【學習課件】第14講第二代移動通信系統(tǒng)（三）IS-95系統(tǒng)（1）現(xiàn)代移動通信ppt（新版教材課件）

1、第二代移動通信系統(tǒng)The 2nd Generation Mobile Communication System（1）精選課件問題1：常規(guī)突發(fā)中的訓練序列有何作用？為何將訓練比特在幀中間位置？問題2： GPRS是如何組成的？ GPRS有何特點？ 本次課要回答的問題：IS-95 CDMA的無線信道是如何構成的？物理信道與邏輯信道是如何關聯(lián)的？IS-95 CDMA前向和反向信道的組成及功能模塊的作用、系統(tǒng)控制功能及基本原理。 重點： PN碼在IS-95 CDMA中的用法及作用； IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制原理。 難點：功率控制原理。 內容回顧與提示精選課件內容提要（Contents） IS-

2、95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件內容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時與同

3、步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件關于IS-95系統(tǒng) IS-95系統(tǒng)的技術基礎 基于擴頻通信技術（軍轉民） 是一種支持蜂窩組網的多用戶擴頻通信技術碼分多址（CDMA）技術 與傳統(tǒng)擴頻技術比，功率控制是它成功的關鍵 何謂“IS-95”IS-95是美國TIA給基于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技術框架是后

4、來CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎精選課件IS-95系統(tǒng)的誕生 產生背景 數(shù)字蜂窩移動通信技術開發(fā)興起（1980年代中后期） 冷戰(zhàn)結束，技術“軍轉民”成為可能 技術推手高通公司：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月韓國購買生產許可并很快成功建網 1994年3月中國開始試驗，1998年11月試運營網開通精選課件IS-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標 協(xié)議。支持所有的

5、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精選課件IS-95系統(tǒng)的特點 窄帶蜂窩移動通信系統(tǒng) 900MHz頻段，信道帶寬1.25MHz 頻率復用率高 模擬FDMA：1/7，18dB帶外抑制； 數(shù)字TDMA：1/3，9dB帶外抑制； CDMA：約2/3（理論值1），各小區(qū)/扇區(qū)可同一頻率 軟切換 軟容量 自干擾系統(tǒng) 功率控制很關鍵 可向3G平滑過渡（實事結果，非必然）精選課件內容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The

6、 Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件IS-95空口參數(shù)運營頻段 824 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 1.2288kbps接入方式 CDMA 調制方式 /4-QPSK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

7、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WLASH碼PN序列周期： 242-1 chips and 215 chips 精選課件 IS-95的頻道設置一個頻道含有64個物理信道IS-95的無線信道發(fā)射機CDMA頻道號CDMA頻率（MHz）移動臺基站其中頻道號1666，占20MHz，其中1333屬系統(tǒng)A ，334666屬系統(tǒng)B。系統(tǒng)A、B分別為兩個不同的經營部門，各自組成蜂窩網。A和B是基本的頻道。此外，又外加5MHz頻帶作為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)的擴展，其頻道號分別為667777和9911023。精選課件基站

8、MS導頻信道同步信道尋呼信道正向業(yè)務信道反向業(yè)務信道接入信道前向CDMA信道反向CDMA信道 IS-95的邏輯信道各種邏輯信道由不同的碼序列來區(qū)分IS-95的無線信道精選課件IS-95的無線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射 前向信道的類型：1個導頻信道、1個同步信道、7個尋呼信道和63個前向業(yè)務信道。導頻信道：發(fā)送導頻信號供移動臺識別并引導移動臺入網同步信道：發(fā)送同步信息供移動臺建立與系統(tǒng)的定時和同步尋呼信道：發(fā)送有關尋呼、指令及業(yè)務指配信息前向業(yè)務信道：傳送用戶業(yè)務信息；同時傳送信令信息。邏輯信道信道個數(shù)物理信道邏輯信道信道個數(shù)物理信道導頻信道1W0尋呼信道17W1 W7同步信道1W32

9、前向業(yè)務信道55W8 W31W33 W63邏輯信道到物理信道的映射精選課件IS-95的無線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射前向信道的映射精選課件IS-95的無線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射后向信道的映射精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道業(yè)務信道調制參數(shù)精選課件 卷積編碼與重復編碼 卷積碼: R=1/2, K=9, G0=753 (octal), G1=561 (octal); 重復量: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1200 bps (

10、7). 塊交織 交織深度:20 ms 塊; 交織圖案: 24x16分組交織. 長 PN 序列產生基本作用: 數(shù)據(jù)擾碼 生成多項式 生成: 42比特掩碼和42狀態(tài)矢量的模-2內積IS-95的無線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道模-2內乘產生長碼示意圖精選課件 長PN序列（續(xù)） 兩種掩碼 基站 ESN公用 移動臺 MIN專用 長碼掩碼結構如下：IS-95的無線信道 前向物理信道1100011000置換ESN01公共掩碼長碼專用掩碼長碼M41M0M41M0精選課件 長PN 序列 (續(xù)) 電子序列號 (ESN) 是 置亂 ESN號是 數(shù)據(jù)擾碼 1.2288MHz PN 作用

11、于 (抽取器) ,其中 只保留每 64 PN 的第一個chip; 抽取器的符號速率是 19.2 ksps.PermutedIS-95的無線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道基帶信號處理（接入信道）精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道基帶信號處理（業(yè)務信道）精選課件IS-95的無線信道 前向物理信道業(yè)務信道調制參數(shù)精選課件 卷積編碼與符號重復 卷積碼: R=1/2, K=9, G0=557 (octal), G1=663 (octal), G2=771(octal); 重復: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1

12、200 bps (7); 重復后速率 28,800 bps. 塊交織 交織深度:20 ms block; 交織方式: 分組交織 32x18. 正交調制64進制正交調制; 每1比特對應6個 Walsh 碼片： Walsh 碼片速率 307.2 kbps 28.8 kbps x (64 Walsh chips)/ (6 code bits) = 307.2 kbps.IS-95的無線信道 后向物理信道精選課件技術小結長碼掩碼接入信道掩碼：和尋呼信道號對應公開和私用掩碼；與用戶號碼對應直接序列擴頻利用長碼對正交調制后Walsh碼元進行擴頻子碼速率為307.2kc/s，長碼速率1.2288Mc/s四相

13、調制（擴展）與前向信道所用的I、Q引導PN序列相同為交錯四相相移鍵控（O-QPSK）IS-95的無線信道 后向物理信道精選課件IS-95的無線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識別通過道頻PN序列偏置有512種,編號K從0到511偏置時間偏置的引導PN序列必須 在時間的偶數(shù)秒起傳 精選課件IS-95的無線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識別功能塊解釋四相調制：給基站一個特別識別碼，并產生QPSK輸出在同相支路（I）和正交支路（Q）引入以兩個互為準正交的m序列為基礎產生的I、Q序列。m序列的主要作用是給不同基站發(fā)出的信號賦予不同的特征，以便移動臺識別，其生成多項式如下：基帶濾波器的作用是將QPSK信號的功率譜限制在分配的帶寬

14、內。精選課件IS-95的無線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識別功能塊解釋四相調制：給基站一個特別識別碼，并產生QPSK輸出I、Q序列的長度215=32768chip（相當于26.66ms），在生成（2151）的m序列中，當出現(xiàn)14個連“0”時，向其中插入一個“0”，使序列14個“0”的游程變成15個“0”的游程。各基站使用相同的PN序列，但PN序列的起始位置不同，依據(jù)是m序列的自相關特性在時間偏移大于一個子碼碼元寬度后，其自相關系數(shù)值接近于零。擴頻碼：可以看成是Walsh和m序列級聯(lián)形成的碼組，這樣既保持同步正交性能，又降低了非同步相關值。精選課件IS-95的無線信道 傳輸幀結構同步數(shù)據(jù)信息幀結構尋呼/業(yè)

15、務數(shù)據(jù)信息幀結構高幀：含25個超幀，或75個PN幀（相當于75個PN周期），時長為2秒。超幀：相當于3個PN周期，時長為80ms。PN幀：含128個同步符號（32768個碼片），時長為26.66ms。同步符號：含256個碼片（4個沃爾什序列），時長為208.38s。沃爾什序列：含64個碼片。時長為52.0825s。碼片（chip）： 0.8137s。高幀：含25個超幀，或75個PN幀（相當于75個PN周期），時長為2s。超幀：相當于4個業(yè)務幀，時長為80ms。業(yè)務幀：含384個尋呼/業(yè)務符號（24576個碼片），時長為20ms。尋呼/業(yè)務符號：含64個碼片（1個沃爾什序列）。時長為52.082

16、5s沃爾什序列：含64個碼片。碼片（chip）： 0.8137s。精選課件IS-95的無線信道 傳輸幀結構精選課件內容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件IS-95的定時與同步 IS-95定時與同步的含義 系統(tǒng)定時，也叫全

17、局定時 基站與移動臺間定時同步 系統(tǒng)定時 提供全系統(tǒng)統(tǒng)一定時基準 采用GPS定時：每基站設1GPS接收機 精度不低于20ns 定時同步包括PN碼同步、符號同步、幀同步和擾碼同步等 通過對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擴頻序列的同步可以通過捕獲和跟蹤二個階段 精選課件IS-95的定時與同步 擴頻序列捕獲擴頻序列的捕獲是指接收機在開始接收擴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；多數(shù)的捕獲方法都是用非相干檢測 ；匹配濾波器方法是獲得

18、偽隨機序列初始同步的最佳方案； 匹配濾波器可以在中頻實現(xiàn)，也可以在基帶實現(xiàn)；匹配濾波器的實質是抽頭延遲線加累加器，是一種并行捕獲方案 ，捕獲快； N序列的捕獲也可以采用基于滑動相關的串行捕獲方案；串行捕獲方案 捕獲速度慢。精選課件IS-95的定時與同步 定時跟蹤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通常還有1/2個碼片誤差；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 ；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

19、信號的相位鎖定；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)。 精選課件內容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件為何需要功率控制 CDMA系統(tǒng)的干擾受限特點（根本原因）原因：擴頻碼得非理想相關特性；

20、無線信道多經效應；蜂窩結構和大用戶量；通過功控減少：符號間干擾（ICI）、用戶間干擾（MAI）、鄰小區(qū)干擾（ACI）； CDMA蜂窩系統(tǒng)容量主要受限于干擾。 節(jié)省功耗通過功率控制減少無謂功率消耗 減少電磁輻射根通過功率控制，減少基站和移動臺無謂電磁輻射 改善時變信道傳輸質量根據(jù)信號強度探測，改變發(fā)送功率，保證無線鏈路質量 精選課件上世紀80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統(tǒng)不可行；1989.2 高通（Qualcomm）造訪李建業(yè)： CDMA蜂窩系統(tǒng)商用必須解決功率控制；1989.4 高通再訪李建業(yè)：6個月內演示CDMA功控，太平洋電話公司將支付100萬美元；1993年高通基于功率控制、

21、軟切換等核心專利技術的IS-95標準通過，CDMA蜂窩系統(tǒng)商用；目前，1400多項專利，專利費已成為高通公司的重要經濟支柱。功率控制技術的誕生精選課件功率控制技術的作用遠近效應若d2/d1=100，則S1/S2將達近80dB ! 強抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1 遠近效應只有采用功率控制才能很好地解決CDMA蜂窩系統(tǒng)面臨的問題。 這些問題包括： 遠近效應； 快衰落與陰影衰落； 多址干擾精選課件 多徑衰落 快衰落與陰影衰落 接收信號快速起伏！ 衰落速率：可達100次/秒 （900MHz、60km/h時） 衰落深度：可達30dB距離接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率控制技術的作用精選課

22、件（a）基站對移動臺的正向多址干擾（b）移動臺對基站的反向多址干擾MS1MS1BS1BS1 多址干擾功率控制技術的作用精選課件功率控制的目標功率控制的目標：及時調整發(fā)射機的功率，使接收端接收的功率始終剛剛夠用！ 多：多的部分是干擾； 少：通信質量達不到精選課件功率控制的實現(xiàn) 基本方法方法：開環(huán)法、閉環(huán)法、開環(huán)+閉環(huán)法 開環(huán)功率控制測量接收信號強度，估算、調整自身的發(fā)射功率，以達到期望的通信質量。 如手機接入時其發(fā)射功率：-平均輸入功率-73+NOM_PWR+INIT_PWR+PWR_STEP時間接入試探PTx (dBm)精選課件功率控制的實現(xiàn) 閉環(huán)功率控制目的是彌補開環(huán)功控的不足，消除快衰落的影響，實現(xiàn)精確控制，使各個移動臺發(fā)送的功率始終正好滿足解調要求。其實現(xiàn)框圖如下每1.25 ms調整一次，每次+或-1 dB功控比特（1bit）插入前向業(yè)務信道數(shù)據(jù)流在開環(huán)功控的基礎上提