第7章is-95数字蜂窝移动通信系统长春大学.ppt

勤学 务实 开拓 创新 第7章 IS-95数字 蜂窝移动通信系统1勤学 务实 开拓 创新 引言IS-95是由美国高通公司研发的第一个基于CDMA数字蜂窝 标准 IS全称为Interim Standard，即暂时标准也叫TIA -EIA-95 TIA电信工业协会（Telecommunications Industry Association）； EIA电子工业协会（Electronic Industries Association） IS-95是TIA基于CDMA技术2G移动通信的空中接口标准分 配的编号，它也常作为整个系统名称使用CDG（CDMA Development Group ）为该技术申请了 cdmaOne的商标cdmaOne 是IS-95的第一个品牌2勤学 务实 开拓 创新 一、扩频通信IS-95以扩频码分多址与数字蜂窝技术相结合，CDMA 系统与TDMA有很多不同之处，也很有特点扩频通信是其 基础一、扩频通信是一种信息传输方式，在发送端采用扩频码调制，使 信号所占频带远远大于所传信息所需带宽，在接收端采用 相同的扩频码进行解扩，恢复原始信息。

3勤学 务实 开拓 创新 扩频通信1、理论基础FDMA、TDMA系统总是想办法使信号所占频谱尽量窄 ，以充分提高频谱利用率，但考虑到通信安全可靠，可 采用宽带来传输窄带信息香农公式C=Blog2（1+S/N）C—传输速率 B—信号频带 S/N—信噪比在C不变的条件下，频带B和信噪比S/N是可以相互 转换的，甚至信号被噪声淹没时，只要有足够的宽带， 也能可靠通信，这就是扩频通信使用宽带的原因4勤学 务实 开拓 创新 扩频通信2、处理增益G= 10lgB/Bm B-扩频信号带宽 Bm-信号带宽表示信噪比改善程度，是扩频系统一个重要指标3、抗干扰容限通信系统要正常工作，需保证输出端有一定的SNR，抗 干扰能力有限，引入抗干扰容限M=G-（Ls+SNR） Ls-系统内部损耗例：G=30dB，SNR=10dB，Ls=2dB，M=18dB表明干扰功率超过信号功率18dB时，系统就不用正常工 作，极限18dB5勤学 务实 开拓 创新 扩频通信4、直接序列扩频扩频×PSK放功c(t)s1(t)m(t)PNp(t) 载波相关解调前置s(t)s1(t)输出s2(t )PSK载波PNc(t)=m(t)×p(t)p(t):1101001采用双极性不归零码m(t):106勤学 务实 开拓 创新 扩频通信s(t)p(t)c(t)载波s1(t)s2(t)m(t)输出1101001107勤学 务实 开拓 创新 扩频通信5、伪随机序列（PN）在信息传输中，各种信号之间差异性越大越好，任意 两个信号才能区分，相互不容易发生干扰导致误判。

理想的信号是类似白噪声的随机信号，因为任何时间 上不同的两段白噪声都不一样，若代表二种信号，差别就 最大真正的随机信号是不能重复再现的，所以只能用一种 周期性的码序列来逼近它的性能，故称伪随机码PNPN在扩频系统或CDMA系统中起着十分重要的作用，这 类码序列的重要特性是它具有近似白噪声的性能8勤学 务实 开拓 创新 扩频通信码片序列的正交关系：令向量 S 表示用户 S 的码片向量，令 T 表示其他任何用户的码片向量 两个不同用户的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是0 例：S 为(–1–1–1 +1 +1–1 +1 +1 )，T 为(–1–1 +1–1 +1 +1 +1–1 )是否正交？9勤学 务实 开拓 创新 扩频通信例：共有4个用户进行码分多址CDM通信码片序列分别为： A：（－1 －1 －1 ＋1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ） B：（－1 －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 －1 ） C：（－1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 －1 －1 ） D：（－1 ＋1 －1 －1 －1 －1 ＋1 －1 ） A、D站发数据1； B站发数据0； C站保持沉默； 问信道里的信号是什么?(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)接收端怎样还原呢? 只须计算四个常规内积： （–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）/ 8 = +1 （–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1）/ 8 = –1 （–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1）/ 8 = 0 （–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1）/ 8 = +1 A和D发送了比特1，B发送了比特0，C保持沉默。

10勤学 务实 开拓 创新 二、网络结构与接口二、网络结构与接口与GSM相似，也有MS、BTS、BSC、MSC、HLR、VLR、OMC 、AUC、EIR、SMSC等主要接口：Um、Abit、AUm接口主要参数：上行824MHz-849MHz 下行869MHz-894MHz 频道间隔1.25MHz 双工间隔45MHz调制方式QPSK 信道速率1.2288Mbps语音速率8kbps11勤学 务实 开拓 创新 三、CDMA系统的特点三、CDMA系统的特点1、系统容量大TDMA、FDMA是带宽受限系统，而CDMA是干扰受限系统，容量是 FDMA/TACS的10倍，是TDMA/GSM的4-5倍2、软容量系统允许同时通话的用户数超过信道数，使系统容量与用户数之 间存在一种“软”关系，在业务高峰期间，可在一定程度上稍微降低 误码率性能，即稍微降低用户通话质量，适当增加用户数目，等负荷 减轻时，通话质量再恢复正常软容量的另一种形式是小区呼吸功能，是指各小区覆盖区域大小 是动态的当相邻小区负载一轻一重时，负载重的小区通过减少导频 信道的发射功率，使本小区的边缘用户切换到相邻小区，使负荷分担 ，也相当于增加了容量。

12勤学 务实 开拓 创新 CDMA系统的特点3、软切换只有同频时才能进行的切换，先通后断，可保证通 信畅通，过区切换只需要改变码型，不需变换频率相 对而言，切换控制和操作简单无缝切换，可保证通话 连续性，减小掉话概率4、频率规划简单频带和时间共享FDMA需要复杂的频率计划管理， 区群、频率分配，花费保护频带，TDMA需要信道均衡， 时隙计划管理和花费保护时间CDMA用户按码区分，相 同的频段可以在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩 展简单13勤学 务实 开拓 创新 CDMA系统的特点5、保密性好扩频通信就是为了抗干扰和加强保密性而设计的，最 早用于军事通信，系统采用PN扩展频谱调制，给信号带来 了伪装不知所用PN码，难以解扩，即使知道PN码，CDMA 信号还有长码加扰方式，提供高度保密性，要窃听必须找 到长码地址，有4万亿种可能性，困难可以想像6、抗衰落性能好移动信道最严重的衰落是多径干扰，分集接收是对抗 多径衰落的有效方法，采用Rake接收机，能独立跟踪各个 不同路径，将接收到的不同路径信号相叠加，变害为利14勤学 务实 开拓 创新 CDMA系统的特点7、建网成本低系统容量大，所需基站少，降低成本。

8、环保GSM一般发射功率在600mW左右，CDMA是大约200mW， 一般为几mW，辐射很小，环保 9、需要功率控制容量受限于干扰，所以系统必须进行精确功率控制， 目的是即维持通话质量又对其他用户产生的干扰尽量小， 功率控制的好坏，直接影响系统的容量 10、产生多址干扰系统用户间是靠扩频码互相关特性加以区分的，互相 关不可能为零，用户间就存在干扰，称多址干扰，是CDMA 特有的Ø CDMA系统有这么 多优点，为什么使 用的人很少？15勤学 务实 开拓 创新 四、地址码四、地址码码分多址，地址码很重要，主要有三种：信道地址码 ，基站地址码，用户地址码1、信道地址码用于区分小区的不同信道，在3类地址码中，是唯一 具有扩频功能的序列，CDMA是干扰受限系统，用户间的干 扰主要取决于信道间的隔离，信道码的选取直接决定用户 的数量（容量）和通信质量，IS-95用Walsh（沃尔什）函 数来实现扩频，其具有理想的正交隔离特性IS-95系统 采用64阶的正交沃尔什函数作为信道地址码，有64种长度 为64位的等长沃尔什码Ø IS-95系统一个频 点有多少个信道？16勤学 务实 开拓 创新 地址码2、用户地址码上行链路，由移动台产生，用于区分不同的用户，下 行链路中，由基站产生扰码，主要用于数据加扰。

CDMA系 统中，为了容纳足够多的用户需要足够多的地址码为了保证足够数量，目前的方法是利用局部相关特性 代替伪随机码的周期性自相关和互相关特性，即利用一个 超长的m序列，选取有限的一段序列，作为区分大量用户 的地址码用局部相关替代法，是牺牲质量换取足够的数 量，工程上是可行的IS-95采用m序列，是由带线性反馈的移位寄存器产生 的周期最长的一种序列，也是一种伪随机码它由42位移 位寄存器产生，然后每个用户按一定规律选取其中局部有 限位作为用户地址码17勤学 务实 开拓 创新 地址码3、基站地址码应满足正交特征,序列数量足够多,用于上、下行信道 ,区分不同基站.IS-95采用两个较短的PN码, m=2E15- 1=32767,分别给QPSK的I、Q二个调制分量使用系统中所有基站的PN序列是一样的，差异在于起始位 不同，各地址码的初始相位是64的整数倍最多提供地址 数为N=512个/频点18勤学 务实 开拓 创新 五、逻辑信道五、逻辑信道1、分类正向控制业务：W8-31，W33-63传送业务信息导频：W0用于MS提取相干载波，电平检测，越区切换同步：W32 同步信息，用于同步调整寻呼：W1-7 发送寻呼信息。

反向控制-业务： ≤64 接入：≤32 用于MS呼叫、寻呼响应、注册登记等Ø IS-95各BS配有GPS接收机，利 用GPS时间基准，保证各基站有 统一时间基准，所有MS以BS时间 为基准，保证全网同步CDMA手 机没有时间设置功能，由系统传 送过来19勤学 务实 开拓 创新 逻辑信道2、正向信道流程有导频信息、同步信息、寻呼信息、业务信息四种20勤学 务实 开拓 创新 逻辑信道以业务信息道为例：①CRC校验：QCELP语音编码为可变速率8.0kbit/s 、4.0kbit/s、2.0kbit/s、0.8kbit/s，其中 0.08kbit/s为静音，20ms为一帧，速率可变，其中只有 速率最高的传输随路信令，所以业务信息为8.6kbit/s 、4.0kbit/s、2.0kbit/s、0.8kbit/s，0.6kbit/s为随 路信令，其中8.6kbit/s用CRC12，4.0kbit/s用CRC8， 2.0kbit/s、0.8kbit/s不用②尾比特：卷积码复位时用③卷积（2，1，8）21勤学 务实 开拓 创新 逻辑信道④重复：因为交织块384bit/ms，是针对19.2ks/s做 的，所以要把低于19.2ks/s的速率信号重复到于 19.2ks/s，重复1、3、7次。

⑤交织：同步信道16行8列，寻呼、业务信道24行16 列⑥长码产生器：由42级移位寄存器和相应反馈支路 组成⑦功率控制：连续地在正向业务信道上发送，每 1.25ms发1bit，用“0”或“1”比特表示增加或降低MS 的输出功率，正向信道的功率控制是根据对反向信道信 号强度进行测量和估算来确定。