1516秋移動_8t第8章碼分多址IS-95CDMA系統(tǒng)

1、第8章碼分多址 IS-95 CDMA系統(tǒng)本章要點(diǎn)：8.18.2概述IS-95CDMA蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸X8.1概述IS-95推向CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)是上世紀(jì)90年代的一套成數(shù)字移動通信系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)： 以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)，以地址碼來區(qū)分站址，同時以小區(qū)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)頻率再用。CDMA系統(tǒng) 包含了擴(kuò)頻技術(shù)，多址技術(shù)和蜂窩技術(shù)的現(xiàn)代新型的通信方式。CDMA蜂窩移動系統(tǒng)是建立在擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)之上的，因而具有抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗、抗多徑時延擴(kuò)展和具有大的系統(tǒng)容量等一系列優(yōu)越的性能。X第二代移動通信系統(tǒng) IS-95的提出：年月m公司開發(fā)的數(shù)字蜂窩標(biāo)CDMA蜂窩體制。該體制被采納為準(zhǔn)，定名為IS-

2、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(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAXX1IS-95空中接標(biāo)準(zhǔn)IS-95公共空中接口是TIA于1993年的雙模式（CDMA/S）的標(biāo)準(zhǔn)，簡稱Q-CDMA標(biāo)準(zhǔn)，主要包括下列幾部分。（1）頻段下行：869MHz894MHz（發(fā)射） 頻帶寬度：25MHz上行：824 MHz849MHz（移動臺發(fā)射）（2）信道數(shù)每一載頻：64（碼分信道）；每一小區(qū)可分為3個扇形區(qū)，可共用一個載頻；每一網(wǎng)絡(luò)分為9個載頻，其中收、發(fā)各占12.5MHz，共占25MHz頻段。X口（3）射頻帶寬第一頻道：2 1.77

3、MHz；其他頻道：2 1.23MHz。載波間隔（4）調(diào)制方式1.25 MHz：QPSK；移動臺：OQPSK。擴(kuò)頻方式DS（直接序列擴(kuò)頻）。語音編碼可變速率CELP，最大速率為8kbit/s，最大數(shù)據(jù)速率為9.6kbit/s。每幀時間為20ms。X（7）信道編碼：卷積編碼交織編碼：交織間距20ms。PN碼：碼片的速率為：1.2288Mc/s； m序列，周期為：215 1=32768；m序列，周期為：242 164個正交函數(shù)組成64個碼分信道。(8）導(dǎo)頻、同步信道它們供移動臺做載頻和時間同步時使用。（9）多徑利用多徑利用采用RAKE接收方式，移動臺為3個，（指3條路徑、4條路徑）。為4個X2碼分多

4、址的幾個主要特征(1)通信容量大：根據(jù)理論分析， CDMA蜂窩系統(tǒng)比模擬和數(shù)字蜂窩系統(tǒng)具有更大的通信容量。(例：每小區(qū)信道數(shù))TACS： 1.25 MHz帶寬 = 25kHz50個信道；小區(qū)群N=7，則每個小區(qū)的信道數(shù)：7.1 ch/cellGSM： 1.25MHz/200KHz8時隙=6.25 8=50個時隙小區(qū)群N=4，則每個小區(qū)的信道數(shù)：12.5 ch/cellCDMA： 1.25MHz：N=（1+（W/Rb)/(Eb/N0)/d)GF設(shè) Bt=1.25MHz， Rb=9.6kbit/s, d=0.35;Eb/N0=7dB;N=1則：N=115（ch/cell）G=2.55,F=0.6,

5、 9mGSMmCDMmSX復(fù)習(xí)： CDMA蜂窩系統(tǒng)的容量CDMA系統(tǒng)的容量屬于干擾受限的。干擾的增加將引起容量的減小。一般擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的 載干比可以表示為C/b0IW / Rb0考慮 m個用戶共用一個無線頻道， 每一用戶的信號都受到其他m-1 個用戶的o 若到達(dá)一的信號強(qiáng)度和各個干擾強(qiáng)度都一樣， 則載干比為CIk1W / Rm 1 b(m 1) P kd m 1/ W / Rb0m 1 b/b0上式表明：在誤碼率一定條件下，Eb /N0 越小(歸一化信噪比），系統(tǒng)可容納的用戶數(shù)越大。X話音激活期的影響測試表明：人類35%左右。的激活期(占空比d)通常只有利用話音激活技術(shù)，在用戶有話音才發(fā)射信號

6、，可使其他通信中的用戶的背景干擾減小65%，能提高系統(tǒng)容量到1/d=1/0.35=2.86倍。令話音的占空比為d,則:Im 1 ( W / Rb1 m 1信道/ 小區(qū)）Eb /0X扇區(qū)的作用用120的定向天線把小區(qū)分成三個扇區(qū)，可以把背景干擾減小到原值的1/3,而可以提高容量，所以提高的約3倍。由于相鄰天線覆蓋區(qū)有倍數(shù)約為，G2.55=3，（G為扇區(qū)分區(qū)系數(shù)）則：設(shè)1個扇區(qū)的用戶數(shù)為m1( W / Rb1m 1)信道/ 扇區(qū)1E /b m m1 G0信道/ 小區(qū)X因例：設(shè)W=1.25MHz，R=9600bps，最小可接受的Eb/N0=10dB ,求以下兩種情況時一個單小區(qū)CDMA系統(tǒng)中能支持的

7、最大用戶數(shù)。（1）全向天線和沒有語音激活監(jiān)測（2）采用3扇區(qū)和d=1/2 語音激活監(jiān)測解： （1） m 1 1.25 106 / 9600 W / R 1 1 13 14b/10b0（2）每扇區(qū)用戶數(shù)1.25 106 / 9600 W / R1 m 1 1 6 21 27b110 5.0E/ Ndb0一個小區(qū)3個扇區(qū)用戶數(shù)：m=3m1=81信道/小區(qū)X(2) 軟容量特性：CDMA系統(tǒng)的全部用戶共個無線信道，用戶信號的區(qū)分只靠所用碼型的不同， 因此當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的負(fù)荷滿載時， 另外增加少量用戶只會引起話音質(zhì)量的輕微下降(或者說信干比稍微降低)， 而不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。(3)軟切換特性：CDMA蜂窩系統(tǒng)

8、具有“軟切換”功能。 即在過區(qū)切換的起始階段， 由原小區(qū)的與新小區(qū)的同時為過區(qū)的移動臺服務(wù)， 直到該移動臺與新之間建立起可靠的通信鏈路后， 原才中斷它和該移動臺的聯(lián)系。X(4) 采用了話音激活等技術(shù)以提高通信容量：系統(tǒng)可以充分利用人類的不連續(xù)特性來實(shí)現(xiàn)話音激活技術(shù)， 以提高系統(tǒng)的通信容量。(5) 具有很好的性能：CDMA蜂窩系統(tǒng)以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)， 因而它具有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的優(yōu)點(diǎn)， 如抗人為干擾、白噪聲、抗窄帶和寬帶干擾、 抗多徑、抗多徑時延擴(kuò)展和具有性等。X3CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的多址干擾和功率控制（1） CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的多址干擾在接收某一移動臺的信號時， 會受到本小區(qū)和鄰近小區(qū)其他

9、移動臺所發(fā)信號的干擾；移動臺在接收所屬發(fā)來的信號時， 會受到所屬和鄰近向其他移動臺所發(fā)信號的干擾。X（2） CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的功率控制遠(yuǎn)近效應(yīng)在多個電臺共用一個頻率的系統(tǒng)中，進(jìn)入接收機(jī)的近地信號會對來自地弱信號產(chǎn)生抑制作用，該現(xiàn)象稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。在 CDMA蜂窩系統(tǒng)的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”是一個非常突出，它主要發(fā)生在反向傳輸鏈。移動臺在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機(jī)分布的，而且是經(jīng)常變化的，如果移動臺的發(fā)射機(jī)功率按照最大通信距離設(shè)計(jì)， 則當(dāng)移動臺駛近量而又有害的功率輻射。時， 必然會有過X反向功率控制也稱上行鏈路功率控制。 其主要要求是使任一移動臺無論處于什么位置上， 其信號在到達(dá)的時， 都具有相同的電平， 而且

10、剛剛達(dá)到信干比要求的門限。正向功率控制也稱下行鏈路功率控制。 其要求是調(diào)整向移動臺發(fā)射的功率， 使任一移動臺無論處于小區(qū)中的任何位置上， 收到要求的門限值。的信號電平都剛剛達(dá)到信干比所X功率控制原則：當(dāng)信道的條件突然變好時，功率控制應(yīng)作出快速反應(yīng)，以防止信號突然增強(qiáng)而對其它用戶產(chǎn)生附加干擾；相反，當(dāng)條件變差時，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些。即單個用戶的信號質(zhì)量短時間，也要防止許多用戶的背景干擾增大。X開環(huán)功率控：移動臺接收并測量發(fā)來的信號強(qiáng)度，估計(jì)正向傳輸損耗，并根據(jù)這種估計(jì)來調(diào)節(jié)移動臺的反向。閉環(huán)功率控：由檢測來自移動臺的信號強(qiáng)度，并根據(jù)測得的結(jié)果形成功率調(diào)整指令，通知移動臺，使移動臺根據(jù)調(diào)

11、整指令來調(diào)節(jié)其。X4IS-95 CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)CDMA蜂窩系統(tǒng)利用“全球”(GPS)的時標(biāo)。都配有GPS各， 保持系統(tǒng)中各有的時間基準(zhǔn)，稱為CDMA系統(tǒng)的公共時間基準(zhǔn)。移動臺通常利用最先到達(dá)并用于解調(diào)的多徑信號分量建立時間基準(zhǔn)。 如果另一條多徑分量變成了最先到達(dá)并用于解調(diào)的多徑分量，則移動臺的時間基準(zhǔn)要到該新的多徑分量。X5IS-95 CDMA蜂窩系統(tǒng)的話音編碼IS-95 語音編碼采用：碼激勵線性(CELP)的可變速率混合編碼算法， 也稱為QCELP算法。其基本速率是 8 kb/s，但是可隨輸入話音消息的特征而動態(tài)地分為四種，即8, 4, 2, 1 kb/s，可以 9.6, 4

12、.8, 2.4, 1.2 kb/s的信道速率分別傳輸。發(fā)送端的編對輸入的話音取樣，產(chǎn)生編碼的話音分組(Packet)傳輸?shù)浇邮斩?。接收端的恢?fù)成話音樣點(diǎn)。MOS測量結(jié)果：比一般的模擬或數(shù)字系統(tǒng)的話音質(zhì)量好，在惡劣環(huán)境，改善更明顯。器把收到的話音分組， 再X8.2IS-95 CDMA蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸8.2.1 信道組成邏輯信道CDMA中各邏輯信道都由不同的碼序列進(jìn)行區(qū)分。正向傳輸方向上設(shè)置的邏輯信道： （前向信道 BSMS）導(dǎo)頻信道、 同步信道、 尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道。反向傳輸方向上設(shè)置的邏輯信道： （反向信道 MSBS）接入信道和反向業(yè)務(wù)信道。X1前向信道CDMA碼分多址，收發(fā)頻差45MH

13、z，即通信方式是一個載頻包含64個邏輯信道，占帶寬約1.25MHz前向信道采用64階Walsh碼組區(qū)分：W0W63；識別：采用PN短碼，序列長度215-1；各使用相同PN序列，但各自采用不同的時間偏置，以PN序列的64個子碼（碼片）為一個時間偏置，即51264=32768，共512個偏置系數(shù)，可供512個：0511的識別。X邏輯信道信道個數(shù)物理信道邏輯信道信道個數(shù)物理信道導(dǎo)頻信道1W0尋呼信道17W1 W7同步信道1W32前向業(yè)務(wù)信道55W8 W31 W33 W63（1） 導(dǎo)頻信道是一種無調(diào)制的直接序列擴(kuò)頻信號，由連續(xù)發(fā)送。作用：發(fā)送導(dǎo)頻信號供移動臺識別并引導(dǎo)移動臺入網(wǎng)；提取相干載波進(jìn)行信號的

14、解調(diào)；對導(dǎo)頻信號電平進(jìn)行檢測以比較相鄰定是否需要越區(qū)切換。（2） 同步信道的信號強(qiáng)度，可決用于傳輸同步信息，同步信道通常在捕獲階段使用。作用：供移動臺進(jìn)行同步捕獲。同步信道上載有系統(tǒng)時間和現(xiàn)移動臺的接收和解調(diào)。引導(dǎo)PN碼的偏置系數(shù)，以實(shí)X（3） 尋呼信道在呼叫建立階段傳輸尋呼移動臺的信息。移動臺通常在建立同步后， 將首選W1尋呼信道(也可以由基站指定)來由發(fā)來的信令。 在需要時，尋呼信道可以改作業(yè)務(wù)信道使用， 直至全部用完。（4） 前向業(yè)務(wù)信道用于傳輸編碼的語音或數(shù)據(jù)；正向業(yè)務(wù)信道中還可以必需的隨路信令，例如安排有功率控制子信道，傳輸功率控制信令。正向業(yè)務(wù)信道共有四種傳輸速率： (9600，

15、4800， 2400， 1200 b/s)。業(yè)務(wù)速率可以逐幀(20 ms)改變， 以動態(tài)地適應(yīng)通信者的話音特征。X2后向信道（反向或上行信道）包含接入信道和業(yè)務(wù)信道反向信道的區(qū)分：每一個接入信道和反向業(yè)務(wù)信道都采用長碼進(jìn)行區(qū)分。PN長碼，序列長度242-1。識別：同前向信道，采用短碼的不同偏置識別情況下最多可達(dá)64個業(yè)務(wù)信道數(shù)：X（1） 接入信道接入信道與前向?qū)ず粜诺缹?yīng)，在其中發(fā)起呼叫， 對尋呼進(jìn)行響應(yīng)以及傳送登記等息。 接入信道是一種分時隙的隨機(jī)接入信道， 允許多個用戶同時搶占同一接入信道。 每個尋呼信道所支持的接入信道數(shù)最多可達(dá)32個。（2） 反向業(yè)務(wù)信道與正向業(yè)務(wù)信道相對應(yīng)。X8.2.

16、2正向傳輸CDMA信道綜合使用頻分和碼分多址技術(shù)。頻分指把可供使用的頻段分成若干個寬為 1.25 MHz的頻道， 它是傳輸擴(kuò)頻調(diào)制信號所需的最小帶寬。在建網(wǎng)初期，一個CDMA蜂窩服務(wù)區(qū)可以只占用一個這樣的頻道，以后隨著通信業(yè)務(wù)量的增多，一個CDMA 蜂窩服務(wù)區(qū)可以占用多個這樣的頻道。碼分用正交函數(shù)來區(qū)分不同用途的信道用一對偽碼的不同偏置進(jìn)行四相調(diào)制來區(qū)分不同的信號。發(fā)出X1前向信道的功能框圖（1）. 數(shù)據(jù)速率同步信道的數(shù)據(jù)速率為1200b/s，尋呼信道為 9600 b/s或4800b/s，正向業(yè)務(wù)信道為9600,4800,2400,1200 b/s。1碼元中256碼片，4個W32長碼作為加密，

17、1碼元中64碼片，1個W（2）. 卷積編碼數(shù)據(jù)在傳輸之前都要進(jìn)行卷積編碼， 卷積碼的碼率為 1/2， 約束長度為9。（3） 碼元重復(fù)碼元重復(fù)可使各種信息速率均變成相同的調(diào)制碼元速率，即19200ksps。（4）.分組交織所元在重復(fù)之后都要進(jìn)行分組交織。同步信道所用的交織跨度等于 26.666 ms， 相當(dāng)于碼元速率為 4800 s/s時的 128 個調(diào)制碼元寬度。交織器組成的陣列 8 行16 列(即 128 個單元)。尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道所用的交織跨度等于 20 ms， 這相當(dāng)于碼元速率為 19 200 s/s 時的 384 個調(diào)制碼元寬度。 交織器組成的陣列是 24 行16 列(即 384 個單元)。（5）數(shù)據(jù)