1、1,移动通信原理,安徽建筑工业学院 朱徐来 ,2,第七章 CDMA(IS-95)移动通信系统,一、 概述二、 CDMA蜂窝系统的无线传输三、 CDMA蜂窝系统的网络管理与控制,3,重要知识点,CDMA系统的基本特点 CDMA系统前、反向链路信号形成的过程 前、反向链路信道中PN码出现几次？各自作用？,4,2.1.3 GSM的工作频段,频段： 上行：890915 MHz，17101785 MHz 下行：935960 MHz，18051880 MHz 我国：上行：905915 MHz 下行：950960 MHz上行：17101755 MHz，18051850 MHz,5,2.1.4 GSM的频道和
2、调制,收发频率间隔：45MHz 相邻两频道间隔为200kHz。工作频段包含124对(DCS1800:373对）频道，每个频道8个时隙，共992个物理信道 调制方式： 高斯最小移频键控 (GMSK)原因：邻信道干扰小于-60dB 高斯滤波器：BT=0.3 频谱利用率：1.35bps/Hz,6,1 概述, 扩频的概念* CDMA蜂窝系统的概念及特征 CDMA蜂窝系统的同步与定时,7,扩频的基本原理,扩频技术是把信息的频谱展宽进行传输的技术 根据Shannon 公式，在白噪声干扰下，通信系统的信道容量为：公式说明：对一个给定的信道容量而言，可以利用带宽与信噪比的互换而保持不变，即以频带换取信噪比,8
3、,CDMA基本概念,CDMA是码分多址系统： CDMA基于扩频技术，用户具有特征码扩频：信息带宽扩展码分：实现用户，信道和基站的标识问题采用m 序列，Gold序列等伪随机序列（PN码）,9,m序列的自相关特性（一）,例： 序列 0 0 1 0 1 1 1 序列 1 0 0 1 0 1 1 都为不同相位的同一序列序列 1 1 0 0 1 0 1移位数,10,m序列的自相关特性（二）,11,CDMA蜂窝系统的概念及特征,美国Qualcomm公司于1990年提出了基于直扩码分的数字蜂窝通信系统，1993年正式成为北美数字蜂窝通信标准。IS-95是第一个码分多址CDMA的空中接口标准。 IS-95空中
4、接口主要参数如下表所示：,12,13,CDMA系统特点,可采用多种分集技术(时间、频率和空间分集) 较低的发射功率,低的信噪比要求 保密性好 软切换 大容量,软容量 话音激活 CDMA系统的要求严格的同步与定时CDMA系统的公共时钟基准是CDMA系统时（CDMA System Time），它是采用GPS（全球定位系统）时间标尺，每秒钟（对应75个短码周期）对短码进行一次校准。,14,2 CDMA蜂窝系统的无线传输,物理信道与逻辑信道 前向CDMA链路信号 反向CDMA链路信号,15,物理信道（一）前向链路（Forward Link） ： BS到MS方向的链路 反向链路（Reverse Link
5、）： MS到BS方向的链路前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。 码分物理信道正交特性的数学表达式为,16,物理信道（二）,其中，不同的PNi和PNj(i,j=1，2，3）的不同码型代表不同的码分物理信道。在IS一95标准中，由Walsh序列,长码等PN码提供的码分物理信道，将在后面详细介绍。,17,2. 逻辑信道（一）,利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道，则称为逻辑信道。逻辑信道及其功能如下：导频信道基站在此信道发送引导信号（其信号功率比其它信道高20dB）供移动台识别基站频率（相位），并引导移动台入网 同步信道基站在此信道发送同步信息供移动台
6、建立与系统的定时和同步,18,逻辑信道(二）, 寻呼信道基站在此信道寻呼移动台发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息 接入信道是一个随机接入信道，供网内移动台随机占用移动台在此信道发起呼叫及传送应答信息 业务信道供移动台和基站台双向通信并传送信令之用上述逻辑信道可分为业务信道（TCH，即Traffic Channel）和信令信道（SCH，即Signaling Channe1）两大类。,19,二、 前向CDMA链路信号1、前向链路CDMA信道前向链路CDMA信道共有64个，由下列各码分信道组成： 导频信道1个（W0）； 同步信道1个（W32），传输数据率为1.2kbps； 寻呼信道7个（W1W7）
7、，传输数据率为9.64.8kbps； 前向业务信道55个（W8W31及W33W63），传输数据率为9.64.82.41.2kbps可变。,20,21,22,23,24,25,26, 信道地址码 IS-95的CDMA系统中，每个服务区的信道共用同一频带，为了使得前向链路的各个信道之间能够相互分离，IS-95系统中采用64阶正交的Walsh码序列进行区分(扩频),2、前向链路信号,27, Walsh码每个调制码元与相应的包含64个码片的Walsh信号以1.2288MHz的速率做异或。在经过Walsh调制后，调制码元的速率由19.2k提高为1.2288M。 任一个Walsh函数可递归定义如下:其中
8、是 的逻辑反。,28,因此 W1=0= =,29,基站地址码的产生而同一基站的前向链路信号，是由短码PN序列（215）的相位偏置来统一识别的,不同基站对应不同的偏置序列。短码PN序列规定64个码片为一个偏置，因此共有 个偏置 为了尽可能减少基站间的多用户干扰，基站地址码应满足正交性能，同时满足序列数量足够多。基站地址码主要用于上、下行信道区分不同的基站。在IS-95中采用两个较短的PN码 , 码长 (改造为 ), 分别对下行同相(I)与正交(Q)调制分量进行扩频。,30,31,同相(I)信道使用的短PN码特征多项式如下：正交(Q)信道使用的短PN码特征多项式如下：,32,33,数据扰乱寻呼信道
9、和前向业务信道的数据扰乱（Data Scrambling）如图所示。长码掩盖生成码片速率为1.2288Mcps的序列，每64chip对应1个符号（symbol），则有速率为1.2288Mcps/6419.2ksps的扰码。,34,序列(64位)序列(64位)序列(64位),35,36,37,1、反向链路CDMA信道 反向链路CDMA信道由反向接入信道和反向业务信道组成。 反向接入信道：传输数据率固定为4800bps，由长码序列来识别不同的接入信道。 反向业务信道：传输数据率为9.64.82.41.2 kbps可变，由用户长码序列来识别不同的业务信道，反向链路的数据传输帧长为20ms。反向CDM
10、A信道的结构如图所示。,二、反向CDMA链路信号,38,39,40,41,42,43,44,反向接入信道的信源为88bits帧，即速率为88bits/20ms4.4kbps。 每帧附加供译码用的8bit尾位，则速率变成96bits20ms=4.8kbps。 经过编码率r=13的FEC编码后，码字符号的速率变为4.8kbpsX3=14.4ksps。 经二次重传后符号速率为28.8ksps。 经分组交织处理后的速率不变。,2、反向链路信号（一）,45, 交织后的符号流每6位符号为一组，在正交调制器被64元Walsh函数调制，即每6位符号换成1位持续时间的Walsh函数序列，其输出的符号率为28.8
11、ksps64.8ksps。传输符号率为4.8ksps的一位符号持续时间为208.33us。 64元Walsh函数正交调制原理如图所示。若输入的一组6位符号为100011，其十进制数为35，则从Walsh函数表中查出代码为35的Walsh序列作为调制器的输出。,反向链路信号（二）,46,若输入的一组6位符号为101100，其十进制数为56，则从Walsh函数表中查出代码为56的Walsh序列作为调制器的输出。输入符号 输出代码对应 的Walsh函数100011 代码35的Walsh 序列（64位）100100 代码56的Walsh序列（64位）图7.4反向信道正交调制原理,47,反向链路信号（四
12、） 正交调制器输出的符号速率为4.8kbps，Walsh 序列的码片速率为4.8X64=307.2kcps。 调制器输出的序列被长码PN序列（242l）所掩盖，该PN序列码片率为1.2288Mbps。 然后经IQ支路分别被码片速率为1.2288Mcps短码PN序列（215）扩展及oQPSK调制。,48,总结PN码的作用,Walsh前向：扩频，区分信道反向：多进制调制 短码( ) ：前向：不同时间偏置的序列区分不同的基站，四相扩展反向：四相扩展 长码( )：前向：扰码反向：用户地址码,区分用户,49,CDMA蜂窝系统的同步与定时,CDMA系统的同步包括三个内容： 载波同步：在相干解调时要提供相干
13、载波位同步：本地产生的序列子码与接收信号的序列子码在时间上对齐序列同步：本地产生的序列子码与接收信号的序列子码在相位上对齐,50,每个基站的标准时基与CDMA系统的时钟对准，它驱动引导信道的PN序列、帧、以及Walsh函数的定时。当CDMA系统的外部时钟丢失时，系统应能使基站发射定时误差保持在容限之内。基站应在CDMA系统时钟的 10us内发送引导PN序列，基站发送的所有CDMA信道相互定时误差应在 1us之内。,CDMA蜂窝系统的同步与定时,51,定时校正的改变率每200ms应不超过1/8PN chip 即（101 725ns）。引导PN序列与Walsh函数（W0）序列间的时间误差应小于士5
14、0ns，引导信道射频载波与同一前向信道中的任何其它信道射频载波间的相位差不应超过005弧度。,CDMA蜂窝系统的同步与定时,52,3 CDMA蜂窝系统的网络管理与控制,登记注册切换,53,切换的类型,硬切换发生在不同频率基站、不同MSC之间 软切换发生在相同频率基站间、小区内 与GSM,54,软切换概述,切换参数： 4个集合：激活导频集、候选导频集、相邻导频集、剩余导频集。 个参数：T_ADD,T_DROP,T_TDROP 切换过程： 监控和链路测量。 目标小区确定和切换启动。 切换执行,55,软切换过程,56,导频集合,激活导频集（Active Set）与正在通信的基站对应的导频集合 候选导
15、频集（Candidate Set）目前不在激活集中，但有足够的强度使与业务信道结合的导频集合。 相邻导频集（Neighbor Set）不在以上两个集合中，但是根据某种算法被认为可以很快进入候选集的备用导频集合。 剩余导频集（Remaining Set）当前系统中，除以上三种集合之外的所有导频集合。,57,切换参数,导频切换门限（T_ADD)导频去掉门限(T_DROP)衰减定时器门限(T_TDROP),58,小区间切换,软切换，发生在两个BTS之间由BSC做选择合并分集信号。需要同时与多个BTS通信。,59,小区内切换,更软切换，发生在同一个BTS中的不同扇区。分集信号在BTS中做最大增益比合并。MS保持和同一个基站通信，但是改变了无线信道。,
