个符号Walsh码区分信道多进制直扩长PN码加扰数据，抽样到符号速率区分信道和用户，不需改变速率短PN码区分基站，加扰，便于正交QPSK调制加扰，便于正交OQPSK调制信道化不同的Walsh码不同相位偏置的长PN码扩频Walsh码序列直扩Walsh码序列多进制直扩、长PN码直扩44IS-95CDMA系统呼叫处理流程调谐到CDMA载波系统初始化状态移动台获取导频信道和同步信道业务信道状态移动台获取寻呼信道并且对寻呼信道进行监控移动台通过接入信道发送信息基站通过寻呼信道发送消息空闲状态接入状态正向或反向业务信道的信息传输2024/7/1145第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统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7.6 第三代移动通信系统2024/7/1146第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统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7.6 第三代移动通信系统2024/7/1147第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.4 CDMA系统的功率控制nCDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰。n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n单小区系统容量n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48功率控制的目的和要求n功率控制的目的n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。n功率控制是CDMA系统的核心关键技术n功率控制的要求n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。n当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。2024/7/1149第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统输出信号功率的时间响应n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）n功率波动：20dBn功率上升/下降时间：6us50功率控制的分类n反向链路功率控制n调整移动台向基站发射的功率n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n前向链路功率控制n调整基站向移动台发射的功率n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2024/7/1151第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统反向链路功率控制开环功率控制nIS-95采用开环与闭环功率控制相结合的方案。n反向开环功率控制n仅由移动台参与。nMS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。n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。n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。nFDD系统上下行链路衰落不相关，精度有限。n动态范围：32dB2024/7/1152第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统反向链路功率控制闭环功率控制n目的n消除开环功控中的上下行信道不一致所产生的功控误差，精确调节发射功率。n闭环调节过程n基站和移动台共同参与。n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。nMS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。2024/7/1153第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统反向闭环功率控制(2)n闭环功率控制过程n初始发射功率由基站通过系统参数消息发送给移动台n 由来自基站的功率控制比特控制n功控比特n0：增加发射功率1dBn1：降低发射功率1dBn闭环功控调节能力n功率调节范围：在开环估计的基础上，闭环调整范围为 24dBn800次/秒2024/7/1154第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统前向链路功率控制n前向链路功率控制n基站根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。n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：n调节量：0.5dBn动态范围：标称功率的6dBn调节速率：以帧（20ms）为单位。2024/7/1155第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统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7.6 第三代移动通信系统2024/7/1156第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统7.5 CDMA系统的软切换技术n硬切换：n载波频率不同的相邻小区间的切换n切换过程中通信链路会发生中断n硬切换包括载波频率与导频PN序列偏移的改变n软切换：n载波频率相同的相邻小区间的切换n切换过程中通信链路不发生中断n更软切换：n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。n这些切换可能是组合出现的。2024/7/1157第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统IS-95的切换方式nIS-95采用移动台辅助的越区切换n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n网络评估测量参数，决定移动台是否切换。n优点：网络参与切换管理，灵活性高。n软切换的具体过程nMS与原小区基站保持通信链路n与一个/多个新小区基站建立通信链路n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。2024/7/1158第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统导频强度3)移动台将新基站由候选组转入激活组5)切换去掉计时器到期，移动台发送导频强度测量信息6)基站发送切换指示消息7)移动台把从计时到期的基站从激活组移到邻近组中，并发送切换完成消息。4)导频强度低于下门限时，移动台启动切换去掉计时器软切换过程2)原基站向移动台发送切换导向信息1)MS向原基站发送各基站的导频测量消息。将导频强度大于上门限的新基站转入候选组与新旧小区基站通信与原小区基站保持通信与新小区基站保持通信，断开旧链路59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2024/7/1160第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统3G的关键技术n高效信道编译码技术n软件无线电技术n智能天线技术n多用户检测和干扰消除技术n向全IP网过渡3G：3rd Generation，第三代移动通信技术2024/7/1161第七章第七章 IS-95及其增强移动通信系统及其增强移动通信系统提问与解答环节Questionsandanswers62结束语感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边63感谢观看Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm64