移動通信課件：14次課 第08章 IS-95 CDMA-1

1、14-1數(shù)字移動通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計報告Digital Mobile Communication數(shù)字移動通信數(shù)字移動通信第八章IS-95 CDMA移動通信系統(tǒng)14-2第八章講述內(nèi)容8.1 IS-95 CDMA發(fā)展過程8.2IS-95 CDMA與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系8.3無線鏈路8.4 同步和定時14-3第八章本次課要回答的問題：IS-95 CDMA的無線信道是如何構(gòu)成的？IS-95 CDMA前向和反向信道的組成及系統(tǒng)控制功能。重點：PN碼在IS-95 CDMA中的用法及作用14-4第八章講述內(nèi)容8.1 IS-95 CDMA發(fā)展過程8.2IS-

2、95 CDMA與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系8.3無線鏈路8.4 同步和定時14-58.1 發(fā)展過程第二代移動通信系統(tǒng)IS-95的提出：1993年7月美國Qualcomm公司開發(fā)的CDMA蜂窩體制。該體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標準，定名為IS-95。窄帶碼分多址（N-CDMA）。第三代移動通信系統(tǒng)以CDMA體制為主流。四大標準：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、 WiMAX14-6關(guān)于IS-95系統(tǒng) IS-95系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)基于擴頻通信技術(shù)（軍轉(zhuǎn)民）是一種支持蜂窩組網(wǎng)的多用戶擴頻通信技術(shù)碼分多址（CDMA）技術(shù)與傳統(tǒng)擴頻技術(shù)比，功率控制是它成功的關(guān)鍵 何謂“IS-95”IS-95是美國TIA給基

3、于CDMA第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)的標準代號，即（ Interim Standard 95 ）。 IS-95的地位是第一個CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)規(guī)范它的CDMA技術(shù)框架是后來CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)14-7IS-95系統(tǒng)的誕生 產(chǎn)生背景 數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)開發(fā)興起（1980年代中后期） 冷戰(zhàn)結(jié)束，技術(shù)“軍轉(zhuǎn)民”成為可能 技術(shù)推動Qualcomm高通公司：主要發(fā)明者美國TIA：標準化組織韓國政府：“第一個吃螃蟹者” 主要里程碑 1991年高通在西雅圖的試驗； 1993年被TIA確定為IS-95標準 1993年4月韓國購買生產(chǎn)許可并很快成功建網(wǎng) 1994年3月中國開始試驗，1998年11月試運營網(wǎng)

4、開通（133網(wǎng)）開通， 2002年4月聯(lián)通新時空CDMA網(wǎng)絡(luò)正式運營14-8IS-95系統(tǒng)的標準系列 IS-95的一些后續(xù)標準IS-99：為IS-95提供無線數(shù)據(jù)鏈接協(xié)議。IS-657：專門為IS-95提供直接接入Internet協(xié)議，支持所有的TCP/IP/PPP協(xié)議。IS-95B：為IS-95成為寬帶系統(tǒng)而寫。IS-95C：于1999年開展制訂，完全兼容IS-95A、B。14-9CDMA的特征多址方式的原理FDMA：依靠不同頻率區(qū)分用戶TDMA：依靠不同時隙區(qū)分用戶CDMA：依靠不同波形區(qū)分用戶多用戶CDMA信號在時域和頻域是互相重疊的，接收機采用相關(guān)器選出本地用戶信號。CDMA系統(tǒng)采用直

5、擴（DS），頻分雙工（FDD）。傳輸信息業(yè)務(wù)信息控制信息14-10CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的總體區(qū)別（1）CDMA手機采用了先進的切換技術(shù)：軟切換技術(shù)，使得CDMA手機的通話可以與固定電話媲美。（2）使用CDMA網(wǎng)絡(luò)，運營商的投資相對減少，這就為CDMA手機資費的下調(diào)預(yù)留了空間。（3）因采用以擴頻通信為基礎(chǔ)的一種調(diào)制和多址通信方式，其容量比模擬技術(shù)高10倍，超過GSM網(wǎng)絡(luò)約4倍。（4）基于寬帶技術(shù)的CDMA使得移動通信中視頻應(yīng)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(wù)中走向?qū)拵Ф嗝襟w應(yīng)用。14-11CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較1覆蓋范圍這里給出在同樣環(huán)境的小區(qū)半徑下CDM

6、A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。14-12CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較1覆蓋范圍另一個驗證GSM小區(qū)覆蓋范圍的方法是考慮GSM蜂窩小區(qū)支持相應(yīng)模擬蜂窩小區(qū)的用戶數(shù)。14-13CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較2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(shè)備投資、固定資產(chǎn)、場地建設(shè)、頻譜、回程和維護費用。另外，因為GSM宣稱其頻率復(fù)用為3/9，任何基站小區(qū)或扇區(qū)在超過初始規(guī)劃時，網(wǎng)絡(luò)需要做復(fù)雜和高昂的重構(gòu)工作。由于CDMA其頻率復(fù)用系數(shù)為1，增加小區(qū)或扇區(qū)快速方便

7、，且不影響現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，CDMA的這種便利性可使PTT或運營者在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面“接近完美正確無誤”。14-14CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較3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(fù)用容量)。 4話音清晰度 話音清晰度受空中接口技術(shù)的空間傳播特性和聲碼器設(shè)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在前向糾錯編碼能力上比CDMA差。14-15CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的具體比較5手機輻射 目前普遍使用的GSM手機9

8、00MHz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0.2W-1W，實際上目前網(wǎng)絡(luò)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(shù), 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! (CDMA系統(tǒng)通常要解擴后信號的值為7dB左右）14-16第八章講述內(nèi)容8.1 IS-95 CDMA發(fā)展過程8.2IS-95 CDMA與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系8.3無線鏈路8.4 同步和定時14-17IS-95空口參數(shù)運營頻段 8

9、24 849MHz (反向) ；869 894MHz (前向)雙工方式 FDD，間隔45MHz載波間隔 1.25 MHz信道速率 1.2288 Mbps （為什么要這么設(shè)置？）接入方式 FDMA/CDMA 調(diào)制方式 /4-QPSK, OQPSK分集 RAKE(移動臺2-3指，基站3指)接收，天線分集信道編碼 卷積碼，K=9,R=1/3(反向)；K=9,R=1/2(前向)話音編碼 QCELP可變速率編碼器數(shù)據(jù)速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交擴頻 64進制WALSH碼PN序列周期 242-1 chips and 215 chips14-18 一、信號帶寬帶寬1.25MHz，擴頻碼速

10、率1.2288M chip/s，其確定基于以下考慮：1、頻譜資源的限制10條1.25MHz的CDMA信道2、系統(tǒng)容量頻譜效率，信號帶寬與信息速率之比3、多徑分離多徑延遲為1100us，為實現(xiàn)多徑分離，要求擴頻碼序列的碼片周期小于1us，即擴頻碼速率應(yīng)大于1M4、擴頻處理增益14-19二、小區(qū)和扇區(qū)小區(qū)和扇區(qū)的基站識別問題。不同的1.25MHz系統(tǒng)采用頻分復(fù)用。相同的1.25MHz系統(tǒng)采用碼分復(fù)用。PN碼長度為21532768個碼片，每個基站采用不同相位，它們之間相差64個碼片，共計215/64=512種碼型。即可以區(qū)分512個基站。如果需求大于512個基站，如何處理？14-20第八章講述內(nèi)容8

11、.1 IS-95 CDMA發(fā)展過程8.2IS-95 CDMA與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系8.3無線鏈路8.4 同步和定時14-21一、信道組成基站MS導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道正向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道接入信道前向CDMA信道反向CDMA信道一個載頻包含64個邏輯信道，占用帶寬1.25MHz。14-22一、信道組成正向傳輸?shù)男诺捞卣?個導(dǎo)頻信道：移動臺定時獲取、載波提取、越區(qū)切換1個同步信道：同步調(diào)整7個尋呼信道：尋呼移動臺和發(fā)出其他指令55個正向業(yè)務(wù)信道：業(yè)務(wù)通信反向傳輸?shù)男诺捞卣鱪個接入信道：n=32尋呼道數(shù)55個反向業(yè)務(wù)信道：業(yè)務(wù)通信14-23IS-95空口參數(shù)運營頻段 824 849MHz (反向)

12、；869 894MHz (前向)雙工方式 FDD，間隔45MHz載波間隔 1.25 MHz信道速率 1.2288 Mbps接入方式 FDMA/CDMA 調(diào)制方式 /4-QPSK, OQPSK分集 RAKE(移動臺2-3指，基站3指)接收，天線分集信道編碼 卷積碼，K=9,R=1/3(反向)；K=9,R=1/2(前向)話音編碼 QCELP可變速率編碼器數(shù)據(jù)速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交擴頻 64進制WALSH碼PN序列周期 242-1 chips and 215 chips這幾種碼代表了什么含義？14-24二、碼字都代表了什么碼字能干什么？有這么一組碼：有一定的互相關(guān)性，一定的

13、自相關(guān)性，具有逼近白噪聲的統(tǒng)計特性，它們能用來做什么？地址碼 區(qū)分不同用戶，不同的信道擴頻碼 提供擴頻增益，增加信號傳送的可靠性 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。 特殊用途14-25二、碼字都代表了什么需要用碼字區(qū)分什么？申請接入 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（月租費問題）允許接入 下行要區(qū)分信道 正交性要好，不串線不管前向后向都要區(qū)分小區(qū)/扇區(qū)！14-26二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字類型前向信道反向信道Walah序列（64階）地址碼標志不同信道擴頻碼長碼（242-1）擾碼對業(yè)務(wù)信道進行加擾地址碼標志不同用戶

14、短碼（215-1）地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)14-27二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字類型前向信道反向信道Walah序列（64階）地址碼標志不同信道擴頻碼長碼（242-1）擾碼對業(yè)務(wù)信道加擾地址碼標志不同用戶短碼（215-1）地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)導(dǎo)頻信道W0移動臺定時獲取、載波提取、越區(qū)切換同步信道W32 ：同步調(diào)整尋呼信道W1-W7 ：尋呼移動臺和發(fā)出其他指令其它為正向業(yè)務(wù)信道14-28二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字類型前向信道反向信道Walah序列（64階）地址碼標志不同信道擴頻碼長碼（242-1）擾碼對業(yè)務(wù)信道加擾地址碼標志不同

15、用戶短碼（215-1）地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū) 由接入信道和反向業(yè)務(wù)信道組成。 用戶采用隨機接入?yún)f(xié)議接入網(wǎng)絡(luò)，允許多個用戶以競爭方式占用14-29二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字類型前向信道反向信道Walah序列（64階）地址碼標志不同信道擴頻碼長碼（242-1）擾碼對業(yè)務(wù)信道加擾地址碼標志不同用戶短碼（215-1）地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū) PN碼長度為21532768個碼片，每個基站采用不同相位，它們之間相差64個碼片，共計215/64=512種碼型。即可以區(qū)分512個基站。問題：如果需求大于512個基站，如何處理？ 不同的1.25MHz系

16、統(tǒng)采用頻分復(fù)用，相同的1.25MHz系統(tǒng)采用碼分復(fù)用。14-30二、碼字都代表了什么碼字使用簡況碼字類型前向信道反向信道Walah序列（64階）地址碼標志不同信道擴頻碼長碼（242-1）擾碼對業(yè)務(wù)信道進行加擾地址碼標志不同用戶短碼（215-1）地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)地址碼標志不同小區(qū)/扇區(qū)14-31三、數(shù)據(jù)速率的考慮對任何可能的數(shù)據(jù)速率，保證19.2kbps的基帶符號速率。方法：數(shù)據(jù)速率少于9600bps時，從卷積編碼器產(chǎn)生的符號在塊交織前都要重復(fù)。數(shù)據(jù)速率為4800bps，每個符號重復(fù)1次。數(shù)據(jù)速率為2400bps，每個符號重復(fù)3次。數(shù)據(jù)速率為1200bps，每個符號重復(fù)7次。14-32三

17、、數(shù)據(jù)速率的考慮業(yè)務(wù)信道組成框圖對任何可能的數(shù)據(jù)速率，保證28.8kbps的基帶符號速率。方法：數(shù)據(jù)速率少于9600bps時，從卷積編碼器產(chǎn)生的符號在塊交織前都要重復(fù)。數(shù)據(jù)速率為4800bps，每個符號重復(fù)1次。數(shù)據(jù)速率為2400bps，每個符號重復(fù)3次。數(shù)據(jù)速率為1200bps，每個符號重復(fù)7次。重復(fù)的碼元是重復(fù)發(fā)送多次，還是除了發(fā)送其中的某一個碼元外，其余的重復(fù)碼元將全部被刪除，為什么？為了減少移動臺的功耗和減小干擾（反向是沒有導(dǎo)頻信道的），只允許所需碼元輸出，而刪除其他重復(fù)的碼元。14-33無線鏈路的歸納一、IS-95系統(tǒng)中正向與反向鏈路的幾個不同？1、調(diào)制方式選擇?正向：QPSK。BS

18、發(fā)導(dǎo)頻，MS可相干解調(diào)；反向：OQPSK。MS發(fā)送，無導(dǎo)頻，BS為非相干解調(diào)，為了補償BS非相干解調(diào)帶來的S/N損失，采用OQPSK。相位不過零點，功率峰平比小，包絡(luò)變化小，功放可工作在高效的非線性狀態(tài)。如果峰平比大，則功放的效率很低。14-34無線鏈路的歸納一、IS-95系統(tǒng)中正向與反向鏈路的幾個不同？2、數(shù)據(jù)的擴頻增益?正向擴頻增益64；反向擴頻增益256。14-35無線鏈路的歸納二、IS-95系統(tǒng)中地址碼設(shè)計？1、用戶地址碼 1）由移動臺產(chǎn)生，主要用于上行信道 2）地址碼結(jié)構(gòu) 為保證數(shù)量，選用：）以超長m序列（242-1）為基礎(chǔ)；）該超長m序列的結(jié)構(gòu)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；iV）延遲相位初相與作掩碼用的移動臺ESN是一一對應(yīng)的。 14-36無線鏈路的歸納二、IS-95系統(tǒng)中地址碼設(shè)計？2、信道的地址碼1）基站64信道分配如下： i）1個導(dǎo)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