1、1,移动通信技术,第3章 IS-95CDMA,2,第3章 IS-95CDMA,内容： 码分多址技术概念、基本原理 扩频通信基本原理 地址码和扩频码的生成及特性 DS系统同步原理 IS-95 CDMA通信原理 IS-95 CDMA系统的体系结构,第3章 IS-95CDMA,重点： 码分多址技术、扩频通信基本原理 IS-95 CDMA的关键技术 IS-95 CDMA的信道结构和呼叫处理过程 难点： 码分多址技术基本原理 地址码与扩频码的生成与特性 IS-95 CDMA关键技术及无线链路信道结构,4,第3章 IS-95CDMA,目的和要求： 掌握码分多址技术与扩频通信基本原理 掌握地址码在CDMA系
2、统中的应用 理解CDMA的关键技术 理解CDMA信道结构与呼叫处理过程,5,3.1码分多址技术基本原理,CDMA多址方式 概念：各发送端用各不相同的、相互正交或准正交的地址码调制其所发送的信号，在接收端利用码型的正交性，通过地址识别（相关检测）从混合信号中选出相应信号的多址技术,6,3.1码分多址技术基本原理,CDMA多址方式 特点： CDMA系统的许多用户使用同一频率、占用相同带宽，各个用户可同时发送或接收信号 CDMA通信容量大 容量的大小主要取决于使用的编码的数量和系统中干扰的大小，采用话音激活技术也可增大系统容量 CDMA系统的容量约是TDMA系统的46倍，FDMA系统的20倍左右 C
3、DMA系统中上下行链路均可采用功率控制技术 具有良好的抗干扰、抗衰落性能和保密性能,7,3.1码分多址技术基本原理,CDMA具有软容量特性 在业务高峰期，系统可在一定程度上降低系统的误码性能，以适当增多可用信道数 当某小区的用户数增加到一定程度时，可适当降低该小区的导频信号的强度，使小区边缘用户切换到周边业务量较小的区域 CDMA系统可采用“软切换”技术 CDMA系统的软容量特性可支持过载切换 CDMA系统中切换时只需改变码型，不用改变频率与时间，其管理与控制相对比较简单,8,3.1码分多址技术基本原理,CDMA蜂窝系统容量 43组网的GSM系统的容量 每小区的信道数：N=M/m=W/(mB)
4、 式中M为信道总数，m为小区频率复用系数，W为频率带宽，B信道间隔 同频组网时CDMA系统容量 每小区信道数： 式中W为有效频率带宽；Rb为信息速率；Eb/N0为信噪比；G为扇形分区系数（2.55）；F为信道复用系数（0.6）；d为语音占空比（0.35）,9,3.1码分多址技术基本原理,码分多址技术基本原理 发端：利用自相关性很强而互相关值为0或很小的周期性码序列作为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加）进行地址调制后输出 收端：以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对收到的信号进行相关检测，提取与本地地址码一致的信号,10,3.1码分多址技术基本原理,例：设系统有4个用户（即n=4）
5、，各用户的地址码分别为W1=1，1，1，1、W2=1，-1，1，-1、W3=1，1，-1，-1、W4=1，-1，-1，1；在某一时刻用户信息数据分别为d1=1、d2=-1、d3=1、d4=-1。经过地址调制后输出信号为S1S4；接收端用户2解调信号为J1J4,11,3.1码分多址技术基本原理,12,3.1码分多址技术基本原理,三个必备条件 有足够多的地址码，地址码间有良好的自相关特性和互相关特性 各接收端必须产生与发送端一致的本地地址码，且在相位上完全同步 网内所有用户使用同一载波、相同带宽，同时收发信号，使系统成为一个自干扰系统，为把各用户间的相互干扰降到最低，码分系统必须和扩频技术相结合，
6、为接收端的信号分离作准备,13,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信系统 概念 一种信息传输方式，其系统占用的频带宽度远大于要传输的原始信号的带宽（或信息比特率），且与原始信号带宽无关 在发送端，频带的展宽是通过编码及调制（即扩频）来实现的；在接收端用与发送端完全相同的扩频码进行相关解调（即解扩）来恢复信息 作用 提高通信的抗干扰能力，即使系统在强干扰条件下也能安全可靠地通信,14,3.1码分多址技术基本原理,系统处理增益Gp 系统占用带宽W与所传送信息的带宽B之值 Gp=W/B Gp在100以上是扩频通信 Gp在50以上为宽带通信 Gp在12为窄带通信,15,3.1码分多址技术基本原理,基本
7、原理 扩频：用一个带宽比信息带宽宽得多的伪随机码（PN码）对信息数据进行调制 解扩：将接收到的扩展频谱信号与一个和发端PN完全相同的本地码相关检测 收到的信号与本地PN相匹配时，信号恢复到其扩展前的原始带宽 不匹配的输入信号被扩展到本地码的带宽或更宽频带,16,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信原理框图,17,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信频谱变换,18,3.1码分多址技术基本原理,性能指标 处理增益Gp Gp=W/B 扩频通信系统信噪比改善程度 扩频通信系统的抗干扰性能和处理增益成正比 处理增益增大，系统接收端解扩后，在单位带宽内干扰信号的功率与有用信号的功率值差值增大，抗干扰能力就
8、增强,19,3.1码分多址技术基本原理,干扰容限 干扰容限Mj=Gp-(Ls+(S/N)0) 在保证系统正常工作的条件下（即保证输出端有一定的信噪比），接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数 反映了扩频系统接收机允许的极限干扰强度,20,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信系统的特点 抗干扰能力强 扩展频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力越强 保密性好 有用信号被扩展在很宽的频带上，单位频带内的功率很小，淹没在噪声里，非法用户很难检测出信号 可以实现码分多址 可利用扩频码的优良的自相关和互相关特性实现码分多址，提高频率利用,21,3.1码分多址技术基本原理,抗多径干扰 接收端用相关技
9、术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多径信号合成，变害为利，提高接收信噪比 能精确定时和测距 利用电磁波的传播特性和伪随机码的相关性，可以比较正确地测出两个物体间的距离,22,3.1码分多址技术基本原理,扩频通信的种类 直接序列(DS)系统：用一高速伪随机序列与信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽，扩展发射信号的频谱 跳频(FH)系统：在一伪随机序列的控制下，发射频率在一组预先指定的频率上按规定顺序离散地跳变，扩展发射信号的频谱 脉冲线性调频(Chirp)系统：系统载频在一给定的脉冲间隔内线性扫过一个宽频带，扩展发射信号频谱 跳时(TH)系统：与跳频系统类似，区别在于该系
10、统是用一伪随机序列控制发射时间和发射时间的长短 混合系统,23,3.1码分多址技术基本原理,直接序列扩频通信系统DSSS 即直扩系统DS、伪噪声扩频系统,24,3.1码分多址技术基本原理,码分多址与直扩系统两种结合形式 第一种： 发端：先地址调制，再扩频 收端：先解扩，再地址解调,25,3.1码分多址技术基本原理,第二种： 发端：直接PN调制，地址调制同时扩频 收端：解扩同时作地址解调,26,3.1码分多址技术基本原理,比较： 第一种：采用了完全正交的地址码组，各用户间的相互影响可以完全消除，提高了系统的性能，但整个系统很复杂，尤其是同步系统 第二种：去掉单独的地址码组，用不同的PN序列代替，
11、整个系统相对简单，但由于PN不完全正交，而是准正交，各用户间的相互影响不能完全消除，整个系统的性能将受一定的影响,27,3.1码分多址技术基本原理,跳频扩频通信系统 原理 载波频率受一组快速变化的PN控制而随机跳变,28,3.1码分多址技术基本原理,跳频扩频系统信号波形,29,3.1码分多址技术基本原理,抗干扰能力 跳频系统是靠中频滤波器抑制带外的频谱分量，减少单频干扰和窄带干扰进入接收机的概率，提高系统的抗干扰性能 直接序列扩频系统是通过展宽单频干扰和窄带干扰的频谱，降低干扰信号在单位频带的功率，来实现抗干扰性能的提高,30,3.1码分多址技术基本原理,地址码和扩频码的生成及特性 对系统的性
12、能具有决定性的作用 系统的多址能力； 抗干扰、抗噪声、抗截获能力及多径保护和抗衰落能力； 信息数据的保密； 捕获与同步的实现,31,3.1码分多址技术基本原理,理想的地址码和扩频码应具有的特性 有足够多的地址码 有尖锐的自相关性 有处处为零的互相关性 不同码元数平衡相等 尽可能大的复杂度,32,3.1码分多址技术基本原理,实际作用的地址码与扩频码 理想的地址码和扩频码不存在 Walsh码是正交码，具有良好的自相关性和处处为零的互相关性，但由于码组内各码所占频谱带宽不同等原因，不能作扩频码使用 常作扩频码的是伪随机序列 真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生 用一种周期性的脉冲信号近似随机噪声
13、的性能 PN具有类似白噪声的特性被用作扩频码 PN准正交会使系统性能受到一定的影响 常用的PN：m序列和Gold序列,33,3.1码分多址技术基本原理,Walsh码 是正交码 Walsh码可用哈德码矩阵表示为： 例：,34,3.1码分多址技术基本原理,m序列伪随机码 m序列是最长线性移位寄存器序列 m序列是一个伪随机序列，按一定规律周期性变化，具有随机噪声类似的特性 周期是P=2n-1，n是移位寄存器级数,35,3.1码分多址技术基本原理,产生 改变反馈电路，可得到新的m序列 最后一级必须参加反馈 例：三级移位寄存器构成m序列发生器,36,3.1码分多址技术基本原理,特性 随机性 m序列一个周
14、期内“1”和“0”的码元数大致相等（“1”比“0”只多一个） 一个周期为P=2n-1的m序列，共有2n-1个游程长度为1的游程占1/2，长度为2的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，长度为k(1kn-2)的游程占1/2k，只有一个包含(n-1)个“0”的游程，也只有一个包含(n-1)个“1”的游程,37,3.1码分多址技术基本原理,自相关性 当=0时，自相关函数R()出现峰值1 当偏离0时，相关函数曲线很快下降 当1P-1时，相关函数值为-1/P 当=P时，又出现峰值1 可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自相关函数值为1的码序列,38,3.1码分多址技术基本原理,互相关性：同一周期的m
15、序列组，两两m序列对的互相关特性差别很大 m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m序列，只是相位不同 m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全“0”外，其他状态在一个周期内只出现一次,39,3.1码分多址技术基本原理,在码分系统中，若用m序列作地址码，必须选择自相关性好、互相关性弱的m序列组 在实际工程中常使用m序列优选对 对于不同周期P=2n-1的m序列，具有优选对特性的序列数目不尽相同 m序列优选对，其互相关函数值只取三个t(n)=1+2(n+2)/2,40,3.1码分多址技术基本原理,Gold序列 Gold序列是m序列的组合码 m序列优选对特性很好，数目很少 Gold序列由优
16、选对的m序列逐位模2加得到 改变其中一个m序列的相位，可得到一个新的Gold序列 Gold序列具有与m序列优选对类似的相关性，且构造简单，数量大,41,3.1码分多址技术基本原理,产生 一对周期P=2n-1的m序列优选对ai、bi，ai与后移位的序列bi+(=0，1，P-1)逐位模2加所得的序列ai+bi+,42,3.1码分多址技术基本原理,周期P=2n-1的m序列优选对产生的Gold序列共有2n+1个 随着n的增加，Gold序列以2的n次幂增长 平衡的Gold序列:一个周期内“1”码元数比“0”仅多一个 当n是奇数时，2n+1个Gold序列中有2n-1+1个平衡的Gold序列，约占50% 当
17、n是偶数（不是4个倍数）时，有2n-1+2n-2+1个平衡的Gold序列，约占75%,43,3.1码分多址技术基本原理,特性 周期P=2n-1的m序列优选对产生的Gold序列具有与m序列优选对类同的相关性 自相关函数在=0时与m序列相同，具有尖锐的自相关峰；当1P-1时，最大旁瓣值不超过t(n)/P 同一对m序列优选对产生的Gold序列连同两个m序列中，任意两个序列的互相关特性都和m序列优选对一样,44,3.1码分多址技术基本原理,IS-95CDMA中地址码的应用 用户地址码 用长m序列的截段码，码长42位，数量为242-1 根据码的不同相位区分不同的用户 基站地址码 用中长m序列的截段码或G
18、old码，码长15位，数量为215-1 根据码的相位不同来区分,45,3.1码分多址技术基本原理,信道地址码 用的是64阶walsh函数，前向信道和反向信道各64个 前向信道： 1个导频信道W0（全“0”）、7个寻呼信道W1W7、1个同步信道W32、55个业务信道 导频信道只给出一个频率基准，W0只有强度，没有信息，是固定不变的 同步信道一旦同步后可作业务信道用 无寻呼、业务忙时，寻呼信道也可作业务信道用 反向信道： 接入信道最多有32个，最少为0 业务信道最多为64个，最少为32个，信令随路传送,46,3.1码分多址技术基本原理,直接序列扩频通信系统的同步原理 移动通信系统中存在的不确定因素
19、 收发信机间的距离引起的传播延迟产生的相位差 收发信机时钟频率的相对不稳定引起的频差 收发信机相对运动引起的多普勒频率偏移 多径效应引起的频率和相位的变化等 扩频通信系统中的同步 载波同步、位同步、帧同步 伪码同步 伪码同步的作用 实现本地PN与接收信号中的PN的同步，即频率上相同，相位上一致,47,3.1码分多址技术基本原理,同步过程 第一阶段是捕获阶段 搜索对方的发送信号，把对方发来的PN与本地PN在相位上纳入可保持同步的范围内(即在一个PN码元内) 第二阶段是跟踪阶段 收发两端PN的频率和相位发生较小偏移时，同步系统都能自动调整，使收、发双方的PN保持精确同步 系统一般按照“载频捕获伪码
20、捕获伪码跟踪载频跟踪”的顺序来建立同步,48,3.1码分多址技术基本原理,同步过程原理框图,49,3.2 IS-95CDMA通信原理,CDMA基本原理 CDMA基本通信原理 DS系统： 发送端：待传话音通过A/D转换，将模拟话音转变成9.6kbit/s的二进制数据信息，通过1.2288Mc/s高速率的PN扩频调制，使信道中传输信号的带宽远远大于原始信号本身的带宽 接收端：接收机利用本地伪随机序列进行相关解扩，还原出原始窄带信号，通过窄带滤波器，恢复话音数据，再通过数/模（D/A）转换，恢复为原始话音,50,3.2 IS-95CDMA通信原理,码分多址通信系统主要由调制、扩频、解扩、解调等构成
21、为了保证相关检测，接收端除了实现载波同步外，还必须保证地址码的同步 地址码码型正交性要好，码的数量要多,51,3.2 IS-95CDMA通信原理,CDMA系统中上下行链路工作原理 下行链路,52,3.2 IS-95CDMA通信原理,发送端：,53,3.2 IS-95CDMA通信原理,接收端：,54,3.2 IS-95CDMA通信原理,上行链路 上行链路中各移动台发射的信号不用合路器合路，而是各自发往空中，在空中实现合路 基站接收空中信号后通过地址码的相关检测，对信号分路并进行后续解调处理,55,3.2 IS-95CDMA通信原理,CDMA中的关键技术 功率控制技术 CDMA系统是一个自干扰系统
22、，通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小 MS信号功率太低，误比特率太大，无法保证通信质量 MS信号功率太高，会对其它MS增加干扰，导致整个系统的通信质量恶化、容量减小 CDMA蜂窝系统中，为了解决远近效应问题，同时避免对其它用户过大的干扰，必须采用严格的功率控制 类型：反向开环功率控制、反向闭环功率控制、正向链路功率控制,56,3.2 IS-95CDMA通信原理,CDMA中功率控制示意图,57,3.2 IS-95CDMA通信原理,反向开环功率控制 前提条件：假设上、下行传输损耗相同 MS接收并测量基站发来的信号强度，估计下行传输损耗，然后自行调整其发射功率用于刚进入接入信道，闭环功率控制
23、尚未激活时 完全是MS自主进行的功率控制 开环功率控制只是对发送电平的粗略估计，反应时间不应太快或太慢 开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须要有一个很大的动态范围，至少应达到32dB,58,3.2 IS-95CDMA通信原理,刚进入接入信道时(闭环校正尚未激活)，MS计算平均输出功率，以发射其第一个试探序列 其后的试探序列不断增加发射功率，增加的步长为PWR_STEP，直到收到BTS发回的一个响应或序列结束 开环功率控制的优点是简单易行，不需在MS和BTS间交换控制信息，控制速度快，节省开销,59,3.2 IS-95CDMA通信原理,由基站检测MS的信号强度或信噪
24、比，根据测得结果与预定值比较，产生功率调整指令，并通知MS调整其发射功率 目标：使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率；对开环的迅速纠正，解决了前向链路和反向链路间增益容许度和传输损耗不一样的问题 功率控制比特在前向业务信道中进行数据扰码后插到数据流中，在功率控制子信道上传送,60,3.2 IS-95CDMA通信原理,功率控制子信道的结构和替代,61,3.2 IS-95CDMA通信原理,紧随MS发射时隙后的第二个1.25ms时隙内收到的功率控制比特才有效 在非连续发射过程中，发射机关掉时MS将忽略收到的功率控制比特 软切换时，MS可能同时收到两个或两个以上的功
25、率控制命令，如果既有上调又有下降的功控指令，则执行功率下降的指令 闭环调整范围：在开环功率控制的基础上调整24dB,62,3.2 IS-95CDMA通信原理,正向功率控制 基站根据MS提供的测量结果调整对每个MS的发射功率 目的：使任一MS收到基站发来的信号电平都恰好到达信干比所要求的门限值 基站通过MS发送的前向误帧率FER的报告决定增减小发射功率 定期报告就是隔一定时间汇报一次 门限报告就是当FER达到一定门限值时才报告 前向功率控制的最大调整范围为6dB,63,3.2 IS-95CDMA通信原理,功率控制的应用 例：信道突然衰落时的功率控制响应,64,3.2 IS-95CDMA通信原理,
26、信号的衰落与分集接收 分集 分集接收：接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一个信息数据流）的信号进行特定的处理 含义： 一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息数据流的衰落信号 二是集中合并处理，接收机把收到的多个独立的衰落信号进行合并，以降低衰落的影响,65,3.2 IS-95CDMA通信原理,类型 宏分集(多基站分集)：把多个基站设置在不同的地理位置上（如蜂窝小区的对角上）和不同方向上，同时和小区的一个移动台进行通信，移动台可以选用其中信号最好的一个基站进行通信 微分集：空间分集、频率分集、极化分集、场分量分集、角度分集、时间分集,66,3.2 IS-95CDMA通
27、信原理,分集技术 空间分集：在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落不相关 频率分集 ：频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落不相关,67,3.2 IS-95CDMA通信原理,极化分集：两不同极化的电磁波具有独立的衰落特性 极化分集是空间分集的一种特殊情况，二重分集情况下也要用两副天线，但仅仅是利用不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短了天线间的距离 在极化分集中，由于射频功率分给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失一半（3dB）,68,3.2 IS-95CDMA通信原理,场分量分集：Ez、Hx和Hy的分量互不相关 场分量分集不
28、要求天线间有实体上的间隔 场分量分集和空间分集都不需降低3dB的辐射功率 角度分集：以不同的角度到达接收端的分量具有互相独立的衰落特性 角度分集在较高频率时容易实现 时间分集：同一信号在不同的时间、区间多次重发，各次发送的时间间隔足够大时，各次发送信号的衰落彼此独立,69,3.2 IS-95CDMA通信原理,合并技术 选择不同的加权系数可构成不同的合并方式 选择式合并：检测所有分集支路的信号作为合并器的输出，加权系数只有一项为1，其余均为0 开关式相加 方法简单，易实现，抗衰落性相对较差 例：二重分集选择式合并,70,3.2 IS-95CDMA通信原理,最大比值合并： 一种最佳合并方式 每一支
29、路信号为rk，每一支路的加权系数ak与包络rk成正比，与噪声功率Nk成反比。即ak=rk/Nk 例：,71,3.2 IS-95CDMA通信原理,等增益合并： 无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加 实现简单，性能接近于最大比值合并 例：,72,3.2 IS-95CDMA通信原理,比较： 在相同分集重数时，最大比值合并方式改善信噪比最多，其次是等增益合并方式，选择式合并所得到的信噪比改善量最少 在分集重数较少情况下(如M=2或3),等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并,73,3.2 IS-95CDMA通信原理,CDMA系统的分集、合并技术 分集技术 频率分集：扩频技术 时间分集：交织(隐分集
30、) 空间分集：RAKE接收机 合并技术 等增益合并： RAKE接收机,74,3.2 IS-95CDMA通信原理,RAKE接收机 利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号供解调用的接收机 RAKE接收机利用多径现象来增强信号,75,3.2 IS-95CDMA通信原理,其他关键技术 正交调制与正交扩频 发端：先正交扩频，再正交调制 收端：先正交解调，再解扩 正交调制 ：QPSK调制,76,3.2 IS-95CDMA通信原理,话音编码技术 Q码激励线性预测编码QCELP 语音编码过程 语音按8KHz抽样，分成20ms长的帧，每一帧含160个抽样，生成三参数子帧（线性预测编码滤波器参
31、数、音调参数、码表参数） 语音解码过程 从数据流中解包得到接收的参数，根据这些参数重组语音信号 速率可变,77,3.2 IS-95CDMA通信原理,QCELP中数据速率的选择 基于每一帧的能量与三个门限的比较 每一帧的能量是由自相关函数R(0)决定的，R(0)与三个门限值T1(Bi)、T2(Bi)和T3(Bi)比较，其中Bi表示背景噪声电平 R(0)大于所有三个门限，就选择速率1；如果R(0)仅大于两个门限，就选择速率1/2；如果R(0)只大于一个门限，就选择速率1/4；如果R(0)小于所有三个门限，选择速率1/8,78,3.2 IS-95CDMA通信原理,数据速率每帧只允许下降一个级别 当C
32、DMA使用半速率技术时，即使当前帧根据门限选择是速率1，而实际只能选择速率1/2 数字话音插空技术DSI：发端话音识别器检测是否有话音，决定是否分配信道 与可变速率话音编码结合，获得通信容量的增加,79,3.2 IS-95CDMA通信原理,越区切换技术 切换类型 同一载频的软切换 同一载频同一基站扇区间更软切换 不同载频间的硬切换,80,3.2 IS-95CDMA通信原理,几个术语 导频集合：具有相同频率不同PN码相位的导频集 有效导频集：与正在联系基站相对应的导频集合 候选导频集：当前不在有效导频集里，但已有足够的强度表明与该导频相对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合 相邻导频集：
33、当前不在有效导频集或候选导频集里，但根据某种算法被认为很快可进入候选导频集的导频集合 剩余导频集：不被包括在相邻导频集、候选导频集和有效导频集里的所有其它导频的导频集合,81,3.2 IS-95CDMA通信原理,软切换过程,82,3.2 IS-95CDMA通信原理,：当基站B的导频强度达到T_ADD，MS在反向业务信道上向基站A发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集 ：基站A在前向业务信道上发送一切换指示消息 ：MS将基站B的导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息(随后，基站A与B同时为MS提供服务) ：当基站A的导频强度掉到T_DROP以下，移动台启动切换去掉计时器 ：切换去掉
34、计时器到期，MS发送一个导频强度测量消息给基站A、B ：基站A、B发送一个切换指示消息 ：移动台把基站A的导频从有效导频移动到相邻导频集并发送切换完成消息（随后仅由基站B为MS提供服务）,83,3.2 IS-95CDMA通信原理,在实际系统运行时，切换组合出现，可能同时既有软切换，又有更软切换 若处于三个基站交界处，可能发生三方软切换 若其中某一相邻基站的相同载频已经达到满负荷，MSC就会让基站指示MS切换到相邻基站的另一载频上，执行硬切换 若相邻基站恰巧处于不同MSC范围，即使是同一载频，也只能是进行硬切换 系统优先进行软切换,84,3.3CDMA系统的体系结构,网络结构 CDMA系统网络结
35、构符合典型的数字蜂窝移动通信的网络结构,85,3.3CDMA系统的体系结构,功能结构 CDMA移动功能,86,3.3CDMA系统的体系结构,功能结构 服务资源功能 分组传输,87,3.3CDMA系统的体系结构,同步 BTS与MS间的载波同步、伪码同步、时隙同频、帧同步等；所有BTS必须和BSC同步；BSC也必须与MX同步 BTS和BSC是采用全球定位系统GPS实现的；BSC和MX同步采用E1发送二位帧同步实现；MS利用帧同步与BTS间实现同步,88,3.3CDMA系统的体系结构,信令 任何两个实体间的互联根据国际标准的参考模式建立，应用CMS的协议运行良好 每个功能实体有其自己的控制模块用于执
36、行相关协议 每个功能实体中的模块处理器利用快速邮件传输技术处理大量的话务 所有执行管理功能的控制模块具有冗余处理器，以保证系统的可靠性,89,3.3CDMA系统的体系结构,服务控制功能 呼叫控制 话音服务 MS主叫,90,3.3CDMA系统的体系结构,MS主叫：MS发起呼叫时向BTS发送初始化信息，如果BTS具有有效信道，分配相应的Walsh码及与有效信道一致的帧位移，请求与BSC的连接。BSC分配一个选择器后，请示与MX的呼叫连接。MX要求对主叫MS的权限确认。根据从AUC中接收到的确认信息，MX接受呼叫并将MS连接到目的地MS被叫：MX根据被叫MS的位置信息选择路径，将呼叫信息送达被叫所处
37、位置的BSC，在BSC控制下进行广播呼叫。被叫MS收到呼叫信息应答后，BTS分配一个Walsh编码并为MS分配帧位移。BSC接收到BTS送来的MS的应答信号后，为呼叫分配一个选择器。在确认与MS连接后，BSC向MX发送应答信息，MX完成有效连接,91,3.3CDMA系统的体系结构,数据服务 数据服务分两步提供：第一步MX与移动终端MT2连接，连接进程与话音通信的呼叫控制进程相同；第二步建立数据通信协议，MT0与MS相一致,92,3.3CDMA系统的体系结构,短消息服务 利用控制信道及话务信道的信令信息传送短消息；利用话务信道传送话音和数据 两种SMS短消息服务：蜂窝传播呼叫电话服务CPT和蜂窝
38、信息电话服务CMT,93,3.3CDMA系统的体系结构,资源管理 优化链路容量和服务质量 通过优先等级保存一些信道用于软切换 当MS通过目的小区的弱导频请求切换时，分配一个无优先级的信道 当MS通过目的小区的强导频请求切换时，分配一个有优先级的信道 切换信道的管理使频率切换在不能进行软切换时才执行,94,3.3CDMA系统的体系结构,服务管理功能 OAM管理 四种功能：程序下载、结构管理、故障管理、说明 基站的程序和结构信息由BSM转移到基站控制块 系统故障、错误由故障管理检测、分离并恢复 说明信息在HLR中存储并管理 OAM功能由操作系统中的数据基础和库函数实现 数据基础包含资源、移动性、操
39、作状态、呼叫处理信息等 库函数提供操作系统的系统程序 基站上的OAM信息采集后由BSM和OMC管理,95,3.3CDMA系统的体系结构,小区边界管理 用于优化系统性能和基站总容量，体现CDMA系统的软容量特性 包括呼吸、扩张、收缩及业务负载消减 呼吸：在正常操作期间，用于平衡前向/反向链路的切换边界，使链路容量最大化 扩张：小区最初激活时，表明基站发送功率的逐渐增长 收缩：是扩张的反过程，即在小区被抵制时逐渐减小有效辐射功率 业务负载消减：即“小区呼吸”，就是在相邻小区中通过调整小区半径来平衡用户业务负载,96,3.3CDMA系统的体系结构,业务负载消减,97,3.3CDMA系统的体系结构,性
40、能测试 CMS测试链路的性能参数，CDMA系统分析工具收集并分析执行数据 两类特性参数：性能分析参数和业务分析参数 业务分析参数：每单位间隔电话呼叫尝试和批准的次数、每单位间隔的切换次数及切换参数等 性能分析参数：前向和反向链路的FER、触发错误率、BTS和MS的接收Eb/E0、功率控制特性参数、功率控制门限值和前向业务信道的传输增益等,98,3.3CDMA系统的体系结构,无线链路信道结构 前向信道 前向链路用正交扩频形成码分信道 正交序列：64阶Walsh序列，速率1.2288Mc/s与扩频序列相同 64个正交码分信道分配：W0导频信道；W1W7寻呼信道；W32同步信道；其余为前向业务信道
41、同步信道工作在1.2kbit/s 寻呼信道工作在9.6kbit/s或4.8kbit/s 前向业务信道工作速率：9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s、1.2kbit/s,99,3.3CDMA系统的体系结构,前向信道信号的处理过程 导频信道：无数据调制，为小区内的MS提供同步 同步信道：卷积编码、码元重复、交织、Walsh码的正交调制 寻呼信道：卷积编码、码元重复、交织、数据扰码、Walsh码的正交调制 前向业务信道：卷积编码、码元重复、交织、数据扰码、功率控制子信道的复用、Walsh码的正交调制各前向信道的信息用对应信道的Walsh码调制后，进入正交扩频和正交调制电路进行扩
42、频和射频调制，然后由天线发射出去,100,3.3CDMA系统的体系结构,前向信道结构、 对信号的处理过程,101,3.3CDMA系统的体系结构,反向信道 反向CDMA信道由接入信道和反向业务信道组成 接入信道速率4.8kbit/s 反向业务信道速率：9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s、1.2kbit/s 两种信道均要加入尾比特 反向业务信道数据率为9.6kbit/s、4.8kbit/s时，还要加帧质量指示比特（CRC校验比特）,102,3.3CDMA系统的体系结构,反向信道的信号处理过程 接入信道和反向业务信道所传数据都要进行卷积编码、码元重复，交织、Walsh码的正交
43、调制 不同用户的反向信道的信号用不同的长码进行数据扰码后，进入正交扩频和正交调制电路进行扩频和射频调制，然后由天线发射出去 反向业务信道中，交织后输出的码元用一个时间滤波器选通，只允许所需码元输出而删除其他重复码元 减小移动台的功耗，并减少对其他移动台的干扰,103,3.3CDMA系统的体系结构,反向信道结构、 对信号的处理过程,104,3.3CDMA系统的体系结构,呼叫处理 移动台的呼叫处理 四个状态的转变 MS初始化状态 先进行系统选择，扫描基本信道，不成功再扫描辅助信道 进入CDMA系统后，不断检测周围基站发来的导频信号，比较导频信号的强度，判断所处小区 选择基站后，在同步信道上检出所需
44、同步信息，把自己相应的时间参数调整，与基站同步,105,3.3CDMA系统的体系结构,四个状态的转变 MS空闲状态 监测寻呼信道以接收外来呼叫，也可发起呼叫或进行注册登记 系统接入状态 在接入信道上发送消息，即接入尝试 只有当MS收到基站证实后，接入尝试才结束，进入业务信道状态,106,3.3CDMA系统的体系结构,业务信道状态 MS确认收到前向业务信道信息后，在反向业务信道上发送信息，等待基站的指令和信息提示，等待用户应答，与基站交换基本业务数据包，并进行长码的转换、业务选择协商及呼叫释放,107,3.3CDMA系统的体系结构,四个状态的转变,108,3.3CDMA系统的体系结构,呼叫处理
45、基站的呼叫处理 基站一侧的呼叫处理与MS侧相对应，不同在于基站的各种处理过程可能同时存在，因为它要与不同状态的MS同时进行联系；而MS的状态在某一时刻是惟一的,109,3.3CDMA系统的体系结构,基站呼叫处理的四个过程： 导频和同步信道处理：基站在导频信道和同步信道上发导频和同步信息，使MS在其初始化状态时捕获，与CDMA系统同步 寻呼信道处理：基站发射寻呼信息，使MS在空闲状态或系统接入状态监听寻呼信道消息 接入信道处理：基站监听MS在系统接入状态时发往基站的接入信道消息 业务信道处理：基站使用前向业务信道和反向业务信道与同处于业务信道状态的MS进行通信，交换业务信息和控制信息,110,本
46、章小结,CDMA是用编码区分不同用户的，可以用同一频率、相同带宽同时为用户提供收发双向的通信服务。CDMA多址方式具有抗干扰、抗衰落性能好、容量大、用户信息保密性好等很多优点 CDMA的基本工作原理是：利用自相关性很强、互相关性很弱的（准）正交码，在发端进行地址码调制，在收端用与发端完全相同的地址码进行相关检测提取所需的信息 扩频通信是利用PN对发送信号进行频谱扩展，在接收端用与发端完全相同的PN进行解扩，以提高系统的抗干扰性能,111,本章小结,码分多址系统的地址码和扩频通信系统的扩频码需要有良好的相关性（自相关性很强、互相关性很弱）。CDMA系统中常用Waslh码作信道地址码，不同长度和相
47、位的m序列（或平衡的Gold序列）作基站或用户地址码 DS系统按“载波捕获伪码捕获伪码跟踪载波跟踪”的顺序实现同步 CDMA系统中采用的功率控制方式有反向开环功率控制（至少32dB范围）、反向闭环功率控制（在开环基础上提供24dB范围）、前向功率控制（6dB范围）。不同的功率控制方式在不同的情况下应用，效果不同,112,本章小结,移动通信系统中有多种形式的分集技术和合并技术。在CDMA系统中软切换是宏分集的一个体现，另外，扩频技术实现了频率分集、交织编码实现了时间分集、用RAKE接收机实现了空间分集；RAKE接收机用等增益合并方式进行分集信号的合并 IS-95 CDMA系统中采用了可变速率码激
48、励线性预测编码器QCELP进行话音编码，并使用话音插空技术与可变速率编码方式结合，以减小干扰、增大系统容量 CDMA系统支持不同载频间的硬切换、相同载频间的软切换、同一基站相同载频间的更软切换、与模拟AMPS系统间的切换。但CDMA系统优先使用软切换，软切换根据导频信号的强度和持续时间决定切换的,113,本章小结,IS-95 CDMA系统的前向信道具有1个导频信道、1个同步信道、7个寻呼信道和55个业务信道；反向信道有032个接入信道、6432个业务信道。各个信道具有不同的信道结构，对信号的处理过程也有所不同 在CDMA系统的呼叫处理过程中，移动台在四种状态间转换：初始化状态、空闲状态、系统接入状态、业务信道状态。相应的，基站也要进行四种处理：导频和同步信道处理、寻呼信道处理、接入信道处理、业务信道处理,
