码分多址(CDMA)移动通信系统设计和实现 通信技术专业

1第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统2学习重点与要求学习重点与要求n本章主要介绍以本章主要介绍以IS95CDMA为代表的为代表的2G移移动通信系统，重点介绍其物理层协议，如动通信系统，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、功率控制方法、信道功能、数据帧结构、功率控制和切换等和切换等3要求要求n掌握掌握IS95CDMA的蜂窝结构、扩频调制方的蜂窝结构、扩频调制方案、信道组成、功率控制方案等。案、信道组成、功率控制方案等。n了解了解IS95CDMA系统的软切换流程。系统的软切换流程。n了解了解IS95CDMA的网络结构和协议框架。的网络结构和协议框架。n了解了解CDMA1X的基本概念。的基本概念。4第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议58.1概述概述CDMA基本概念基本概念JapanEnglishChinese?JapanEnglishChinese68.1概述概述CDMA实现实现用同一用同一PN序列的不同相移来序列的不同相移来区分基站。区分基站。Station AStation BStation C00011011001011100101110078.1概述概述IS-95 CDMA技术技术的发展的发展nQualcomm公司发明，叫公司发明，叫IS-95CDMA、Q-CDMA、N-CDMA、cdmaOne。与美国的与美国的AMPS模拟方式兼容。模拟方式兼容。n1993年，北美电信工业联合会把年，北美电信工业联合会把CDMA系统的公共空系统的公共空中接口中接口IS-95定为数字蜂窝移动通信标准。定为数字蜂窝移动通信标准。 1995年开年开始商用，始商用，Qualcomm公司（高通公司）具有几乎所有公司（高通公司）具有几乎所有知识产权。知识产权。n现为仅次于现为仅次于GSM发展最快的系统，全球现己近一亿用发展最快的系统，全球现己近一亿用户，二十多个国家采用。户，二十多个国家采用。n南韩最早引进南韩最早引进CDMA技术与系统（技术与系统（1996年）。年）。n中国在九十年代中期开始研究中国在九十年代中期开始研究CDMA技术技术n1998年具有年具有14万容量的长城万容量的长城CDMA商用试验网在北京、商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始小部份商用。其后转广州、上海、西安建成，并开始小部份商用。其后转入联通。入联通。88.1 IS-95概述概述IS-95 CDMA技术的技术的发展发展表表8.1 cdma One的演进之路的演进之路标准标准容量（容量（GSM相比）相比）数据速率数据速率可用性可用性IS-95A314.4kb/s目前目前IS-95B364kb/s目前目前MC-1X6144kb/s2001年年MC-3X62Mb/s将来将来98.1 IS-95概述概述相关标准（相关标准（1）nIS-95 空中接口，空中接口，IS-95A、 IS-95BnIS-96 CDMA话音业务选择标准话音业务选择标准nIS-97 CDMA基站最低性能测试标准基站最低性能测试标准nIS-98 CDMA/AMPS双模移动台最低性能测试标双模移动台最低性能测试标准准nIS-99 CDMA数据业务选择标准数据业务选择标准nIS-125 CDMA话音业务选择最低性能测试标准话音业务选择最低性能测试标准nIS-126 移动台环回业务选择标准移动台环回业务选择标准nIS-127 CDMA话音编码话音编码EVRC标准标准108.1 IS-95概述概述相关标准（相关标准（2）nIS-634 A接口接口nIS-41 无线网络无线网络nIS-637 短消息短消息nIS-53 补充业务补充业务nIS-52 编号计划编号计划nIS-93 Ai、Di接口接口nIS-771 无线智能网无线智能网nIS-707 数据业务数据业务118.1 IS-95概述概述关键技术关键技术nIS-95采用以下关键技术：采用以下关键技术：n直接序列扩频技术；直接序列扩频技术；n功率控制技术；功率控制技术；nRake分集接收技术；分集接收技术；n移动台辅助的软切换；移动台辅助的软切换；n话音激活与可变速率声码器技术；话音激活与可变速率声码器技术；128.1概述概述IS-95 CDMA主要主要技术指标技术指标（1） nIS 95 CDMA工作频段工作频段n上行（移动台发上行（移动台发/基站收）：基站收）：870894MHzn下行（移动台收下行（移动台收/基站发）：基站发）：825849MHz收发间隔收发间隔45MHznIS 95 CDMA PCS工作频段工作频段n上行（移动台发上行（移动台发/基站收）：基站收）：18501910MHzn下行（移动台收下行（移动台收/基站发）：基站发）：19301990MHz收发间隔收发间隔80MHzn载频间隔载频间隔1.25MHz138.1 IS-95概述概述IS-95 CDMA主要主要技技术指标（术指标（2） n双工方式：双工方式： FDD n收发间隔收发间隔 45MHz n多址方式多址方式： CDMA n扩频码速率扩频码速率： 1.2288Mc/sn调制方式调制方式： 前向前向QPSK，反向，反向OQPSKn语音编码方式语音编码方式：变速率变速率QCELP码码n信道编码方式信道编码方式： 卷积码卷积码k=9， 正向正向 Rb=1/2，反向，反向Rb=1/3n数据帧长数据帧长： 20ms148.1 IS-95概述概述IS-95 CDMA主要主要技技术指标（术指标（3）n扩频解调门限扩频解调门限：7dB（Pe=10-4）n基站逻辑信道数基站逻辑信道数：大于大于30/每载波每载波n小区结构小区结构：1200三扇区构成三扇区构成n功率控制范围功率控制范围：正向：正向： 6dB 反向：反向：80dBn功率控制精度功率控制精度：正向：正向：0.5dB 反向：反向：1dBn分集接收分集接收： 基站基站4路路RAKE接收接收 移动台移动台3路路RAKE接收接收158.1 IS-95概述概述地址码的选择地址码的选择n码分：用户、信道和基站均依靠多址码识别。码分：用户、信道和基站均依靠多址码识别。n针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的针对不同的多址码需求，分别使用不同类型的码组。码组。n基站的识别基站的识别：不同相移的：不同相移的PN序列，码元周期为序列，码元周期为215。n信道的识别信道的识别：正交的：正交的Walsh函数，完全正交的函数，完全正交的64阶阶Walsh码；码；n用户的识别用户的识别：周期足够长的：周期足够长的PN序列，码元周期序列，码元周期为为242-1。168.1概述概述IS95 CDMA系统特点系统特点nCDMA系统的特点：系统的特点：n多种分集技术，良好的抗干扰、抗衰落性能；多种分集技术，良好的抗干扰、抗衰落性能；n低发射功率，严格的功率控制；低发射功率，严格的功率控制；n系统容量大，多址能力强；系统容量大，多址能力强；n软切换；软切换；n软容量软容量n保密性好；保密性好；n组网方便、建网经济；组网方便、建网经济；17特点特点1良好的抗干扰、抗衰落性能良好的抗干扰、抗衰落性能n多径传输问题是移动通信、特别是城市移动通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。信影响通信质量的重要问题。n在扩频通信中，由于多径传播中的多条路径可在扩频通信中，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。分集增益，使通信质量得到较大的改善。n在在CDMA系统中采用多种分集方式，大大地改系统中采用多种分集方式，大大地改善了信号传输的性能：善了信号传输的性能：n时间分集时间分集符号交织和纠错编码；符号交织和纠错编码；n空间（路径）分集空间（路径）分集基站采用多副接收天线，基站采用多副接收天线，基站和移动台采用多径基站和移动台采用多径Rake接收机。接收机。18特点特点2严格的功率控制严格的功率控制n为了实现大容量、高质量和其它优点，为了实现大容量、高质量和其它优点，CDMA采用了严格的采用了严格的功率控制。功率控制。 n反向（移动台至基站方向）功率控制反向（移动台至基站方向）功率控制的目的，是使小区内工的目的，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“刚刚刚足够刚足够”的功率发射信号。的功率发射信号。n正向（基站至移动台方向）功率控制正向（基站至移动台方向）功率控制的目的是降低靠近基站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，由于时，由于CDMA采用功率控制，减小了平均发射功率。采用功率控制，减小了平均发射功率。n功率控制技术不但能减少相互干扰，还使功率控制技术不但能减少相互干扰，还使CDMA电话发射功电话发射功率消耗低，从而使通话时间更长，电池体积更小。率消耗低，从而使通话时间更长，电池体积更小。19特点特点3系统容量大，多址能力强系统容量大，多址能力强（1）nCDMA技术多址能力决定于地址码间的多址干扰技术多址能力决定于地址码间的多址干扰的大小的大小。n在实际的在实际的CDMA系统中，各地址码之间不是完全系统中，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性导致的多址干扰是影响CDMA多址能力的决定多址能力的决定性因素。性因素。nCDMA采用多种手段使得多址干扰足够小，从而采用多种手段使得多址干扰足够小，从而使使CDMA的多址能力比的多址能力比FDMA、TDMA更强：更强：n选择有良好的自相关性、互相关性的地址码；选择有良好的自相关性、互相关性的地址码；n采用信号处理的方法消除多址干扰；采用信号处理的方法消除多址干扰；n使用功率控制克服远使用功率控制克服远近效应；近效应；n采用语音激活技术、高效纠错码及采用语音激活技术、高效纠错码及CDMA扇形分扇形分区等技术，使整个区等技术，使整个CDMA通信系统的容量增大。通信系统的容量增大。20特点特点3系统容量大，多址能力强（系统容量大，多址能力强（2）n根据根据W. C. Y. Lee的分析、比较，认为以的分析、比较，认为以频谱资源带宽频谱资源带宽1.25MHz为基础条件，采为基础条件，采用话音激活技术和分扇区技术，当扇区用话音激活技术和分扇区技术，当扇区数为数为3时，时，CDMA系统每小区内容量比系统每小区内容量比AMPS/FDMA模拟系统大模拟系统大20倍，比倍，比DMPS/TDMA数字系统大数字系统大4倍。倍。n实际实际IS-95 CDMA蜂窝系统的容量可达蜂窝系统的容量可达到模拟系统的到模拟系统的10倍，达到现有倍，达到现有TDMA系系统的统的23倍。倍。21特点特点4软切换软切换n在在CDMA系统中，其相邻小区工作频率采用同一系统中，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。这样频率，只是扩频地址码不一样。这样用户越区切用户越区切换不需改变频率，而只改变地址码，这使切换方换不需改变频率，而只改变地址码，这使切换方便容易，这种切换称为软切换。便容易，这种切换称为软切换。在在CDMA系统中，系统中，当移动台越区时，能够同时连接到两个或多个小当移动台越区时，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，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，改善了切换时的话这就减少了呼叫中断的概率，改善了切换时的话音质量。音质量。 “硬切换硬切换”呼叫常在切换过程中断，呼叫常在切换过程中断，软软切换明显优于切换明显优于TDMA、FDMA系统在切换时需变系统在切换时需变换工作频率的换工作频率的“硬切换硬切换”。22特点特点5软容量软容量n由于由于FDMA、TDMA的容量是由频率和时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，必会出现工作的用户数超过系统容量时，必会出现阻塞。而阻塞。而CDMA虽然在一定的信干比下也虽然在一定的信干比下也有一个对应的容量限值，但由于有一个对应的容量限值，但由于CDMA是是受干扰限制的系统，如果用户数超过了容受干扰限制的系统，如果用户数超过了容量，只会使系统性能下降，而不会出现阻量，只会使系统性能下降，而不会出现阻塞塞。这样，。这样，CDMA系统中某一局部区域的系统中某一局部区域的短期过载对性能影响不大，增加了系统运短期过载对性能影响不大，增加了系统运行的灵活性。行的灵活性。23特点特点6保密性好保密性好nCDMA具有天然的保密性。具有天然的保密性。CDMA系统采系统采用的扩频地址码一般是长周期码，接收时，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码，这是十分困译和产生一个相关的本地码，这是十分困难的。难的。24特点特点7组网方便、建网经济组网方便、建网经济nCDMA可以单频组网，组网方便。可以单频组网，组网方便。nCDMA的基站覆盖面大的基站覆盖面大，在同一地区，在同一地区，CDMA组网的小区数比组网的小区数比GSM少三分之一，少三分之一， 成本下降三分之一成本下降三分之一。25第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信移动通信系统系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议268.2 无线链路无线链路n8.2.1 前向信道前向信道n1、前向链路的组成、前向链路的组成n2、前向链路的结构、前向链路的结构n3、前向链路的帧结构、前向链路的帧结构n8.2.2 反向信道反向信道n1、反向链路的组成、反向链路的组成n2、反向链路的结构、反向链路的结构n3、反向链路的帧结构、反向链路的帧结构278.2.1.1 前向链路的组成前向链路的组成n导频信道：基站在此信道发送导频信号（其信号功率比导频信道：基站在此信道发送导频信号（其信号功率比其他信道高其他信道高20dB）供移动台识别基站并引导移动台入网。）供移动台识别基站并引导移动台入网。n同步信道：基站在此信道发送同步信息供移动台建立与同步信道：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。系统的定时和同步。n寻呼信道：基站在此信道寻呼移动台，发送有关寻呼、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。指令及业务信道指配信息。n前向业务信道：供基站到移动台之间通信，用于传送用前向业务信道：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（例如功率控制信令户业务数据；同时也传送信令信息（例如功率控制信令信息）。信息）。n前向链路的区分前向链路的区分n64个相互正交的个相互正交的Walsh序列，记作序列，记作W0，W1，W2，W63，可提供可提供64个码分信道。个码分信道。288.2.1.1 前向链路的组成前向链路的组成n前向码分物理信道和逻辑信道的关系前向码分物理信道和逻辑信道的关系 表表8.1逻辑信道逻辑信道 信道个数信道个数 物理信道物理信道 导频信道导频信道 1 W0同步信道同步信道 1 W32寻呼信道寻呼信道 17 W1W7前向业务信道前向业务信道 55 W8W31，W33W63 298.2.1.1 前向链路的组成前向链路的组成n前向码分物理信道和逻辑信道配置前向码分物理信道和逻辑信道配置 308.2 无线链路无线链路n8.2.1 前向信道前向信道n1、前向链路的组成、前向链路的组成n2、前向链路的结构、前向链路的结构n3、前向链路的帧结构、前向链路的帧结构n8.2.2 反向信道反向信道n1、反向链路的组成、反向链路的组成n2、反向链路的结构、反向链路的结构n3、反向链路的帧结构、反向链路的帧结构31n导频信道导频信道8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构32n导频信道导频信道：W0全全0，不含数据，含引导，不含数据，含引导PN码序列码序列相位偏移量和频率基准信息，一直不断发送。电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，一般为总能量的平高于其它信道，一般为总能量的20%。n用于移动台获取基站的定时和提取相干载波以进行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；相干解调；n通过对导频信号中多径信号的检测，实现通过对导频信号中多径信号的检测，实现RAKE接接收机中的信号估计；收机中的信号估计；n通过比较相邻基站导频信号的强度，决定何时需越通过比较相邻基站导频信号的强度，决定何时需越区切换；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通过对导频信号强度的检测，决定开环功率控制的初始值。初始值。8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构338.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构n同步信道同步信道34n同步信道：同步信道：数据率为数据率为1200bps，传输同步，传输同步信息和其它信息。接入的是哪个基站。还信息和其它信息。接入的是哪个基站。还有寻呼信道如系统时间，导频偏置，使移有寻呼信道如系统时间，导频偏置，使移动台知道正确速率，动台知道正确速率，242-1长码的状态等。长码的状态等。最终码速率：最终码速率：4.8Kbps。8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构35n寻呼信道寻呼信道8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构36n寻呼信道寻呼信道：定时发送系统信息，入网参数，：定时发送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台，信道速率可有基站寻呼移动台，信道速率可有9600bps，4800bps两种。两种。8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构37n业务信道业务信道8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构38n业务信道：业务信道：n用于传输用户信息和少量的随路信令信息。用于传输用户信息和少量的随路信令信息。 n传输传输8.6kbps、4kbps、2kbps、800bps的不同速的不同速率的数据。率的数据。 n组帧后，加帧质量指示比特（组帧后，加帧质量指示比特（CRC检验比特），检验比特），并加编码器尾比特后并加编码器尾比特后(每帧加每帧加8bit)数据变为数据变为9.6/4.8/2.4/1.2kbpsn业务信道中嵌入了功率控制子信道，用于传输功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。率控制信息。8.2.1.2 前向链路的结构前向链路的结构398.2 无线链路无线链路n8.2.1 前向信道前向信道n1、前向链路的组成、前向链路的组成n2、前向链路的结构、前向链路的结构n3、前向链路的帧结构、前向链路的帧结构n8.2.2 反向信道反向信道n1、反向链路的组成、反向链路的组成n2、反向链路的结构、反向链路的结构n3、反向链路的帧结构、反向链路的帧结构408.2 无线链路无线链路n8.2.1 前向信道前向信道n1、前向链路的组成、前向链路的组成n2、前向链路的结构、前向链路的结构n3、前向链路的帧结构、前向链路的帧结构n8.2.2 反向信道反向信道n1、反向链路的组成、反向链路的组成n2、反向链路的结构、反向链路的结构n3、反向链路的帧结构、反向链路的帧结构418.2.2.1 反向链路的组成反向链路的组成n反向接入信道反向接入信道nMS发起呼叫与传送应答响应发起呼叫与传送应答响应n传输速率：传输速率：4.8kbpsn反向业务信道反向业务信道n传输用户业务信息与功控等信令信息传输用户业务信息与功控等信令信息n传输速率：传输速率：9.6/4.8/2.4/1.2kbps428.2.2.1 反向链路的组成反向链路的组成反向CDMA信道(基站接收的1.23 MHz 信道)以长码进行编址与寻呼信道有关的接入信道业务信道 1业务信道与寻呼信道有关的接入信道与寻呼信道有关的接入信道与寻呼信道有关的接入信道438.2 无线链路无线链路n8.2.1 前向信道前向信道n1、前向链路的组成、前向链路的组成n2、前向链路的结构、前向链路的结构n3、前向链路的帧结构、前向链路的帧结构n8.2.2 反向信道反向信道n1、反向链路的组成、反向链路的组成n2、反向链路的结构、反向链路的结构n3、反向链路的帧结构、反向链路的帧结构448.2.2.2 反向链路的结构反向链路的结构n接入信道结构接入信道结构45n业务信道结构业务信道结构8.2.2.2 反向链路的结构反向链路的结构46第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议478.3 IS_95 CDMA 同步与定时同步与定时n1、目的：、目的：n基站时基对准基站时基对准CDMA系统时钟系统时钟n导频信道的导频信道的PN序列、帧、序列、帧、Walsh函数定时函数定时n2、要求：、要求：n导引序列的发送：系统时钟的导引序列的发送：系统时钟的10us内内n基站基站CDMA信道相互定时误差：信道相互定时误差：1usn定时校正的改变率：定时校正的改变率：101.725ns或或1/8chip每每200msn导频导频PN与与Walsh序列时间误差：序列时间误差：50nsn导频信道与前向信道的射频相位误差：导频信道与前向信道的射频相位误差：0.05rad488.3 IS_95 CDMA 同步与定时同步与定时n同步的重要性：同步的重要性：n任何数字通信系统都是离散信号的传输，任何数字通信系统都是离散信号的传输，要求收发两端信号在频率上相同和相位上要求收发两端信号在频率上相同和相位上一致，才能正确地解调出信息。一致，才能正确地解调出信息。n一个相干扩频数字通信系统，接收端与发一个相干扩频数字通信系统，接收端与发送端必须实现射频载频同步、送端必须实现射频载频同步、 PN码码元、码码元、信息码元同步和序列同步。只有实现了这信息码元同步和序列同步。只有实现了这些同步，直扩系统才能正常的工作。些同步，直扩系统才能正常的工作。498.3 IS_95 CDMA 同步与定时同步与定时n为什么需要同步？为什么需要同步？n一般说来，在发射机和接收机中采用精确的频一般说来，在发射机和接收机中采用精确的频率源，可以去掉大部分频率和相位的不确定性。率源，可以去掉大部分频率和相位的不确定性。但引起不确定性的因素有以下一些：但引起不确定性的因素有以下一些： n收发信机的距离引起传播的延迟产生的相位差收发信机的距离引起传播的延迟产生的相位差; n收发信机相对不稳定性引起的频差收发信机相对不稳定性引起的频差; n收发信机相对运动引起的多普勒频移；收发信机相对运动引起的多普勒频移；n以及多径传播也会影响频率和相位的改变。以及多径传播也会影响频率和相位的改变。n因此，只靠提高频率源的稳定度是不够的，需因此，只靠提高频率源的稳定度是不够的，需要采取进一步提高同步速率和精度的方法。要采取进一步提高同步速率和精度的方法。508.3 IS_95 CDMA 同步与定时同步与定时nPN码同步的两个步骤：码同步的两个步骤：n捕获过程（粗同步）：确定捕获过程（粗同步）：确定PN码的相位码的相位n接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号，接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号，因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和时间范围内搜索和捕获有用信号。这一阶段也称时间范围内搜索和捕获有用信号。这一阶段也称为起始同步或粗同步，也就是粗调本地为起始同步或粗同步，也就是粗调本地PN码的频码的频率和相位，使本地率和相位，使本地PN码与接收码与接收PN码相位差小于码相位差小于一个码元宽度一个码元宽度。 n跟踪（精同步）：维持跟踪（精同步）：维持PN码的相位码的相位n粗同步后，进入跟踪过程，即继续保持同步，不粗同步后，进入跟踪过程，即继续保持同步，不因外界影响而失去同步。也就是说，无论由于何因外界影响而失去同步。也就是说，无论由于何种因素使两端的频率和相位发生偏移，同步系统种因素使两端的频率和相位发生偏移，同步系统都能加以调整，使收发信号的频率和相位仍然保都能加以调整，使收发信号的频率和相位仍然保持精确同步。持精确同步。51第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议52CDMA系统的功率控制系统的功率控制CDMA系统是自干扰系统，限制系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因系统容量的因素是素是“干扰干扰”；CDMA功率控制的目标：功率控制的目标： 克服反向链路的远近效应；基站从各个移动台接克服反向链路的远近效应；基站从各个移动台接收到的功率相同；收到的功率相同； 保证接收机的解调性能情况下，尽量降低发射功保证接收机的解调性能情况下，尽量降低发射功率，减小对其他用户的干扰。率，减小对其他用户的干扰。 当达到以下条件，系统容量最大当达到以下条件，系统容量最大 当在可接受的信号质量下，功率最小当在可接受的信号质量下，功率最小 基站从各个移动台接收到的功率相同基站从各个移动台接收到的功率相同 在在CDMA系统中，功率控制是关键技术系统中，功率控制是关键技术53 功率控制的原则是：功率控制的原则是：当信道的传播条件当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应（例突然改善时，功率控制应作出快速反应（例如几微秒），以防止信号突然增强而对其他如几微秒），以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰，相反，当传播条件突然用户产生附加干扰，相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户因为单个用户的信恶化，也要防止许多用户因为单个用户的信号电平突然变大而增大背景干扰。号电平突然变大而增大背景干扰。功率控制功率控制54CDMA系统的功率控制类型系统的功率控制类型功率控制反向功率控制前向功率控制开环功率控制闭环功率控制内环功率控制外环功率控制 功率控制分为反向功率控制及正向功率控制两种，其中，反向功率控制尤其重要，因为，反向是依靠准正交码区分的，因此，用户之间存在相互间干扰，只有保证到达基站各用户间功率一致（防止远近效应），才能保证用户容量及质量。进行反向功率控制的以在移动台接收并测量基站发来的导频信号，根据导频信号强弱估计正确的传输损耗，并根据这种估计来调节移动台的反向发射功率。接收信号增强就降低其发射功率，接收信号减弱就增强其发射功率。55 反向开环功率控制是由移动台发起的工作反向开环功率控制是由移动台发起的工作 移动台所需发射功率受以下因素影响移动台所需发射功率受以下因素影响移动台与基站距离移动台与基站距离小区负荷小区负荷信道环境信道环境 CDMA系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负荷的影响，这个常系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负荷的影响，这个常数可由基站调整数可由基站调整 移动台根据接收前向信道的功率，直接确定发射功率移动台根据接收前向信道的功率，直接确定发射功率反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。变化，迅速调节移动台发射功率。其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率。有相同的标称功率。开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围。拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围。IS95空中空中接口规定开环功率控制动态范围是接口规定开环功率控制动态范围是32dB32dB。反向开环功率控制反向开环功率控制56内环功率控制内环功率控制基站测量基站测量Eb/Nt和设定的目标和设定的目标Eb/Nt进行比较，进行比较，大于则指令移动台降低发射功率，否则增加发大于则指令移动台降低发射功率，否则增加发射功率。调节速率为射功率。调节速率为 800Hz外环功率控制外环功率控制统计误帧率，测量接收到的能量并估计统计误帧率，测量接收到的能量并估计Eb/Nt将接收到的将接收到的Eb/Nt与设定门限进行比较与设定门限进行比较产生功率控制命令产生功率控制命令反向闭环功率控制反向闭环功率控制57移动台测量前向业务信道帧质量，周期方移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。基站根据上报式或门限方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节的帧质量情况确定是否进行前向功率调节前向功率控制是一种慢速功率调节。前向功率控制是一种慢速功率调节。前向功率控制前向功率控制58第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议598.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.5.1 CDMA切换分类切换分类n8.5.2 CDMA的软切换过程的软切换过程n8.5.3 CDMA的漫游的漫游608.5.1 CDMA 切换分类切换分类n硬切换：硬切换：n载波频率不同的相邻小区间的切换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硬切换包括载波频率与导频PN序列偏移的转移序列偏移的转移n软切换：软切换：n载波频率相同的相邻小区间的切换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切换过程中通信链路不发生中断n软软/更软切换更软切换n更软切换是指在一个小区内的扇区之间的信道切换。更软切换是指在一个小区内的扇区之间的信道切换。n软软/更软切换是指在一个小区内的扇区与另一小区或另一小区更软切换是指在一个小区内的扇区与另一小区或另一小区的扇区之间的信道切换。的扇区之间的信道切换。618.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.5.1 CDMA切换分类切换分类n8.5.2 CDMA的软切换过程的软切换过程n8.5.3 CDMA的漫游的漫游628.5.2 CDMA 的软切换过程的软切换过程n软切换的具体过程软切换的具体过程nMS与原小区基站保持通信链路与原小区基站保持通信链路n与一个与一个/多个新小区基站建立通信链路多个新小区基站建立通信链路n与其中一个新小区基站建立通信链路与其中一个新小区基站建立通信链路638.5.2 CDMA 的软切换过程的软切换过程MS测量到来测量到来B小区基站的导频信号大于上门小区基站的导频信号大于上门限时，限时，MS将所有高于上门限导频信号的强将所有高于上门限导频信号的强度信息报告给基站（度信息报告给基站（MSC），并把这些导频），并把这些导频信号作为候选者。信号作为候选者。MSC通过原小区基站向移动台发送一通过原小区基站向移动台发送一个切换导向的消息。移动台依照切换导个切换导向的消息。移动台依照切换导向指令跟踪新的目标小区的导频信号，向指令跟踪新的目标小区的导频信号，将这些导频信号作为激活者。将这些导频信号作为激活者。当原小区基站的导频信号强度低于下门当原小区基站的导频信号强度低于下门限时，移动台的切换定时器开始计时，限时，移动台的切换定时器开始计时，当计时器满时，移动台向基站发送导频当计时器满时，移动台向基站发送导频信号强度的测量消息；基站向移动台发信号强度的测量消息；基站向移动台发送一个切换导向消息。送一个切换导向消息。1）进入软切换过程）进入软切换过程2）基站向移动台发）基站向移动台发送切换导向消息送切换导向消息3）导频信号由候）导频信号由候选变为激活状态选变为激活状态4）移动台启动切）移动台启动切换定时器的时刻换定时器的时刻5）定时器计时终）定时器计时终止时刻止时刻6）移动台向基站）移动台向基站发送切换导向消息发送切换导向消息7）软切换过程结束）软切换过程结束648.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.5.1 CDMA切换分类切换分类n8.5.2 CDMA的软切换过程的软切换过程n8.5.3 CDMA的漫游的漫游658.5.3 CDMA 漫游漫游n在在CDMA数字移动通信系统中，为了区分和管理，数字移动通信系统中，为了区分和管理，将一个系统的覆盖分成若干个网络，而网络又分将一个系统的覆盖分成若干个网络，而网络又分成区域，区域由若干个基站组成。成区域，区域由若干个基站组成。n系统标识：系统识别码系统标识：系统识别码SIDn网络标识：网络识别码网络标识：网络识别码NID，共，共216-1个个n任何系统中的任何网络均可由（任何系统中的任何网络均可由（SID，NID）来唯）来唯一确定，切换及漫游均可用（一确定，切换及漫游均可用（SID，NID）来说明。）来说明。n漫游即是漫游即是MS在非归属（本地）网络中使用在非归属（本地）网络中使用66第八章第八章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统移动通信系统n8.1概述概述n8.2 无线链路无线链路n8.3 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时n8.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制n8.5 CDMA的软切换技术及其漫游的软切换技术及其漫游n8.6 系统接口和信令协议系统接口和信令协议