2024年-IS移動通信系統(tǒng)參考課件

第八章IS-95移動通信系統(tǒng)The2ndGenerationCDMAMobileCommunicationSystem12內容提要（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）技術應用DS技術的系統(tǒng)中，功率控制是它成功的關鍵

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

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技術框架是后來CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎4IS-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（電信工業(yè)協(xié)會）：標準化組織韓國政府：“第一個吃螃蟹者”

主要里程碑

1991年高通在西雅圖進行試驗；

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5IS-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)的關鍵技術完善的功率控制技術地址碼的選擇軟切換技術軟容量分集技術語音編碼技術7IS-95系統(tǒng)的主要特點窄帶CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)

800MHz頻段，信道帶寬1.25MHz大容量服務質量高，保密性能好可向3G平滑過渡8內容提要（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)

9IS-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1.25MHz信道速率1.2288Mbps多址方式CDMA調制方式

/4-QPSK分集RAKE接收，天線分集，擴頻信道編碼卷積碼，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正交擴頻：64進制WLASH碼PN序列周期：242-1chipsand215chips

10

物理信道——碼分信道前向物理信道：walsh碼反向物理信道：PN碼

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

用戶掩碼Walsh1.2288M+導頻同步尋呼Q信道引導PN短碼2151.2288McpsPN長碼242－1分頻+++基帶濾波基帶濾波

復用I信道引導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擾碼擴頻13兩種掩碼基站ESN公用移動臺MIN專用長碼掩碼結構如下：前向信道中掩碼類型1100011000置換ESN01公共掩碼長碼專用掩碼長碼M41M0M41M014

PN碼長碼242：數(shù)據(jù)加擾短碼215：區(qū)分基站（導頻信道）

walsh碼擴頻，區(qū)分信道調制方式：QPSK信道編碼：卷積編碼r=1/2前向信道小結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)務信道1業(yè)務信道M……......

……...接入信道：最少1個，最多32個業(yè)務信道：最少32個，最多64個物理信道與邏輯信道的映射關系16信道結構—反向鏈路p.19964階正交調制+Walsh卷積編碼1/3碼元重復交織9.6k4.8k2.4k1.2k28.8k14.4k7.2k3.6k28.8kb4.8ks307.2kc用戶掩碼PN長碼242－11.2288M++基帶濾波基帶濾波

I信道引導PN短碼2151.2288McpsS(t)coswctsinwctI(t)Q(t)擴頻Q信道引導PN短碼2151.2288McpsD數(shù)據(jù)子幀隨機函數(shù)發(fā)生器17

PN碼長碼242：擴頻，區(qū)分信道(用戶)短碼215：與前向信道相同walsh碼64階正交調制；每6個比特對應1個Walsh函數(shù)W（n）=C0+2C1+4C2+8C3+16C4+32C5信道編碼：卷積編碼，r=1/3

調制方式：O-QPSK反向信道小結18內容提要（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)

19IS-95的定時與同步系統(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20內容提要（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)21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；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

22功率控制技術的作用采用功率控制可以很好地解決：遠近效應快衰落與陰影衰落多址干擾23功率控制的目標核心目的：降低干擾，減少功耗保證一定質量的前提下，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到達基站的信號強度一樣。多：多的部分是干擾；少：通信質量達不到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)接收信號強度（質量），調整自身的發(fā)射功率，以達到期望的通信質量。

閉環(huán)功控——降低信道快衰落的影響根據(jù)接收信號強度（質量），調整對方的發(fā)射功率，對開環(huán)功率控制提供校正內環(huán)功控——調整信號強度外環(huán)功控——調整功控門限25IS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)前向鏈路功率控制MS連續(xù)不斷地測前向信道的FER，BS根據(jù)MS的測量報告，估計調整其發(fā)射功率。調節(jié)步長：約0.5dB，動態(tài)范圍限制在標稱功率的±

6dB，調節(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)射功率調節(jié)步長：每次0.5dB動態(tài)范圍：32dBIS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)27IS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)反向鏈路閉環(huán)功控——MS獲得業(yè)務信道后內環(huán)功控：調節(jié)發(fā)射功率，保持MS盡可能地接近目標值(Eb/It)setpointBS測量反向信道的Eb/It，與目標值比較后調整MS的發(fā)射功率。調節(jié)步長：1dB調節(jié)速率：800次/S（1.25ms）動態(tài)范圍：48dB外環(huán)功控：計算FER，調整目標值Eb/It，平衡FER與系統(tǒng)容量的關系。調節(jié)速率：20ms28反向鏈路閉環(huán)功控流程圖設定Eb/It目標值設定FER目標值測量每個PCG中的Eb/It目標值升高1dB降低1dB發(fā)送周期性鎖定功控消息計算FER并調整Eb/It設定值(Eb/It)m>設定值接收另一幀內環(huán)(1.25ms)外環(huán)(20ms)否否是是29Eb/It目標值（≥5dB話音質量良好）MS發(fā)射功率時間ItEb/ItEb/It設定值下一個Eb/It設定值1.25msEbEbi幀i＋1幀閉環(huán)功控示意圖30內容提要（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)

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，不經過MSC軟切換——小區(qū)間的切換軟/硬切換——包含上兩項的切換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軟切換實現(xiàn)原則切換依據(jù)：導頻信號（由短PN碼215區(qū)分）強度導頻集合：集合中的導頻，頻率相同，相位(偏移值)不同激活集：參與移動臺接收的導頻候選集：不在激活集中，但有足夠強度可正確解調的導頻鄰近集：不在激活和候選集中，但適合作為候選的導頻(根據(jù)地域劃分)剩余集：除上述之外所有可能的導頻切換參數(shù)： 34軟切換過程動態(tài)切換范圍時間導頻信號強度T-ADDT-DROPA基站信號B基站信號動態(tài)門限充分考慮了MS所處位置環(huán)境對接收信號的影響，采用一定算法，使得MS向BTS報告的時間改變。鄰近集候選集鄰近集候選集導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軟切換特點切換成功率高。MS同時與多個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。通信質量提高。具有分集增益，提高了接收信號的質量。占用系統(tǒng)資源多（切換時增加硬件設備的使用）36ThanksforYourAttention!37擴頻通信概念38DS-CDMA系統(tǒng)原理框圖調制解調akPNf0f0WkWkPN判決am混頻調制解調akPNf0f0PN判決am混頻392024/5/6

選擇地址碼的要求

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

＝4.4×1012個IS-95建議，相鄰碼字間隔64chip實際短碼：215/64＝512個實際長碼：242/64＝69×109個412024/5/6WalshCode生成及特性H0H0H0H0000100010001000111100001000100011110000100010001111000010001000111101110111011100001W0W1W2W3W4W5W6W78×8陣列，8個WalshCode每個碼8位chip IS-95中WalshCode為64×64陣列共有64個碼字，W0~W63 每個碼64位chip 同步正交性好，且只有當一半以上的碼元出錯，才會被誤認為不同的WC422024/5/6大容量處理增益（BW/BS）

QCDMA為21dB，遠高于其它系統(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。