第八章IS-95移动通信系统

第八章IS-95移动通信系统The2ndGenerationCDMAMobileCommunicationSystem/1172/64内容提要（Contents）IS-95系统概要AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/1173/64内容提要（Contents）IS-95系统AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/1174/64关于IS-95系统IS-95系统的技术基础基于扩频通信技术（军转民）是一种支持蜂窝组网的多用户扩频通信技术码分多址（CDMA）技术应用DS技术的系统中，功率控制是它成功的关键何谓“IS-95”IS-95是美国电信工业协会TIA给基于CDMA第二代数字移动通信系统的标准代号，即（InterimStandard95）。IS-95的地位是第一个CDMA蜂窝移动通信系统规范它的CDMA技术框架是后来CDMA蜂窝系统的基础/1175/64IS-95系统的诞生产生背景数字蜂窝移动通信技术开发兴起（1980年代中后期）冷战结束，技术“军转民”成为可能技术推手高通公司：主要发明者美国TIA（电信工业协会）：标准化组织韩国政府：“第一个吃螃蟹者”主要里程碑1991年高通在西雅图进行试验；1993年被TIA确定为IS-95标准1993年4月韩国购买生产许可并很快成功建网1994年3月中国开始试验，1998年11月试运营网开通/1176/64IS-95系统的标准系列IS-95的一些后续标准IS-99：为IS-95提供无线数据链接协议IS-657：专门为IS-95提供直接接入Internet标协议。支持所有的TCP/IP/PPP协议。IS-95B：为IS-95成为宽带系统而写。IS-95C：于1999年开展制订，完全兼容IS-95A、B/1177/64IS-95系统的关键技术完善的功率控制技术地址码的选择软切换技术软容量分集技术语音编码技术/1178/64IS-95系统的主要特点窄带CDMA蜂窝移动通信系统800MHz频段，信道带宽1.25MHz大容量服务质量高，保密性能好可向3G平滑过渡/1179/64内容提要（Contents）IS-95系统AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/11710/64IS-95空口参数运营频段824~849MHz（反向）；869~894MHz（前向）双工方式FDD，间隔45MHz载波间隔1.25MHz信道速率1.2288Mbps多址方式CDMA调制方式/4-QPSK分集RAKE接收，天线分集，扩频信道编码卷积码，K=9,R=1/3(反向)；K=9,R=1/2(前向）话音编码QCELP可变速率编码器数据速率9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交扩频：64进制WLASH码PN序列周期：242-1chipsand215chips/11711/64物理信道——码分信道前向物理信道：walsh码反向物理信道：PN码逻辑信道导频信道同步信道寻呼信道接入信道业务信道IS-95的无线信道/11712/64IS-95系统前向信道正向CDMA信道(1.25MHz)导频信道同步信道寻呼信道1寻呼信道7业务信道1业务信道55业务信道N业务数据功控子信道.........W0W32W1W7…W63物理信道与逻辑信道的映射关系/11713/64信道结构—前向链路p.196卷积编码码元重复交织用户掩码Walsh1.2288M+导频同步寻呼Q信道引导PN短码2151.2288McpsPN长码242－1分频+++基带滤波基带滤波复用I信道引导PN短码2151.2288Mcps功率控制S(t)9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps19.2kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps19.2KcoswctsinwctI(t)Q(t)19.2K扰码扩频/11715/64PN码长码242：数据加扰短码215：区分基站（导频信道）walsh码扩频，区分信道调制方式：QPSK信道编码：卷积编码r=1/2前向信道小结/11716/64IS-95系统反向信道反向CDMA信道(1.25MHz)接入信道1接入信道N业务信道1业务信道M……......……...接入信道：最少1个，最多32个业务信道：最少32个，最多64个物理信道与逻辑信道的映射关系/11717/64信道结构—反向链路p.19964阶正交调制+Walsh卷积编码1/3码元重复交织9.6k4.8k2.4k1.2k28.8k14.4k7.2k3.6k28.8kb4.8ks307.2kc用户掩码PN长码242－11.2288M++基带滤波基带滤波I信道引导PN短码2151.2288McpsS(t)coswctsinwctI(t)Q(t)扩频Q信道引导PN短码2151.2288McpsD数据子幀随机函数发生器/11718/64PN码长码242：扩频，区分信道(用户)短码215：与前向信道相同walsh码64阶正交调制；每6个比特对应1个Walsh函数W（n）=C0+2C1+4C2+8C3+16C4+32C5信道编码：卷积编码，r=1/3调制方式：O-QPSK反向信道小结/11719/64内容提要（Contents）IS-95系统AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/11720/64IS-95的定时与同步系统定时提供全系统统一定时基准采用GPS定时：每基站设1GPS接收机精度不低于20ns定时同步，包括：PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步扩频序列的同步/11721/64内容提要（Contents）IS-95系统AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/11722/64为何需要功率控制CDMA系统的干扰受限特点（根本原因）原因：扩频码得非理想相关特性；无线信道多经效应；蜂窝结构和大用户量；通过功控减少：符号间干扰（ICI）、用户间干扰（MAI）、邻小区干扰（ACI）；CDMA蜂窝系统容量主要受限于干扰。节省功耗通过功率控制减少无谓功率消耗减少电磁辐射根通过功率控制，减少基站和移动台无谓电磁辐射改善时变信道传输质量根据信号强度探测，改变发送功率，保证无线链路质量/11723/64功率控制技术的作用采用功率控制可以很好地解决：远近效应快衰落与阴影衰落多址干扰/11724/64功率控制的目标核心目的：降低干扰，减少功耗保证一定质量的前提下，尽可能降低功率，使接收功率始终刚刚够用！前向功控——限制BS的发射功率，使所有MS在保证通信质量的条件下，BS的发射功率为最小。反向功控——限制MS的发射功率，使所有MS到达基站的信号强度一样。多：多的部分是干扰；少：通信质量达不到/11725/64功率控制的方法开环功控——基于路径损耗的功率控制，补偿信道中平均路径衰落及慢衰落（阴影衰落）根据接收信号强度（质量），调整自身的发射功率，以达到期望的通信质量。闭环功控——降低信道快衰落的影响根据接收信号强度（质量），调整对方的发射功率，对开环功率控制提供校正内环功控——调整信号强度外环功控——调整功控门限/11726/64IS-95系统的功控实现前向链路功率控制MS连续不断地测前向信道的FER，BS根据MS的测量报告，估计调整其发射功率。调节步长：约0.5dB，动态范围限制在标称功率的±6dB，调节速率：缓慢，每秒2次（30ms）/11727/64反向链路的功率控制开环功控——MS在接入过程中进行MS通过估算接收信道的路径损耗，来决定自身的发射功率调节步长：每次0.5dB动态范围：32dBIS-95系统的功控实现/11728/64IS-95系统的功控实现反向链路闭环功控——MS获得业务信道后内环功控：调节发射功率，保持MS尽可能地接近目标值(Eb/It)setpointBS测量反向信道的Eb/It，与目标值比较后调整MS的发射功率。调节步长：1dB调节速率：800次/S（1.25ms）动态范围：48dB外环功控：计算FER，调整目标值Eb/It，平衡FER与系统容量的关系。调节速率：20ms/11729/64反向链路闭环功控流程图设定Eb/It目标值设定FER目标值测量每个PCG中的Eb/It目标值升高1dB降低1dB发送周期性锁定功控消息计算FER并调整Eb/It设定值(Eb/It)m设定值接收另一幀内环(1.25ms)外环(20ms)否否是是/11730/64Eb/It目标值（≥5dB话音质量良好）MS发射功率时间ItEb/ItEb/It设定值下一个Eb/It设定值1.25msEbEbi幀i＋1幀闭环功控示意图/11731/64内容提要（Contents）IS-95系统AnOverviewonIS-95SystemIS-95系统的空中接口TheAir-interfaceofIS-95SystemIS-95系统的定时与同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系统的功率控制ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系统的切换Handoff(Handover)/11732/64切换概念切换目的：维持通信的连续性切换类型硬切换：先断后通。发生在不同频率、不同模式系统的信道之间软切换：先通后断。发生在相同频率系统的信道之间更软切换——扇区间的切换，不经过MSC软切换——小区间的切换软/硬切换——包含上两项的切换/11734/64T_ADD；T_COMP；T_DROP；T_TDROP软切换实现原则切换依据：导频信号（由短PN码215区分）强度导频集合：集合中的导频，频率相同，相位(偏移值)不同激活集：参与移动台接收的导频候选集：不在激活集中，但有足够强度可正确解调的导频邻