ISCDMA移動通信系統(tǒng)

1、移動通信第 8 章IS-95 CDMA 移動通信系統(tǒng)內 容 安 排8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接

2、口和信令協(xié)議8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程 擴頻通信技術作為一種抗干擾通信技術，長期以來一直為軍方所用。CDMA技術的民用化，特別是與數(shù)字蜂窩技術相結合，構成了CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，對移動通信的發(fā)展產生了十分巨大和深遠的影響。 由于CDMA體制具有抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗衰落、抗多徑時延擴展，并可提供十分巨大的系統(tǒng)容量和便于與模擬或數(shù)字體制共存的優(yōu)點，使得CDMA數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)很快成為TDMA數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)強有力的競爭對手，受到世人矚目，成為第三代移動通信的主要技術手段。8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程 在大量蜂窩移動通信工業(yè)部門的支持下，美

3、國圣地亞哥的Qualcomm（高通）公司設計、開發(fā)并試驗了CDMA蜂窩網，于1991年12月在西雅圖做了現(xiàn)場試驗并取得了一致好評，當時進行了5個基站、70個移動臺參加組網的試驗?，F(xiàn)場試驗結果表明： CDMA理論分析的優(yōu)越性，在實際通信條件下是存在的，并有實際測試數(shù)據(jù)證明了系統(tǒng)容量和性能得到改善。 CDMA蜂窩網的關鍵技術已經過關，可向實用化方向發(fā)展。 CDMA雙模式公共空中接口方案是可行的。 基站和移動臺的專用集成電路是可靠的，便于向工業(yè)化方向發(fā)展。8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程 1993年3月，制定了CDMA公共空中接口標準（IS-95，Interim Standard

4、95），同年7月美國電信工業(yè)協(xié)會（TIA）投票通過IS-95標準，并于7月17日正式公布。 該體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標準，屬于2G窄帶碼分多址（N-CDMA）。 IS-95是世界上第一個CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)規(guī)范，它的CDMA技術框架是后來CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎。 1993年7月之后又陸續(xù)頒布了一些IS-95的后續(xù)標準：IS-96語音業(yè)務；IS-97移動臺性能；IS-99數(shù)據(jù)業(yè)務；IS-95B為IS-95成為寬帶系統(tǒng)而寫；IS-657是專門為IS-95提供直接接入Internet的協(xié)議，支持所有的TCP/IP/PPP協(xié)議。8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程 從1993年4月

5、開始，世界上許多著名電信公司均根據(jù)標準生產CDMA系統(tǒng)的設備。 1993年4月，韓國郵電部正式決定采用CDMA蜂窩移動通信，購買了Q-CDMA的生產許可證。作為“第一個吃螃蟹者”，成為了世界上第一個實現(xiàn)CDMA商用的國家。 1994年3月，我國開始引入CDMA實驗網。 從1998年11月19日起，北京、上海和西安三城市率先開通CDMA133網自動漫游，為快速發(fā)展CDMA營運規(guī)模提供了條件。 2002年4月聯(lián)通新時空CDMA網絡正式運營。8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程 IS-95系統(tǒng)以其高語音質量、穩(wěn)定的性能以及空中接口的大容量而在世界各地廣泛使用，因此，很自然下一代的移動通

6、信空中接口將建立在這一已被證明了的具有優(yōu)良性能的第二代CDMA接口之上，并且向后兼容現(xiàn)有的IS-95網絡，以保護已有的資本投資。IS-95向第三代，即cdma2000的演進，可通過使用寬帶CDMA技術來適應IMT-2000的要求。cdma2000提供了從第二代IS-95到第三代的平穩(wěn)過渡，業(yè)務供應商可以在有附加容量和高級業(yè)務需求的區(qū)域有選擇、無縫地建立cdma2000網絡。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的總體區(qū)別CDMA手機采用了先進的切換技術：軟切換技術，使得CDMA手機的通話可以與固定電話媲美。使用CDMA網絡，運營商的投資相對減少，這就為CDMA手機資費的下調預留了空間。因采用以擴頻通信為基礎

7、的一種調制和多址通信方式，其容量比模擬技術高10倍，超過GSM網絡約4倍?；趯拵Ъ夹g的CDMA使得移動通信中視頻應用成為可能，從而使手機從只能打電話和發(fā)送短信息等狹窄的服務中走向寬帶多媒體應用。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較1覆蓋范圍覆蓋范圍這里給出在同樣環(huán)境的小區(qū)半徑下CDMA與GSM初期覆蓋范圍的比較?？梢?，CDMA比GSM所需的小區(qū)數(shù)少80%，實際使用情況表明CDMA的覆蓋區(qū)域更廣。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較2價格價格如前面對覆蓋的描述，CDMA比GSM所需基站數(shù)少80%，這個特點直接地比GSM減少了設備投資、固定資產、場地建設、頻譜、回程和維護費用。另外，因為GSM的任何

8、基站小區(qū)或扇區(qū)在超過初始規(guī)劃時，網絡需要做復雜和高昂的重構工作。由于CDMA其頻率復用系數(shù)為1，增加小區(qū)或扇區(qū)快速方便，且不影響現(xiàn)有的網絡規(guī)劃，CDMA的這種便利性可使運營者在網絡規(guī)劃方面“接近完美正確無誤”。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較3容量容量 頻譜有限，而且昂貴。一個占10MHz頻譜的CDMA系統(tǒng)的愛爾蘭容量相當于占30MHz頻譜的GSM系統(tǒng)的128%（根據(jù)實際的占30MHz頻譜的GSM頻率復用容量）。 4話音清晰度話音清晰度 話音清晰度受空中接口技術的空間傳播特性和聲碼器設計的影響。CDMA的固有特點提供了優(yōu)越的空中傳播性能。 GSM因采用TDMA系統(tǒng)，因此帶寬受限。尤其GSM在

9、前向糾錯編碼能力上比CDMA差。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較5手機輻射手機輻射 目前普遍使用的GSM手機900MHz頻段最大發(fā)射功率為2W ，1800MHz頻段最大發(fā)射功率為1W 。CDMA IS-95A規(guī)范對手機最大發(fā)射功率要求為0.2W1W，實際上目前網絡上允許手機的最大發(fā)射功率為0.2W。 GSM系統(tǒng)要求到達基站的手機信號的載干比通常為9dB左右，由于CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術, 擴頻增益對全速率編碼的增益為21dB, 所以對解擴前信號的等效載干比的要求小于 -14dB! 8.1當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關

10、系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系 在FDMA系統(tǒng)中，頻率復用規(guī)劃與蜂窩區(qū)群的結構具有緊密關系。由于擴頻CDMA蜂窩系統(tǒng)是頻帶資源共享的，換句話說，在一個CDMA蜂窩系統(tǒng)中，各個小區(qū)都共享一個頻帶，所以從頻率復用角度來說，與蜂窩區(qū)群結構的關系大為減弱了。在CDMA系統(tǒng)中，蜂窩結構（包括扇區(qū)結構）的考慮在于頻帶資源共享后的多用戶干擾的影響。8.2.1 CDMA蜂窩系統(tǒng)的信號帶寬 窄帶CDMA蜂窩系統(tǒng)頻譜帶寬的確定基

11、于如下考慮： 頻譜資源的限制； 系統(tǒng)容量； 多徑分離； 擴頻處理增益。 美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）規(guī)定給蜂窩通信的頻譜帶寬為單方向（從MS到BS或從BS到MS）25MHz，并分配給A、B兩家公司，每家分得單方向頻譜帶寬總計為12.5MHz，其中最窄的一段帶寬為1.5MHz，如果選取CDMA系統(tǒng)的信道帶寬為1.25MHz，則在12.5MHz的頻帶中可開辟10條1.25MHz帶寬的CDMA信道。8.2.1 CDMA蜂窩系統(tǒng)的信號帶寬 對于FDMA模擬蜂窩系統(tǒng)，其頻譜效率主要取決于頻率復用的蜂窩區(qū)群結構。一般需采用7小區(qū)（3扇區(qū)）的區(qū)群結構才能滿足載干比（C/I）等于或大于18dB，其頻率復用效率

12、為1/7。在TDMA數(shù)字系統(tǒng)中一般只需采用3小區(qū)（3扇區(qū)）的區(qū)群結構，就能滿足載干比（C/I）等于9dB的要求，其頻率復用效率為1/3。對于CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)來說，頻率復用的效率取決于相鄰小區(qū)用戶的多用戶干擾，考慮這些干擾后，其頻率復用效率約為2/3，相當于1.5小區(qū)的區(qū)群結構。決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要參數(shù)是：處理增益、信號比特能量與噪聲功率譜密度比、語音占空比、頻率利用效率、每小區(qū)的扇區(qū)數(shù)目。8.2.1 CDMA蜂窩系統(tǒng)的信號帶寬 為了使擴頻通信技術充分發(fā)揮其抗多徑延遲擴展的效果（為了實現(xiàn)多徑分離），考慮到陸地移動通信環(huán)境下的多徑延遲擴展為1s或更大，要求擴頻序列的碼片（chip

13、）的持續(xù)時間等于1s或更小，換句話說，要求擴頻序列的碼片速率至少為1MHz。因此1MHz的擴頻信號可以保證大于1s的多徑分離。當然，擴頻帶寬越寬，可實現(xiàn)的多徑分離也越精細，比如帶寬為100MHz，可分離10ns的多徑信號。因為在900MHz的頻段不能提供如此之寬的頻譜范圍，以及技術和設備復雜度的原因，故采取1.25MHz。窄帶CDMA的方案是折中考慮后的最優(yōu)選擇。當然，為了傳輸高速率的數(shù)據(jù)和語音信息，比如2Mbps甚至高達155Mbps，則必須采用寬帶CDMA系統(tǒng)。因此，必須開拓新的更高頻段的頻譜資源。8.2.2 碼分多址與蜂窩系統(tǒng)的小區(qū)和扇區(qū) 在FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)中，系統(tǒng)內的小區(qū)和扇

14、區(qū)都是靠頻率來劃分的。換句話說，每個小區(qū)和扇區(qū)都有自己的頻道。在擴頻CDMA蜂窩系統(tǒng)中間是采用頻分的，即不同的CDMA蜂窩系統(tǒng)占有不同頻段的1.25MHz帶寬。而在一個擴頻蜂窩CDMA系統(tǒng)之內，則是采用碼分多址的，即對不同的小區(qū)和扇區(qū)分配不同的碼型。在IS-95中，這些不同的碼型是由一個PN碼序列生產的，PN碼序列周期（長度）為215=32768個碼片。將此周期序列的每64chip移位序列作為一個碼型，共可得到32768/64=512個碼型。這就是說，在1.25MHz帶寬的CDMA蜂窩系統(tǒng)中，可建多達512個基站（或扇區(qū)）。 在一個小區(qū)（或扇區(qū)）內，基站與移動臺之間的信道，是在PN序列上再采用

15、正交信號進行碼分的信道。8.2當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議IS-95空中接口參數(shù)n運營頻段 824 849MHz (反向) ; 869 894MHz (前向);n雙工方式 FDD;n載波間隔 1.25 MHz;n信道速率 1.2288 Mbps; n接入方式 FDMA/CDMA; n調制方式 /4-QPSK, OQPSK;IS-95空中接口參數(shù)n

16、分集 RAKE接收, 天線分集；n信道編碼 卷積碼，K=9,R=1/3(反向)； K=9,R=1/2(前向)；n話音編碼 QCELP可變速率編碼器；n數(shù)據(jù)速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps；n正交擴頻 64進制WALSH碼；nPN序列周期 242-1 chips and 215 chips；一. 信道組成 在CDMA系統(tǒng)的無線鏈路中，各種邏輯信道都是由不同的碼序列來區(qū)分的。因為任何一個通信網絡除主要傳輸業(yè)務信息外，還必須傳輸有關的控制信息。對于大容量系統(tǒng)一般采用集中控制方式，以便加快建立鏈路的過程。為此，CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站到移動臺的傳遞方向（前向）上設置了導頻信道、同步信道、尋呼

17、信道和正向業(yè)務信道；在移動臺至基站的傳輸方向（反向）上設置了接入信道和反向業(yè)務信道。 CDMA蜂窩系統(tǒng)采用碼分多址方式，收、發(fā)使用不同載頻（收發(fā)頻差45MHz），即通信方式是頻分雙工。一個載頻包含64個邏輯信道，占有帶寬約1.25MHz。由于前向傳輸和反向傳輸?shù)囊蠛蜅l件不同，因此邏輯信道的構成及產生方式也不同。一. 信道組成基站MS導頻信道導頻信道同步信道同步信道尋呼信道尋呼信道正向業(yè)務信道正向業(yè)務信道反向業(yè)務信道反向業(yè)務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 一個載頻包含64個邏輯信道，占用帶寬1.25MHz。一. 信道組成n 正向傳輸?shù)男诺捞卣?個導頻信道

18、：用來傳送導頻信息，由基站連續(xù)不斷地發(fā)送一種直接序列擴頻信號，供移動臺從中獲得信道的信息并提取相干載波以進行相干解調，并可對導頻信號電平進行檢測，以比較相鄰基站的信號強度和決定是否需要越區(qū)切換。為了保證各移動臺載波檢測和提取可靠性，導頻信道的功率高于業(yè)務信道和尋呼信道的平均功率。例如導頻信道可占總功率的20%，同步信道占3%，每個尋呼信道占6%，剩下的分給業(yè)務信道。一. 信道組成n 正向傳輸?shù)男诺捞卣?個同步信道：用來傳輸同步信息，在基站覆蓋范圍內，各移動臺可利用這些信息進行同步捕獲。同步信道上載有系統(tǒng)時間和基站引導PN碼的偏置系數(shù)，以實現(xiàn)移動臺接收解調。同步信道在捕獲階段使用，一旦捕獲成功，

19、一般就不再使用。同步信道的數(shù)據(jù)速率是固定的，為1200bps。一. 信道組成n 正向傳輸?shù)男诺捞卣髯疃?個尋呼信道：供基站在呼叫建立階段傳輸控制信息，在每個基站有一個或幾個（最多7個）尋呼信道，當有市話用戶呼叫移動用戶時，經移動交換中心（MSC）或移動電話交換局（MTSO）送至基站，尋呼信道上就播送該移動用戶識別碼。通常，移動臺在建立同步后，就在首選的尋呼信道（或在基站指定的尋呼信道上）監(jiān)聽由基站發(fā)來的信令，當收到基站分配業(yè)務信道的指令后，就轉入指配的業(yè)務信道中進行信息傳輸。當小區(qū)內業(yè)務信道不夠用時，某幾個尋呼信道可臨時作為業(yè)務信道。在極端情況下，7個尋呼信道和一個同步信道都可改作業(yè)務信道。這

20、時，總數(shù)為64的邏輯信道中，除去一個導頻信道外，其余63個均用于業(yè)務信道，在尋呼信道上的數(shù)據(jù)速率是4800bps或9600bps，由經營者自行確定。一. 信道組成n 正向傳輸?shù)男诺捞卣?5個正向業(yè)務信道：業(yè)務信道載有編碼的語音或其他業(yè)務數(shù)據(jù)，除此之外，還可以插入必需的隨路信令，例如必須安排功率控制子信道，傳輸功率控制指令；又如在通話過程中，發(fā)生越區(qū)切換時，必須插入越區(qū)切換指令等。一. 信道組成n 反向傳輸?shù)男诺捞卣鱪個接入信道：與前向信道中的尋呼信道相對應，其作用是移動臺接續(xù)開始階段提供通路，即在移動臺沒有占用業(yè)務信道之前，提供由移動臺至基站的傳輸通路，供移動臺發(fā)起呼叫或對基站的尋呼進行響應，

21、以及向基站發(fā)送登記注冊的信息等。接入信道使用一種隨機接入協(xié)議，允許多個用戶以競爭的方式占用。在一個反向信道中，接入信道數(shù)n最多可達32個。一. 信道組成n 反向傳輸?shù)男诺捞卣?5個反向業(yè)務信道：反向業(yè)務信道與正向業(yè)務信道相對應。反向信道中信號特征、參數(shù)等既有相同點（和正向信道比），也有其自身的特點。在極端情況下，業(yè)務信道數(shù)m最多可達64個。每個業(yè)務信道用不同的用戶長碼序列加以識別。在反向傳輸方向上無導頻信道。二. 碼字都代表了什么n 有這么一組碼：有一定的互相關性，一定的自相關性，具有逼近白噪聲的統(tǒng)計特性，它們能用來做什么？n 地址碼 區(qū)分不同用戶，不同的信道；n 擴頻碼 提供擴頻增益，增加信

22、號傳送的可靠性； n 擾碼 一般在擴頻碼之后加擾，類似加密，不改變信號的帶寬，增加數(shù)據(jù)的隨機性。 二. 碼字都代表了什么n需要用碼字區(qū)分什么？n 反向（上行）要區(qū)分用戶 要足夠多，至少好分配，一個用戶一個地址碼。n 下行要區(qū)分信道 正交性要好，不串線。二. 碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字使用簡況碼字類型碼字類型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64階）階）地址碼地址碼標志不同信道標志不同信道擴頻碼擴頻碼長碼（長碼（242-1）擾碼擾碼對業(yè)務信道進行加擾對業(yè)務信道進行加擾地址碼地址碼標志不同用戶標志不同用戶短碼（短碼（215-1）地址碼地址碼標志不同小區(qū)標志不同小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)

23、地址碼地址碼標志不同小區(qū)標志不同小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)二. 碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字使用簡況碼字類型碼字類型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64階）階）地址碼地址碼標志不同標志不同信道信道擴頻碼擴頻碼長碼長碼（242-1）擾碼擾碼對業(yè)務信對業(yè)務信道加擾道加擾地址碼地址碼標志不同標志不同用戶用戶短碼短碼（215-1）地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)導頻信道導頻信道W0移動臺定時獲取、載波提移動臺定時獲取、載波提取、越區(qū)切換取、越區(qū)切換同步信道同步信道W32 ：同步調整：同步調整尋呼信道尋呼信道W1-W7 ：尋呼移：尋

24、呼移動臺和發(fā)出其他指令動臺和發(fā)出其他指令其它為正向業(yè)務信道其它為正向業(yè)務信道二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字使用簡況碼字類型碼字類型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64階）階）地址碼地址碼標志不同標志不同信道信道擴頻碼擴頻碼長碼長碼（242-1）擾碼擾碼對業(yè)務信對業(yè)務信道加擾道加擾地址碼地址碼標志不同標志不同用戶用戶短碼短碼（215-1）地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū) 由由接入信道接入信道和和反向反向業(yè)務信道業(yè)務信道組成。組成。 用戶采用用戶采用隨機接入隨機接入協(xié)議協(xié)議接入網絡，允許接入網絡，允許多個用戶以競

25、爭方式多個用戶以競爭方式占用占用二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字使用簡況碼字類型碼字類型前向信道前向信道反向信道反向信道Walah序列序列（64階）階）地址碼地址碼標志不同標志不同信道信道擴頻碼擴頻碼長碼長碼（242-1）擾碼擾碼對業(yè)務信對業(yè)務信道加擾道加擾地址碼地址碼標志不同標志不同用戶用戶短碼短碼（215-1）地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū)地址碼地址碼標志不同標志不同小區(qū)小區(qū)/扇區(qū)扇區(qū) PN碼長度為碼長度為21532768個個碼片，每個基站采用不同相位，碼片，每個基站采用不同相位，它們之間相差它們之間相差64個碼片，共計個碼片，共計215/64=512種碼型。即種碼型。

26、即可以區(qū)分可以區(qū)分512個基站個基站。三. 無線鏈路的歸納IS-95系統(tǒng)中正向與反向鏈路的幾個不同？1、調制方式選擇正向：QPSK （四相相移鍵控）。BS發(fā)導頻，MS可相干解調；反向：OQPSK（偏移四相相移鍵控）。MS發(fā)送，無導頻，BS為非相干解調，為了補償BS非相干解調帶來的S/N損失，采用OQPSK。相位不過零點，功率峰平比小，包絡變化小，功放可工作在高效的非線性狀態(tài)。2、數(shù)據(jù)的擴頻增益正向擴頻增益64；反向擴頻增益256。三. 無線鏈路的歸納IS-95系統(tǒng)中地址碼設計1、用戶地址碼 1）由移動臺產生，主要用于上行信道； 2）地址碼的結構設計，為保證數(shù)量，選用： ）以超長m序列（242-

27、1）為基礎； ）該超長m序列的結構是唯一不變的； ）不同移動用戶隨機分配一個延遲初相，并且與該移動臺電子序號ESN作掩碼模二加形成不同相位的地址碼。 三. 無線鏈路的歸納2、信道的地址碼1）基站64信道分配如下： i）1個導頻信道，采用全0的W0; ii）1個同步信道，采用0，1相間的W32; iii) 7個尋呼信道，采用W1至W7; iv) 55個業(yè)務信道，采用W8至W31,W33至W63。2) 采用Walshm復合碼擴頻，以獲得非同步情況下的較好的自相關性和互相關性能。三. 無線鏈路的歸納3、基站地址碼1）用以減少基站間的多用戶干擾，它由基站產生，在下行信道中實現(xiàn)。采用碼片周期為215-1

28、的短二進制擴頻序列（m序列）來進行調制。2）為了有效防止多址干擾，每個基站間至少相差64位，因此共計可區(qū)分512個基站。當多于512個基站時，可以再用頻分進行復組合。8.3當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.8CDMA系統(tǒng)的通信容量8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時 定時同步有兩個含義，一是系統(tǒng)定時，又叫全局定時，可采用GPS或移動交換中心

29、時間標準定時。在全局定時的諸多作用中，保證成功進行軟切換是其重要作用之一，要求定時精度不低于20ns；另一個是移動臺與基站（或系統(tǒng)）的定時同步，這個定時同步采用擴頻相關處理、幀同步和擴頻信號相位傳送相結合的辦法實現(xiàn)。 在CDMA系統(tǒng)中，各基站配有GPS接收機，保證系統(tǒng)中各基站有統(tǒng)一的時間基準，即CDMA蜂窩系統(tǒng)的公共時間基準。小區(qū)內所有移動臺均以基站的時間基準作為各移動臺的時間基準，從而保證全網的同步。8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時 CDMA系統(tǒng)的初始同步包括PN碼同步、符號同步、幀同步和擾碼同步等。IS-95系統(tǒng)通過導頻信道的捕獲建立PN碼同步和符號同步，通過同步信道的接收建立

30、幀同步和擾碼同步。擴頻序列的同步是擴頻系統(tǒng)接收機所要完成的首要步驟，沒有擴頻序列的同步，接收機的解調將無從談起。擴頻序列的同步可以通過捕獲和跟蹤兩個階段來完成。 在捕獲階段，獲取的是擴頻序列的粗同步，使本地產生的擴頻序列與接收到的擴頻序列之間的相位差小于某個門限，在實際系統(tǒng)中通常以半個碼片時間為間隔，進行粗同步。捕獲一旦完成，將啟動跟蹤環(huán)路，進一步精確地調整本地擴頻序列的相位，使本地序列與接收信號中的擴頻序列相位誤差更小，并且在外來因素干擾下能自動地保持這種高精度的相位對齊關系。8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時1. 擴頻序列的捕獲擴頻序列的捕獲 擴頻序列的捕獲是指接收機在開始接收擴

31、頻信號時調整和選擇本地擴頻序列的相位，使收發(fā)信機擴頻序列的相位一致，所以捕獲又叫擴頻序列的初始同步或粗同步過程。由于捕獲過程通常在載波同步之前進行，載波的相位是未知的，所以大多數(shù)的捕獲方法都是用非相干檢測。從理論上講，匹配濾波器方法是獲得偽隨機序列初始同步的最佳方案，但實現(xiàn)起來需要多個并行的支路，故適用于短周期PN序列的捕獲。PN序列的捕獲也可以采用基于滑動相關的串行捕獲方案，其本質是假設檢驗，相關器對所有可能的相位假設進行串行搜索，即先對當前不正確的假設進行測試并將其排除，再進行下一個假設的測試。顯然這種串行搜索的方法需要較多的時間去排除錯誤的相位，故相位搜索速度較慢。8.4 IS-95 C

32、DMA系統(tǒng)的同步和定時2. 定時跟蹤技術定時跟蹤技術 完成擴頻序列的捕獲以后，本地序列相位同接收信號的相位基本一致，通常誤差在1/2個碼片時間之內。由于收發(fā)時鐘的不穩(wěn)定性、收發(fā)信機之間的相對運動以及傳播路徑時延變化等因素，已同步的本地序列相位會出現(xiàn)某種抖動偏差。因此擴頻通信系統(tǒng)為了保證準確、可靠地工作，除了要實現(xiàn)擴頻序列的捕獲，還要進行擴頻序列的跟蹤。跟蹤過程又叫細同步過程，跟蹤環(huán)路不斷校正本地序列發(fā)生的時鐘相位，使本地序列的相位變化與接收信號相位變化保持一致，實現(xiàn)對接收信號的相位鎖定。跟蹤的本質在于正確估計出本地序列與接收信號的相位差，并根據(jù)相位差產生能減小該相位差的控制信號，保證本地序列相

33、位變化與接收信號一致。偽隨機序列的定時跟蹤通?？梢圆捎没谘舆t門定時誤差檢測器的延遲鎖定環(huán)。8.4當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議一. 多址干擾n 概念：指在CDMA通信系統(tǒng)中，共用頻帶用戶的擴頻信號在時域和頻域上互相重疊，這些非理想正交的信號互相之間的干擾稱為多址干擾。n 多址干擾產生的原因PN碼不是理想正交的；同步不理想；多徑影響。二. 遠近效應

34、n遠近效應概念：近地強信號壓制遠地弱信號的現(xiàn)象。即近地強信號的功率電平會遠遠大于遠地弱信號的功率電平。 GSM系統(tǒng)有遠近效應嗎？ 每200kHz劃分一個頻段，如果一個手機發(fā)射功率過大，只是干擾同頻或鄰頻的手機。主要發(fā)生在IS-95上行信道。如果移動臺功率是固定的，按照最大通信距離設計，則當移動臺接近基站時，產生過量的功率輻射。 遠近效應示意圖反向d2d1前向S1S2MS2MS1若d2/d1=100，則S1/S2將達近80dB ! 強抑弱！三. 功率控制n概念：根據(jù)通信距離的不同，實時調整發(fā)射機所需功率，使得接收電平剛剛達到信干比門限。n功率控制是個重要的命題 資源有限復用干擾功控GSM系統(tǒng)中的

35、功率控制先談談GSM系統(tǒng)中的功控n 在GSM系統(tǒng)中，無論是基站還是手機的發(fā)射功率都是由BSC來進行控制的，劃分為進入連接模式之前和進入連接模式之后。n 在連接模式之前，手機基本跟收音機差不多，收聽系統(tǒng)消息，基本上不會對網絡造成干擾。 n 但是BSC還是盡責的告訴手機，第一次接入系統(tǒng)時最大的信道發(fā)射功率。n 手機以隨機接入信道接入網絡時，就以上面提到的最大功率接入，如果手機本身能提供的功率低于這個值，就以后者功率接入。GSM系統(tǒng)中的功率控制n 一旦進入了專用模式，功控就很重要了，基站對上行鏈路的接收電平和接收質量進行測量，并傳送給BSC 。 n 手機當前的發(fā)送功率，通過慢輔助控制信道SACCH傳

36、給BTS，由BTS給BSC，BSC對以上因素加以考慮，決定如何調整手機的發(fā)射功率。n BSC如果要調整功率，那么就在下行的SACCH信道中設置改變手機功率的命令。手機收到后，就按該值傳輸。n 如果功率需要改變幅度太大，還是需要時間的，手機功率最大變化速率是每13幀（60ms）以2dB的速率變化。上行功控范圍2030dB。GSM系統(tǒng)中的功率控制n除了上行鏈路，下行鏈路也是需要調整功率的。n問題：對于下行鏈路是不是所有的載頻都可以參加功率控制？ 廣播控制信道BCCH的載頻不參加功率控制，因為小區(qū)內的手機需要檢測其電平來完成小區(qū)選擇和重選，功率的變化會讓手機在選擇小區(qū)上無所適從。CDMA系統(tǒng)中的功率

37、控制nCDMA系統(tǒng)功率控制的目的克服遠近效應減少多址干擾手機的低功耗n分類反向功率控制與正向功率控制開環(huán)功率控制與閉環(huán)功率控制反向功率控制與正向功率控制n反向功率控制使移動臺無論處于什么位置，其信號在到達基站的接收機時，都有相同的電平門限。n正向功率控制調整基站向移動臺發(fā)射的功率，使任一移動臺無論處于小區(qū)的什么位置，收到基站的信號電平都剛剛達到信干比要求的門限。開環(huán)功率控制1. 移動臺的開環(huán)功率控制移動臺的開環(huán)功率控制 移動臺的開環(huán)功率控制是指移動臺根據(jù)接收的基站信號強度來調節(jié)移動臺發(fā)射功率的過程。其目的是使所有移動臺達到基站的信號功率相等，以避免“遠近效應”影響擴頻CDMA系統(tǒng)對碼分信號的接

38、收。 系統(tǒng)內的每一個移動臺，根據(jù)所接收的前向鏈路信號強度來判斷傳播路徑損耗，并調節(jié)移動臺的發(fā)射功率。接收的信號越強，移動臺的發(fā)射功率應越小。1. 移動臺的開環(huán)功率控制 必須指出的是，當前向鏈路和反向鏈路的載波頻率之差大于無線信道相干帶寬時，因為前向信道和反向信道的不相關性，這種依前向信道信號電平來調節(jié)移動臺發(fā)射功率的開環(huán)調節(jié)是不完善的，調節(jié)精度不高。為此，需要采用后面即將介紹的閉環(huán)控制。 移動臺的開環(huán)功率控制應是一種快速響應的功率控制，其響應時間僅為幾微妙，動態(tài)范圍為85dB。因此，開環(huán)功率控制發(fā)生在移動臺初始接入階段，只能粗略估計發(fā)射功率，僅是一種對移動臺平均發(fā)射功率的調節(jié)。 這種功率調節(jié)方

39、式的優(yōu)點是直接、簡單，不需要在移動臺和基站之間交換控制信息，控制速度快而且節(jié)省開銷。2. 基站的開環(huán)功率控制 基站的開環(huán)功率控制是指基站根據(jù)接收的每個移動臺傳送的信號質量信息來調節(jié)基站業(yè)務信道發(fā)射功率的過程。其目的是在保證所有移動臺通信質量的條件下，使基站的發(fā)射功率為最小。 因為前向鏈路功率控制將影響眾多移動用戶的通信，所以每次的功率調節(jié)量很小，均為0.5dB，調節(jié)的動態(tài)范圍也有限，為標稱功率的6dB。調節(jié)速率也較低，為每1520ms一次。閉環(huán)功率控制1. 移動臺的閉環(huán)功率控制移動臺的閉環(huán)功率控制 在移動臺開環(huán)功率控制中，移動臺發(fā)射功率的調節(jié)是基于前向信道的信號強度，因此調節(jié)精度不高。為了能估

40、算出瑞利衰落信道下對移動臺發(fā)射功率的調節(jié)量，則需要采用閉環(huán)功率控制的方法。 移動臺的閉環(huán)功率控制是指移動臺根據(jù)基站發(fā)送的功率控制指令（功率控制比特攜帶的信息）來調節(jié)移動臺的發(fā)射功率的過程?；緶y量所接收到的每一個移動臺的信噪比，并與一個門限相比較，決定發(fā)給移動臺的功率控制指令是增大或減少它的發(fā)射功率。移動臺將接收到的功率控制指令與移動臺的開環(huán)估計相結合，來確定移動臺閉環(huán)控制應發(fā)射的功率值。在功率控制的閉環(huán)調節(jié)中，基站起主導作用。1. 移動臺的閉環(huán)功率控制 移動臺的閉環(huán)功率控制的指標主要有以下兩個：1) 功率控制比特。基站的功率控制指令是由功率控制比特傳送的。功率控制比特為“0”時，表示要增加發(fā)

41、射功率；當功率控制比特為“1”時，表示要減少發(fā)射功率。2) 閉環(huán)功率控制調節(jié)能力。移動臺功率控制的閉環(huán)校正能力為每一功率控制比特的功率校正為1dB，并應在1.25ms內完成。移動臺閉環(huán)功率控制調節(jié)范圍為開環(huán)估計輸出功率電平的 24dB。2. 基站的閉環(huán)功率控制 基站的閉環(huán)功率控制是指基站根據(jù)移動臺的監(jiān)測報告來調節(jié)發(fā)向移動臺的功率。以正向業(yè)務信道發(fā)射功率為例，移動臺監(jiān)測正向業(yè)務信道幀的質量，并周期性地向基站報告幀質量計算結果；基站周期性地調整發(fā)向移動臺的功率，與此同時將移動臺的幀指令計算結果與一閾值進行比較，以確定分配給正向業(yè)務信道的功率是增加了還是減小了，并根據(jù)此結果決定是增加還是減小發(fā)射功率

42、。 基站功率控制的調節(jié)速率逢每個聲碼器幀調節(jié)一次，或按每1520ms變化一次，它比移動臺功率控制的變化速率低。功率控制的主要參數(shù) 功率控制的主要參數(shù)有以下兩個：n功控速率：多長時間功控一次；n功控步長：每次功控調整的步長。功率控制的主要參數(shù)n功率控制的速率設置功控時間間隔過長，會導致無線信號的電平跟不上無線環(huán)境的變化，突然的衰落和干擾會導致掉話；功控時間越短越有利于無線信號應對無線環(huán)境的變化，但會增加對系統(tǒng)計算能力和復雜性的要求。理想的功率控制是剛好跟上信道的變化速率，但跟上的程度是和干擾的程度有關的。干擾程度越高越希望能跟上信道的變化速率，因此對3G主流標準的功率控制頻率滿足以下關系： WC

43、DMA cdma2000 TD-SCDMA4、功率控制1、3G概述n3G系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)的技術比較功率控制的主要參數(shù)n功率控制的步長設置如果每次功控調整的步長過小，就跟不上無線環(huán)境的變化；如果每次調整步長過大，例如增加功率過大，會導致功率供給大于功率需求，造成資源浪費，引起干擾；降低功率過大，會導致信號電平降低過快，引起通話質量下降甚至掉話。三. 功率控制n功率控制的步長設置功控的步長一般采用“快升慢降”原則： 例如，如果需要增大功率，功率每次增加0.5dB；而如果需要降低功率，每次只降低0.2dB。 若無線環(huán)境突然變壞，為了保證通話質量，避免掉話，應迅速把功率升上去；當不需要這么大功率時，慢

44、慢降下來。8.5當 前 章 節(jié)8.1 IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程8.2 IS-95 CDMA與蜂窩結構的關系8.3無線鏈路8.4 IS-95 CDMA系統(tǒng)的同步和定時8.5 IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游8.7系統(tǒng)接口和信令協(xié)議8.6 IS-95 CDMA系統(tǒng)的軟切換及其漫游 軟切換是建立在CDMA系統(tǒng)宏分集接收基礎上的一種技術，它已成功地應用于IS-95CDMA系統(tǒng)，并被第三代移動通信系統(tǒng)所采納。軟切換是IS-95系統(tǒng)引入的一個新概念，除了技術實現(xiàn)上的改善之外，還給通信話音質量和系統(tǒng)容量等方面帶來了增益。8.6.1 CDMA

45、切換分類 在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，像模擬蜂窩系統(tǒng)和數(shù)字蜂窩系統(tǒng)一樣，存在著移動用戶越區(qū)切換及漫游的信道切換。不同的是，F(xiàn)DMA、TDMA系統(tǒng)均采用硬切換，而在CDMA蜂窩系統(tǒng)中的信道切換可分為兩大類：硬切換和軟切換。 硬切換是指在載波頻率指配不同的基站覆蓋小區(qū)之間切換，這種硬切換將包括載波頻率和引導信道PN序列偏移的轉換。在切換過程中，移動用戶與基站的通信鏈路有一個很短的中斷時間。8.6.1 CDMA切換分類 軟切換是指在引導信道的載波頻率相同時小區(qū)之間的信道切換，這種軟切換只是引導信道PN序列偏移的轉換，而載波頻率不發(fā)生變化。在切換過程中，移動用戶與原基站和新基站都保持著通信鏈路，可同時與兩個

46、（或多個）基站通信，然后才斷開與原基站的鏈路，保持與新基站的通信鏈路。因此，軟切換沒有通信中斷的現(xiàn)象，提高了通信質量。8.6.1 CDMA切換分類 軟切換還可細分為更軟切換和軟/更軟切換。 更軟切換是指在一個小區(qū)內的扇區(qū)之間的信道切換。這種切換只需通過小區(qū)基站便可完成，不需通過移動交換中心的處理。 軟/更軟切換是指在一個小區(qū)內的扇區(qū)與另一小區(qū)或另一小區(qū)的扇區(qū)之間進行的信道切換。 IS-95標準支持3種類型的切換：軟切換、CDMA網中的硬切換、CDMA到模擬的切換（移動臺從一個CDMA業(yè)務信道切換到一個模擬AMPS話音信道）。硬切換與軟切換的比較n 硬切換的缺點：需要改變頻率，是“先中斷后轉換”

47、。如果找不到空閑信道，切換就失敗。此外，在兩個小區(qū)交界邊緣，信號電平都很弱且起伏變化，可能導致移動臺在兩個基站之間反復切換，增加系統(tǒng)負荷。n 軟切換的優(yōu)點：不改變頻率，減小通信中斷的概率?！跋绒D換后中斷”，為分集接收提供了條件。硬切換的示意圖先斷后連，易產生切換掉話、乒乓切換軟切換的示意圖先連后斷8.6.2 CDMA的軟切換過程 當移動臺慢慢離開原來的服務小區(qū)，將要進入另一個服務小區(qū)時，原基站與移動臺之間的鏈路由新基站與移動臺之間的鏈路來取代，這就是切換的含義。 在CDMA系統(tǒng)軟切換過程中，移動臺需要不斷搜索導頻信號并測量其信號強度，并將測量結果通知基站，為了有效地對導頻信號進行搜索，IS-9

48、5中的導頻信道被分為有效集、候選集、鄰近集和剩余集4個集合。8.6.2 CDMA的軟切換過程 有效集由具有足夠強度并正在參與移動臺接收的導頻組成。 候選集是由曾經在有效集中，或是強度超過T_ADD（導頻信號增加門限），或候選集中的一個導頻的強度超過有效集中任意導頻強度的0.5 T_COMP dB（T_COMP是指有效集與候選集比較門限），或有效集的導頻低于T_ADD，并且持續(xù)時間達到T_DROP（去掉導頻信號定時器值）時，移動臺會向基站發(fā)射導頻強度測量消息，報告導頻搜索的結果。同時導頻強度測量消息中還應報告相關的PILOT_ARRIVAL（導頻信道相對于移動臺時間基準的相對時間間隔）值。8.6.2 CDMA的軟切換過程 對于某一個小區(qū)基站的導頻信號而言，