第四章IS95移动通信系统

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• 在8kbs码激励线性预测(QCELP)声码器中,采用了4种码率的 传输速率,即 8、 4、 2、 1 kb/s, 可以 9.6 kb/s 、 4.8 kb/s 、 2.4 kb/s 、 1.2 kb/s的信道速率分别传输。
• 根据话音信号激活程度,声码器设了三个门限来变换声码器速 率,三个门限由前一帧话音自相关函数和前一帧噪声电平决定, 每帧更新一次(20ms)。
• CDMA具有天然的保密性。CDMA系统采用的扩频地址码一般 是长周期码,接收时,需接收方的本地相关码与发端的扩频码同 步,且两码必须完全相同,这就使CDMA系统比一般系统安全, 窃听者必须要先破译和产生一个相关的本地码,这是十分困难的。
• CDMA信号在空中传播时,由于扩展了频谱,使空中的信号功率 谱密度低,这样造成的电磁污染小,对使用者人体和其它电子设 备的影响小。有时人们称CDMA手机为“绿色手机”。
• W8- W63(除W32外)为业务信道(55个),用来传送语音编码 数据及其它业务数据,也可以插入必要的随路信令,如:功率控 制、越区切换等信令。
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第四章IS95移动通信系统
•1 •接入 •信道
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2.反向逻辑信道
•CDMA反向信道
•(移动台发,基站收, 1.2288MHz)
• IS-95标准的系统及网络结构与GSM类似。
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IS-95蜂窝通信系统的关键技术和特点
1.码分多址技术
• 在IS-95系统中采用了三重码域的划分,即: 沃尔什码(扩频码),Wi(t),i =1,2,…,64 短PN码(m序列扰码),SPNj(t), j=1,2,….,512,周期26.66ms 长PN码(m序列扰码),LPNk(t),k=1,2,….,周期41.4天
对应时延t的扩频码相关,信号经解扩后加权再组合,从而达到 分集接收的目的。
• 对多径参数的检测与测量是由“搜索接收机”完成的,采用的是 确定哪些径存在并对它们处理的方法。
• PN码片速率为1.2288MHz,最小可分辨多径间隔为(1.2288106)-1 =81410-9=0.814s。
• 在呼叫进行中,搜索接收机可以监测多径信号的强度并实现分集 合并。
• 在业务高峰期间,可以稍微降低系统的误码性能,以适当增多 系统的用户数目,即在短时间内提供稍多的可用信道数。这就 是说CDMA蜂窝通信系统具有“软容量”特性,或者说“软过 载”特性。
• 这也增加了系统运行的灵活性。
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CDMA系统具有扩频的优点
• CDMA蜂窝系统以扩频技术为基站,因而它具有扩频通信系统 所固有的优点,如抗干扰、抗多径衰落等。
• W32为同步信道,用来传送同步信息,如系统时间,导频偏置, 寻呼信道速率,242-1长码的状态等,供移动台进行同步捕获,根 据时间信息确定基站引导PN码的相位,实现移动台的接收解调。 在同步期间,移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完 成,它通常不再使用同步信道, 但当设备关机后重新开机时, 还需要重新进行同步。 当通信业务量很多, 所有业务信道均被占 用而不敷应用时,此同步信道也可临时改作业务信道使用。
• 扩频解调门限:7dB(Pe=10-4)
• 分集接收:基站4路RAKE接收
移动台3路RAKE接收
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•W0 •W1 •导频 •寻呼
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二.逻辑信道
1.前向逻辑信道
•CDMA前向信道
•(基站发,移动台收, 1.2288MHz)
•W7 •寻呼
•W
8
•业务
• W1- W7为寻呼信道,定时发送系统信息,入网参数,基站寻 呼移动台,在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台 通常在建立同步后,接着就选择一个寻呼信道(也可以由基站 指定)来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。 在需要时,寻 呼信道可以改作业务信道使用,直至全部用完。
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第四章IS95移动通信系统
• 各基站都配有GPS接收机,利用PN码和此时间进行校准。 保持系统中各基站有统一的时间基准,称为CDMA系统的公 共时间基准。
• 移动台通常利用最先到达并用于解调的多径信号分量建立基 准。如果另一条多径分量变成了最先到达并用于解调的多径 分量,则移动台的时间基准要跟踪到这个新的多径分量。
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• 扩频地址码速率:1.2288Mb/s 调制方式:前向QPSK,反向OQPSK 已调信号带宽 1.2288MHz
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第四章IS95移动通信系统
• 语音编码方式:8k或13k变速率QCELP码
• 信道编码方式:卷积码(k=9, 正向Rb=1/2,反 向Rb=1/3)
• 数据帧长:20ms
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4.2 无线信道
一.无线信道参数
• FDMA/CDMA/FDD多址方式 上行(移动台发、 基站收) 824-849MHz 下行(基站发、 移动台收) 869-894MHz 频段宽度为25 MHz;收、发频率间隔为 45 MHz。 载频间隔是1.25MHz,系统分为 20 对载频。 扩频地址码64个,总共有20×64=1280 个物理信道。
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2.瑞克( RAKE )技术
• 在移动通信中,多径传播往往会产生有害的多径干扰。但在扩频 通信系统中可以对这些多径信号进行分离和合并,以改善系统的 性能。具有这种功能的接收机称为RAKE接收机。
• RAKE接收机包含多个相关器,每一相关器接收一个多径信号, 多径信号被相关器解扩后,可按最大比组合在一起。因为接收到 的多径信号的衰落是独立的,经分集后,系统的性能可得到改善, 这也是CDMA系统的话音质量优于TDMA系统,通话时不易掉 话的原因之一。
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3.话音激活与可变速率声码器
• 在典型的全双工通信中,每次通话的占空比小于35%。CDMA系 统在通话的停顿期间,降低信号传输速率,从而减轻对其它用户 的干扰。这即是CDMA系统中的话音激活技术。由于CDMA系 统的容量与所受干扰功率有关,降低用户间的干扰,则可增加系 统容量。
•W31 •W32 •W33 •同步
•W63 •业务
•业务数据 •随路信令
第四章IS95移动通信系统
• W0为导频信道,用于移动台获取基站的定时和提取相干载波 以进行相干解调:通过对导频信号中多径信号的检测,实现 RAKE接收机中的信号估计;通过比较相邻基站导频信号的 强度,决定何时需越区切换;通过对导频信号强度的检测, 决定开环功率控制的初始值。
第四章IS-95移动通信系 统
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2020/11/28
第四章IS95移动通信系统
4.1 概述
• 1988年美国Qualcomm(高通)公司提出将CDMA技术用于 蜂窝移动电话。
• 1993年美国TIA(美国通信工业协会 )接受CDMA技术为北 美的标准,即:IS-95A。
• 1995年全球第一个商用IS-95A系统在香港建设。 • 1998年中国在北京、上海、西安开通CDMA网络。 • 2002年中国联通宣布在全国建设CDMA网络。
• 软切换的机理是:当移动台在工作时,特别在运动的状态下,移 动台对邻近基站发出的同一工作频率的导频信号不断地进行测量, 而且把检测到的导频信号根据强弱进行分类、登录,并动态进行 调整,根据通信环境的变化,作出可靠的切换判决,同时,把测 量结果通知基站,作为切换的判决依据。
• 软切换技术主要涉及导频搜索技术,导频强度的测量技术,切换 过程中的导频变换技术。
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第四章IS95移动通信系统
4.软切换技术
• GSM和AMPS系统采用“先中断再连接”的硬切换方式进行 越区切换:手机识别目标BTS扇区并向BSC报告;在与BTS2 建立连接之前,先断开与BTS1的连接。
• CDMA采用“先连接再中断”的软切换方式进行越区切换: 手机识别目标BTS扇区并向BSC报告;同时连接多达6个扇区; 在与BTS2建立连接之后,再断开与BTS1的连接。
• 这些码同时叠加在信息比特I(t)上,即: I(t) Wi(t) SPNj(t) LPNk(t)
• 利用码的正交性,可以在接收端恢复出信息比特。
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第四章IS95移动通信系统
CDMA系统多址容量大
• CDMA系统是干扰受限的系统。在实际系统中,各地址码之间不 是完全正交,存在一定的互相关性,此互相关性导致的多址干扰 是影响CDMA多址能力的决定性因素。
• IS-95系统中基站4路RAKE,移动台3路.
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第四章IS95移动通信系统
RAKE的基本原理
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第四章IS95移动通信系统
CDMA系统中RAKE接收机的基本原理
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第四章IS95移动通信系统
• 假设有多条路径,路径具有不同的时延t1、t2、t3tN,以 及不同的衰落因子a1、a2、a3 aN。RAKE接收机设计成三个支 路对应三条路径的多径分量。对每一支路,接收信号分别与一个
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第四章IS95移动通信系统
CDMA系统软容量限制Leabharlann Baidu
• 由于FDMA、TDMA的容量由频率和时隙所决定的,容量是固 定值,当同时工作的用户数超过系统容量时,必会出现阻塞。
• CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道,用户信号的区 分只靠所用码型的不同,因此当蜂窝系统的负荷满载时,另外 增加少数用户,只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍 微降低),而不会出现阻塞现象。
• 在CDMA系统中,其相邻小区工作频率采用同一频率,只是 扩频地址码不一样。这样用户越区切换不需改变频率,而只 改变地址码。当移动台越区时,能够同时连接到两个或多个 小区;在老的连接中断之前,新的连接已经建立,这就减少 了呼叫中断的概率,改善了切换时的话音质量。
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第四章IS95移动通信系统
•n •1 •接入 •业务 •信道 •信道
•m
•业务 •信道
•使用长PN码区分
第四章IS95移动通信系统
• 当移动台没有使用业务信道时,接入信道提供运动台到基站的传
输通路,在其中发起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等
• 可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需 速率,门限值随背景噪声电平的变化而变化,从而提高了话音的 质量,同时在低速率工作时又降低了信道间的干扰,提高了系统 的容量。
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第四章IS95移动通信系统
•在IS-95 CDMA系统中,采用了8kbs和13kbs的 •变速率声码器技术。
• CDMA采用多种手段使得多址干扰足够小,从而使CDMA的多 址能力比FDMA、TDMA更强,这些手段包括: 选择有良好的自相关性、互相关性的地址码; 采用信号处理的分集技术消除多址干扰; 使用功率控制克服远—近效应,使得系统用户以最小功率通信。 在蜂窝移动通信中,还采用语音激活技术、高效纠错码及 CDMA扇形分区等技术,使整个CDMA通信系统的干扰减小, 容量增大。
• 若话音帧自相关函数:大于三个门限,选择全速率(9.6kbs); 大于二个门限,选择半速率(4.8kbs);仅大于一个门限,选 择 1/4 速 率 ( 2.4kbs ) ; 小 于 所 有 三 个 门 限 , 选 择 1/8 速 率 (1.2kbs);当不讲话时,用1.2kbs速率,只传背景噪声。
• 软切换的好处:改善话音质量;通过功率控制降低小区间干扰; 降低掉话率;增加容量和覆盖范围
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第四章IS95移动通信系统
5.统一的时间基准
• 利用“全球定位系统”(GPS)的时标。 IS-95系统的每个基站 要有一个与GPS时间信号保持同步的时钟。GPS计时的开始 时间是:1980年6月6日0时0分0
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第四章IS95移动通信系统
• IS-95标准的全称是:双模宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站 兼容标准。又称为:CDMA-95,QCDMA。
• IS-95标准是一个空中接口(CAI)标准,只提出信令协议和 数据结构的特点与限制,包括波形及数据序列的规定。
• 所谓“双模”,是指该系统可以兼容模拟及数字的操作,从 而容易实现模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统之间的转换。
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