第14讲-IS-95 3G

1、 内容回顾 1、GSM系统的帧结构及时间控制。 2、GSM系统进行小区选择的标准和流程。 3、GSM系统中用户进行随机接入的基本过程。 4、GSM系统进行鉴权与加密的目的及基本过程。 内容提要 一、 IS-95系统概述 二、 IS-95系统的无线传输特征 三、 IS-95系统的功率控制 拟讨论的问题拟讨论的问题 1.IS-95系统产生的历史背景是什么？ 2.IS-95系统的接入方式和双工方式是什么？与GSM 系统的无线传输特征有何区别？ 3.IS-95系统中功率控制作用？如何实现? 重点：IS-95系统的无线传输特征 难点：IS-95系统的功率控制 内容提要 一、 IS-95系统概述 二、 I

2、S-95系统的无线传输特征 三、 IS-95系统的功率控制 一、IS-95系统概述 1 1、何谓、何谓“IS-95IS-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，定名为IS-95， 即（Interim Standard 95 ） 1993年7月CDMA蜂窝体制被采纳为北美数字蜂窝 标准 扩频通信技术是IS-95的技术基础 2 2、IS-95IS-95的地位的地位 第一个CDMA蜂窝移动通信系统规范 其技术框架是后来多种CDMA蜂窝系统的基础 第三代移动通信系统以CDMA体制为主流。 CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA 一、IS-95系

3、统概述 3 3、高通的启示高通的启示 经过近20年的不懈进取，高通公司从7人小公司成长成为 一个专注于技术标准、核心专利的世界知名通讯公司。 两点启示： 1）选准目标、锲而不舍； 2）拥有自主知识产权 一、IS-95系统概述 内容提要 一、 IS-95系统概述 二、 IS-95系统的无线传输特征 三、 IS-95系统的功率控制 二、 IS-95系统的无线传输特征 CDMA蜂窝系统的网络结构 网络结构形式大体相同网络结构形式大体相同 无线信道无线信道的构成的构成 与之有关的与之有关的无线接口无线接口和和无线设备无线设备 独有的独有的特殊控制功能特殊控制功能 二、 IS-95系统的无线传输特征 运

4、营频段 824 849MHz (反向) ；869 894MHz (前向) 双工方式 FDD，间隔45MHz 接入方式 FDMA/CDMA 载波间隔 1.25 MHz 码片速率 1.2288 Mchip/s 调制方式 /4-QPSK, OQPSK 分集 RAKE接收，天线分集 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WALSH码 PN序列周期 242-1 chips and 215 chips 二、 IS-95系统的无线传输特征 二、 IS-95系统的无线传输

5、特征 运营频段 824 - 849MHz (反向) 869 - 894MHz (前向) 双工方式 FDD，间隔45MHz 接入方式 FDMA/CDMA 思考：与GSM空中接口的主要参数有哪些异同呢？ 与GSM空中接口的区别-1 运营频段 GSM：上行890-915MHz 、下行935-960MHz IS-95：反向824-849MHz 、前向869-894MHz 思考： 为什么有人说CDMA的基站不能距离GSM的基站过 近？ 二、 IS-95系统的无线传输特征 与GSM空中接口的区别-1 GSM的上行频段与CDMA的前向频段存在重叠 CDMA具有良好的抗干扰性能 频段上的重叠对GSM系统影响较

6、大 二、 IS-95系统的无线传输特征 与GSM空中接口的区别-2 接入方式 GSM：FDMA/TDMA IS-95：FDMA/CDMA 二、 IS-95系统的无线传输特征 CDMA的特征 与GSM空中接口的区别-2 FDMA：依靠不同频率区分用户 TDMA：依靠不同时隙区分用户 CDMA：依靠不同码字区分用户 多用户CDMA信号在时域和频域是互相重叠的，接收机采用相关器选 出本地用户信号。 二、 IS-95系统的无线传输特征 codecodecode 与GSM空中接口的区别-2 频率复用率高 模拟FDMA：1C/I18dB，N=7， 数字TDMA：1C/I 9dB，N=3， CDMA：各小区

7、/扇区可使用相同频率，N理论值为1 二、 IS-95系统的无线传输特征 与GSM空中接口的区别-2 软容量 GSM：992个物理信道 硬容量 CDMA：若短时间内增加用户的数量超过系统设计时的负 荷，能够以话音质量的下降获取容量，而不是硬阻塞。 二、 IS-95系统的无线传输特征 与GSM空中接口的区别-2 隐蔽性、抗干扰 二、 IS-95系统的无线传输特征 伪随机序列 信源信号 TX 解调信号 RX 伪随机序列 扩频信号扩频信号 每个用户都深深淹没在 噪声里！ 与GSM空中接口的区别-3 码片速率 1.2288 Mchip/s GSM：270.833kbit/s比特速率 CDMA：码片速率

8、思考：码片速率设置为1.2288Mchip/s，是否满足多径分 离的要求？ 多径分离的条件：（1）扩频码要求具有尖锐的自相关特 性（2）各径之间的时延差要大于一个码片宽度 二、 IS-95系统的无线传输特征 市区的时延扩展典型值为：1.52.5s， 码片周期为：0.8137s 内容提要 一、 IS-95系统概述 二、 IS-95系统的无线传输特征 三、 IS-95系统的功率控制 1、为什么需要功率控制？ 在GSM中，如何区分相邻小区的基站？ 相邻小区基站使用不同的频率，因此不存 在前向干扰的问题 在GSM中，是通过什么进行用户区分的？ GSM采用的是FDMA/TDMA，即使有用户使用 的同一个

9、频率，也会在时间上进行严格的区分 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 23 1、为什么需要功率控制？ 前向干扰产生的原因 CDMA采用的是FDMA/CDMA的接入方式， 相邻小区的基站使用的是同一个频率，只通过码 字进行基站的区分。 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 24 1、为什么需要功率控制？ 反向干扰产生的原因 CDMA采用的是FDMA/CDMA的接入方式， 网络中的用户使用的是同一个频率，只通过码字 进行用户的区分。 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 25 选择的扩频码不是具有正交性吗， 为什么还会存在多

10、址干扰？ 条件：严格同步！ 难实现！ 原因：传播时延、多径传播 1、为什么需要功率控制？ 特有的多址干扰 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 26 基站信道带宽 噪声+外部干扰 多址干扰 2 bb L t il l PP P PP = = + . MS1 MS 2 MS L 基站接收的MS1的功率 b P MSl i P 1、为什么需要功率控制？ 特有的多址干扰 . . 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 27 . . . 基站信道带宽 噪声+外部干扰 2 bb L t il l PP P PP = = + MS1 MS 2 MS L MSl

11、 1、为什么需要功率控制？ 特有的多址干扰 定义： Pt : 噪声+干扰功率 Pb / Pt : 决定了通信质量 功率控制要减小谁？ 结论：结论： 功率控制可有效减少多址干扰、功率控制可有效减少多址干扰、 增加系统容量！增加系统容量！ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 28 1、为什么需要功率控制？ 固有的远近效应 当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的 信号时，距基站近的移动台到达基站的功率明显 大于距离基站远的移动台的到达功率 若二者频率相近，则距基站近的移动台就会造成 对接收距离距基站远的移动台的有用信号的干扰 或抑制，甚至将移动台A的有用信号淹没。 三、

12、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 29 若d2/d1=10，则S1/S2将达近40dB ! （多径环境下） 1、为什么需要功率控制？ 固有的远近效应 d2 d1 接收信号接收信号S1 反向反向 前向前向 接收信号接收信号S2 MS2 MS1 强抑制弱！ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 30 1、为什么需要功率控制？ 思考:降低远近效应影响的方法有哪些呢? (1) 频道间隔：两个移动台所用频道拉开必要间隔； (2) 移动台的自动功率控制：移动台端加自动(发射) 功率控制，使所有工作的移动台到达基站功率基本 一致。 三、三、 IS-95 IS-

13、95系统的功率控制系统的功率控制 31 距离距离 接收功率接收功率(dBm) 慢衰落慢衰落 快衰落快衰落衰落速率：可达100次/秒 （900MHz、60km/h时） 衰落深度：可达30dB 1、为什么需要功率控制？ 严重的信道衰落 接收信号快速起伏（快衰落） 极大地影响系统的通信质量！ 思考：思考：根据衰落情况根据衰落情况调整发射功率调整发射功率是是 不是可以降低其影响？不是可以降低其影响？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 32 在基站收到的移动台功率在基站收到的移动台功率 所需的平均接收功率所需的平均接收功率 距离距离距离距离 接收功率接收功率 发射功率发射功率

14、 平均路径损耗平均路径损耗 所需的平均发射功率所需的平均发射功率 瑞利衰落瑞利衰落 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 1、为什么需要功率控制？ 严重的信道衰落 调整之后基站收到的移动台的功率比较平稳 33 1、为什么需要功率控制？ 只有采用功率控制才能解决CDMA面临的主要 问题 特有的多址干扰 固有的远近效应 严重的信道衰落 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 34 多：多余部分是干扰 少：通信质量达不到 2、功率控制的目标 及时调整发射机的功率，使接收端接 收的功率刚好够用 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制

15、35 3、如何实现功率控制？ 开环功率控制 闭环功率控制 开环+闭环功率控制 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 36 3、如何实现功率控制？ 开环功率控制 接收机通过测量接收信号的强度，来估算、调 整自身的发射功率，以达到期望的通信质量。 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 37 3、如何实现功率控制？ 开环功率控制 优点：简单、直接 思考：使用开环功率控制的前提是什么？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 38 3、如何实现功率控制？ 开环功率控制 前提是前向及反向链路损耗相同，但实际上 此前提并不成立！ 833

16、.49MHz878.49MHz 移动台发，基站收基站发，移动台收 IS-95 系统频率收发示意图 45MHz 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 39 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 目的：弥补开环功控的不足，实现精确的功率控 制，使各个移动台发送的功率始终正好满足通信 的需求。 核心问题：什么样才是正好呢？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 40 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制：收方依据接收信号强度，形成功 率调整指令，通知发方调节发射功率。 封闭的环路 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 41 3、

17、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 基本思路：依据接收的SIR调整发射功率 思考： 依据什么来调整SIR门限才能符合“正好”的要求？ SIR门限是固定的吗？ 谁来确定SIR的门限？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 42 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 根据误帧率调整SIR门限！ 误帧率（FER） 100% 错误帧数 统计帧总数 “正好”：误帧率维持在所要求的水平。 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 43 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 采用外环和内环相结合的调整方法 思考：内环调整的是什么？外环调整的是什么？ MS 测量测量信

18、干比信干比 V/S 误帧率误帧率 1% BSC 话音帧话音帧 （50Hz） 内环内环外环外环 功控命令功控命令 （800Hz） 接收接收信干比信干比 设定所需设定所需 信干比信干比 BTS 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 44 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 内环调整SIR目标值保证恒定的接收质量（误 码率/误帧率） 外环调整功率保证SIR目标值 思考：思考：内环调整与外环调整哪个更频繁？内环调整与外环调整哪个更频繁？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 45 3、如何实现功率控制？ 闭环功率控制 外环每1.25 ms调整一次功率，

19、每次+1或-1 dB； 功控比特（1bit）插入前向业务信道数据流； 内环每20ms调整SIR。 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 46 BSCBSC设定信干比预定值设定信干比预定值 信干比信干比 预定值？预定值？ 收完一帧？收完一帧？ 否否 外环外环( (每每1.251.25毫秒毫秒) ) 误帧率误帧率1%1%？ 是是 计算误帧率计算误帧率 是是 增加信干比增加信干比 内环内环( (每每2020毫秒毫秒) ) 测量一次信干比值测量一次信干比值 BTSBTS每每1.25 1.25 毫秒毫秒 否否 减小信干比减小信干比 手机功率下调手机功率下调1dB1dB 是是 手机

20、功率上调手机功率上调1 dB1 dB 否否 闭环功率控制流程 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 47 开环：直接、简单，但调节精度不高。因此， 开环功率控制仅是一种对移动台平均发射功率 的调节。 闭环：调节精度高。但是复杂，需要在移动台 和基站之间交换控制信息，功率控制速度比较 慢，开销较大。 问题：开环和闭环的优缺点？ 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 48 3、如何实现功率控制？ 思考：手机在工作时，什么时候用开环功率 控制？什么时候用闭环功率控制？ 接入时采用开环功率控制 接入成功后采用闭环功率控制 三、三、 IS-95 IS-95

21、系统的功率控制系统的功率控制 49 3、如何实现功率控制？ 开环功率控制 CDMA手机接入时，其发射功率为： 平均接收功率（dBm）+常数+（n-1）PWR_STEP n：接入试探次数 时间时间 接入试探接入试探 PTx (dBm) 三、三、 IS-95 IS-95系统的功率控制系统的功率控制 50 第九章 3G移动通信系统 本章内容提要： 一、3G背景及标准 二、WCDMA系统 三、cdma2000系统 四、TD-SCDMA系统 五、WiMAX系统 六、3G终端 第一次课 第二次课 第三次课 第九章 3G移动通信系统 本次课拟讨论的主要问题拟讨论的主要问题： 1、什么是3G？3G的产生背景是

22、什么？ 2、3G的设计目标是什么？有哪些主要的技术标 准？ 3、WCDMA系统有哪些关键技术？ 重点：3G的主要技术标准 难点：WCDMA系统关键技术的原理 一、3G背景及标准 IMT International Mobile Telecommunications 1、什么是3G？ The 3rd Generation Mobile Communication System（3G） 第三代移动通信系统 ITU将3G命名为: IMT-2000 一、3G背景及标准 1、什么是3G？ IMT-2000的寓意 在2000MHz（2GHz）频段运行 可承载2000kbps峰值数据传输业务 在公元2000

23、年左右商用部署 为全球标准设计 一、3G背景及标准 2、3G的产生背景 q 业务驱动：用户并不满足于低速数据业务，对 高速宽带多媒体业务提出新的需求 q技术驱动：硬件工艺水平的飞速增长，HSDPA、 智能天线等新兴技术的发展 q市场驱动：移动通信的产业利益需要重新洗牌 一、3G背景及标准 3、3G的设计目标 （1）提供高速率和多种速率支持多种业务，能支持从话 音到分组数据到多媒体业务，特别是Internet业务。 快速移动环境：最高速率达114kb/s 步行环境：最高速率达384kb/s 固定位置室内环境：最高速率达2Mb/s 一、3G背景及标准 3、3G的设计目标 （2）全球漫游及全球共用频

24、段（1885-2025MHz，2110- 2200MHz）。 不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全 一致； 要求在网络接口、互通及业务能力方面的统一或协 调。 一、3G背景及标准 3、3G的设计目标 （3）高频谱效率，容量大，传输速率能按需分配。 IMT-2000的容量比第二代移动通信系统高25倍以上 可按照业务需求分配传输速率，支持传输数据速率不 对称的上行和下行链路。 一、3G背景及标准 3、3G的设计目标 （4）高服务质量：具有长话的话音质量，比特错误率小 于10-6的数据业务。 （5）低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特 性。 一、3G背景及标准 4、1G、2G、3G和

25、4G的区别 模拟蜂窝网络：电路交换，基础语音业务 数字蜂窝网络：电路交换，基础语音业务，数据业务 高速IP数据网络：电路/分组交换，多媒体业 务 全IP数据网络：IP，移动宽带多媒体业务 移动应用宽带化，宽带应用无线化！移动应用宽带化，宽带应用无线化！ 一、3G背景及标准 5、3G有哪些主流标准？ 2000年5月，国际电联正式公布了第三代移动通信 标准，WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000成为全球三大主 流标准。 2007年10月，国际电联正式接纳移动WiMAX（微波接 入全球互通）加入IMT-2000，命名为OFDMA TDD WMAN， 成为第4种3G标准。 一、3G背景及标准

26、5、3G有哪些主流标准？ 2009年1月，工业和信息化部为中国移动、中国电信 和中国联通发放了3张不同标准的3G牌照，充满竞争 的中国3G时代从此来临 。 一、3G背景及标准 由以GSM系统为主的欧洲电 信联盟提出，爱立信、诺基 亚等主要厂商均支持。 2110-2170MHz，1920- 1980MHz，频分双工系统。 该系统可从现GSM系统直接 过渡到3G，优势明显。 5、3G有哪些主流标准？ WCDMA 一、3G背景及标准 5、3G有哪些主流标准？ 由大唐电信提出，具有自 主知识产权。 1880-1920MHz,2010- 2025MHz,2300-2400MHz,时 分双工系统。 TD-SCDMA WCDMA 一、3G背景及标准 5、3G有哪些主流标准？ 由美国高通公司提出，主 要在美国和韩国应用。 2110-2170M