第四章 IS-95 标准概述

第四章IS-95标准概述10/16/20231CDMA系统工程了解CDMA系统内容的出发点IS-95标准：“双模宽带扩谱蜂窝系统移动台-基站兼容标准”一个公共空中接口（CAI）标准：提出了信令协议和数据结构的特点与限制没有规定系统实现方案模拟数字兼容重点：数字CDMA通信网络：核心网络+接入网络数据链路通信：按信道区分：前向信道/反向信道信道传输基础：频率、时间10/16/20232CDMA系统工程IS-95蜂窝系统结构图４-１蜂窝系统结构移动台到基站（上行）移动交换中心(MSC)基站到移动台（下行）10/16/20233CDMA系统工程IS-95信道类型及分类10/16/20234CDMA系统工程MTSO(基站控制器)：提供频率与时间基准4.

1频率与定时图4-3MTSO功能10/16/20235CDMA系统工程频段：824-849MHz（上行），869-894MHz（下行）模拟信道编号（上/下）N：1-799，990-1023，模拟信道带宽：30kHz中心频率计算：p207式（4.1）CDMA波形带宽：1.25MHz；FA：5波，FB：6波4.1.1蜂窝频段与信道兼容模拟蜂窝系统10/16/20236CDMA系统工程4.1.2

系统时间不同基站信号区分：PN码相位偏置图4-4分配不同基站的短PN偏移码基站时钟与GPS时间保持同步10/16/20237CDMA系统工程不同基站同步于GPS，彼此之间同步移动台首先捕获最近的基站的同步信号——稍有延迟（移动台与基站之间有一定的距离）移动台读取基站广播同步消息，建立时间基准10/16/20238CDMA系统工程前向链路最多同时存在６４个逻辑信道正交复用，单载波发送每条信道有不同功能（如图）4.2前向链路原理导频信道：大功率发送，提供解调参考相位；同步信道：连续发送系统信息寻呼信道：发送呼入、信道分配等信令业务信道：传送话音与数据10/16/20239CDMA系统工程4.2.1前向链路公共空中接口CAI1、复用：信道化基于正交码分复用方案“副载波”为沃尔什函数的一组正交子集CDMA中C指沃尔什函数的复用2、抗干扰：链路波形用直接序列PN码扩频：减小其他基站干扰区分特定基站信号：CDMA中的C指PN码相位链路特性10/16/202310CDMA系统工程3、调制：不同PN码双极性基带数据流分别调制Ｉ/Ｑ射频载波为一种四相相移键控（QPSK）。4、脉冲成形：Ｉ/Ｑ路输出基带数字脉冲形状由FIR滤波器决定使邻频影响最小5、PN码片（扩频、加扰）速率：1.2288Mbit/s为最大数据速率（9.6kbit/s）128倍10/16/202311CDMA系统工程６、（物理层）有效带宽：1.25MHz集中信号能量由PN码片速率和频谱控制实现７、语音编码速率：1200、2400、4800、9600bit/s（变速率）8、纠错编码：１/２码率的卷积编码维特比译码9、交织：交织长度20ms克服衰落信道突发错误10/16/202312CDMA系统工程4.2.2正交复用（扩频、调制）正交沃尔什序列区分信道沃尔什序列（维数为2的幂）是哈达马矩阵的某一行在一个周期长度上正交（零相关）复用：基带数据流与沃尔什序列相乘合并为前向链路速率：64×19.2kbit/s=1.2288Mbit/s10/16/202313CDMA系统工程10/16/202314CDMA系统工程前向链路正交复用过程10/16/202315CDMA系统工程扩频：复用数据分别与两个不同的短PN码相乘两个短PN码相当于I路和Q路的正交载波量成形：用FIR滤波器成形调制：扩频信号分别用同相载波和正交载波调制相加之后发射正交的I和Q两路信号基带数据相同（与传统QPSK比较）10/16/202316CDMA系统工程图4-6前向链路正交扩谱用15阶线性反馈移位寄存器产生。表示特定基站PN码偏移相位，512种可能值前向链路正交扩谱方案10/16/202317CDMA系统工程4.2.3前向链路信道图４-6前向链路乘法运算沃尔什序列标记为：（i=0,1,‥,63）10/16/202318CDMA系统工程4.2.3.1导频信道和正交PN码导频信道功能：提供相干解调的相位参考不受数据调制：基带数据全部为“0”容易被移动台捕获功率高：重要信息可靠接收10/16/202319CDMA系统工程由15阶移位寄存器产生的M序列生成周期：215=32768个码片；相位偏置数目：32768/64=512码片速率1.2288Mcps

PN码周期26.66ms实现正交扩谱的两个短PN码：10/16/202320CDMA系统工程相应的移位寄存器发生器（模块型，注意逆序）：同相序列和正交序列的特征多项式：图4-7同向PN码产生和偏移可选模板10/16/202321CDMA系统工程图4-8正交PN码产生器及其模板10/16/202322CDMA系统工程正交调制星座图：图4-9前向链路正交调制信号星座图理想情况正交调制信号为恒定包络成形波形调制为非恒定包络10/16/202323CDMA系统工程4.2.3.2同步信道信道功能：传送重要的系统信息周期性广播同步消息所有移动台解调信道同步消息：长PN码，速率1.2kbit/s每帧时长：26.66ms；比特数：32同步信道帧时长＝短PN码周期(26.66ms)捕获导频=掌握同步信道定时结构（解调）10/16/202324CDMA系统工程图4-10同步信道调制同步消息数据处理（信道编码）10/16/202325CDMA系统工程沃尔什复用处理（调制）：H32序列为方波：容易捕获周期是64个码片（52.083微妙）正交扩谱：扩频处理增益为1.2288Mbit/s/1200bit/s=1024卷积编码：码率：1/2，2.4kbit/s或64符号/同步帧重复、交织：时间分集、交织结合，128符号/同步帧10/16/202326CDMA系统工程实现同步意义：提供同步信息（系统时间、长码状态），超帧起始时生效同步信道帧（超帧）与短PN码同时开始同步信道编码（交织、重复、卷积）与帧起始点同步解扰长PN码（实现接入信道上发送）寻呼信道与业务信道帧起始点与同步信道帧起始点相同综上所述，有效的系统时间以零偏移的超帧为参考如下图所示：10/16/202327CDMA系统工程图4-11同步信道参数有效时的时序接收到帧时间减去基站偏移就得到零偏移时间系统时间和长码状态在之后的第四个超帧有效10/16/202328CDMA系统工程4.2.3.3寻呼信道功能：通知移动台有呼入、传送信道分配信息、发送系统开销信息10/16/202329CDMA系统工程寻呼信息速率：9.6kbit/s，4.8kbit/s符号重复以适应数据率，使交织符号率达到19.2kbit/s.交织按帧处理比特（数据帧20ms,384比特）特殊方式读出使相邻符号间距离最大化10/16/202330CDMA系统工程长PN码序列加扰，速率是1.2288Mbit/s，每64个PN码片抽样一次，速率降低为19.2kbit/s,无频谱展宽。长PN码用42阶移位寄存器产生，特征多项式为：10/16/202331CDMA系统工程与寻呼信道、基站相关的长PN序列相位偏移模板生成式:xxx：寻呼信道号；yyyyyyyyy：基站导频PN码偏置序号思考题：xxx为什么是3bit?yyyyyyyyy为什么是9bbit??10/16/202332CDMA系统工程寻呼实现原理：寻呼消息在某个寻呼信道周期性广播移动台扫描所有寻呼信道(浪费时间)或所有寻呼信道周期广播寻呼信息移动台扫描特定寻呼信道(浪费信道资源)10/16/202333CDMA系统工程IS-95寻呼基站伪随机选择信道与时隙（由散列函数、均匀分配信道）周期广播寻呼信息移动台根据自身辨识号码和系统参数接收相应信道与时隙中的寻呼消息10/16/202334CDMA系统工程前向业务信道数：标称55;最大：62（借用寻呼信道）;实际情况：55足够（反向信道相互干扰限制）4.2.3.4业务信道10/16/202335CDMA系统工程图4-14业务信道调制10/16/202336CDMA系统工程20ms帧CRC：+12bit(9.2kbit/s)；+8bit(4.4kbit/s)

计算？CRC决定接收速率，提供误帧率统计与前向功率控制

变速率语音编码：8.6、4.0、2.0、0.8kb/s10/16/202337CDMA系统工程卷积编码：以块为基础（本帧中符号不影响邻帧符号，与同步、寻呼信道不同）

进入卷积编码器的速率：9.6（kbit/s）(全速率)4.8（kbit/s）(半速率)2.4（kbit/s）(1/4速率)1.2（kbit/s）(1/8速率)½卷积编码编码后速率：19.2（kbit/s）9.6（kbit/s）2.4（kbit/s）1.2（kbit/s）10/16/202338CDMA系统工程交织与寻呼信道方案相同长PN码加扰（密），而不用于多址功率控制数据：800bit/s，符号凿孔（重写）沃尔什复用调制：序列原码表示符号“0”序列补码表示符号“1”10/16/202339CDMA系统工程4.3反向链路原理反向链路信道：接入信道、业务信道两种信道不同时使用不发导频：节约移动台能量，减小干扰10/16/202340CDMA系统工程4.3.1反向链路CAI特征

多址接入：42阶PN序列扩谱码分多址，地址为相位偏置正交扩谱：除长PN序列扩频外，每个小区内移动台使用零相位偏置PN序列调制：与前向链路有区别，OQPSK,Q路数据流延时半个码片脉冲成形：同前向链路

PN码片速率：1.2288Mbit/s

捕获：报头方式语音编码：变码率：1.2、2.4、4.8、9.6kb/s

纠错编码：1/3率卷积编码交织：长度20ms10/16/202341CDMA系统工程4.3.2多址接入方案

接入信道（对应寻呼信道）：≤32，初始化呼叫，寻呼响应等业务信道：≤62，受限于反向链路用户干扰42阶PN码不同相位偏置区别信道10/16/202342CDMA系统工程反向链路组成框图图4-16反向链路发射机形成OQPSK，I,Q路码片数据一次只能变一个消除了穿越零点变化，包络相对恒定调制，信号星座图：图4-17OQPSK相位转换图数据正交调制:一种分集,3dB抗扰优势10/16/202343CDMA系统工程4.3.3反向链路信道4.3.3.1接入信道功能：通信初始化；响应寻呼10/16/202344CDMA系统工程通过重复使接入、业务信道有相同的块交织读入一帧数据（28.8×20=576符号）排成18列×32行按列写入，按行读出信道数据R：88bit/20ms,8尾比特（卷积编码复位）待编码数据R：（88+8）/0.02=4.8bit/s编码输出数据R：14.4kbit/s=3×4.8kbit/s10/16/202345CDMA系统工程沃尔什编码：

传输速率改变：64/6，28.8kbit/s→307.2kbit/s效果：（n=64,k=6）wash编码，降低差错率10/16/202346CDMA系统工程信道数据用长PN码4倍扩谱PN序列相位偏移产生模板由接入信道、寻呼信道编号及基站辨识参数生成正交调制：实际未扩谱，均采用零偏置短PN码移动台接入信道发送数据：指定信道时隙(20ms整数倍)初始发送存在随机短延时（防碰撞）首次使用须发送规定消息，确定发送功率为止报头96个零，便于基站捕获10/16/202347CDMA系统工程4.3.3.2反向