2024年-IS移動(dòng)通信系統(tǒng)參考課件

第八章IS-95移動(dòng)通信系統(tǒng)The2ndGenerationCDMAMobileCommunicationSystem12內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)概要

AnOverviewonIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的空中接口TheAir-interfaceofIS-95System

IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 ThePowerControllingofIS-95System

IS-95系統(tǒng)的切換

Handoff(Handover)

2內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)AnOverviewonIS-95System

IS-95系統(tǒng)的空中接口TheAir-interfaceofIS-95System

IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的切換

Handoff(Handover)

3關(guān)于IS-95系統(tǒng)

IS-95系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)

基于擴(kuò)頻通信技術(shù)（軍轉(zhuǎn)民）是一種支持蜂窩組網(wǎng)的多用戶擴(kuò)頻通信技術(shù)碼分多址（CDMA）技術(shù)應(yīng)用DS技術(shù)的系統(tǒng)中，功率控制是它成功的關(guān)鍵

何謂“IS-95”IS-95是美國電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA給基于CDMA第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)，即（InterimStandard95）。

IS-95的地位是第一個(gè)CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)規(guī)范它的CDMA技術(shù)框架是后來CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)4IS-95系統(tǒng)的誕生產(chǎn)生背景數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)開發(fā)興起（1980年代中后期）冷戰(zhàn)結(jié)束，技術(shù)“軍轉(zhuǎn)民”成為可能技術(shù)推手高通公司：主要發(fā)明者美國TIA（電信工業(yè)協(xié)會(huì)）：標(biāo)準(zhǔn)化組織韓國政府：“第一個(gè)吃螃蟹者”

主要里程碑

1991年高通在西雅圖進(jìn)行試驗(yàn)；

1993年被TIA確定為IS-95標(biāo)準(zhǔn)

1993年4月韓國購買生產(chǎn)許可并很快成功建網(wǎng)

1994年3月中國開始試驗(yàn)，1998年11月試運(yùn)營網(wǎng)開通5IS-95系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)系列

IS-95的一些后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)協(xié)議。支持所有的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、B6IS-95系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)完善的功率控制技術(shù)地址碼的選擇軟切換技術(shù)軟容量分集技術(shù)語音編碼技術(shù)7IS-95系統(tǒng)的主要特點(diǎn)窄帶CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

800MHz頻段，信道帶寬1.25MHz大容量服務(wù)質(zhì)量高，保密性能好可向3G平滑過渡8內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)AnOverviewonIS-95System

IS-95系統(tǒng)的空中接口TheAir-interfaceofIS-95System

IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的切換

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9IS-95空口參數(shù)運(yùn)營頻段824~849MHz（反向）；869~894MHz（前向）雙工方式FDD，間隔45MHz載波間隔1.25MHz信道速率1.2288Mbps多址方式CDMA調(diào)制方式

/4-QPSK分集RAKE接收，天線分集，擴(kuò)頻信道編碼卷積碼，K=9,R=1/3(反向)；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(kuò)頻：64進(jìn)制WLASH碼PN序列周期：242-1chipsand215chips

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物理信道——碼分信道前向物理信道：walsh碼反向物理信道：PN碼

邏輯信道導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道接入信道業(yè)務(wù)信道IS-95的無線信道11IS-95系統(tǒng)前向信道正向CDMA信道(1.25MHz)導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道1尋呼信道7業(yè)務(wù)信道1業(yè)務(wù)信道55業(yè)務(wù)信道N業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)功控子信道.........W0W32W1W7…W63物理信道與邏輯信道的映射關(guān)系12信道結(jié)構(gòu)—前向鏈路p.196卷積編碼碼元重復(fù)交織

用戶掩碼Walsh1.2288M+導(dǎo)頻同步尋呼Q信道引導(dǎo)PN短碼2151.2288McpsPN長(zhǎng)碼242－1分頻+++基帶濾波基帶濾波

復(fù)用I信道引導(dǎo)PN短碼2151.2288Mcps功率控制S(t)9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps19.2kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps19.2KcoswctsinwctI(t)Q(t)19.2K擾碼擴(kuò)頻13兩種掩碼基站ESN公用移動(dòng)臺(tái)MIN專用長(zhǎng)碼掩碼結(jié)構(gòu)如下：前向信道中掩碼類型1100011000置換ESN01公共掩碼長(zhǎng)碼專用掩碼長(zhǎng)碼M41M0M41M014

PN碼長(zhǎng)碼242：數(shù)據(jù)加擾短碼215：區(qū)分基站（導(dǎo)頻信道）

walsh碼擴(kuò)頻，區(qū)分信道調(diào)制方式：QPSK信道編碼：卷積編碼r=1/2前向信道小結(jié)15IS-95系統(tǒng)反向信道反向CDMA信道(1.25MHz)接入信道1接入信道N業(yè)務(wù)信道1業(yè)務(wù)信道M……......

……...接入信道：最少1個(gè)，最多32個(gè)業(yè)務(wù)信道：最少32個(gè)，最多64個(gè)物理信道與邏輯信道的映射關(guān)系16信道結(jié)構(gòu)—反向鏈路p.19964階正交調(diào)制+Walsh卷積編碼1/3碼元重復(fù)交織9.6k4.8k2.4k1.2k28.8k14.4k7.2k3.6k28.8kb4.8ks307.2kc用戶掩碼PN長(zhǎng)碼242－11.2288M++基帶濾波基帶濾波

I信道引導(dǎo)PN短碼2151.2288McpsS(t)coswctsinwctI(t)Q(t)擴(kuò)頻Q信道引導(dǎo)PN短碼2151.2288McpsD數(shù)據(jù)子幀隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器17

PN碼長(zhǎng)碼242：擴(kuò)頻，區(qū)分信道(用戶)短碼215：與前向信道相同walsh碼64階正交調(diào)制；每6個(gè)比特對(duì)應(yīng)1個(gè)Walsh函數(shù)W（n）=C0+2C1+4C2+8C3+16C4+32C5信道編碼：卷積編碼，r=1/3

調(diào)制方式：O-QPSK反向信道小結(jié)18內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)AnOverviewonIS-95System

IS-95系統(tǒng)的空中接口TheAir-interfaceofIS-95System

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19IS-95的定時(shí)與同步系統(tǒng)定時(shí)

提供全系統(tǒng)統(tǒng)一定時(shí)基準(zhǔn)采用GPS定時(shí)：每基站設(shè)1GPS接收機(jī)精度不低于20ns定時(shí)同步，包括：

PN碼同步、符號(hào)同步、幀同步和擾碼同步等通過對(duì)導(dǎo)頻信道的捕獲建立PN碼同步和符號(hào)同步通過同步信道的接收建立幀同步和擾碼同步擴(kuò)頻序列的同步20內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)AnOverviewonIS-95System

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Handoff(Handover)21為何需要功率控制

CDMA系統(tǒng)的干擾受限特點(diǎn)（根本原因）原因：擴(kuò)頻碼得非理想相關(guān)特性；無線信道多經(jīng)效應(yīng)；蜂窩結(jié)構(gòu)和大用戶量；通過功控減少：符號(hào)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(dòng)臺(tái)無謂電磁輻射

改善時(shí)變信道傳輸質(zhì)量根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度探測(cè)，改變發(fā)送功率，保證無線鏈路質(zhì)量

22功率控制技術(shù)的作用采用功率控制可以很好地解決：遠(yuǎn)近效應(yīng)快衰落與陰影衰落多址干擾23功率控制的目標(biāo)核心目的：降低干擾，減少功耗保證一定質(zhì)量的前提下，盡可能降低功率，使接收功率始終剛剛夠用！前向功控——限制BS的發(fā)射功率，使所有MS在保證通信質(zhì)量的條件下，BS的發(fā)射功率為最小。反向功控——限制MS的發(fā)射功率，使所有MS到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)度一樣。多：多的部分是干擾；少：通信質(zhì)量達(dá)不到24功率控制的方法開環(huán)功控——基于路徑損耗的功率控制，補(bǔ)償信道中平均路徑衰落及慢衰落（陰影衰落）

根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度（質(zhì)量），調(diào)整自身的發(fā)射功率，以達(dá)到期望的通信質(zhì)量。

閉環(huán)功控——降低信道快衰落的影響根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度（質(zhì)量），調(diào)整對(duì)方的發(fā)射功率，對(duì)開環(huán)功率控制提供校正內(nèi)環(huán)功控——調(diào)整信號(hào)強(qiáng)度外環(huán)功控——調(diào)整功控門限25IS-95系統(tǒng)的功控實(shí)現(xiàn)前向鏈路功率控制MS連續(xù)不斷地測(cè)前向信道的FER，BS根據(jù)MS的測(cè)量報(bào)告，估計(jì)調(diào)整其發(fā)射功率。調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：約0.5dB，動(dòng)態(tài)范圍限制在標(biāo)稱功率的±

6dB，調(diào)節(jié)速率：緩慢，每秒2次（30ms）26反向鏈路的功率控制開環(huán)功控——MS在接入過程中進(jìn)行MS通過估算接收信道的路徑損耗，來決定自身的發(fā)射功率調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：每次0.5dB動(dòng)態(tài)范圍：32dBIS-95系統(tǒng)的功控實(shí)現(xiàn)27IS-95系統(tǒng)的功控實(shí)現(xiàn)反向鏈路閉環(huán)功控——MS獲得業(yè)務(wù)信道后內(nèi)環(huán)功控：調(diào)節(jié)發(fā)射功率，保持MS盡可能地接近目標(biāo)值(Eb/It)setpointBS測(cè)量反向信道的Eb/It，與目標(biāo)值比較后調(diào)整MS的發(fā)射功率。調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：1dB調(diào)節(jié)速率：800次/S（1.25ms）動(dòng)態(tài)范圍：48dB外環(huán)功控：計(jì)算FER，調(diào)整目標(biāo)值Eb/It，平衡FER與系統(tǒng)容量的關(guān)系。調(diào)節(jié)速率：20ms28反向鏈路閉環(huán)功控流程圖設(shè)定Eb/It目標(biāo)值設(shè)定FER目標(biāo)值測(cè)量每個(gè)PCG中的Eb/It目標(biāo)值升高1dB降低1dB發(fā)送周期性鎖定功控消息計(jì)算FER并調(diào)整Eb/It設(shè)定值(Eb/It)m>設(shè)定值接收另一幀內(nèi)環(huán)(1.25ms)外環(huán)(20ms)否否是是29Eb/It目標(biāo)值（≥5dB話音質(zhì)量良好）MS發(fā)射功率時(shí)間ItEb/ItEb/It設(shè)定值下一個(gè)Eb/It設(shè)定值1.25msEbEbi幀i＋1幀閉環(huán)功控示意圖30內(nèi)容提要（Contents）IS-95系統(tǒng)AnOverviewonIS-95System

IS-95系統(tǒng)的空中接口TheAir-interfaceofIS-95System

IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步TheTiming&SynchronizationofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 ThePowerControllingofIS-95SystemIS-95系統(tǒng)的切換

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31切 換概 念切換目的：維持通信的連續(xù)性切換類型硬切換：先斷后通。發(fā)生在不同頻率、不同模式系統(tǒng)的信道之間軟切換：先通后斷。發(fā)生在相同頻率系統(tǒng)的信道之間更軟切換——扇區(qū)間的切換，不經(jīng)過MSC軟切換——小區(qū)間的切換軟/硬切換——包含上兩項(xiàng)的切換32軟切換類型更軟切換雙方軟切換三方軟切換軟/更軟切換軟切換33

T_ADD；T_COMP；T_DROP；T_TDROP軟切換實(shí)現(xiàn)原則切換依據(jù)：導(dǎo)頻信號(hào)（由短PN碼215區(qū)分）強(qiáng)度導(dǎo)頻集合：集合中的導(dǎo)頻，頻率相同，相位(偏移值)不同激活集：參與移動(dòng)臺(tái)接收的導(dǎo)頻候選集：不在激活集中，但有足夠強(qiáng)度可正確解調(diào)的導(dǎo)頻鄰近集：不在激活和候選集中，但適合作為候選的導(dǎo)頻(根據(jù)地域劃分)剩余集：除上述之外所有可能的導(dǎo)頻切換參數(shù)： 34軟切換過程動(dòng)態(tài)切換范圍時(shí)間導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度T-ADDT-DROPA基站信號(hào)B基站信號(hào)動(dòng)態(tài)門限充分考慮了MS所處位置環(huán)境對(duì)接收信號(hào)的影響，采用一定算法，使得MS向BTS報(bào)告的時(shí)間改變。鄰近集候選集鄰近集候選集導(dǎo)頻集合激活集鄰近集鄰近集候選集候選集激活集靜態(tài)切換范圍35軟切換特點(diǎn)切換成功率高。MS同時(shí)與多個(gè)BTS通信，大大降低因切換造成的掉話

增加系統(tǒng)容量。MS優(yōu)先執(zhí)行降低發(fā)射功率命令，從而MS的整體發(fā)射功率降低，干擾減少。通信質(zhì)量提高。具有分集增益，提高了接收信號(hào)的質(zhì)量。占用系統(tǒng)資源多（切換時(shí)增加硬件設(shè)備的使用）36ThanksforYourAttention!37擴(kuò)頻通信概念38DS-CDMA系統(tǒng)原理框圖調(diào)制解調(diào)akPNf0f0WkWkPN判決am混頻調(diào)制解調(diào)akPNf0f0PN判決am混頻392024/5/6

選擇地址碼的要求

數(shù)量足夠多相關(guān)性能好自相關(guān)性互相關(guān)性頻譜性能好，類似白噪聲譜特性IS-95系統(tǒng)使用的地址碼偽隨機(jī)序列碼PN碼，215，242Walsh碼，64階等長(zhǎng)40PN碼的生成及特性001001Ci（t）＝1001110Ci（t）＝1001011PN碼個(gè)數(shù)＝2N PN碼長(zhǎng)度＝2N－1＝7具有隨機(jī)數(shù)特性具有尖銳的自相關(guān)性較好的互相關(guān)性IS-95中的PN碼： 短碼，215＝32768個(gè)碼字長(zhǎng)碼，242

＝4.4×1012個(gè)IS-95建議，相鄰碼字間隔64chip實(shí)際短碼：215/64＝512個(gè)實(shí)際長(zhǎng)碼：242/64＝69×109個(gè)412024/5/6WalshCode生成及特性H0H0H0H0000100010001000111100001000100011110000100010001111000010001000111101110111011100001W0W1W2W3W4W5W6W78×8陣列，8個(gè)WalshCode每個(gè)碼8位chip IS-95中WalshCode為64×64陣列共有64個(gè)碼字，W0~W63 每個(gè)碼64位chip 同步正交性好，且只有當(dāng)一半以上的碼元出錯(cuò)，才會(huì)被誤認(rèn)為不同的WC422024/5/6大容量處理增益（BW/BS）

QCDMA為21dB，遠(yuǎn)高于其它系統(tǒng)，使其抗干擾性好。Eb/N0

CDMA尋求為6dB，模擬系統(tǒng)的C/I值為18dB。