第七章IS-95及其增强移动通信系统

第七章IS-95及其增强移动通信系统程郁凡[e-mail]通信抗干扰技术国家级重点实验室第七章内容7.1概述7.2IS-95系统的无线链路7.3IS-95CDMA系统的同步与定时7.4CDMA系统的功率控制7.5CDMA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2019年8月27.1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（InterimStandard95）。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）2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统3CDMA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2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统4CDMA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1us码片速率1MHz系统带宽1.25MHz扩频码片速率1.2288MChip/s2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统5IS-95CDMA技术的发展2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统6标准数据速率IS-95A14.4kb/sIS-95B64kb/sCDMA2000-1X144kb/sCDMA2000-3X2Mb/sIS-95CDMA主要技术指标(1)IS95CDMA工作频段上行（移动台发/基站收）：825～849MHz下行（移动台收/基站发）：870～894MHz双工间隔：45MHzIS95CDMAPCS工作频段上行（移动台发/基站收）：1850～1910MHz下行（移动台收/基站发）：1930～1990MHz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/s2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统7IS-95CDMA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2019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7.2IS-95系统的无线链路7.3IS-95CDMA系统的同步与定时7.4CDMA系统的功率控制7.5CDMA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2019年8月97.2IS-95系统的无线链路7.2.1IS-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7.2.2IS-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2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统107.2.1IS-95系统的下行链路下行链路的构成11维特比译码去交织解扰导频Rake接收QPSKPN解扩Walsh解扩BS发MS收Walsh码，扩频，区分信道卷积编码和码元重复交织扰码åQPSKPN扩频用户地址+导频同步寻呼Walshak(t)bk(t)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。2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统12Walsh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。132HHHHHNNNNN1H0200H01400000101H00110110编码的语音数据Walsh码发生器+19.2kbps1.2288Mcps1.2288Mcps扩频增益为多少？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2019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列的不同时间偏移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卷积编码和码元重复交织扰码åQPSKPN扩频用户地址+导频同步寻呼Walshak(t)bk(t)BS发短码++Walsh码数据1.2288McpsI信道短码发生器Q信道短码发生器至I/Q调制器1.2288Mcps1.2288Mcps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1513987515121110654311IQPxxxxxxxPxxxxxxxxx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：++Walsh码数据1.2288McpsI信道短码发生器Q信道短码发生器至I/Q调制器1.2288Mcps1.2288Mcps长码17卷积编码和码元重复交织扰码åQPSKPN扩频用户地址+导频同步寻呼Walshak(t)bk(t)BS发长码长码产生器寻呼信道或业务信道的掩码分频器1.2288Mcps去加扰19.2kcps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。2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统18逻辑信道信道个数物理信道逻辑信道信道个数物理信道导频信道1W0寻呼信道1～7W1~7同步信道1W32下行业务信道55W8~W31，W33~W63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导频信道寻呼信道1寻呼信道7…业务信道1…业务信道24同步信道业务信道25…业务信道55W0W1W7W8W31W32W33W63å1.2288McpsCDMA无线信道下行链路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。++全0(无数据)215I信道短码序列1.2288Mcps1.2288Mcps+基带滤波基带滤波´å´215Q信道短码序列W0IQI(t)Q(t)s(t)sin(2pfct)cos(2pfct)1.2288Mcps20W0为全0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15×64=960个chip已知chip宽度为1/1.22880.8138μs故偏置时间为960/1.2288=781.25μs该PN序列要从每一偶数秒之后781.25μs开始帧长：为一个序列周期，215/(1.2288´106)26.67ms2秒有75个周期：2/[215/(1.2288´106)]=75相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应大一些。2019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。2019年8月第七章IS-95及其增强移动通信系统23同步信道24++215I信道短码序列1.2288Mcps1.2288Mcps+基带滤波基带滤波´å´215Q信道短码序列W32IQI(t)Q(t)s(t)sin(2pfct)cos(2pfct)1.2288Mcps卷积编码R=½，K=9码符号重复块交织1.2kbps2.4kbps码符号码符号码符号4.8kbps4.8kbps同步信道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扩频增益256寻呼信道25++215I信道短码序列1.2288Mcps1.2288Mcps+基带滤波基带滤波´å´215Q信道短码序列Wkk=1,2,…7IQI(t)Q(t)s(t)sin(2pfct)cos(2pfct)1.2288Mcps卷积编码R=½，K=9码符号重复块交织9.6kbps4.8kbps寻呼信道19.2kbps9.6kbps19.2kbps242-1长码发生器抽样器：64个码片抽样1个+19.2kcps1.2288Mcps19.2kbps19.2kbps寻呼信道长码掩码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扩频增益64业务信道(1)26++215I信道短码序列1.2288Mcps1.2288Mcps+基带滤波基带滤波´å´215Q信道短码序列Wkk=8~31,33~63IQI(t)Q(t)s(t)sin(2pfct)cos(2pfct)1.2288Mcps卷积编码R=½，K=9码符号重复块交织8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps业务信道19.2kbps242-1长码发生器抽样器：64个码片抽样1个+19.2kcps1.2288Mcps19.2kbps19.2kbps用户m的长码掩码加尾比特帧质量指示器9.24.42.00.8(kbps)9.64.82.41.2(kbps)19.29.64.82.4(kbps)24抽1800Hz复用功率控制比特800bps加扰扩频增益6