第八章 IS-95移动通信系统

1、/ 1171 / 64/ 1172 / 64/ 1173 / 64/ 1174 / 64（ Interim Standard 95 ）/ 1175 / 64/ 1176 / 64IS-99：为：为IS-95提供无线数据链接协议提供无线数据链接协议l IS-657：专门为：专门为IS-95提供直接接入提供直接接入Internet标标 协议。支持所有的协议。支持所有的TCP/IP/PPP协议。协议。l IS-95B：为：为IS-95成为宽带系统而写。成为宽带系统而写。l IS-95C：于：于1999年开展制订，完全兼容年开展制订，完全兼容IS-95A、B/ 1177 / 64/ 1178 / 64

2、/ 1179 / 64/ 11710 / 64运营频段运营频段 824 849MHz（反向）；（反向）；869 894MHz（前向）（前向）双工方式双工方式 FDD，间隔，间隔45MHz载波间隔载波间隔 1.25 MHz信道速率信道速率 1.2288Mbps多址方式多址方式 CDMA 调制方式调制方式 /4-QPSK分集分集 RAKE接收，天线分集，扩频接收，天线分集，扩频信道编码信道编码 卷积码，卷积码，K=9, R=1/3(反向反向)；K=9,R=1/2(前向）前向）话音编码话音编码 QCELP可变速率编码器可变速率编码器数据速率数据速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交扩频：正

3、交扩频： 64进制进制WLASH码码PN序列周期：序列周期： 242-1 chips and 215 chips / 11711 / 64l前向物理信道：前向物理信道：walsh码码l反向物理信道：反向物理信道：PN码码l导频信道导频信道l同步信道同步信道l寻呼信道寻呼信道l接入信道接入信道l业务信道业务信道/ 11712 / 64IS-95系统系统前前向信道向信道正向正向CDMA信道信道(1.25MHz)导频导频信道信道同步同步信道信道寻呼寻呼信道信道1寻呼寻呼信道信道7业务业务信道信道1业务业务信道信道55业务业务信道信道N业务数据业务数据功控子信道功控子信道.W0W32W1W7W63物理

4、信道与逻辑信物理信道与逻辑信道的映射关系道的映射关系/ 11713 / 64信道结构信道结构前向链路前向链路p.196卷积编码卷积编码码元重复码元重复交织交织 用户掩码用户掩码Walsh1.2288M+导频同步寻呼Q信道引导信道引导PN短码短码 2151.2288McpsPN长码长码2421分频分频+基带滤波基带滤波 复用I信道引导信道引导PN短码短码 2151.2288Mcps功率控制功率控制S(t)9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps19.2kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps19.2KcoswctsinwctI(t)Q(t)19.2K扰码扰码扩频扩频/

5、11714 / 64l两种掩码两种掩码基站基站 ESN公用公用移动台移动台 MIN专用专用长码掩码结构如下：长码掩码结构如下：1100011000置换置换ESN01公共掩码长码公共掩码长码专用掩码长码专用掩码长码M41M0M41M0/ 11715 / 64l长码长码242：数据加扰：数据加扰l短码短码215：区分基站（导频信道）：区分基站（导频信道）q扩频，区分信道扩频，区分信道q调制方式：调制方式：QPSKq信道编码：卷积编码信道编码：卷积编码 r=1/2/ 11716 / 64IS-95系统反向信道系统反向信道反向反向CDMA信道信道(1.25MHz)接入接入信道信道1接入接入信道信道N业

6、务业务信道信道1业务业务信道信道M. .接入信道：最少接入信道：最少1个，最多个，最多32个个 业务信道：最少业务信道：最少32个，最多个，最多64个个物理信道与逻辑信物理信道与逻辑信道的映射关系道的映射关系/ 11717 / 64信道结构信道结构反向链路反向链路 p.19964阶正交阶正交调制调制+Walsh卷积编码卷积编码1/3码元重复码元重复交织交织9.6k4.8k2.4k1.2k28.8k14.4k7.2k3.6k28.8kb4.8ks307.2kc用户掩码用户掩码PN长码长码24211.2288M+基带滤波基带滤波 I信道引导信道引导PN短码短码 2151.2288McpsS(t)c

7、oswctsinwctI(t)Q(t)扩频扩频Q信道引导信道引导PN短码短码 2151.2288McpsD数据子幀随数据子幀随机函数发生器机函数发生器/ 11718 / 64q q 长码长码242：扩频，区分信道：扩频，区分信道(用户用户)q 短码短码215：与前向信道相同：与前向信道相同 64阶正交调制；每阶正交调制；每6个比特对应个比特对应1个个Walsh函数函数q 信道编码：卷积编码信道编码：卷积编码，r=1/3q 调制方式：调制方式：O-QPSK/ 11719 / 64/ 11720 / 64包括：包括：PNPN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等q

8、通过对导频信道的捕获建立通过对导频信道的捕获建立PNPN码同步和符号码同步和符号同步同步q通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步通过同步信道的接收建立帧同步和扰码同步q扩频序列的同步扩频序列的同步/ 11721 / 64/ 11722 / 64 / 11723 / 64q采用功率控制可以很好地解决：采用功率控制可以很好地解决：q远近效应远近效应q快衰落与阴影衰落快衰落与阴影衰落q多址干扰多址干扰/ 11724 / 64q核心目的：核心目的：降低干扰，减少功耗降低干扰，减少功耗 q保证一定质量的前提下，尽可能降低功率，使保证一定质量的前提下，尽可能降低功率，使接收功率始终接收功率始终刚刚够用！刚

9、刚够用！q前向功控前向功控限制限制BS的发射功率，使所有的发射功率，使所有MS在在保证通信质量的条件下，保证通信质量的条件下，BS的发射功率为最小。的发射功率为最小。q反向功控反向功控限制限制MS的发射功率，使所有的发射功率，使所有MS到达到达基站的信号强度一样。基站的信号强度一样。多：多的部分是干扰；多：多的部分是干扰；少：通信质量达不到少：通信质量达不到/ 11725 / 64q开环功控开环功控基于路径损耗的功率控制，补偿信道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）中平均路径衰落及慢衰落（阴影衰落） l根据接收信号强度（质量），调整根据接收信号强度（质量），调整自

10、身自身的发射功率，的发射功率，以达到期望的通信质量。以达到期望的通信质量。q 闭环功控闭环功控降低信道快衰落的影响降低信道快衰落的影响l根据接收信号强度（质量），调整根据接收信号强度（质量），调整对方对方的发射功率，的发射功率，对开环功率控制提供校正对开环功率控制提供校正l内环功控内环功控调整信号强度调整信号强度l外环功控外环功控调整功控门限调整功控门限/ 11726 / 64q前向链路功率控制前向链路功率控制qMS连续不断地测前向信道的连续不断地测前向信道的FER， BS 根根据据MS的测量报告，估计调整其发射功率。的测量报告，估计调整其发射功率。q调节步长：约调节步长：约0.5dB，动态范

11、围限制在标称，动态范围限制在标称功率的功率的 6dB，q调节速率：缓慢，每秒调节速率：缓慢，每秒2次（次（30ms）/ 11727 / 64q反向链路的功率控制反向链路的功率控制q开环功控开环功控MS在在接入过程接入过程中进行中进行nMS通过估算接收信道的路径损耗，来决定自通过估算接收信道的路径损耗，来决定自身的发射功率身的发射功率n调节步长：每次调节步长：每次0.5dBn动态范围：动态范围：32dB/ 11728 / 64q反向链路闭环功控反向链路闭环功控MS获得业务信道获得业务信道后后q内环功控内环功控：调节发射功率，保持：调节发射功率，保持MS尽可能地接近目尽可能地接近目标值标值(Eb/

12、It)setpointqBS测量反向信道的测量反向信道的Eb/It，与目标值比较后调整，与目标值比较后调整MS的发射功率。的发射功率。q调节步长：调节步长：1dBq调节速率：调节速率：800次次/S（1.25ms）q动态范围：动态范围：48dBq外环功控外环功控：计算：计算FER，调整目标值，调整目标值Eb/It ，平衡，平衡FER与系统容量的关系。调节速率：与系统容量的关系。调节速率：20ms/ 11729 / 64反向链路闭环功控流程图反向链路闭环功控流程图设定设定Eb/It目标值目标值设定设定FER目标值目标值测量每个测量每个PCG中中的的Eb/It目标值目标值升高升高1dB降低降低1d

13、B发送周期性锁定功控消息发送周期性锁定功控消息计算计算FER并调整并调整Eb/It设定值设定值(Eb/It)m 设定值设定值接收另一幀接收另一幀内环内环(1.25ms)外环外环(20ms)否否否否是是是是/ 11730 / 64Eb/It目标值（目标值（5dB话音质量良好）话音质量良好）MS发射功率发射功率时间时间ItEb/ItEb/It设定值设定值下一个下一个Eb/It设定值设定值1.25msEbEbi 幀幀i1 幀幀/ 11731 / 64/ 11732 / 64q切换目的：切换目的：维持通信的连续性维持通信的连续性 q切换类型切换类型q硬切换：先断后通。硬切换：先断后通。发生在不同频率、

14、不同发生在不同频率、不同模式系统的信道之间模式系统的信道之间q软切换：先通后断。软切换：先通后断。发生在相同频率系统的发生在相同频率系统的信道之间信道之间q更软切换更软切换扇区间的切换，不经过扇区间的切换，不经过MSCq软切换软切换小区间的切换小区间的切换q软软/硬切换硬切换包含上两项的切换包含上两项的切换/ 11733 / 64软切换类型软切换类型更软切换更软切换双方软切换双方软切换三方软切换三方软切换软软/更软切换更软切换软软切切换换/ 11734 / 64 T_ADD；T_COMP；T_DROP；T_TDROP软切换实现原则软切换实现原则q切换依据：切换依据：导频信号（由短导频信号（由短

15、PN码码215区分）强度区分）强度 导频集合：导频集合：集合中的导频，频率相同，相位集合中的导频，频率相同，相位(偏移值偏移值)不同不同q激活集激活集：参与移动台接收的导频：参与移动台接收的导频q候选集候选集：不在激活集中，但有足够强度可正确解调的导频：不在激活集中，但有足够强度可正确解调的导频q邻近集邻近集：不在激活和候选集中，但适合作为候选的导频：不在激活和候选集中，但适合作为候选的导频(根据地域划分根据地域划分)q剩余集剩余集：除上述之外所有可能的导频：除上述之外所有可能的导频q切换参数：切换参数：/ 11735 / 64软切换过程软切换过程动态切换范围动态切换范围时间时间导频信号导频信

16、号强度强度T-ADDT-DROPA A基站信号基站信号B B基站信号基站信号动态门限充分考动态门限充分考虑了虑了MSMS所处位置所处位置环境对接收信号环境对接收信号的影响，采用一的影响，采用一定算法，使得定算法，使得MSMS向向BTSBTS报告的时报告的时间改变。间改变。邻近集邻近集候选集候选集邻邻近近集集候选集候选集导频集合激活集激活集邻近集邻近集邻邻近近集集候选集候选集 候选集候选集激活集激活集静态切换范围静态切换范围/ 11736 / 64q切换成功率高。切换成功率高。MS同时与多个同时与多个BTS通信，通信，大大降低因切换造成的掉话大大降低因切换造成的掉话 q增加系统容量增加系统容量。

17、MS优先执行降低发射功优先执行降低发射功率命令，从而率命令，从而MS的整体发射功率降低，的整体发射功率降低，干扰减少。干扰减少。q通信质量提高。通信质量提高。具有分集增益，提高了具有分集增益，提高了接收信号的质量。接收信号的质量。q占用系统资源多占用系统资源多（切换时增加硬件设备（切换时增加硬件设备的使用）的使用）/ 11737 / 64/ 11738 / 64扩扩频频通通信信：用用来来传传输输信信息息的的信信号号带带宽宽B BW W远远远远 大大于于信信息息本本身身带带宽宽B BS S的的一一种种通通信信。扩扩频频增增益益：G GP P= = B BW W/ / B BS S理理论论依依据据

18、：C C = =B Bl l o og g2 2( (1 1+ +S S/ / N N ) )扩扩频频方方式式：D D S S（直直接接序序列列扩扩频频） F FH H （跳跳频频扩扩频频）解解扩扩： 利利用用接接收收信信号号和和一一个个与与发发端端同同步步的的 扩扩频频码码进进行行相相关关处处理理完完成成。多多址址干干扰扰：多多用用户户干干扰扰DS-CDMA系统原理框图系统原理框图调制调制解调解调akPNf0f0WkWkPN判决判决am混频混频调制调制解调解调akPNf0f0PN判决判决am混频混频/ 11740 / 648.2 地址码的选择8.2 地址码的选择 001001Ci（t）100

19、1110Ci（t）1001011 PN码个数码个数2NPN码长度码长度2N17具有随机数特性具有随机数特性 具有尖锐的自相关性具有尖锐的自相关性较好的互相关性较好的互相关性 IS-95中的中的PN码：码： 短码，短码，21532768个码字个码字长码，长码， 242 4.41012个个 IS-95建议，建议，相邻码字间隔相邻码字间隔64chip实际短码：实际短码： 215 /64512 个个 实际长码：实际长码： 242/6469109 个个H0 H0H0 H00 00 10 00 10 00 10 00 11 11 00 00 10 00 10 00 11 11 00 00 10 00 10

20、 00 11 11 00 00 10 00 10 00 11 11 01 11 01 11 01 11 00 00 1W0W1W2W3W4W5W6W788阵列，阵列，8个个Walsh Code每个码每个码8位位chip IS-95中中Walsh Code为为6464阵列阵列共有共有64个码字，个码字，W0W63 每个码每个码64位位chip 同步正交性好，且只有当一半以上的同步正交性好，且只有当一半以上的码元出错，才会被误认为不同的码元出错，才会被误认为不同的WC/ 11743 / 64大容量大容量处理增益（处理增益（B BW W/B/BS S） QCDMAQCDMA为为21dB21dB，远高

21、于其它系统，使其抗干扰性好。，远高于其它系统，使其抗干扰性好。E Eb b/N/N0 0 CDMA CDMA 寻求为寻求为6 dB6 dB，模拟系统的，模拟系统的 C/IC/I值为值为18 dB18 dB。通话占空比通话占空比 约为约为3535。但由于。但由于CDMACDMA采用了话音激活技术，使其容采用了话音激活技术，使其容量翻倍。量翻倍。频率复用率高频率复用率高q 服务质量高服务质量高q 可变声码器可变声码器q 采用各种分集技术，降低了系统对衰落的敏采用各种分集技术，降低了系统对衰落的敏感性感性q软切换技术实现了无缝切换，大大降低了切换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，

22、并非常有利于数据移动通信的掉话的可能性，并非常有利于数据移动通信的实现实现q 保密性能好保密性能好q CDMACDMA信号本身扰频方式提供了高度的保密性信号本身扰频方式提供了高度的保密性q 多种加密、鉴权算法的引入使系统保密性能多种加密、鉴权算法的引入使系统保密性能进一步完善进一步完善信源编码信源编码信道编码信道编码交织交织调制调制信源译码信源译码信道译码信道译码解交织解交织解调解调A/DD/A双双工工器器发送发送接收接收若若d d2 2/d/d1 1=100=100，则，则S S1 1/S/S2 2将达近将达近80dB ! 80dB ! 强抑弱！强抑弱！反向反向d2d1前向前向S1S2MS2

23、MS2MS1MS1衰落速率：可达衰落速率：可达100次次/秒秒 （900MHz、60km/h时）时）衰落深度：可达衰落深度：可达30dB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（a a）基站对移动台的正向多址干扰）基站对移动台的正向多址干扰（b b）移动台对基站的反向多址干扰）移动台对基站的反向多址干扰MS1MS1MS1MS1BS1BS1BS1BS1 分分集集技技术术是是指指系系统统能能同同时时接接收收两两个个或或多多个个输输入入信信号号，这这些些输输入入信信号号的的衰衰落落互互不不相相关关。 C CD DM MA A系系统统综综合合地地利利用用频频率率分分集集、空空间间分分

24、集集和和时时间间分分集集来来抵抵抗抗衰衰落落对对信信号号的的影影响响，获获得得高高质质量量的的通通信信性性能能。1 1、频频率率分分集集 根根据据衰衰落落的的频频率率选选择择性性，当当两两个个频频率率间间隔隔大大于于信信道道相相关关带带宽宽时时，接接收收到到的的此此两两种种频频率率的的衰衰落落信信号号不不相相关关。市市区区的的相相关关带带宽宽一一般般为为5 50 0k kH Hz z左左右右，郊郊区区的的相相关关带带宽宽一一般般为为2 25 50 0k kH Hz z左左右右。 而而C CD DM MA A的的一一个个信信道道带带宽宽为为 1 1. .2 22 28 88 8M MH Hz z， 远远远远大大于于相相关关带带宽宽的的要要求求。所所以以码码分分多多址址的的宽宽带带传传输输本本身身就就是是频频率率分分集集。2 2、空空间间分分集集 即即采采用用几几个个独独立立天天线线或或在在不不同同场场地地分分别别发发射射和和接接收收信信号号，以以保保证证信信号号间间的的衰衰落落独独立立。 特特别别的的，C CD DM MA