第八章IS-95移动通信系统.ppt

第八章IS 95移动通信系统The2ndGenerationCDMAMobileCommunicationSystem 内容提要 Contents IS 95系统概要AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover 内容提要 Contents IS 95系统AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover 关于IS 95系统 IS 95系统的技术基础基于扩频通信技术 军转民 是一种支持蜂窝组网的多用户扩频通信技术码分多址 CDMA 技术应用DS技术的系统中 功率控制是它成功的关键何谓 IS 95 IS 95是美国电信工业协会TIA给基于CDMA第二代数字移动通信系统的标准代号 即 InterimStandard95 IS 95的地位是第一个CDMA蜂窝移动通信系统规范它的CDMA技术框架是后来CDMA蜂窝系统的基础 IS 95系统的诞生 产生背景数字蜂窝移动通信技术开发兴起 1980年代中后期 冷战结束 技术 军转民 成为可能技术推手高通公司 主要发明者美国TIA 电信工业协会 标准化组织韩国政府 第一个吃螃蟹者 主要里程碑1991年高通在西雅图进行试验 1993年被TIA确定为IS 95标准1993年4月韩国购买生产许可并很快成功建网1994年3月中国开始试验 1998年11月试运营网开通 IS 95系统的标准系列 IS 95的一些后续标准IS 99 为IS 95提供无线数据链接协议IS 657 专门为IS 95提供直接接入Internet标协议 支持所有的TCP IP PPP协议 IS 95B 为IS 95成为宽带系统而写 IS 95C 于1999年开展制订 完全兼容IS 95A B IS 95系统的关键技术 完善的功率控制技术地址码的选择软切换技术软容量分集技术语音编码技术 IS 95系统的主要特点 窄带CDMA蜂窝移动通信系统800MHz频段 信道带宽1 25MHz大容量服务质量高 保密性能好可向3G平滑过渡 内容提要 Contents IS 95系统AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover IS 95空口参数 运营频段824 849MHz 反向 869 894MHz 前向 双工方式FDD 间隔45MHz载波间隔1 25MHz信道速率1 2288Mbps多址方式CDMA调制方式 4 QPSK分集RAKE接收 天线分集 扩频信道编码卷积码 K 9 R 1 3 反向 K 9 R 1 2 前向 话音编码QCELP可变速率编码器数据速率9 6 4 8 2 4 1 2kbps正交扩频 64进制WLASH码PN序列周期 242 1chipsand215chips 物理信道 码分信道前向物理信道 walsh码反向物理信道 PN码逻辑信道导频信道同步信道寻呼信道接入信道业务信道 IS 95的无线信道 IS 95系统前向信道 物理信道与逻辑信道的映射关系 信道结构 前向链路p 196 两种掩码基站ESN公用移动台MIN专用长码掩码结构如下 前向信道中掩码类型 PN码长码242 数据加扰短码215 区分基站 导频信道 walsh码扩频 区分信道调制方式 QPSK信道编码 卷积编码r 1 2 前向信道小结 IS 95系统反向信道 接入信道 最少1个 最多32个业务信道 最少32个 最多64个 物理信道与逻辑信道的映射关系 信道结构 反向链路p 199 PN码长码242 扩频 区分信道 用户 短码215 与前向信道相同walsh码64阶正交调制 每6个比特对应1个Walsh函数W n C0 2C1 4C2 8C3 16C4 32C5信道编码 卷积编码 r 1 3调制方式 O QPSK 反向信道小结 内容提要 Contents IS 95系统AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover IS 95的定时与同步 系统定时提供全系统统一定时基准采用GPS定时 每基站设1GPS接收机精度不低于20ns定时同步 包括 PN码同步 符号同步 帧同步和扰码同步等通过对导频信道的捕获建立PN码同步和符号同步通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步扩频序列的同步 内容提要 Contents IS 95系统AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover 为何需要功率控制 CDMA系统的干扰受限特点 根本原因 原因 扩频码得非理想相关特性 无线信道多经效应 蜂窝结构和大用户量 通过功控减少 符号间干扰 ICI 用户间干扰 MAI 邻小区干扰 ACI CDMA蜂窝系统容量主要受限于干扰 节省功耗通过功率控制减少无谓功率消耗减少电磁辐射根通过功率控制 减少基站和移动台无谓电磁辐射改善时变信道传输质量根据信号强度探测 改变发送功率 保证无线链路质量 功率控制技术的作用 采用功率控制可以很好地解决 远近效应快衰落与阴影衰落多址干扰 功率控制的目标 核心目的 降低干扰 减少功耗保证一定质量的前提下 尽可能降低功率 使接收功率始终刚刚够用 前向功控 限制BS的发射功率 使所有MS在保证通信质量的条件下 BS的发射功率为最小 反向功控 限制MS的发射功率 使所有MS到达基站的信号强度一样 多 多的部分是干扰 少 通信质量达不到 功率控制的方法 开环功控 基于路径损耗的功率控制 补偿信道中平均路径衰落及慢衰落 阴影衰落 根据接收信号强度 质量 调整自身的发射功率 以达到期望的通信质量 闭环功控 降低信道快衰落的影响根据接收信号强度 质量 调整对方的发射功率 对开环功率控制提供校正内环功控 调整信号强度外环功控 调整功控门限 IS 95系统的功控实现 前向链路功率控制MS连续不断地测前向信道的FER BS根据MS的测量报告 估计调整其发射功率 调节步长 约0 5dB 动态范围限制在标称功率的 6dB 调节速率 缓慢 每秒2次 30ms 反向链路的功率控制开环功控 MS在接入过程中进行MS通过估算接收信道的路径损耗 来决定自身的发射功率调节步长 每次0 5dB动态范围 32dB IS 95系统的功控实现 IS 95系统的功控实现 反向链路闭环功控 MS获得业务信道后内环功控 调节发射功率 保持MS尽可能地接近目标值 Eb It setpointBS测量反向信道的Eb It 与目标值比较后调整MS的发射功率 调节步长 1dB调节速率 800次 S 1 25ms 动态范围 48dB外环功控 计算FER 调整目标值Eb It 平衡FER与系统容量的关系 调节速率 20ms 反向链路闭环功控流程图 Eb It目标值 5dB话音质量良好 闭环功控示意图 内容提要 Contents IS 95系统AnOverviewonIS 95SystemIS 95系统的空中接口TheAir interfaceofIS 95SystemIS 95系统的定时与同步TheTiming SynchronizationofIS 95SystemIS 95系统的功率控制ThePowerControllingofIS 95SystemIS 95系统的切换Handoff Handover 切换概念 切换目的 维持通信的连续性切换类型硬切换 先断后通 发生在不同频率 不同模式系统的信道之间软切换 先通后断 发生在相同频率系统的信道之间更软切换 扇区间的切换 不经过MSC软切换 小区间的切换软 硬切换 包含上两项的切换 软切换类型 三方软切换 软切换 T ADD T COMP T DROP T TDROP 软切换实现原则 切换依据 导频信号 由短PN码215区分 强度导频集合 集合中的导频 频率相同 相位 偏移值 不同激活集 参与移动台接收的导频候选集 不在激活集中 但有足够强度可正确解调的导频邻近集 不在激活和候选集中 但适合作为候选的导频 根据地域划分 剩余集 除上述之外所有可能的导频切换参数 软切换过程 时间 导频信号强度 T ADD T DROP A基站信号 B基站信号 动态门限充分考虑了MS所处位置环境对接收信号的影响 采用一定算法 使得MS向BTS报告的时间改变 邻近集 候选集 邻近集 候选集 导频集合 激活集 软切换特点 切换成功率高 MS同时与多个BTS通信 大大降低因切换造成的掉话增加系统容量 MS优先执行降低发射功率命令 从而MS的整体发射功率降低 干扰减少 通信质量提高 具有分集增益 提高了接收信号的质量 占用系统资源多 切换时增加硬件设备的使用 ThanksforYourAttention 扩频通信概念 DS CDMA系统原理框图 选择地址码的要求数量足够多相关性能好自相关性互相关性频谱性能好 类似白噪声谱特性IS 95系统使用的地址码伪随机序列码PN码 215 242Walsh码 64阶等长 PN码的生成及特性 具有随机数特性具有尖锐的自相关性较好的互相关性 IS 95中的PN码 短码 215 32768个码字长码 242 4 4 1012个IS 95建议 相邻码字间隔64chip实际短码 215 64 512个实际长码 242 64 69 109个 WalshCode生成及特性 0001 W0W1W2W3W4W5W6W7 8 8阵列 8个WalshCode每个码8位chip IS 95中WalshCode为64 64阵列共有64个码字 W0 W63每个码64位chip 同步正交性好 且只有当一半以上的码元出错 才会被误认为不同的WC 大容量 处理增益 BW BS QCDMA为21dB 远高于其它系统 使其抗干扰性好 E b N 0 CDMA寻求为6dB 模拟系统的C I值为18dB 通话占空比 约为35 但由于CDMA采用了话音激活技术 使其容 量翻倍 频率复用率高 模拟系统FDMA 1 7 18dB带外抑制 数字TDMA系统 1 3 9dB带外抑制 IS 95系统 约2 3 理论值1 各小区 扇区可同一频率 服务质量高可变声码器采用各种分集技术 降低了系统对衰落的敏感性软切换技术实现了无缝切换 大大降低了切换掉话的可能性 并非常有利于数据移动通信的实现保密性能好CDMA信号本身扰频方式提供了高度的保密性多种加密 鉴权算法的引入使系统保密性能进一步完善 GSM信号设计方案 远