第5章 IS-95 CDMA和cdma2000-1x系统

1、120102010第第5 5章章 IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统 220102010 CDMA蜂窝移动通信系统是建立在扩频码分蜂窝移动通信系统是建立在扩频码分多址技术之上的，因而具有抗人为干扰、抗窄带干多址技术之上的，因而具有抗人为干扰、抗窄带干扰、抗衰落，抗多径时延扩展和大的系统容量等一扰、抗衰落，抗多径时延扩展和大的系统容量等一系列优越的性能，对移动通信的发展产生了巨大和系列优越的性能，对移动通信的发展产生了巨大和深远的影响。深远的影响。CDMA系统是一个同频自干扰系统，系统是一个同频自干扰系统，任何使干扰减少的措施，都是对系统容量的贡献。任何使干扰减少的措施，都是

2、对系统容量的贡献。 cdma2000-1x通过多方面的改进增强了通过多方面的改进增强了网络的数据传输能力，用户容量进一步扩大，接入网络的数据传输能力，用户容量进一步扩大，接入能力有了较大提升，是能力有了较大提升，是2.5G技术之一。技术之一。 3201020105.1 IS-95 CDMA系统概述系统概述5.2 IS-95 CDMA数字蜂窝移动通信系数字蜂窝移动通信系统统5.3 IS-95 CDMA系统的无线链路系统的无线链路5.4 IS-95 CDMA系统的同步与定时系统的同步与定时5.5 IS-95 CDMA 系统的功率控制系统的功率控制5.6 IS-95 的软切换技术及其漫游的软切换技术

3、及其漫游5.7 cdma2000 lx 4201020105.1 5.1 IS-95 CDMA系统概系统概述述5.1.1 5.1.1 IS-95 CDMA的产生和发展的产生和发展5.1.2 5.1.2 IS-95 载波带宽的选择和载波带宽的选择和 蜂窝结构的蜂窝结构的5.1.3 5.1.3 采用直扩采用直扩CDMA技术带来技术带来的好处和存在的问题的好处和存在的问题第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统5201020105.1.1 5.1.1 IS-95 CDMA的产生和发展的产生和发展 1 1IS-95 CDMA的产生的产生 CDMA蜂窝系统最早由美国蜂窝系统最早由

4、美国Qualcomm（高通）公（高通）公司成功开发的，司成功开发的，Qualcomm公司于公司于1990年年7月公布了最月公布了最早的早的CDMA标准，标准，1993年年7月，美国月，美国TIA再次征集各方再次征集各方面的建议，经会议讨论后正式将其确定为面的建议，经会议讨论后正式将其确定为IS-95标准标准（Interim Standard，暂定标准），在随后几年中，该，暂定标准），在随后几年中，该标准经过不断的修改，又逐渐形成了标准经过不断的修改，又逐渐形成了IS-95A、TSB-74、STD-008、IS-95B等一系列标准。等一系列标准。 人们将基于人们将基于IS-95系列标准（包括系列

5、标准（包括IS-95、IS-95A、TSB-74、STD-008、IS-95B）的）的CDMA系统称为系统称为cdmaOne系统，系统，cdmaOne也是也是CDG的一个品牌名称。的一个品牌名称。cdmaOne系统有时也被称为系统有时也被称为IS-95 CDMA系统。系统。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统620102010 2. IS-95的发展的发展 1995年，全球第一个年，全球第一个CDMA商用网络在香港地区开通。商用网络在香港地区开通。1996年韩国用自己的年韩国用自己的CDMA系统开展大规模商用，头系统开展大规模商用，头12个个月发展了月发展了150万

6、用户。万用户。1999年年CDMA在日本和美国形成增在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达长的高峰期，全球的增长率高达250%，用户已达，用户已达2000万。万。 1997年底，我国首先在北京、上海、西安、广州年底，我国首先在北京、上海、西安、广州4个城个城市开通了市开通了CDMA商用实验网。商用实验网。 该网被称作长城网。该网被称作长城网。2001年年1月，长城网经过资产清算后，正式移交中国联通。月，长城网经过资产清算后，正式移交中国联通。2001年年2月，联通月，联通CDMA网络建设的具体筹划工作正式展开。网络建设的具体筹划工作正式展开。2002年年1月中国联通月中国联通CDMA网

7、开通，后来升级到网开通，后来升级到2.5G，即，即cdma2000 1x阶段。阶段。2008年年5月中国电信业重组后，中国月中国电信业重组后，中国电信接管了原中国联通电信接管了原中国联通CDMA网络，随后升级到了网络，随后升级到了3G，即，即 cdma2000 1x/EV-DO阶段。阶段。 CDG公布数据显示，截止到公布数据显示，截止到2009年三季度，全球年三季度，全球cdma2000用户已增至用户已增至5.12亿，其中有亿，其中有25%为为EV-DO用户用户.5.1.1 IS-95 CDMA的产生和发展的产生和发展第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统720102

8、0105.1.1 IS-95 CDMA的产生和发展的产生和发展 3. IS-95标准标准 IS-95是是 TIA定义的空中接口标准，其主要包括下列几部分。定义的空中接口标准，其主要包括下列几部分。 (1)频段频段 下行：下行：869894MHz(基站发射，移动台接收基站发射，移动台接收)； 上行：上行：824849MHz(移移 动台发射，基站接收动台发射，基站接收)。 (2)信道数信道数 64(码分信道码分信道)/每一载频；每一小区可分为每一载频；每一小区可分为3个扇形区，个扇形区， 可共用一个载频。可共用一个载频。 (3)射频带宽射频带宽 第一频道：第一频道：21.77MHz ；其它频道：；

9、其它频道：21.23MHz。 (4)调制方式调制方式 基站：基站：QPSK 移动台：移动台：OQPSK。 (5)扩频方式扩频方式 DS(直接序列扩频直接序列扩频)。 (6)语音编码语音编码 可变速率可变速率CELP，最大速率为，最大速率为8kb/s，最大数据速率为，最大数据速率为9.6kb/s。 每帧时间为每帧时间为20ms。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统8201020105.1.1 IS-95 CDMA的产生和发展的产生和发展 (7)信道编码信道编码 卷积编码：下行码率卷积编码：下行码率R=1/2，约束长度，约束长度K=9；上行码率；上行码率R=1/3， 约

10、束长度约束长度K9。 交织编码：交织间距交织编码：交织间距20ms。(8) PN码码 码片的速率都为码片的速率都为1.2288Mc/s；基站识别码为；基站识别码为m序列，序列， 周期为周期为215-1； 64个正交个正交Walsh函数组成函数组成64个码分信道。个码分信道。 (9) 导频、同步信道导频、同步信道 它们供移动台作载频和时间同步时使用。它们供移动台作载频和时间同步时使用。 (10) 多径利用多径利用 多径利用采用多径利用采用RAKE接收方式，移动台为接收方式，移动台为3个，个， 基站为基站为4个个(指指3条路径、条路径、4条路径条路径)。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2

11、000-1x系统系统9201020105.1.2 IS-95 载波带宽的选择和蜂窝结构的变化载波带宽的选择和蜂窝结构的变化 IS-95 CDMA蜂窝系统频谱带宽的选择，是基于如蜂窝系统频谱带宽的选择，是基于如下考虑：下考虑：频谱资源的限制；频谱资源的限制；系统容量；系统容量；多径分离；多径分离；扩频处理增益。扩频处理增益。 对于对于FDMA模拟蜂窝系统，其频率复用效率为模拟蜂窝系统，其频率复用效率为1/7。 在在TDMA数字蜂窝系统中，其频率复用效率为数字蜂窝系统中，其频率复用效率为1/3。 对于对于CDMA数字蜂窝系统来说，频率复用的效率取数字蜂窝系统来说，频率复用的效率取决于相邻近小区用户

12、的多用户干扰，考虑这些干扰后，其决于相邻近小区用户的多用户干扰，考虑这些干扰后，其频率复用效率约为频率复用效率约为2/3，相当于，相当于l.5小区的区群结构。小区的区群结构。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统10201020105.1.2 IS-95 载波带宽的选择和蜂窝结构的变化载波带宽的选择和蜂窝结构的变化 为了使为了使CDMA技术充分发挥其抗多径时延扩展的效技术充分发挥其抗多径时延扩展的效果，要求扩频序列的码片速率至少为果，要求扩频序列的码片速率至少为1MHz。同时考虑到。同时考虑到采用采用QPSK调制技术，则要求信道的信号传输带宽必须大调制技术，则要求信道

13、的信号传输带宽必须大于于1MHz。 在在FDMA(频分多址频分多址)和和TDMA(时分多址时分多址)系统中，系统中，频率复用与蜂窝区群的结构具有紧密关系。在频率复用与蜂窝区群的结构具有紧密关系。在IS-95 CDMA窝系统中，各个小区可以共享同一个频带，频率窝系统中，各个小区可以共享同一个频带，频率复用与蜂窝区群结构的关系大为减弱了，一般情况下，复用与蜂窝区群结构的关系大为减弱了，一般情况下，CDMA系统中不再讨论区群结构。在系统中不再讨论区群结构。在IS-95 CDMA蜂窝蜂窝系统中，蜂窝结构系统中，蜂窝结构(包括扇区结构包括扇区结构)的考虑主要在于频带资的考虑主要在于频带资源共享后的多用户

14、干扰的影响源共享后的多用户干扰的影响 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统11201020105.1.2 IS-95 载波带宽的选择和蜂窝结构的变化载波带宽的选择和蜂窝结构的变化 1.带来的好处带来的好处 数字蜂窝移动通信系统采用直接序列扩频数字蜂窝移动通信系统采用直接序列扩频CDMA技技术将带来下列好处：多种形式的分集术将带来下列好处：多种形式的分集(时间分集、空间分时间分集、空间分集、频率分集集、频率分集)；低的发射功率；保密性；软切换；大容；低的发射功率；保密性；软切换；大容量；语音激活；频率重用及扇区化；低的信噪比量；语音激活；频率重用及扇区化；低的信噪比(

15、Eb/N0)或载干比或载干比(C/I)，软容量。，软容量。 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统12201020105.1.2 IS-95 载波带宽的选择和蜂窝结构的变化载波带宽的选择和蜂窝结构的变化 2.存在的问题存在的问题 存在的主要问题是存在的主要问题是“远近效应远近效应”和和“多址干扰多址干扰”。 所谓远近效应，就是指当所谓远近效应，就是指当基站基站同时接收多个距离不同同时接收多个距离不同的的移动台移动台发来的信号时，若所有移动台发射功率相同，则发来的信号时，若所有移动台发射功率相同，则离基站近的移动台将对离基站远的移动台信号产生严重的离基站近的移动台将对离

16、基站远的移动台信号产生严重的干扰。干扰。 精确功率控制可以较好的解决远近效应，同时可以降精确功率控制可以较好的解决远近效应，同时可以降低多址干扰。解决多址干扰的主要技术是多用户检测技术。低多址干扰。解决多址干扰的主要技术是多用户检测技术。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系1.2 IS-95 载波带宽的选择和蜂窝结构的变化载波带宽的选择和蜂窝结构的变化 3. CDMA数字蜂窝系统的关键技术数字蜂窝系统的关键技术 CDMA数字蜂窝系统的关键技术有：功率控制技术，数字蜂窝系统的关键技术有：功率控制技术，多径信号的分离与合并技术；多用户干扰分离技术

17、；同步多径信号的分离与合并技术；多用户干扰分离技术；同步技术；技术；PN地址码的选择；软切换技术；分集接收技术；地址码的选择；软切换技术；分集接收技术；语音编码技术。语音编码技术。为了正确接收直接序列扩频信号，要求到达接收机为了正确接收直接序列扩频信号，要求到达接收机(一般一般指基站接收机指基站接收机)输入端的多用户信号为等功率，否则，严输入端的多用户信号为等功率，否则，严重的远近效应将使扩频通信系统不能正常工作。所以功率重的远近效应将使扩频通信系统不能正常工作。所以功率控制技术是控制技术是CDMA系统最为关键的技术系统最为关键的技术 2 IS-95CDMA数字蜂窝数

18、字蜂窝移动通信系统移动通信系统5.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成5.2.2 IS-95 CDMA系统接口系统接口第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成. .CDMA蜂窝通信系统的网络结构如图蜂窝通信系统的网络结构如图5-1所示所示。图图5-1 CDMA蜂窝通信系统的网络结构蜂窝通信系统的网络结构 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统16201020105.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成1.网络交换子系统 网络子系统（NSS）以移动交换机为核心，包

19、括 MSC,VLR,HLR,AC,OMC,EIR，MC，PSTN（AC,EIR，MC图中未画）等设备。 （1）移动交换中心（MSC）：它是对于它所覆盖的区域的移动台进行控制、交换的功能实体，也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口。 （2）访问位置寄存器（VLR）：VLR连接到一个或多个MSC上，是能够动态存储用户信息的功能单元，其中用户信息是当用户位于VLR的覆盖区域之内时从用户的HLR中得到的。 （3）归属位置寄存器（HLR）：HLR是通过维护所有用户信息而对移动用户进行治理的功能单元。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系2.1 CDM

20、A网络结构与组成网络结构与组成 （4）鉴权中心（AC）：它用来认证移动用户的身份并产生相应鉴权参数的功能实体。 （5）设备识别寄存器（EIR）：存储有关移动台设备参数的数据库。 （6）操作维护中心（OMC）：操作维护网络的正常运行的功能实体。 （7）短消息中心（MC）：存储和转发短消息的功能实体。 （8）短消息实体（SME）：合成和分解消息的实体，它位于MSC，HLR和MS内。 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成 需要指出的是IS-95 CDMA系统的核心网采用ANSI-41 标准这和GSM系统的

21、标准是不同的，虽然它们的作用是类似的。ANSI-41是一个历史悠久的标准，其第一个版本发布于1988年。由于北美的移动通信系统一直强调平滑演进，所以这个标准就随着移动通信技术的发展不断发展。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统19201020105.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成2基站子系统基站子系统 基站子系统基站子系统(BSS)包括基站控制器包括基站控制器(BSC)和基站收发设备和基站收发设备(BTS)。每个基站的有效覆盖范围即为无线小区，简称小区。每个基站的有效覆盖范围即为无线小区，简称小区。小区可分为全向小区小区可分为全向小区(采用全向天线采用

22、全向天线)和扇形小区和扇形小区(采用定向天线采用定向天线)，常用的小区分为常用的小区分为3个扇形区，分别用、和表示。个扇形区，分别用、和表示。 BSC通过网络接口分别连接移动交换中心和基站收发信机通过网络接口分别连接移动交换中心和基站收发信机(BTS)群，此外，还与操作维护中心群，此外，还与操作维护中心(OMC)连接。连接。BSC主要为大量的主要为大量的BTS提供集中控制和管理，如无线信道分配、提供集中控制和管理，如无线信道分配、建立或拆除无线链路、过境切换操作以及交换等功能。建立或拆除无线链路、过境切换操作以及交换等功能。BSC无论是与无论是与MSC还是与还是与 BTS之间，其传输速率都很高

23、，达之间，其传输速率都很高，达1.544 Mb/s。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统20201020105.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成图图5-2示出了单个扇形小区的设备组成方框图。由于接收部分采用空间示出了单个扇形小区的设备组成方框图。由于接收部分采用空间分集方式，因此采用两副接收天线分集方式，因此采用两副接收天线(Rx)，一副发射天线，一副发射天线(Tx)。图图5-2 单个扇区的设备组成单个扇区的设备组成 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统21201020105.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成 第第

24、2层是发射部分的功率放大器。第层是发射部分的功率放大器。第4层是收发层是收发信机主机部分，包括发射机中的扩频、调制，接收机信机主机部分，包括发射机中的扩频、调制，接收机中的解调、解扩，以及频率合成器、发射机中的上变中的解调、解扩，以及频率合成器、发射机中的上变频、接收机中的下变频等。频、接收机中的下变频等。 第第3层是全球定位系统层是全球定位系统(GPS)接收机，其作用就接收机，其作用就是起到系统定时作用。是起到系统定时作用。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统22201020105.2.1 CDMA网络结构与组成网络结构与组成3.移动台移动台 IS-95标准规定的

25、双模式移动台，必须与原有标准规定的双模式移动台，必须与原有的模拟蜂窝系统的模拟蜂窝系统(AMPS)兼用，以便使兼用，以便使 CDMA系统的系统的移动台也能用于所有的现有蜂窝系统的覆盖区，有利移动台也能用于所有的现有蜂窝系统的覆盖区，有利于从模拟蜂窝平滑地过渡到数字蜂窝网。于从模拟蜂窝平滑地过渡到数字蜂窝网。 在我国因为不用考虑与原有的模拟蜂窝系统在我国因为不用考虑与原有的模拟蜂窝系统(AMPS)兼用这一问题。兼用这一问题。双模式移动台与原有模拟蜂窝移动台之间的差别是增双模式移动台与原有模拟蜂窝移动台之间的差别是增加了数字信号处理部分。加了数字信号处理部分。 第第5章章IS-95 CDMA和和c

26、dma2000-1x系统系统23201020105.2.2 IS-95 CDMA系统接口系统接口1.系统接口系统接口 IS-95 CDMA系统主要接口和系统主要接口和GSM网络类似，只是有些接口的网络类似，只是有些接口的名称不同，此处只是列出，分析从略。名称不同，此处只是列出，分析从略。 MS与与BS间的接口间的接口Um MSC与与EIR间的接间的接F BS与与MSC间的接口间的接口A VLR与与VLR间的接口间的接口GMSC与与VLR间的接口间的接口B HLR与与AUC间的接口间的接口HMSC与与HLR间的接口间的接口C MSC与与PSTN间的接口间的接口AiVLR与与HLR间的接口间的接口

27、D MSC与与PSPDN间的接口间的接口PiMSC与与MSC间的接口间的接口E MSC与与ISDN间的接口间的接口DiMC（短报文中心）与（短报文中心）与(SME) 间的接口间的接口M。 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统24201020105.2.2 IS-95 CDMA系统接口系统接口2.空中接口的信令协议空中接口的信令协议在在CDMA系统中，最重要的是空中接口系统中，最重要的是空中接口(Um)标准，标准，图图5-4定义了各层的结构关系。定义了各层的结构关系。 图5-4 Um接口信令层结构 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统252

28、01020105.2.2 IS-95 CDMA系统接口系统接口 第一层是数字无线信道的物理层，包括与传输第一层是数字无线信道的物理层，包括与传输相关的功能，如基带调制、编码、组帧和射频调制等。相关的功能，如基带调制、编码、组帧和射频调制等。第一层和第二层之间是一个复用子层，允许用户数据第一层和第二层之间是一个复用子层，允许用户数据和信令共享数字无线信道。对于用户数据，复用子层和信令共享数字无线信道。对于用户数据，复用子层的协议分层是与业务选择有关的。的协议分层是与业务选择有关的。 复用子层上面是第二层，该层信令协议的目标复用子层上面是第二层，该层信令协议的目标是在基站与移动台之间可靠传输第三层

29、信令协议，例是在基站与移动台之间可靠传输第三层信令协议，例如消息重发、各种信道统计和复制检测。信令层是关如消息重发、各种信道统计和复制检测。信令层是关于呼叫处理、无线信道控制和移动台控制的信令协议，于呼叫处理、无线信道控制和移动台控制的信令协议，如呼叫建立、切换、功率控制和移动台锁定等。如呼叫建立、切换、功率控制和移动台锁定等。 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统26201020105.2.2 IS-95 CDMA系统接口系统接口3. A接口的信令协议接口的信令协议 A接口是接口是BSS和和MSC之间的接口，此接口中把之间的接口，此接口中把BSS看作一体。看作一体

30、。A接口支持向接口支持向CDMA用户提供的业务，同时允许在用户提供的业务，同时允许在PLMN内分配内分配无线资源及对这些资源的操作和维护。无线资源及对这些资源的操作和维护。 4. MAP MAP(移动应用移动应用)协议是移动通信系统之间操作的接口协议，协议是移动通信系统之间操作的接口协议，它包括以它包括以MSC为中心，与其它系统模块的信令联系为中心，与其它系统模块的信令联系(例如，与另例如，与另一系统的一系统的MSC、VLR、HLR、AC)以及各系统模块彼此的连接。以及各系统模块彼此的连接。 系统间切换信息流程。系统间切换信息流程。 自动漫游信息流程。自动漫游信息流程。 操作、维护管理信息。操

31、作、维护管理信息。 信令协议。信令协议。 信令程序。信令程序。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统2720102010 5.3 IS-95 CDMA系统的无线链路系统的无线链路5.3.1 IS-95前向信道5.3.2 IS-95反向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统2820102010 IS-95是一个频分双工（是一个频分双工（FDD）系统。前向信）系统。前向信道和反向信道的工作频率是不同的。道和反向信道的工作频率是不同的。 对同一个对同一个IS-95蜂窝系统的某一个载频，不同蜂窝系统的某一个载频，不同的基站和同一基站的不同扇区以

32、及同一扇区下不同的的基站和同一基站的不同扇区以及同一扇区下不同的信道都是仅仅靠地址码的良好的相关性来区分的，而信道都是仅仅靠地址码的良好的相关性来区分的，而它们使用的频率则是完全相同的。认识到这一点对学它们使用的频率则是完全相同的。认识到这一点对学习习IS-95系统是至关重要的。系统是至关重要的。 在在IS-95系统中，区分基站站址的码型是由一系统中，区分基站站址的码型是由一个个PN码序列生成的，码序列生成的，PN序列周期为序列周期为215= 32768个码片个码片(chip)，并将此周期序列每隔，并将此周期序列每隔64码片移位序列码片移位序列作为一个码，共可得到作为一个码，共可得到 32 7

33、68/64：512个码。个码。这就是说，在这就是说，在1.25MHz带宽的带宽的CDMA蜂窝系统中，蜂窝系统中，可区分多达可区分多达512个基站个基站(或扇区站或扇区站)。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统29201020101.前向链路的组成前向链路的组成 前向链路中的逻辑信道由导频信道前向链路中的逻辑信道由导频信道(Pilot channel)、同步信道、同步信道(synchronizing channel)、寻呼信道、寻呼信道(paging channel)和前和前向业务信道向业务信道(traffic channel)等组成。等组成。 前向逻辑信道及其功能如

34、下：前向逻辑信道及其功能如下： 导频信道。导频信道。 同步信道。同步信道。 寻呼信道。寻呼信道。 前向业务信道。前向业务信道。5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3020102010前向码分物理信道和逻辑信道配置如图前向码分物理信道和逻辑信道配置如图5-6所示。所示。 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 图5-6 前向码分物理信道和逻辑信道配置第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统31201020102.前向链路的结构前向链路的结构前向逻辑信道的结前向逻辑信道的结构如图构如图5-7所示。所示。（以

35、业务信道为例）（以业务信道为例）5.3.1 IS-95前向信道前向信道 图5-7 前向CDMA信道结构第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3220102010(1)扩频和调制处理扩频和调制处理 这个基站的前向链路信号，是由这个基站的前向链路信号，是由I支路和支路和Q支路的短码支路的短码PN序列序列(周期为周期为215)来识别的。短码来识别的。短码PN序列规定有序列规定有512个偏移，个偏移，其中每其中每64chip为一个偏移量。为一个偏移量。 用于用于QPSK的同相及正交支路的直接序列扩频特征多项式分的同相及正交支路的直接序列扩频特征多项式分别为：别为：同相同相I支

36、路支路PN序列序列 PI(x)=x15x13x9x8x7x5x11正交正交Q支路支路PN序列序列 PQ(x)=x15x12x11x10 x6x5x4x31 这里这里I，Q支路所用支路所用PN序列都是由序列都是由15级移位寄存器产生的级移位寄存器产生的m序列，其特征多项式的不同说明寄存器的反馈端不同，但其周序列，其特征多项式的不同说明寄存器的反馈端不同，但其周期都为期都为2151，为增强，为增强PN序列的平衡性，当每个周期出现序列的平衡性，当每个周期出现14个连个连“0”时，插入一个时，插入一个“0”，这样就得到了所需的，这样就得到了所需的PN序列的长序列的长度度215。 5.3.1 IS-95

37、前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3320102010导频信道导频信道 导频信道使用导频信道使用Walsh函数的函数的W0，以及正交的，以及正交的PN码对（码对（I，Q）构成，每个基站就由这一对经过时）构成，每个基站就由这一对经过时间偏置的间偏置的PN序列作为前向链路的识别标志。导频信道序列作为前向链路的识别标志。导频信道在在CDMA前向信道上连续发送，其作用是便于本基站前向信道上连续发送，其作用是便于本基站收发信机覆盖下的移动台进行初始同步和切换。收发信机覆盖下的移动台进行初始同步和切换。 导频信道的时间周期为导频信道的时间周期为2s，每偶数秒

38、的开始作为，每偶数秒的开始作为PN序列的序列的0偏移定时。在导频信道中，因为导频信号偏移定时。在导频信道中，因为导频信号长为长为26.66 ms，所以每，所以每2s可发送导频信号可发送导频信号75次次(7526.66ms2s)。 移动台捕获导频信道后，便可建立同步信道，移动台捕获导频信道后，便可建立同步信道，并获取同步信息。并获取同步信息。5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3420102010同步信道同步信道 同步信道是以固定速率同步信道是以固定速率1.2kb/s在前向链路上在前向链路上发送信息的信道，帧长为发送信息的信道，

39、帧长为20ms，通常使用，通常使用W32信道。信道。 同步信道消息包括本小区支持的同步信道消息包括本小区支持的CDMA协议版本、与协议版本、与本基站配合工作的移动台所需要的最低协议版本、本本基站配合工作的移动台所需要的最低协议版本、本小区的系统和网络识别码、本小区的小区的系统和网络识别码、本小区的PN码的偏置、寻码的偏置、寻呼信道的速率、包括本地时间偏置在内的时间参数等。呼信道的速率、包括本地时间偏置在内的时间参数等。同步信道用来给本小区的移动台捕获初始时间同步，同步信道用来给本小区的移动台捕获初始时间同步，使移动台与基站进行时钟校准，为双方建立链路提供使移动台与基站进行时钟校准，为双方建立链

40、路提供码同步。同步信道发送的某个信息包括长码反馈移位码同步。同步信道发送的某个信息包括长码反馈移位寄存器未来寄存器未来320ms的状态。移动台通过读取这个信的状态。移动台通过读取这个信道，将数据装载到其长码发生器中，然后在适当的时道，将数据装载到其长码发生器中，然后在适当的时间启动发生器。一旦完成这一步，间启动发生器。一旦完成这一步，CDMA移动台便获移动台便获得了完全同步。得了完全同步。 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3520102010寻呼信道寻呼信道 寻呼信道用来传送系统开销信息和移动台特定信息，是前向寻呼信道用来

41、传送系统开销信息和移动台特定信息，是前向信道的数字控制信道。它以信道的数字控制信道。它以4.8kb/s或或9.6kb/s的固定速率发送信的固定速率发送信息，帧长为息，帧长为20ms。在给定的系统中所有寻呼信道的速率相同。在给定的系统中所有寻呼信道的速率相同。所有使所有使CDMA基站正常工作的参数和信令都由寻呼信道控制。基站正常工作的参数和信令都由寻呼信道控制。 寻呼信道支持一系列提供信息的消息，并发送这些消息。系寻呼信道支持一系列提供信息的消息，并发送这些消息。系统参数消息向移动台提供系统信息，其中包括网络、系统和基站统参数消息向移动台提供系统信息，其中包括网络、系统和基站的系统码，寻呼信道的

42、数目，登记信息和软切换的门限。接入参的系统码，寻呼信道的数目，登记信息和软切换的门限。接入参数消息向移动台提供与发起呼叫时的接入尝试有关的信息。邻居数消息向移动台提供与发起呼叫时的接入尝试有关的信息。邻居列表消息向移动台提供周围基站的列表消息向移动台提供周围基站的PN偏置，这些基站可能成为软偏置，这些基站可能成为软切换时的目标基站。切换时的目标基站。CDMA信道列表消息报告本基站支持的信道列表消息报告本基站支持的CDMA载波频率的数目和邻近基站的配置。信道支配消息用于传载波频率的数目和邻近基站的配置。信道支配消息用于传输将移动台支配到业务信道所需的信息。输将移动台支配到业务信道所需的信息。5.

43、3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3620102010业务信道业务信道 业务信道用来传送用户信息和信令信息。其每业务信道用来传送用户信息和信令信息。其每一帧的速率是可变的，即为一帧的速率是可变的，即为9.6 kb/s、4.8kb/s、2.4kb/s、1.2kb/s，帧长，帧长20ms，不同数据速率的，不同数据速率的发送能量是不一样的，如表发送能量是不一样的，如表5-2所示。所示。5.3.1 IS-95前向信道前向信道 表表5-2 各种数据速率的发送符号能量各种数据速率的发送符号能量第第5章章IS-95 CDMA和和cdma200

44、0-1x系统系统3720102010 在每个业务信道中，包含向移动台传送在每个业务信道中，包含向移动台传送的业务数据和功率控制的信息的业务数据和功率控制的信息 (功率控制子信功率控制子信道道)，功率控制子信道用于向移动台发送功率控，功率控制子信道用于向移动台发送功率控制的信息。制的信息。 帧质量指示的功能有两个：一个是帧校帧质量指示的功能有两个：一个是帧校验，指示该帧是否有错；另一个是可指示传输验，指示该帧是否有错；另一个是可指示传输速率，因为低传输速率时无帧质量指示位。速率，因为低传输速率时无帧质量指示位。(2)基带滤波基带滤波 在扩频操作以后，在扩频操作以后，I和和Q支路脉冲被加至支路脉冲

45、被加至I和和Q基带滤波器的输入端。基带滤波器的主要基带滤波器的输入端。基带滤波器的主要作用是有效减少码间干扰和被调制信号的频谱作用是有效减少码间干扰和被调制信号的频谱宽度。宽度。 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3820102010(3)数据扰乱数据扰乱 寻呼信道和前向业务信道的数据扰乱寻呼信道和前向业务信道的数据扰乱(data scrambling)，目的是为了数，目的是为了数据安全。如图据安全。如图5-8所示。长码产生器生成码片速率为所示。长码产生器生成码片速率为1.228 8Mc/s的序列，分的序列，分频器每频器每6

46、4chip抽取其第一个抽取其第一个chip作为扰码，则有速率为作为扰码，则有速率为 (1.2288Mc/s)/64=19.2ks/s的扰码。的扰码。 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 图5-8 前向链路的数据扰乱第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统3920102010(4)长码长码 长码周期为长码周期为421个码片，速率为个码片，速率为1.228 8Mcps，它与掩码共，它与掩码共同形成用户的识别码。长同形成用户的识别码。长PN码的序列特征多项式为码的序列特征多项式为5.3.1 IS-95前向信道前向信道 235671016171819212225262731

47、333542( )1P xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 长码发生器的结构如图长码发生器的结构如图5-9所示所示。 图5-9 长码发生器第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4020102010(5)掩码掩码 掩码是一个掩码是一个42位的二进制序列。为了保密，位的二进制序列。为了保密，42位移位寄存器的各级输位移位寄存器的各级输出与长码掩码一一进行模出与长码掩码一一进行模2内乘生成长码序列。其结构如图内乘生成长码序列。其结构如图5-10所示。所示。 业务信道的掩码使用公共掩码或专用掩码。公共掩码的格式如图业务信道的掩码使用公共掩码或专用掩码。公共掩码的格式如

48、图5-10(a)所示。它使用了置换后的电子序列号所示。它使用了置换后的电子序列号(ESN)。ESN是设备制造厂家给是设备制造厂家给移动台的移动台的32位设备序号。位设备序号。5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4120102010(6)卷积编码卷积编码 在在IS-95中前向链路，同步信道、寻呼信道和前向业务信道中中前向链路，同步信道、寻呼信道和前向业务信道中的信息在传输前都要进行卷积编码。其编码码率为的信息在传输前都要进行卷积编码。其编码码率为1/2，约束长度为，约束长度为9，卷积码的生成函数为，卷积码的生成函数为 5.3.1

49、 IS-95前向信道前向信道 图图5-11表示了约束长度表示了约束长度K=9、码率、码率r=1/2、生成函数为、生成函数为g0和和g1的卷积码编码器。编码器的初始状态为全零。的卷积码编码器。编码器的初始状态为全零。 图5-11 K=9、r=1/2的卷积编码器第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4220102010(7)交织编码交织编码 块交织编码的目的是将多径衰落引起的突发性误码变块交织编码的目的是将多径衰落引起的突发性误码变为随机性差错。交织深度越大其应对突发性误码的能力就为随机性差错。交织深度越大其应对突发性误码的能力就越强，当然时延也就越大，同步信道的交织算法

50、是用越强，当然时延也就越大，同步信道的交织算法是用168的矩阵。业务和寻呼信道的交织算法是用的矩阵。业务和寻呼信道的交织算法是用2416的矩阵。的矩阵。(8)变速率声码器和变速率传输控制变速率声码器和变速率传输控制 在通话过程中，语音信号是有间断的。据统计仅有在通话过程中，语音信号是有间断的。据统计仅有40的时间是有效的通话时间。在的时间是有效的通话时间。在IS-95系统中采用了系统中采用了可变速率的声码器算法，分为全速率、半速率、可变速率的声码器算法，分为全速率、半速率、1/4速率速率和和1/8速率等。由于在传输过程中语音信号的数据速率是速率等。由于在传输过程中语音信号的数据速率是变化的，在

51、低速率时，降低信号发射功率，减少对其它用变化的，在低速率时，降低信号发射功率，减少对其它用户的干扰，增加系统容量。在户的干扰，增加系统容量。在IS-95系统中，前向链路信系统中，前向链路信号是连续传输的，不同的数据速率控制发送不同的功率。号是连续传输的，不同的数据速率控制发送不同的功率。5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4320102010图图5-12 功率控制子信道结构和功率控制比特的插入功率控制子信道结构和功率控制比特的插入5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系

52、统系统4420102010图图5-12 功率控制比特的插入位置功率控制比特的插入位置 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4520102010 需要指出的是，功率控制子信道中由于每个功控比需要指出的是，功率控制子信道中由于每个功控比特要替换掉前向业务信道中已扰码流中的两位已调信号，特要替换掉前向业务信道中已扰码流中的两位已调信号，按概率计算将产生按概率计算将产生800b/s的误码。的误码。(6)随路信道随路信道 随路信道是在业务信道中伴生的子信道。不论前向随路信道是在业务信道中伴生的子信道。不论前向业务信道还是反向业务信道，都

53、提供基本业务信道、基本业务信道还是反向业务信道，都提供基本业务信道、基本业务与随路信令信道以及基本业务与辅助业务信道。随路业务与随路信令信道以及基本业务与辅助业务信道。随路信道的类型，除了具有不同比率的随路信道方式外，还包信道的类型，除了具有不同比率的随路信道方式外，还包括只传基本业务的方式和只传信令的方式。括只传基本业务的方式和只传信令的方式。 5.3.1 IS-95前向信道前向信道 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统46201020101.反向链路的组成反向链路的组成 反向链路中的逻辑信道由反向接入信道和反向业务信道组成，如反向链路中的逻辑信道由反向接入信道和

54、反向业务信道组成，如图图5-13所示。所示。5.3.2 IS-95反向信道反向信道图5-13 反向码分物理信道和逻辑信道配置 第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统4720102010 反向逻辑信道及其功能如下：反向逻辑信道及其功能如下： 接入信道是一个随机接入信道，网内移动台可随机接入信道是一个随机接入信道，网内移动台可随机占用此信道发起呼叫及传送应答信息。占用此信道发起呼叫及传送应答信息。 反向业务信道反向业务信道(F-TCH)，即供移动台到基站之间通信，即供移动台到基站之间通信，它与前向业务信道一样，用于传送用户业务数据，同时也它与前向业务信道一样，用于传送用户

55、业务数据，同时也传送信令信息，如功率控制信道。传送信令信息，如功率控制信道。 反向链路没有导频信道，所以基站接收反向链路的信反向链路没有导频信道，所以基站接收反向链路的信号时，只能使用非相干解调，调制方式为号时，只能使用非相干解调，调制方式为OQPSK。5.3.2 IS-95反向信道反向信道第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统48201020102. 反向链路的结构如图反向链路的结构如图 5-14所示。（以业务信道为例）所示。（以业务信道为例）5.3.2 IS-95反向信道反向信道图 5-14 反向链路CDMA的信道结构第第5章章IS-95 CDMA和和cdma20

56、00-1x系统系统4920102010(1)反向链路反向链路CDMA信道信道 反向链路由反向接入信道和反向业务信道组成。其中反向接入信反向链路由反向接入信道和反向业务信道组成。其中反向接入信道的传输数据率固定为道的传输数据率固定为4.8kb/s，不同的接入信道由不同的长码序列来，不同的接入信道由不同的长码序列来区分。反向业务信道的传输数据率为区分。反向业务信道的传输数据率为9.6/4.8/2.4/1.2kb/s可变，由可变，由不同用户掩码产生的长码序列来识别不同的业务信道，反向链路的数据不同用户掩码产生的长码序列来识别不同的业务信道，反向链路的数据传输帧长为传输帧长为20ms。 (2)反向链路

57、信号反向链路信号 反向接入信道的信源为反向接入信道的信源为88bit/帧，即速率为帧，即速率为88b/20ms=4.4kb/s。每帧附加供译码用的。每帧附加供译码用的8个尾比特，经过编码率个尾比特，经过编码率r=1/3的前向差错控制编码后，码字符号的速率变为的前向差错控制编码后，码字符号的速率变为14.4ks/s。经过。经过两次重复后符号速率为两次重复后符号速率为28.8ks/s，然后经分组交织处理后的速率不变。，然后经分组交织处理后的速率不变。交织后的符号流每交织后的符号流每6位符号为一组，在正交调制器被位符号为一组，在正交调制器被64元元Walsh函数调函数调制，即每制，即每6位符号换位持

58、续时间的位符号换位持续时间的Walsh函数序列，其输出的符号率为函数序列，其输出的符号率为28.8ks/s/6=4.8ks/s。64元元Walsh函数正交调制原理如图函数正交调制原理如图5-15所示。所示。5.3.2 IS-95反向信道反向信道第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统5020102010图图5-15 反向链路反向链路CDMA信道结构图反向信道正交调制原理信道结构图反向信道正交调制原理5.3.2 IS-95反向信道反向信道正交调制器输出的符号速率为正交调制器输出的符号速率为4.8ks/s，Walsh序列的码片速率序列的码片速率为为4.864=307.2 k

59、c/s。调制器输出的序列被长码。调制器输出的序列被长码PN序列序列(242l)所扩频，该所扩频，该PN序列码片率为序列码片率为1.228 8 Mc/s。然后经。然后经I/Q支路分别被码片速率为支路分别被码片速率为1.228 8Mcps短码短码PN序列序列(215)扩扩展及展及OQPSK调制。调制。第第5章章IS-95 CDMA和和cdma2000-1x系统系统5120102010(3)可变数据率传输。可变数据率传输。 由于是多种传输速率的信源，在设计反向业务信道由于是多种传输速率的信源，在设计反向业务信道时，不同数据传输时的多次重复次数是不同的，其目的是时，不同数据传输时的多次重复次数是不同的

60、，其目的是要保证在不同信源速率在交织前的编码符号速率均相同，要保证在不同信源速率在交织前的编码符号速率均相同，为为28.8ks/s。 图图5-14中的数据突发随机化器中的数据突发随机化器(Data Burst Randomizer)用于可变数据率传输它起一个选通门的用于可变数据率传输它起一个选通门的作用。当给定信源数据速率时，使进入多次重传过程的每作用。当给定信源数据速率时，使进入多次重传过程的每个码符号只被选通一次，删除重复的码符号，以满足选通个码符号只被选通一次，删除重复的码符号，以满足选通输出功率的要求，并减少对工作在同一载波的反向信道的输出功率的要求，并减少对工作在同一载波的反向信道的