第七章 IS-95及其增强移动通信系统,程郁凡 通信抗干扰技术国家级重点实验室,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年8月,2,7.1 概述,1990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） 。 1998开始，在第三代移动通信系统中广泛采用CDMA技术（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,3,CDMA蜂窝系统的基本概念,基本概念 CDMA基于扩频技术，每个用户有各自的特征码 CDMA技术包含两层含义 扩频：信息带宽的扩展 码分：用户、信道和基站都依靠码识别 码分的含义(IS-95) 基站的识别 信道的识别 用户的识别,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,4,CDMA蜂窝系统的频谱带宽,决定CDMA蜂窝系统频谱带宽的因素： 频谱资源 / 系统容量/ 多径分离/ 扩频增益 陆地移动通信系统 多径时延 约为 1us Chip周期 1MHz 系统带宽1.25MHz 扩频码片速率1.2288MChip/s,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,5,IS-95 CDMA技术的发展,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,6,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）： 825849MHz 下行（移动台收/基站发）： 870894MHz 双工间隔：45MHz IS 95 CDMA PCS工作频段 上行（移动台发/基站收）：18501910MHz 下行（移动台收/基站发）：19301990MHz 双工间隔：80MHz 载频间隔： 1.25MHz 双工方式： FDD 多址方式： CDMA 扩频码速率： 1.2288Mc/s,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,7,IS-95 CDMA主要技术指标(2),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，正向信道码率R = 1/2， 反向信道码率R = 1/3） 数据帧长： 20ms 扩频解调门限： 7dB（Pe=10-4） 小区结构： 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,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,8,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,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,2020年8月,9,7.2 IS-95系统的无线链路,7.2.1 IS-95系统的下行链路 下行链路的序列码 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 上行链路的序列码 上行链路的物理信道与逻辑信道,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,10,7.2.1 IS-95系统的下行链路,下行链路的构成,11,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,下行链路的序列码,基站的识别短码： 不同相移的PN序列，码元周期为215。 信道的识别Walsh码： 正交的Walsh函数，完全正交的64阶Walsh码； 用户的识别长码： 周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,12,Walsh码(1),区分信道，实现码分多址功能 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-W63 扩频码片速率1.2288Mcps。,13,Walsh码在同步时是完全正交的。,Walsh码(2),Walsh码的特点： 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）； 非同步情形下，Walsh码的自相关特性和互相关特性很差； Walsh码序列的功率谱分布彼此不均匀 Walsh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。 区分信道只能用于下行,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,14,短码(1),作用： 区分基站：分配给每一基站同一个短序的不同时间偏移 提供对Walsh码数据的加扰，使各蜂窝小区能重用所有Walsh码。 时间偏移使移动台能识别使用相同频率的相邻蜂窝小区,15,BS发,短码,短码(2),m序列 采用215-1的m序列（32768） 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 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,16,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 速率：1.2288Mcps 正交引导PN序列生成多项式：,长码,17,BS发,长码,长码 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。 采用：周期为242-1的m序列。 长码速率为1.2288Mcps，64分频（64抽1）后为19.2kcps。 不同信道利用不同的掩码得到不同相位的长码。,下行链路的物理信道和逻辑信道,下行链路的物理信道 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：1.2288Mcps 寻呼信道、同步信道必要时都可改为业务信道。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,18,下行链路的逻辑信道分配与码分物理信道的关系,下行链路物理信道和逻辑信道的映射,下行逻辑信道 下行业务信道 下行控制信道：导频信道、同步信道、寻呼信道,19,码域正交复用,导频信道(1),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。,20,导频信道(2),导频信道连续周期地发送未经调制的短码； 基站利用导频PN序列的时间偏置来标识每个CDMA前向信道。 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。 偏置系数：共512 个，编号从 0 到 511(64chip间隔) 偏置时间： = 偏置系数64（chip） 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。,21,导频信道(3),例如：当偏置系数是 15 时 相应的偏置时间是1564=960个chip 已知chip宽度为 1/1.2288 0.8138s 故偏置时间为 960/1.2288 = 781.25s 该PN序列要从每一偶数秒之后 781.25s开始 帧长：为一个序列周期，215/(1.2288106) 26.67ms 2秒有75个周期： 2 / 215/(1.2288106) = 75 相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应大一些。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,22,导频信道(4),导频信道的作用 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； 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 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； 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。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,23,同步信道,24,传输同步信息和其它信息 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。 扩频处理增益：10*log10(1.2288Mcps/4.8kbps)=24dB,寻呼信道,25,传送系统信息，入网参数，基站寻呼移动台 寻呼信道数据以扰码加密,加扰,业务信道(1),26,加扰,业务信道(2),业务信道 用于传输用户信息和少量的信令信息。 传输8.6kbps、4kbps、2kbps、800bps的不同速率的数据。 帧长为20ms 嵌入功率控制子信道，用于传输功率控制信息。 嵌入随路信道，传输少量的信令信息，例如越区切换信息。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,27,7.2 IS-95系统的无线链路,7.2.1 IS-95系统的下行链路 下行链路的序列码 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 上行链路的序列码 上行链路的物理信道与逻辑信道,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,28,7.2.2 IS-95系统的上行链路,上行链路的构成,29,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,上行链路的序列码,信道与用户的识别长码： 周期足够长的PN序列，码元周期为242-1。 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， 实现上行链路的码分多址功能 多进制扩频Walsh码： 64阶Walsh码正交多进制扩频调制 正交调制与加扰短码： 零偏置I、Q正交PN序列，码元周期为215。,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,30,Walsh码(1),完成多进制扩频 提高系统的抗干扰能力和信息传输能力 采用64阶Walsh函数正交扩频 多进制扩频的概念 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。 在k=1时，即传统的DS扩频(二进制扩频 ) IS-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。 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 共有26=64 个调制符号,31,Walsh码(2),例如：信息速率为28.8kbps ，处理增益64倍 (假设均采用MQAM调制) 二进制扩频 多进制扩频 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。,32,Walsh码(3),664多进制映射关系,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,33,例如：输入信息： 101100, 100011,输出对应的Walsh码序列： W44，W35,Walsh码(4),多进制扩频举例： 以8进制扩频为例， 信源：101001,2020年8月,第七章 IS-95及其增强移动通信系统,34,信源按8进制分组，101, 001, ,2).1015 ,1).0011 ,由信源，从对应的Walsh函数中找到对应的Walsh码,得到输出： 01011010，01010101，,短码,35,MS发,短码用于基站同步、系统加扰、正交调制 采用与下行链路相同的引导PN码正交调制，相位偏移为0。 m序列，采用215-1的m序列（补零后变为215），速率：1.2288Mcps 生成多项式同下行链路,短码,长码(1),36,长码区分信道和用户 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 4bit扩频：307.2kbps4 = 1.2288Mcps 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