【學(xué)習(xí)課件】第14講第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（三）IS-95系統(tǒng)（1）現(xiàn)代移動(dòng)通信ppt（新版教材課件）

1、第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)The 2nd Generation Mobile Communication System（1）精選課件問(wèn)題1：常規(guī)突發(fā)中的訓(xùn)練序列有何作用？為何將訓(xùn)練比特在幀中間位置？問(wèn)題2： GPRS是如何組成的？ GPRS有何特點(diǎn)？ 本次課要回答的問(wèn)題：IS-95 CDMA的無(wú)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？IS-95 CDMA前向和反向信道的組成及功能模塊的作用、系統(tǒng)控制功能及基本原理。 重點(diǎn)： PN碼在IS-95 CDMA中的用法及作用； IS-95 CDMA系統(tǒng)的功率控制原理。 難點(diǎn)：功率控制原理。 內(nèi)容回顧與提示精選課件內(nèi)容提要（Contents） IS-

2、95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件內(nèi)容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同

3、步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件關(guān)于IS-95系統(tǒng) IS-95系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ) 基于擴(kuò)頻通信技術(shù)（軍轉(zhuǎn)民） 是一種支持蜂窩組網(wǎng)的多用戶擴(kuò)頻通信技術(shù)碼分多址（CDMA）技術(shù) 與傳統(tǒng)擴(kuò)頻技術(shù)比，功率控制是它成功的關(guān)鍵 何謂“IS-95”IS-95是美國(guó)TIA給基于CDMA第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)，即（ Interim Standard 95 ）。 IS-95的地位 是第一個(gè)CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)規(guī)范 它的CDMA技術(shù)框架是后

4、來(lái)CDMA蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)精選課件IS-95系統(tǒng)的誕生 產(chǎn)生背景 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)開發(fā)興起（1980年代中后期） 冷戰(zhàn)結(jié)束，技術(shù)“軍轉(zhuǎn)民”成為可能 技術(shù)推手高通公司：主要發(fā)明者美國(guó)TIA：標(biāo)準(zhǔn)化組織韓國(guó)政府：“第一個(gè)吃螃蟹者” 主要里程碑 1991年高通在西雅圖的試驗(yàn)； 1993年被TIA確定為IS-95標(biāo)準(zhǔn) 1993年4月韓國(guó)購(gòu)買生產(chǎn)許可并很快成功建網(wǎng) 1994年3月中國(guó)開始試驗(yàn)，1998年11月試運(yùn)營(yíng)網(wǎng)開通精選課件IS-95系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)系列 IS-95的一些后續(xù)標(biāo)準(zhǔn) IS-99：為IS-95提供無(wú)線數(shù)據(jù)鏈接協(xié)議 IS-657：專門為IS-95提供直接接入Internet標(biāo) 協(xié)議。支持所有的

5、TCP/IP/PPP協(xié)議。 IS-95B：為IS-95成為寬帶系統(tǒng)而寫。 IS-95C：于1999年開展制訂，完全兼容IS-95A、B精選課件IS-95系統(tǒng)的特點(diǎn) 窄帶蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 900MHz頻段，信道帶寬1.25MHz 頻率復(fù)用率高 模擬FDMA：1/7，18dB帶外抑制； 數(shù)字TDMA：1/3，9dB帶外抑制； CDMA：約2/3（理論值1），各小區(qū)/扇區(qū)可同一頻率 軟切換 軟容量 自干擾系統(tǒng) 功率控制很關(guān)鍵 可向3G平滑過(guò)渡（實(shí)事結(jié)果，非必然）精選課件內(nèi)容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The

6、 Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件IS-95空口參數(shù)運(yùn)營(yíng)頻段 824 849MHz（反向）；869 894MHz（前向）雙工方式 FDD，間隔45MHz載波間隔 1.25 MHz信道速率 1.2288kbps接入方式 CDMA 調(diào)制方式 /4-QPSK分集 RAKE(移動(dòng)臺(tái)2-3指，基站3指)接收，天線分集信道編碼 卷積碼，K=9,R=1/3(反

7、向)；K=9,R=1/2(前向）話音編碼 QCELP可變速率編碼器數(shù)據(jù)速率 9.6，4.8，2.4，1.2kbps正交擴(kuò)頻： 64進(jìn)制WLASH碼PN序列周期： 242-1 chips and 215 chips 精選課件 IS-95的頻道設(shè)置一個(gè)頻道含有64個(gè)物理信道IS-95的無(wú)線信道發(fā)射機(jī)CDMA頻道號(hào)CDMA頻率（MHz）移動(dòng)臺(tái)基站其中頻道號(hào)1666，占20MHz，其中1333屬系統(tǒng)A ，334666屬系統(tǒng)B。系統(tǒng)A、B分別為兩個(gè)不同的經(jīng)營(yíng)部門，各自組成蜂窩網(wǎng)。A和B是基本的頻道。此外，又外加5MHz頻帶作為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)的擴(kuò)展，其頻道號(hào)分別為667777和9911023。精選課件基站

8、MS導(dǎo)頻信道同步信道尋呼信道正向業(yè)務(wù)信道反向業(yè)務(wù)信道接入信道前向CDMA信道反向CDMA信道 IS-95的邏輯信道各種邏輯信道由不同的碼序列來(lái)區(qū)分IS-95的無(wú)線信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射 前向信道的類型：1個(gè)導(dǎo)頻信道、1個(gè)同步信道、7個(gè)尋呼信道和63個(gè)前向業(yè)務(wù)信道。導(dǎo)頻信道：發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)供移動(dòng)臺(tái)識(shí)別并引導(dǎo)移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)同步信道：發(fā)送同步信息供移動(dòng)臺(tái)建立與系統(tǒng)的定時(shí)和同步尋呼信道：發(fā)送有關(guān)尋呼、指令及業(yè)務(wù)指配信息前向業(yè)務(wù)信道：傳送用戶業(yè)務(wù)信息；同時(shí)傳送信令信息。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1W0尋呼信道17W1 W7同步信道1W32

9、前向業(yè)務(wù)信道55W8 W31W33 W63邏輯信道到物理信道的映射精選課件IS-95的無(wú)線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射前向信道的映射精選課件IS-95的無(wú)線信道 IS-95邏輯信道功能及其映射后向信道的映射精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道業(yè)務(wù)信道調(diào)制參數(shù)精選課件 卷積編碼與重復(fù)編碼 卷積碼: R=1/2, K=9, G0=753 (octal), G1=561 (octal); 重復(fù)量: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1200 bps (

10、7). 塊交織 交織深度:20 ms 塊; 交織圖案: 24x16分組交織. 長(zhǎng) PN 序列產(chǎn)生基本作用: 數(shù)據(jù)擾碼 生成多項(xiàng)式 生成: 42比特掩碼和42狀態(tài)矢量的模-2內(nèi)積IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道模-2內(nèi)乘產(chǎn)生長(zhǎng)碼示意圖精選課件 長(zhǎng)PN序列（續(xù)） 兩種掩碼 基站 ESN公用 移動(dòng)臺(tái) MIN專用 長(zhǎng)碼掩碼結(jié)構(gòu)如下：IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道1100011000置換ESN01公共掩碼長(zhǎng)碼專用掩碼長(zhǎng)碼M41M0M41M0精選課件 長(zhǎng)PN 序列 (續(xù)) 電子序列號(hào) (ESN) 是 置亂 ESN號(hào)是 數(shù)據(jù)擾碼 1.2288MHz PN 作用

11、于 (抽取器) ,其中 只保留每 64 PN 的第一個(gè)chip; 抽取器的符號(hào)速率是 19.2 ksps.PermutedIS-95的無(wú)線信道 前向物理信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道基帶信號(hào)處理（接入信道）精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道基帶信號(hào)處理（業(yè)務(wù)信道）精選課件IS-95的無(wú)線信道 前向物理信道業(yè)務(wù)信道調(diào)制參數(shù)精選課件 卷積編碼與符號(hào)重復(fù) 卷積碼: R=1/2, K=9, G0=557 (octal), G1=663 (octal), G2=771(octal); 重復(fù): 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1

12、200 bps (7); 重復(fù)后速率 28,800 bps. 塊交織 交織深度:20 ms block; 交織方式: 分組交織 32x18. 正交調(diào)制64進(jìn)制正交調(diào)制; 每1比特對(duì)應(yīng)6個(gè) Walsh 碼片： Walsh 碼片速率 307.2 kbps 28.8 kbps x (64 Walsh chips)/ (6 code bits) = 307.2 kbps.IS-95的無(wú)線信道 后向物理信道精選課件技術(shù)小結(jié)長(zhǎng)碼掩碼接入信道掩碼：和尋呼信道號(hào)對(duì)應(yīng)公開和私用掩碼；與用戶號(hào)碼對(duì)應(yīng)直接序列擴(kuò)頻利用長(zhǎng)碼對(duì)正交調(diào)制后Walsh碼元進(jìn)行擴(kuò)頻子碼速率為307.2kc/s，長(zhǎng)碼速率1.2288Mc/s四相

13、調(diào)制（擴(kuò)展）與前向信道所用的I、Q引導(dǎo)PN序列相同為交錯(cuò)四相相移鍵控（O-QPSK）IS-95的無(wú)線信道 后向物理信道精選課件IS-95的無(wú)線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識(shí)別通過(guò)道頻PN序列偏置有512種,編號(hào)K從0到511偏置時(shí)間偏置的引導(dǎo)PN序列必須 在時(shí)間的偶數(shù)秒起傳 精選課件IS-95的無(wú)線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識(shí)別功能塊解釋四相調(diào)制：給基站一個(gè)特別識(shí)別碼，并產(chǎn)生QPSK輸出在同相支路（I）和正交支路（Q）引入以兩個(gè)互為準(zhǔn)正交的m序列為基礎(chǔ)產(chǎn)生的I、Q序列。m序列的主要作用是給不同基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同的特征，以便移動(dòng)臺(tái)識(shí)別，其生成多項(xiàng)式如下：基帶濾波器的作用是將QPSK信號(hào)的功率譜限制在分配的帶寬

14、內(nèi)。精選課件IS-95的無(wú)線信道 小區(qū)/扇區(qū)的識(shí)別功能塊解釋四相調(diào)制：給基站一個(gè)特別識(shí)別碼，并產(chǎn)生QPSK輸出I、Q序列的長(zhǎng)度215=32768chip（相當(dāng)于26.66ms），在生成（2151）的m序列中，當(dāng)出現(xiàn)14個(gè)連“0”時(shí)，向其中插入一個(gè)“0”，使序列14個(gè)“0”的游程變成15個(gè)“0”的游程。各基站使用相同的PN序列，但PN序列的起始位置不同，依據(jù)是m序列的自相關(guān)特性在時(shí)間偏移大于一個(gè)子碼碼元寬度后，其自相關(guān)系數(shù)值接近于零。擴(kuò)頻碼：可以看成是Walsh和m序列級(jí)聯(lián)形成的碼組，這樣既保持同步正交性能，又降低了非同步相關(guān)值。精選課件IS-95的無(wú)線信道 傳輸幀結(jié)構(gòu)同步數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu)尋呼/業(yè)

15、務(wù)數(shù)據(jù)信息幀結(jié)構(gòu)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(zhǎng)為2秒。超幀：相當(dāng)于3個(gè)PN周期，時(shí)長(zhǎng)為80ms。PN幀：含128個(gè)同步符號(hào)（32768個(gè)碼片），時(shí)長(zhǎng)為26.66ms。同步符號(hào)：含256個(gè)碼片（4個(gè)沃爾什序列），時(shí)長(zhǎng)為208.38s。沃爾什序列：含64個(gè)碼片。時(shí)長(zhǎng)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(zhǎng)為2s。超幀：相當(dāng)于4個(gè)業(yè)務(wù)幀，時(shí)長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)為52.082

16、5s沃爾什序列：含64個(gè)碼片。碼片（chip）： 0.8137s。精選課件IS-95的無(wú)線信道 傳輸幀結(jié)構(gòu)精選課件內(nèi)容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件IS-95的定時(shí)與同步 IS-95定時(shí)與同步的含義 系統(tǒng)定時(shí)，也叫全

17、局定時(shí) 基站與移動(dòng)臺(tái)間定時(shí)同步 系統(tǒng)定時(shí) 提供全系統(tǒng)統(tǒng)一定時(shí)基準(zhǔn) 采用GPS定時(shí)：每基站設(shè)1GPS接收機(jī) 精度不低于20ns 定時(shí)同步包括PN碼同步、符號(hào)同步、幀同步和擾碼同步等 通過(guò)對(duì)導(dǎo)頻信道的捕獲建立PN碼同步和符號(hào)同步通過(guò)同步信道的接收建立幀同步和擾碼同步 擴(kuò)頻序列的同步是擴(kuò)頻系統(tǒng)接收機(jī)所要完成的首要步驟擴(kuò)頻序列的同步可以通過(guò)捕獲和跟蹤二個(gè)階段 精選課件IS-95的定時(shí)與同步 擴(kuò)頻序列捕獲擴(kuò)頻序列的捕獲是指接收機(jī)在開始接收擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)調(diào)整和選擇本地?cái)U(kuò)頻序列的相位，使收發(fā)信機(jī)擴(kuò)頻序列的相位一致，所以捕獲又叫擴(kuò)頻序列的初始同步或粗同步過(guò)程；多數(shù)的捕獲方法都是用非相干檢測(cè) ；匹配濾波器方法是獲得

18、偽隨機(jī)序列初始同步的最佳方案； 匹配濾波器可以在中頻實(shí)現(xiàn)，也可以在基帶實(shí)現(xiàn)；匹配濾波器的實(shí)質(zhì)是抽頭延遲線加累加器，是一種并行捕獲方案 ，捕獲快； N序列的捕獲也可以采用基于滑動(dòng)相關(guān)的串行捕獲方案；串行捕獲方案 捕獲速度慢。精選課件IS-95的定時(shí)與同步 定時(shí)跟蹤完成擴(kuò)頻序列的捕獲以后，本地序列相位同接收信號(hào)的相位通常還有1/2個(gè)碼片誤差；收發(fā)時(shí)鐘的不穩(wěn)定性，收發(fā)信機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及傳播路徑時(shí)延變化等因素，已同步的本地序列相位會(huì)出現(xiàn)某種抖動(dòng)偏差 ；還要進(jìn)行擴(kuò)頻序列的跟蹤。跟蹤過(guò)程又叫細(xì)同步過(guò)程 ；跟蹤環(huán)路不斷校正本地序列發(fā)生的時(shí)鐘相位，使本地序列的相位變化與接收信號(hào)相位變化保持一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收

19、信號(hào)的相位鎖定；偽隨機(jī)序列的定時(shí)跟蹤通?？梢圆捎没谘舆t門定時(shí)誤差檢測(cè)器的延遲鎖定環(huán)。 精選課件內(nèi)容提要（Contents） IS-95系統(tǒng)An Overview on IS-95 System IS-95系統(tǒng)的空中接口 The Air-interface of IS-95 System IS-95系統(tǒng)的定時(shí)與同步 The Timing & Synchronization of IS-95 SystemIS-95系統(tǒng)的功率控制 The Power Controlling of IS-95 System精選課件為何需要功率控制 CDMA系統(tǒng)的干擾受限特點(diǎn)（根本原因）原因：擴(kuò)頻碼得非理想相關(guān)特性；

20、無(wú)線信道多經(jīng)效應(yīng)；蜂窩結(jié)構(gòu)和大用戶量；通過(guò)功控減少：符號(hào)間干擾（ICI）、用戶間干擾（MAI）、鄰小區(qū)干擾（ACI）； CDMA蜂窩系統(tǒng)容量主要受限于干擾。 節(jié)省功耗通過(guò)功率控制減少無(wú)謂功率消耗 減少電磁輻射根通過(guò)功率控制，減少基站和移動(dòng)臺(tái)無(wú)謂電磁輻射 改善時(shí)變信道傳輸質(zhì)量根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度探測(cè)，改變發(fā)送功率，保證無(wú)線鏈路質(zhì)量 精選課件上世紀(jì)80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統(tǒng)不可行；1989.2 高通（Qualcomm）造訪李建業(yè)： CDMA蜂窩系統(tǒng)商用必須解決功率控制；1989.4 高通再訪李建業(yè)：6個(gè)月內(nèi)演示CDMA功控，太平洋電話公司將支付100萬(wàn)美元；1993年高通基于功率控制、

21、軟切換等核心專利技術(shù)的IS-95標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)，CDMA蜂窩系統(tǒng)商用；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。功率控制技術(shù)的誕生精選課件功率控制技術(shù)的作用遠(yuǎn)近效應(yīng)若d2/d1=100，則S1/S2將達(dá)近80dB ! 強(qiáng)抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1 遠(yuǎn)近效應(yīng)只有采用功率控制才能很好地解決CDMA蜂窩系統(tǒng)面臨的問(wèn)題。 這些問(wèn)題包括： 遠(yuǎn)近效應(yīng)； 快衰落與陰影衰落； 多址干擾精選課件 多徑衰落 快衰落與陰影衰落 接收信號(hào)快速起伏！ 衰落速率：可達(dá)100次/秒 （900MHz、60km/h時(shí)） 衰落深度：可達(dá)30dB距離接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率控制技術(shù)的作用精選課

22、件（a）基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的正向多址干擾（b）移動(dòng)臺(tái)對(duì)基站的反向多址干擾MS1MS1BS1BS1 多址干擾功率控制技術(shù)的作用精選課件功率控制的目標(biāo)功率控制的目標(biāo)：及時(shí)調(diào)整發(fā)射機(jī)的功率，使接收端接收的功率始終剛剛夠用！ 多：多的部分是干擾； 少：通信質(zhì)量達(dá)不到精選課件功率控制的實(shí)現(xiàn) 基本方法方法：開環(huán)法、閉環(huán)法、開環(huán)+閉環(huán)法 開環(huán)功率控制測(cè)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。 如手機(jī)接入時(shí)其發(fā)射功率：-平均輸入功率-73+NOM_PWR+INIT_PWR+PWR_STEP時(shí)間接入試探PTx (dBm)精選課件功率控制的實(shí)現(xiàn) 閉環(huán)功率控制目的是彌補(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)送的功率始終正好滿足解調(diào)要求。其實(shí)現(xiàn)框圖如下每1.25 ms調(diào)整一次，每次+或-1 dB功控比特（1bit）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)上提