第二代移动通信系统三IS系统现代移动通信新教材学习教案

1、会计学1第二代移动第二代移动(ydng)通信系统三通信系统三IS系统现系统现代移动代移动(ydng)通信新教材通信新教材第一页，共51页。n问题问题1 1：常规突发中的训练序列有何作用？为何将训练比特：常规突发中的训练序列有何作用？为何将训练比特在帧中间位置？在帧中间位置？n问题问题2 2： GPRS GPRS是如何组成的？是如何组成的？ GPRS GPRS有何特点？有何特点？n 本次课要回答的问题：本次课要回答的问题：IS-95 CDMAIS-95 CDMA的无线信道是如何构成的无线信道是如何构成的？物理信道与逻辑信道是如何关联的？的？物理信道与逻辑信道是如何关联的？IS-95 CDMAIS

2、-95 CDMA前向和前向和反向信道的组成及功能模块的作用、系统控制反向信道的组成及功能模块的作用、系统控制(kngzh)(kngzh)功功能及基本原理。能及基本原理。n 重点：重点： PN PN码在码在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系统的功率控制系统的功率控制(kngzh)(kngzh)原理。原理。n 难点：功率控制难点：功率控制(kngzh)(kngzh)原理。原理。 第1页/共51页第二页，共51页。第2页/共51页第三页，共51页。第3页/共51页第四页，共51页。第4页/共51页第五页，共51页。第

3、5页/共51页第六页，共51页。第6页/共51页第七页，共51页。第7页/共51页第八页，共51页。第8页/共51页第九页，共51页。运营运营(ynyng)频段频段 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 1.2288kbps接入方式接入方式 CDMA 调制方式调制方式 /4-QPSK分集分集 RAKE(移动台移动台2-3指，基站指，基站3指指)接收，天线分集接收，天线分集信道编码信道编码 卷积码，卷积码，K=9,R=1/3(反向反向)；K=9,R=1/2(前向

4、）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 第9页/共51页第十页，共51页。发射机CDMA频道号CDMA频率（MHz）移动台基站1777N0.03825N 10131023N1777N10131023N0.03827N 0.03(1023)825N 0.03(1023)827N 其中频道号其中频道号1 1666666，占，占20MHz20MHz，其中，其中1 1333333属系统属系统A A

5、，334334666666属系统属系统B B。系统。系统A A、B B分别为两个不同的经营部门，各自组成分别为两个不同的经营部门，各自组成(z chn)(z chn)蜂窝网。蜂窝网。A A和和B B是基本的频道。此外，又外加是基本的频道。此外，又外加5MHz5MHz频频带作为带作为A A系统和系统和B B系统的扩展，其频道号分别为系统的扩展，其频道号分别为667667777777和和99199110231023。第10页/共51页第十一页，共51页。基站MS导频信道导频信道 同步信道同步信道寻呼信道寻呼信道正向业务信道正向业务信道反向业务信道反向业务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页/共51页第十二页，共51页。逻辑信道信道个数物理信道逻辑信道信道个数物理信道导频信道导频信道1W0寻呼信道寻呼信道17W1 W7同步信道同步信道1W32前向业务前向业务信道信道55W8 W31W33 W63第12页/共51页第十三页，共51页。第13页/共51页第十四页，共51页。第14页/共51页第十五页，共51页。 导频信道信息比特导频信道信息比特 （全（全 0） 卷积卷积 编码器编码器 沃尔什函数沃尔什函数 0 1.2288Mc/s 码元码元 重复重复 分组分组 交织器交织器 同步信道同步信道 信息比特信息比特 码元码元 沃尔什函数沃尔什函数 32 1.

7、2288Mc/s 调制码元调制码元 调制码元调制码元 1.2kb/s 2.4ks/s 4.8ks/s 4.8ks/s R=1/2 K=9 卷积卷积 编码器编码器 码元码元 重复重复 分组分组 交织器交织器 寻呼信道寻呼信道 比特比特 码元码元 沃尔什函数沃尔什函数 p 1.2288Mc/s 调制码元调制码元 调制码元调制码元 9.6kb/s 4.8 kb/s 19.2ks/s 9.6ks/s 19.2ks/s 19.2ks/s 分频器分频器 1.2288Mc/s 长码发生器长码发生器 寻呼信道的寻呼信道的 长码掩长码掩码码 19.2ks/s A A A 前向信道的组成框图 第15页/共51页第

8、十六页，共51页。 R=1/2 K=9 帧质量帧质量检测器检测器 加编码加编码尾比特尾比特 卷积卷积 编码器编码器 用户用户 m在在正向业务正向业务信道的信信道的信道比特道比特 码元码元 沃尔什函数沃尔什函数 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 分频器分频器 1.2288Mc/s 长码发生器长码发生器 用户的长码掩用户的长码掩码码 调制码元调制码元 19.2ks/s 9.6ks/s 4.8ks/s 2.4ks

9、/s 码元码元 重复重复 分组分组 交织器交织器 19.2ks/s 调制码元调制码元 19.2ks/s 复复接接 重重复复 功率控制比特功率控制比特 800b/s 分频器分频器 19.2ks/s I 信道引导短码信道引导短码 1.2288Mc/s Q信道引导短码信道引导短码 1.2288Mc/s 基带滤波器基带滤波器 基带滤波器基带滤波器 cosct sinct I（t） Q（t） I Q S（t） A A 前向信道组成框图 第16页/共51页第十七页，共51页。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页/共51页第十八页，共51页。l 卷积编码与重复编码l 卷积码: R=1/2, K=9, G0=753 (octal), G1=561 (octal);

11、l 重复量: 9600bps (Non), 4800 bps (1), 2400 bps (3), 1200 bps (7). l 块交织(jiozh) l 交织(jiozh)深度:20 ms 块;l 交织(jiozh)图案: 24x16分组交织(jiozh).l 长 PN 序列产生l基本作用: 数据扰码l 生成多项式 l 生成: 42比特掩码和42状态矢量的模-2内积1819212225262731333542)(xxxxxxxxxxxxP1123567101617xxxxxxxxx第18页/共51页第十九页，共51页。第19页/共51页第二十页，共51页。l 长PN序列（续）l 两种掩码l

12、 基站 ESN公用l 移动台 MIN专用l 长码掩码结构(jigu)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第20页/共51页第二十一页，共51页。l 长PN 序列 (续)l 电子序列号 (ESN) 是l 置乱 ESN号是l 数据扰码l 1.2288MHz PN 作用于 (抽取器) ,其中l 只保留(boli)每 64 PN 的第一个chip;l 抽取器的符号速率是 19.2 ksps.),.,(01232728293031EEEEEEEEEESN ,(31221308172641322310EEEEEEEEEEEEESN

13、 192861524211202971625,EEEEEEEEEEEE),9182751423110EEEEEEEEPermuted第21页/共51页第二十二页，共51页。第22页/共51页第二十三页，共51页。第23页/共51页第二十四页，共51页。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页/共51页第二十五页，共51页。q 卷积编码与符号重复卷积编码与符号重复q 卷积码卷积码: 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 重复重复: 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 重复后速率重复后速率 28,800 bps. 28,800 bps. q 块交织块交织 q 交织深度交织深度:20 ms block;:20 ms block;q 交织方式交织方式: : 分组交织分组交织 32x18. 32x18.q 正交调制正交调制q6464进制正交调制进制正交调制; ;q 每每1 1比特比特(b (b t) t)对应对应6 6个个 Walsh Walsh 码片：码片：q Walsh Walsh 码片速率码片速率 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页/共51页第二十六页，共51页。l技术小结技术小结l长码掩码长码掩码l接入信道掩码：和寻呼信道号对应接入信道掩码：和寻呼信道号对应l公开和私用掩码；与用户公开和私用掩码；与用户(yngh)(yngh)号码对应号码对应l直接序列扩频直接序列扩频l利用长码对正交调制后利用长码对正交调制后WalshWalsh码元进行扩频码元进行扩频l子码速率为子码速率为3

18、07.2kc/s307.2kc/s，长码速率，长码速率1.2288Mc/s1.2288Mc/sl四相调制（扩展）四相调制（扩展）l与前向信道所用的与前向信道所用的I I、Q Q引导引导PNPN序列相同序列相同l为交错四相相移键控（为交错四相相移键控（O-QPSKO-QPSK）第26页/共51页第二十七页，共51页。164(s)1.2288KtK第27页/共51页第二十八页，共51页。15139875( )1IP xxxxxxx151211106543( )1QP xxxxxxxxx第28页/共51页第二十九页，共51页。第29页/共51页第三十页，共51页。高帧：含25个超帧，或75个PN帧（

19、相当于75个PN周期），时长为2秒。超帧：相当于3个PN周期，时长为80ms。PN帧：含128个同步符号(fho)（32768个码片），时长为26.66ms。同步符号(fho)：含256个码片（4个沃尔什序列），时长为208.38s。沃尔什序列：含64个码片。时长为52.0825s。码片（chip）： 0.8137s。高帧：含25个超帧，或75个PN帧（相当于75个PN周期），时长为2s。超帧：相当于4个业务帧，时长为80ms。业务帧：含384个寻呼/业务符号（24576个码片），时长为20ms。寻呼/业务符号：含64个码片（1个沃尔什序列）。时长为52.0825s沃尔什序列：含64个码片。码

20、片（chip）： 0.8137s。第30页/共51页第三十一页，共51页。第31页/共51页第三十二页，共51页。第32页/共51页第三十三页，共51页。第33页/共51页第三十四页，共51页。第34页/共51页第三十五页，共51页。第35页/共51页第三十六页，共51页。第36页/共51页第三十七页，共51页。第37页/共51页第三十八页，共51页。q上世纪80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窝系统不可行；q1989.2 高通（Qualcomm）造访李建业(jin y)： CDMA蜂窝系统商用必须解决功率控制；q1989.4 高通再访李建业(jin y)：6个月内演示CDMA功控，太平洋

21、电话公司将支付100万美元；q1993年高通基于功率控制、软切换等核心专利技术的IS-95标准通过，CDMA蜂窝系统商用；q目前，1400多项专利，专利费已成为高通公司的重要经济支柱。第38页/共51页第三十九页，共51页。q远近(yunjn)效应若若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S1S2MS2MS2MS1MS1 远近远近(yunjn)(yunjn)效应效应只有采用功率控制才能很好地解决只有采用功率控制才能很好地解决CDMA蜂窝系统面蜂窝系统面临的问题。临的问题。 这些

22、问题包括： 远近效应； 快衰落与阴影衰落； 多址干扰第39页/共51页第四十页，共51页。q 多径衰落多径衰落(shuilu) 快衰落(shuilu)与阴影衰落(shuilu) 接收信号快速起伏！ 衰落(shuilu)速率：可达100次/秒 （900MHz、60km/h时） 衰落(shuilu)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第40页/共51页第四十一页，共51页。（a a）基站对移动台的正向）基站对移动台的正向(zhn xin)(zhn xin)多址干扰多址干扰（b b）移动）移动(ydng)(ydng)台对基站的反向多址干扰台对基站的反向多址干扰

23、MS1MS1MS1MS1BS1BS1BS1BS1q 多址干扰多址干扰(gnro)第41页/共51页第四十二页，共51页。q功率(gngl)控制的目标：及时调整发射机的功率(gngl)，使接收端接收的功率(gngl)始终刚刚够用！ q 多：多的部分是干扰；q 少：通信质量达不到第42页/共51页第四十三页，共51页。q 基本方法基本方法(fngf)q方法方法(fngf)：开环法、闭环法、开环：开环法、闭环法、开环+闭环法闭环法q 开环功率控制开环功率控制q测量接收信号强度，估算、调整自身的发射功率，以达测量接收信号强度，估算、调整自身的发射功率，以达到期望的通信质量。到期望的通信质量。q 如手机

24、接入时其发射功率：如手机接入时其发射功率：q-平均输入功率平均输入功率-73+NOM_PWR+INIT_PWR+PWR_STEP时间时间接入试探接入试探PTx (dBm)第43页/共51页第四十四页，共51页。q 闭环功率控制闭环功率控制q目的是弥补开环功控的不足，消除快衰落的影响目的是弥补开环功控的不足，消除快衰落的影响，实现精确控制，使各个移动台发送的功率始终，实现精确控制，使各个移动台发送的功率始终正好正好(zhngho)满足解调要求。其实现框图如满足解调要求。其实现框图如下下M MS S测测量量E Eb b/ /N N0 0V V/ /S SF FE ER R1 1% %B BS SC

25、 C话话音音帧帧（5 50 0H Hz z）外外环环内内环环P PC C命命令令（8 80 00 0H Hz z）接接收收E Eb b/ /N N0 0设设定定所所需需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调整一次，每次调整一次，每次+ +或或-1 dB-1 dB功控比特（功控比特（1bit1bit）插入前向业务信道数据流）插入前向业务信道数据流在开环功控的基础在开环功控的基础(jch)(jch)上提供上提供+/-24dB+/-24dB的闭环调整的闭环调整第44页/共51页第四十五页，共51页。q 对移动台发射功率的限

26、制对移动台发射功率的限制q最小控制最小控制(kngzh)的输出功率的输出功率 q移动台发射机平均输出功率应小于移动台发射机平均输出功率应小于-50dBm/1.23MHz，即，即-110dBm/Hz；移动台发射；移动台发射机背景噪声应小于机背景噪声应小于-60dBm/1.23MHz，即，即-120 dBm/Hz。q输出信号功率的时间响应输出信号功率的时间响应第45页/共51页第四十六页，共51页。q IS-95功控原理功控原理(yunl)框图框图第46页/共51页第四十七页，共51页。q IS-95功控原理功控原理q前向链路功率控制前向链路功率控制q机制：通过响应移动台提供的测试来调整各用户机制：通过响应移动台提供的测试来调整各用户链路信号的前向链路功率链路信号的前向链路功率q组成：开环功率控制闭环功率控制。其中开环组成：开环功率控制闭环功率控制。其中开环功控是基站通过接入程序期所接收的移动台功率功控是基站通过接入程序期所接收的移动台功率，估算出传输