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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
•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
第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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。
• 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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
•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
第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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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第四章IS95移动通信系统
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。