第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)三IS系統(tǒng)現(xiàn)代移動(dòng)通信新教材學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第二代移動(dòng)第二代移動(dòng)(ydng)通信系統(tǒng)三通信系統(tǒng)三IS系統(tǒng)現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)代移動(dòng)代移動(dòng)(ydng)通信新教材通信新教材第一頁，共51頁。n問題問題1 1：常規(guī)突發(fā)中的訓(xùn)練序列有何作用？為何將訓(xùn)練比特：常規(guī)突發(fā)中的訓(xùn)練序列有何作用？為何將訓(xùn)練比特在幀中間位置？在幀中間位置？n問題問題2 2： GPRS GPRS是如何組成的？是如何組成的？ GPRS GPRS有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？n 本次課要回答的問題：本次課要回答的問題：IS-95 CDMAIS-95 CDMA的無線信道是如何構(gòu)成的無線信道是如何構(gòu)成的？物理信道與邏輯信道是如何關(guān)聯(lián)的？的？物理信道與邏輯信道是如何關(guān)聯(lián)的？IS-95 CDMAIS

2、-95 CDMA前向和前向和反向信道的組成及功能模塊的作用、系統(tǒng)控制反向信道的組成及功能模塊的作用、系統(tǒng)控制(kngzh)(kngzh)功功能及基本原理。能及基本原理。n 重點(diǎn)：重點(diǎn)： PN PN碼在碼在IS-95 CDMAIS-95 CDMA中的用法及作用；中的用法及作用； IS-95 CDMA IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制系統(tǒng)的功率控制(kngzh)(kngzh)原理。原理。n 難點(diǎn)：功率控制難點(diǎn)：功率控制(kngzh)(kngzh)原理。原理。 第1頁/共51頁第二頁，共51頁。第2頁/共51頁第三頁，共51頁。第3頁/共51頁第四頁，共51頁。第4頁/共51頁第五頁，共51頁。第

3、5頁/共51頁第六頁，共51頁。第6頁/共51頁第七頁，共51頁。第7頁/共51頁第八頁，共51頁。第8頁/共51頁第九頁，共51頁。運(yùn)營運(yùn)營(ynyng)頻段頻段 824 849MHz（反向）；（反向）；869 894MHz（前向）（前向）雙工方式雙工方式 FDD，間隔，間隔45MHz載波間隔載波間隔 1.25 MHz信道速率信道速率 1.2288kbps接入方式接入方式 CDMA 調(diào)制方式調(diào)制方式 /4-QPSK分集分集 RAKE(移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)2-3指，基站指，基站3指指)接收，天線分集接收，天線分集信道編碼信道編碼 卷積碼，卷積碼，K=9,R=1/3(反向反向)；K=9,R=1/2(前向

4、）前向）話音編碼話音編碼 QCELP可變速率編碼器可變速率編碼器數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交擴(kuò)頻：正交擴(kuò)頻： 64進(jìn)制進(jìn)制WLASH碼碼PN序列周期：序列周期： 242-1 chips and 215 chips 第9頁/共51頁第十頁，共51頁。發(fā)射機(jī)CDMA頻道號(hào)CDMA頻率（MHz）移動(dòng)臺(tái)基站1777N0.03825N 10131023N1777N10131023N0.03827N 0.03(1023)825N 0.03(1023)827N 其中頻道號(hào)其中頻道號(hào)1 1666666，占，占20MHz20MHz，其中，其中1 1333333屬系統(tǒng)屬系統(tǒng)A A

5、，334334666666屬系統(tǒng)屬系統(tǒng)B B。系統(tǒng)。系統(tǒng)A A、B B分別為兩個(gè)不同的經(jīng)營部門，各自組成分別為兩個(gè)不同的經(jīng)營部門，各自組成(z chn)(z chn)蜂窩網(wǎng)。蜂窩網(wǎng)。A A和和B B是基本的頻道。此外，又外加是基本的頻道。此外，又外加5MHz5MHz頻頻帶作為帶作為A A系統(tǒng)和系統(tǒng)和B B系統(tǒng)的擴(kuò)展，其頻道號(hào)分別為系統(tǒng)的擴(kuò)展，其頻道號(hào)分別為667667777777和和99199110231023。第10頁/共51頁第十一頁，共51頁?；綧S導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道 同步信道同步信道尋呼信道尋呼信道正向業(yè)務(wù)信道正向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道接入信道接入信道前向前向CDMA信道信道

6、反向反向CDMA信道信道第11頁/共51頁第十二頁，共51頁。邏輯信道信道個(gè)數(shù)物理信道邏輯信道信道個(gè)數(shù)物理信道導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道1W0尋呼信道尋呼信道17W1 W7同步信道同步信道1W32前向業(yè)務(wù)前向業(yè)務(wù)信道信道55W8 W31W33 W63第12頁/共51頁第十三頁，共51頁。第13頁/共51頁第十四頁，共51頁。第14頁/共51頁第十五頁，共51頁。 導(dǎo)頻信道信息比特導(dǎo)頻信道信息比特 （全（全 0） 卷積卷積 編碼器編碼器 沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù) 0 1.2288Mc/s 碼元碼元 重復(fù)重復(fù) 分組分組 交織器交織器 同步信道同步信道 信息比特信息比特 碼元碼元 沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù) 32 1.

7、2288Mc/s 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 1.2kb/s 2.4ks/s 4.8ks/s 4.8ks/s R=1/2 K=9 卷積卷積 編碼器編碼器 碼元碼元 重復(fù)重復(fù) 分組分組 交織器交織器 尋呼信道尋呼信道 比特比特 碼元碼元 沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù) p 1.2288Mc/s 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 9.6kb/s 4.8 kb/s 19.2ks/s 9.6ks/s 19.2ks/s 19.2ks/s 分頻器分頻器 1.2288Mc/s 長碼發(fā)生器長碼發(fā)生器 尋呼信道的尋呼信道的 長碼掩長碼掩碼碼 19.2ks/s A A A 前向信道的組成框圖 第15頁/共51頁第

8、十六頁，共51頁。 R=1/2 K=9 幀質(zhì)量幀質(zhì)量檢測器檢測器 加編碼加編碼尾比特尾比特 卷積卷積 編碼器編碼器 用戶用戶 m在在正向業(yè)務(wù)正向業(yè)務(wù)信道的信信道的信道比特道比特 碼元碼元 沃爾什函數(shù)沃爾什函數(shù) n 1.2288Mc/s 8.6kb/s 4.0 kb/s 2.0 kb/s 0.8 kb/s 9.2kb/s 4.4kb/s 2.0kb/s 0.8kb/s 9.6kb/s 4.8kb/s 2.4kb/s 1.2kb/s 分頻器分頻器 1.2288Mc/s 長碼發(fā)生器長碼發(fā)生器 用戶的長碼掩用戶的長碼掩碼碼 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 19.2ks/s 9.6ks/s 4.8ks/s 2.4ks

9、/s 碼元碼元 重復(fù)重復(fù) 分組分組 交織器交織器 19.2ks/s 調(diào)制碼元調(diào)制碼元 19.2ks/s 復(fù)復(fù)接接 重重復(fù)復(fù) 功率控制比特功率控制比特 800b/s 分頻器分頻器 19.2ks/s I 信道引導(dǎo)短碼信道引導(dǎo)短碼 1.2288Mc/s Q信道引導(dǎo)短碼信道引導(dǎo)短碼 1.2288Mc/s 基帶濾波器基帶濾波器 基帶濾波器基帶濾波器 cosct sinct I（t） Q（t） I Q S（t） A A 前向信道組成框圖 第16頁/共51頁第十七頁，共51頁。Parameter Data Rate User Data Rate 9600 4800 2400 1200 Coding Rate

10、 1/2 1/2 1/2 1/2 User Data Repetition Period 1 2 4 8 Baseband Coded Data Rate 19,200 19,200 19,200 19,200 PN Chips/Coded Data Bit 64 64 64 64 PN Chip Rate (Mcps) 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288 PN Chips/Bit 128 256 512 1024 第17頁/共51頁第十八頁，共51頁。l 卷積編碼與重復(fù)編碼l 卷積碼: R=1/2, K=9, G0=753 (octal), G1=561 (octal);

11、l 重復(fù)量: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1200 bps (7). l 塊交織(jiozh) l 交織(jiozh)深度:20 ms 塊;l 交織(jiozh)圖案: 24x16分組交織(jiozh).l 長 PN 序列產(chǎn)生l基本作用: 數(shù)據(jù)擾碼l 生成多項(xiàng)式 l 生成: 42比特掩碼和42狀態(tài)矢量的模-2內(nèi)積1819212225262731333542)(xxxxxxxxxxxxP1123567101617xxxxxxxxx第18頁/共51頁第十九頁，共51頁。第19頁/共51頁第二十頁，共51頁。l 長PN序列（續(xù)）l 兩種掩碼l

12、 基站 ESN公用l 移動(dòng)臺(tái) MIN專用l 長碼掩碼結(jié)構(gòu)(jigu)如下：1100011000置換置換ESN01公共掩碼長碼公共掩碼長碼專用掩碼長碼專用掩碼長碼M41M0M41M0第20頁/共51頁第二十一頁，共51頁。l 長PN 序列 (續(xù))l 電子序列號(hào) (ESN) 是l 置亂 ESN號(hào)是l 數(shù)據(jù)擾碼l 1.2288MHz PN 作用于 (抽取器) ,其中l(wèi) 只保留(boli)每 64 PN 的第一個(gè)chip;l 抽取器的符號(hào)速率是 19.2 ksps.),.,(01232728293031EEEEEEEEEESN ,(31221308172641322310EEEEEEEEEEEEESN

13、 192861524211202971625,EEEEEEEEEEEE),9182751423110EEEEEEEEPermuted第21頁/共51頁第二十二頁，共51頁。第22頁/共51頁第二十三頁，共51頁。第23頁/共51頁第二十四頁，共51頁。Parameter Data Rate User Data Rate 9600 4800 2400 1200 Coding Rate 1/3 1/3 1/3 1/3 TX Duty Cycle (%) 100.0 50.0 25.0 12.5 Coded Data Rate (sps) 28,800 28,800 28,800 28,800 Bi

14、t per Walsh Symbol 6 6 6 6 Walsh Symbol Rate 4800 4800 4800 4800 Walsh Symbol Rate (kcps) 307.2 307.2 307.2 307.2 Walsh Symbol Duration (us) 208.33 208.33 208.33 208.33 PN Chips/ Code Symbol 42.67 42.67 42.67 42.67 PN Chips/Walsh Symbol 256 256 256 256 PN Chips/Walsh Symbol 4 4 4 4 PN Chip Rate (Mcp

15、s) 1.2288 1.2288 1.2288 1.2288 第24頁/共51頁第二十五頁，共51頁。q 卷積編碼與符號(hào)重復(fù)卷積編碼與符號(hào)重復(fù)q 卷積碼卷積碼: R=1/2, K=9, G0=557 (octal), G1=663 (octal), G2=771(octal);: R=1/2, K=9, G0=557 (octal), G1=663 (octal), G2=771(octal);q 重復(fù)重復(fù): 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1200 bps (7);: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 b

16、ps (3), 1200 bps (7);q 重復(fù)后速率重復(fù)后速率 28,800 bps. 28,800 bps. q 塊交織塊交織 q 交織深度交織深度:20 ms block;:20 ms block;q 交織方式交織方式: : 分組交織分組交織 32x18. 32x18.q 正交調(diào)制正交調(diào)制q6464進(jìn)制正交調(diào)制進(jìn)制正交調(diào)制; ;q 每每1 1比特比特(b (b t) t)對應(yīng)對應(yīng)6 6個(gè)個(gè) Walsh Walsh 碼片：碼片：q Walsh Walsh 碼片速率碼片速率 307.2 kbps 307.2 kbpsq 28.8 kbps x (64 Walsh chips)/ (6 co

17、de bits) = 307.2 kbps. 28.8 kbps x (64 Walsh chips)/ (6 code bits) = 307.2 kbps.5432103216842ccccccWalsh function number第25頁/共51頁第二十六頁，共51頁。l技術(shù)小結(jié)技術(shù)小結(jié)l長碼掩碼長碼掩碼l接入信道掩碼：和尋呼信道號(hào)對應(yīng)接入信道掩碼：和尋呼信道號(hào)對應(yīng)l公開和私用掩碼；與用戶公開和私用掩碼；與用戶(yngh)(yngh)號(hào)碼對應(yīng)號(hào)碼對應(yīng)l直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻l利用長碼對正交調(diào)制后利用長碼對正交調(diào)制后WalshWalsh碼元進(jìn)行擴(kuò)頻碼元進(jìn)行擴(kuò)頻l子碼速率為子碼速率為3

18、07.2kc/s307.2kc/s，長碼速率，長碼速率1.2288Mc/s1.2288Mc/sl四相調(diào)制（擴(kuò)展）四相調(diào)制（擴(kuò)展）l與前向信道所用的與前向信道所用的I I、Q Q引導(dǎo)引導(dǎo)PNPN序列相同序列相同l為交錯(cuò)四相相移鍵控（為交錯(cuò)四相相移鍵控（O-QPSKO-QPSK）第26頁/共51頁第二十七頁，共51頁。164(s)1.2288KtK第27頁/共51頁第二十八頁，共51頁。15139875( )1IP xxxxxxx151211106543( )1QP xxxxxxxxx第28頁/共51頁第二十九頁，共51頁。第29頁/共51頁第三十頁，共51頁。高幀：含25個(gè)超幀，或75個(gè)PN幀（

19、相當(dāng)于75個(gè)PN周期），時(shí)長為2秒。超幀：相當(dāng)于3個(gè)PN周期，時(shí)長為80ms。PN幀：含128個(gè)同步符號(hào)(fho)（32768個(gè)碼片），時(shí)長為26.66ms。同步符號(hào)(fho)：含256個(gè)碼片（4個(gè)沃爾什序列），時(shí)長為208.38s。沃爾什序列：含64個(gè)碼片。時(shí)長為52.0825s。碼片（chip）： 0.8137s。高幀：含25個(gè)超幀，或75個(gè)PN幀（相當(dāng)于75個(gè)PN周期），時(shí)長為2s。超幀：相當(dāng)于4個(gè)業(yè)務(wù)幀，時(shí)長為80ms。業(yè)務(wù)幀：含384個(gè)尋呼/業(yè)務(wù)符號(hào)（24576個(gè)碼片），時(shí)長為20ms。尋呼/業(yè)務(wù)符號(hào)：含64個(gè)碼片（1個(gè)沃爾什序列）。時(shí)長為52.0825s沃爾什序列：含64個(gè)碼片。碼

20、片（chip）： 0.8137s。第30頁/共51頁第三十一頁，共51頁。第31頁/共51頁第三十二頁，共51頁。第32頁/共51頁第三十三頁，共51頁。第33頁/共51頁第三十四頁，共51頁。第34頁/共51頁第三十五頁，共51頁。第35頁/共51頁第三十六頁，共51頁。第36頁/共51頁第三十七頁，共51頁。第37頁/共51頁第三十八頁，共51頁。q上世紀(jì)80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統(tǒng)不可行；q1989.2 高通（Qualcomm）造訪李建業(yè)(jin y)： CDMA蜂窩系統(tǒng)商用必須解決功率控制；q1989.4 高通再訪李建業(yè)(jin y)：6個(gè)月內(nèi)演示CDMA功控，太平洋

21、電話公司將支付100萬美元；q1993年高通基于功率控制、軟切換等核心專利技術(shù)的IS-95標(biāo)準(zhǔn)通過，CDMA蜂窩系統(tǒng)商用；q目前，1400多項(xiàng)專利，專利費(fèi)已成為高通公司的重要經(jīng)濟(jì)支柱。第38頁/共51頁第三十九頁，共51頁。q遠(yuǎn)近(yunjn)效應(yīng)若若d d2 2/d/d1 1=100=100，則，則S S1 1/S/S2 2將達(dá)近將達(dá)近80dB ! 80dB ! 強(qiáng)抑弱！強(qiáng)抑弱！反向反向d2d1前向前向S1S2MS2MS2MS1MS1 遠(yuǎn)近遠(yuǎn)近(yunjn)(yunjn)效應(yīng)效應(yīng)只有采用功率控制才能很好地解決只有采用功率控制才能很好地解決CDMA蜂窩系統(tǒng)面蜂窩系統(tǒng)面臨的問題。臨的問題。 這些

22、問題包括： 遠(yuǎn)近效應(yīng)； 快衰落與陰影衰落； 多址干擾第39頁/共51頁第四十頁，共51頁。q 多徑衰落多徑衰落(shuilu) 快衰落(shuilu)與陰影衰落(shuilu) 接收信號(hào)快速起伏！ 衰落(shuilu)速率：可達(dá)100次/秒 （900MHz、60km/h時(shí)） 衰落(shuilu)深度：可達(dá)30dB距離距離接收功率接收功率(dBm)慢衰落慢衰落快衰落快衰落第40頁/共51頁第四十一頁，共51頁。（a a）基站對移動(dòng)臺(tái)的正向）基站對移動(dòng)臺(tái)的正向(zhn xin)(zhn xin)多址干擾多址干擾（b b）移動(dòng)）移動(dòng)(ydng)(ydng)臺(tái)對基站的反向多址干擾臺(tái)對基站的反向多址干擾

23、MS1MS1MS1MS1BS1BS1BS1BS1q 多址干擾多址干擾(gnro)第41頁/共51頁第四十二頁，共51頁。q功率(gngl)控制的目標(biāo)：及時(shí)調(diào)整發(fā)射機(jī)的功率(gngl)，使接收端接收的功率(gngl)始終剛剛夠用！ q 多：多的部分是干擾；q 少：通信質(zhì)量達(dá)不到第42頁/共51頁第四十三頁，共51頁。q 基本方法基本方法(fngf)q方法方法(fngf)：開環(huán)法、閉環(huán)法、開環(huán)：開環(huán)法、閉環(huán)法、開環(huán)+閉環(huán)法閉環(huán)法q 開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制q測量接收信號(hào)強(qiáng)度，估算、調(diào)整自身的發(fā)射功率，以達(dá)測量接收信號(hào)強(qiáng)度，估算、調(diào)整自身的發(fā)射功率，以達(dá)到期望的通信質(zhì)量。到期望的通信質(zhì)量。q 如手機(jī)

24、接入時(shí)其發(fā)射功率：如手機(jī)接入時(shí)其發(fā)射功率：q-平均輸入功率平均輸入功率-73+NOM_PWR+INIT_PWR+PWR_STEP時(shí)間時(shí)間接入試探接入試探PTx (dBm)第43頁/共51頁第四十四頁，共51頁。q 閉環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制q目的是彌補(bǔ)開環(huán)功控的不足，消除快衰落的影響目的是彌補(bǔ)開環(huán)功控的不足，消除快衰落的影響，實(shí)現(xiàn)精確控制，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的功率始終，實(shí)現(xiàn)精確控制，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的功率始終正好正好(zhngho)滿足解調(diào)要求。其實(shí)現(xiàn)框圖如滿足解調(diào)要求。其實(shí)現(xiàn)框圖如下下M MS S測測量量E Eb b/ /N N0 0V V/ /S SF FE ER R1 1% %B BS SC

25、 C話話音音幀幀（5 50 0H Hz z）外外環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)環(huán)環(huán)P PC C命命令令（8 80 00 0H Hz z）接接收收E Eb b/ /N N0 0設(shè)設(shè)定定所所需需E Eb b/ /N N0 0B BT TS SP PC C: :功功率率控控制制每每1.25 ms1.25 ms調(diào)整一次，每次調(diào)整一次，每次+ +或或-1 dB-1 dB功控比特（功控比特（1bit1bit）插入前向業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)流）插入前向業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)流在開環(huán)功控的基礎(chǔ)在開環(huán)功控的基礎(chǔ)(jch)(jch)上提供上提供+/-24dB+/-24dB的閉環(huán)調(diào)整的閉環(huán)調(diào)整第44頁/共51頁第四十五頁，共51頁。q 對移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的限

26、制對移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率的限制q最小控制最小控制(kngzh)的輸出功率的輸出功率 q移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)平均輸出功率應(yīng)小于移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)平均輸出功率應(yīng)小于-50dBm/1.23MHz，即，即-110dBm/Hz；移動(dòng)臺(tái)發(fā)射；移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)背景噪聲應(yīng)小于機(jī)背景噪聲應(yīng)小于-60dBm/1.23MHz，即，即-120 dBm/Hz。q輸出信號(hào)功率的時(shí)間響應(yīng)輸出信號(hào)功率的時(shí)間響應(yīng)第45頁/共51頁第四十六頁，共51頁。q IS-95功控原理功控原理(yunl)框圖框圖第46頁/共51頁第四十七頁，共51頁。q IS-95功控原理功控原理q前向鏈路功率控制前向鏈路功率控制q機(jī)制：通過響應(yīng)移動(dòng)臺(tái)提供的測試來調(diào)整各用戶機(jī)制：通過響應(yīng)移動(dòng)臺(tái)提供的測試來調(diào)整各用戶鏈路信號(hào)的前向鏈路功率鏈路信號(hào)的前向鏈路功率q組成：開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制。其中開環(huán)組成：開環(huán)功率控制閉環(huán)功率控制。其中開環(huán)功控是基站通過接入程序期所接收的移動(dòng)臺(tái)功率功控是基站通過接入程序期所接收的移動(dòng)臺(tái)功率，估算出傳輸