第3章2G移动通信系统及技术应用详解.ppt

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1、移动通信技术(第3版)第3章 2G移动通信系统及技术应用1第3章 2G移动通信系统及技术应用l内容 GSM、GPRS和IS-95 CDMA系统的网络结构、关键技术及无线接口l 重点GSM、GPRS和IS-95 CDMA系统网络结构、关键技术GSM、GPRS系统的帧结构、用户数据的传输扩频通信基本原理 2l难点 GSM、GPRS和IS-95 CDMA系统的无线接口、关键技术码分多址技术基本原理l目的和要求 掌握GSM、GPRS、IS-95 CDMA系统的网络结构、关键技术和帧结构了解GSM、GPRS、IS-95 CDMA系统无线接口中的信道配置理解码分多址技术与扩频通信基本原理 3l模拟系统的缺

2、点设备体制混杂制式混杂 业务种类单一频率利用率低容量小安全性、保密性差手机体积大，电池充电后有效工作时间短43.1 GSMlGSM系统组成及网络结构lGSM数字信号的处理lGSM中的频率利用lGSM中的无线接口5lGSM数字移动通信系统的优点频谱利用率更高，进一步提高了系统容量提供了一种公共标准，便于全自动漫游提供新型非话业务，与ISDN兼容保密性好，安全性好 数字传输技术抗衰落性强，传输质量高，话音质量好 可降低成本费用，减小设备体积 6GSM技术指标及参数l频段：GSM900：下行：935960MHz 上行：890915MHz双工间隔：45MHz 频带宽度：25MHz l载频间隔：200K

3、Hz（频道间隔）l信道分配：每载频8时隙；全速信道8个7l通信方式：全双工（准双工）l信道总速率：270.8kbit/s l调制方式：GMSK l话音编码：RPE-LTP 输出速率：13kbit/s l数据速率：9.6kbit/s（低速）l跳频速率：217跳/秒 l每时隙信道速率：33.8kbit/sl其他技术：FDMA/TDMA多址技术、跳频、间断传输、分集接收，交织信道编码，自适应均衡 83.1.1 GSM系统组成及网络结构lGSM系统组成lGSM系统网络结构91.GSM系统组成lGSM系统(符合典型2G数字移动通信系统结构)网络子系统NSS（或交换子系统SS）lMSClHLR、VLR、A

4、UC、EIR基站子系统（BSS）lBSClBTS操作维护子系统（OSS）lOMC移动台子系统（MS）1011（1）网络子系统NSSl功能：系统交换（MSC）用户数据管理（HLR）移动性管理（VLR）安全性管理（AUC）移动设备管理（EIR）12lMSC：电话交换功能-核心功能 呼叫建立，路由选择，控制、终止呼叫 交换区内切换 业务提供，费用信息 信令及网络接口类型：普通MSC 网关MSC（GMSC）-选路 汇接MSC（TMSC）-汇接13HLR：存所有被管理用户的数据 -静态数据库l功能：用户数据管理l存储信息：用户信息（入网、业务）位置信息（LAI）号码：MDN（GSM中为MSISDN）、I

5、MSIVLR：临时存储进入被控区域的移动用户的信息-动态数据库l功能：移动性管理l用户离开时，信息即被删除14EIR：存移动设备的ESNl功能：防止非法设备入网使用比较白、灰、黑名单l移动设备管理AC：存鉴权信息和加密密钥等用于安全方面的信息l功能：安全性管理注：HLR/AC MSC/VLR15l组成：无线信号收发（BTS）无线资源管理（BSC）BSC：功能：各种接口管理，无线资源和无线参数管理如：切换定位、时间确定；功率控制；时间提前量确定BTS：l功能：提供与MS的接口及无线链路l由BSC控制并服务于某小区的无线收发设备，完成信道转接，与MS间无线传输及相关控制（2）基站子系统BSS16l

6、功能：操作控制、维护管理l主要管理项目及功能单元：移动用户管理-HLR计费管理 -MSC、GMSC 移动设备管理-EIR移动网络管理-OMCOMC：l网络监视、操作l无线规划l交换系统管理l性能管理l（3）操作维护子系统OSS17lMS：提供用户接入系统的接口用户设备：手机、车载台、MTMS=ME+UIM(GSM中为SIM)l移动台必须插入UIM才能正常呼叫l在紧急呼叫时可不插UIM如：119、120、110、122、112（4）移动台MS18l我国的GSM网络结构：二、三级混合网络结构二、三级混合网络结构的连接方案lTMSC1：网状结构，各省一对lTMSC2：与对应的一对TMSC1相连lMS

7、C：与对应的两个TMSC相连2.GSM系统网络结构19lGSM话路网网络结构二级网络结构TMSC1、MSC三级网络结构TMSC1、TMSC2、MSC203.1.2 GSM数字信号的处理lBS与MS的数字信号处理过程相似 区别：基站处理信号来自MSC的64kbit/s的PCM信号(8bit)MS处理的语音信号来自话筒lMS对语音信号的处理过程21lGSM的话音编码：RPE-LTP编码过程l预处理l线性预测l短时分析预测l长期预测l 规则激励编码1.话音编码22l信道编码方法：l信道编码后输出速率：456bit/20ms=22.8kbit/s 2.信道编码23lGSM中的交织（第一次交织）3.交织

8、24l重排和交织25l二次交织26lGSM中的编码过程A/D分段RPE/LTP信道编码交织信息经交织编码形成8帧，每帧114bit。将114bit分 成两段，填入普通突发 脉冲序列。27分级帧结构l由普通突发脉冲序列构成帧、复帧、超帧、超高帧的分级帧结构每个突发脉冲序列共156.25bit，占时577s，在一个时隙中发送8个时隙组成一个4.62ms的TDMA帧26个话音TDMA帧组成一个持续时间为120ms的复帧；在控制信道中51个帧组成一个复帧51个26帧的复帧（或26个51帧的复帧）构成一个超帧；2048个超帧组成一个超高帧，总计2715648个TDMA帧，占时3小时28分53.7秒282

9、9l数字调制方式：ASK、FSK、PSKlGSM中的数字调制：GMSKMSK：f1、f2只差半个波形lGMSK：MSK前加高斯低通滤波器4.数字信号调制30lGSM中使用的均衡方式 Viterbi均衡：最小均方误差准则GSM的普通突发脉冲序列NB中26bit的训练序列，收端已知，收端根据收到的解调序列比较，取差值最小作为信道模型输出给信道解码用于纠错5.Viterbi均衡313.1.3 GSM中的频率利用l频率复用：同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域频道序号对应工作频率的计算lGSM系统中的频率复用方式典型的频率复用方式:43、33、26、13方式322.频道序号对应工作频率的计

10、算已知n为频道序号l GSM900 n：1124上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHz下行：fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz =fl(n)+45MHz*实际工作中的“信道”往往指的是频道，请注意区分使用场合lDCS1800 n：512885上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHz下行：fh(n)=1805.2+(n-512)*0.2MHz =fl(n)+95MHz333.1.4 GSM中的无线接口lGSM中的接口类型及位置lUm接口（空中接口）341.GSM中的接口类型及位置lA接口：MSCBSCAbis接口：BSCBTSlUm接口：BTSM

11、SSm接口：MESIM、用户lB：MSCVLRC：MSCHLRD：HLRVLRE：MSCMSCF：MSCEIRG：VLRVLR352.Um接口（空中接口）l信道l逻辑信道的分类l突发脉冲序列l逻辑信道到物理信道的映射lMS测试原理l移动用户接续过程中逻辑信道的应用36(1)信道l物理信道：物理的 实际存在的GSM中：一个载频上的一个时隙每个载频分为8个时隙-8个物理信道一个时隙中传送的信息格式-突发l逻辑信道：根据信息种类人为定义必须映射到物理信道才能实现信息传输类型：业务信道TCH：传送编码后的话音或用户数据 （可能被FACCH借用）控制信道CCH：传送信令或同步数据37(2)逻辑信道的分类

12、l逻辑信道的配置 38CCHlBCH：FCCH：用于校正MS工作频率SCH：传时间同步信息(含TDMA帧号、BSIC)BCCH：广播每个BTS的特定的通用信息lCCCH：(所有MS共用)PCH：用于寻呼MSRACH：用于寻呼响应或主呼接入，申请分配一个SDCCHAGCH：用于为MS分配一个SDCCHlDCCH：(给特定的MS)SDCCH：分配TCH前，呼叫建立过程中传系统信令，如：登记、鉴权SACCH：传连接信令，与TCH、SDCCH相关 如：RSSI报告，MS功率管理，时间调整FACCH：传比SACCH处理速率快得多的信息，与TCH相关，如：切换指令39(3)突发脉冲序列l突发脉冲序列-时隙

13、共156.25bit，占时0.577msl类型普通突发脉冲序列NB频率校正突发脉冲序列FB同步突发脉冲序列SB接入突发脉冲序列AB空闲突发脉冲序列DB40NBl使用信道：BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、TCHl格式41FBl使用信道：FCCH(使MS获得频率上的同步)l格式42SBl使用信道：SCH，使MS获得时间同步l格式43ABl使用信道：RACHl格式44DBl使用：无信息需传输时，代替NB发送，以避免由于干扰和噪声影响而使MS误动作l不携带任何信息，不分配给任何MSl格式：与NB相同加密比特改为具有一定模型的混合比特45（4）逻辑信道到物理信道的映射lC0载频TS0：51个时隙

14、重复（构成51帧的复帧）FFCCH；SSCH；BBCCH；CCCCH（PCH、AGCH）46TS0：51个时隙重复（构成51帧的复帧）RRACH47TS1：102个时隙重复DnSDCCH；SnSACCHl上下行偏移3个时隙48TS2TS7：26个时隙重复TTCH；AFACCHl上下行偏移3个时隙，使MS收发不需同时进行 49l基站中的其余载频C1Cn全部8个时隙(TS0TS7)用作TCH50（5）MS测试原理l空闲状态开机：小区选择扫描最强的BCH载频是否本系统？是：锁定 否：扫描次强BCH待机：小区重选监听BCH信道中6个最强载波表、PCH中是否有呼叫、是否需小区重选(进入新小区)51l呼叫

15、接续状态 BTS发，MS收并测试本工作信道的RSSI MS在规定工作时隙发 MS在收发间隔测试周边BTS的BCH的RSSI MS在空闲帧读取周边BTS的SCH上的BSIC，以便在的测试中区分不同BTS 以MS占用TS2为例52l滑动复帧原因：在呼叫接续测试中，MS须读取周边BTS的SCH上的BSIC，但根据映射关系，10个时隙仅有一个SCH，MS读取到BSIC的概率很小滑动复帧TCH：26帧一个周期BCH+CCCH：51帧一个周期使MS有更多机会读取到SCH上的BSIC5354（6）移动用户的接续过程中逻辑信道的应用l移动用户开机，初始化搜索最强的BCH锁定，在FCCH上获取频率同步在SCH上

16、获得时间同步在BCCH上读取小区特定信息如：邻近小区载波表本小区载频，LAI系统国家码、网络码随后进入空闲状态55l移动用户登记（位置登记、鉴权）MS在RACH上要求接入，申请分配一个SDCCH系统在AGCH上分配一个SDCCH在SDCCH上完成登记在SACCH上发控制指令 随后进入空闲状态56lMS被呼系统在PCH上发起呼叫MS在RACH上寻呼响应，申请接入系统在AGCH上分配SDCCHMS和系统在SDCCH上完成鉴权，在SACCH上发控制指令，在SDCCH上分配TCHMS转入TCH上通信57lMS主呼MS在RACH上主呼，申请接入系统在AGCH上分配SDCCHMS和系统在SDCCH上完成鉴

17、权，在SACCH上发控制指令，在SDCCH上分配TCHMS转入TCH上通信583.2 GPRSlGPRS概述lGPRS系统的结构lGPRS中的无线接口lGPRS中的功能及实现593.2.1 GPRS概述lGPRS产生的背景IP技术已成为发展方向移动数据市场的形成GSM向第三代移动通信系统的演进60lGPRS概念：在GSM Phase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的IP传输技术，传送不同速率的数据及信令。lGPRS是对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM；是2.5G的过渡技术。611.GPRS的主要特点l分组交换、IP传输l新的无线信道，分配方式灵活多用户共享一

18、个信道一个用户享有多个信道GPRS局限性l中高速数据速率CS-1：9.05kbit/s CS-2：13.4kbit/s CS-3：15.6kbit/s CS-4：21.4kbit/s实际速率根据预留的信道数确定最高理论速率：21.48=171.2kbit/s不对GSM网络作较大的改动时：14.48=115.2kbit/s62l接入快，与IP、X.25网互通l多业务种类l与GSM相同的安全措施l基于数据流量、服务等级的QoS计费功能l可浏览普通网页l“永远在线”-逻辑连接l终端需要有GPRS功能，但不需换SIM卡A类：可同时使用B类：同时接入，但不能同时使用C类：需切换，或支持GPRS63l可靠

19、性较差l小区总容量有限l实际传输速率与理论值间存在较大差值需一个载频的8个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动l终端得不到保证l调制方式有待改进l传输时延大2.GPRS的局限性64lGPRS的发展的第二个阶段是EGPRS（增强型GPRS），采用EDGE技术lEDGE（改进数据率GSM服务）数据传输速率384kbit/slEGPRS支持GMSK、8PSK两种调制技术，支持每时隙最高速率可达473kbit/s3.GPRS的发展(EGPRS)653.2.2 GPRS系统的结构l基于GSM的GPRS网络结构lGPRS骨干网络66l组成（在GSM网络结

20、构上的改造）1.基于GSM的GPRS网络结构67新增节点l业务支持节点SGSN：鉴权、移动性管理、防火墙、位置登记、传输、计费l网关支持节点GGSN：转发、协议转换、防火墙、地址分配、计费l分组控制单元PCU：信道管理、（对分组数据）接入控制 -设在BSC中68改造lBTS：对目前使用的CS-1、CS-2只需软件升级支持新的逻辑信道和编码方式lBSC：需增加PCU模块（分组数据处理）lHLR：软件升级，支持GPRS用户数据和路由信息 及与SGSN的Gr接口lOMC：增加对新网络单元管理功能l计费系统：软件升级，采用按数据流量等计费的方式l终端：采用支持GPRS的终端类型lMSC/VLR：需实现

21、MSC与SGSN的Gs接口时（可选）对MSC做软件升级692.GPRS骨干网络l基于IP网络，提供GPRS内部和GPRS间的通信内网：专用IP网，确保网络安全和GPRS的性能70l组成边界网关BG：确保不同运营商间GPRS网络的通信能力域名系统DNS：提供逻辑域名和IP地址间的映射在GPRS中用于提供：逻辑接入点 GGSN的IP地址计费网关：收集来自SGSN和GGSN的计费信息，并将计费信息送往运营商的计费系统713.2.3 GPRS中的无线接口lGPRS中的接口lGPRS空中接口72lGPRS中采用G接口l分为：信令接口、信令和数据接口1.GPRS中的接口73l接口：Gb：SGSN与BSS(

22、PCU)间Gn：GSN间（同一PLMN）Gp：不同PLMN的GSN间Gr：SGSN与HLR间Gd：SGSN与SMS间Gs：SGSN与MSC/VLR间Gf：SGSN与EIR间Gc：GGSN与HLR间Gi：GGSN与外部分组网间Ga：GGSN与CGF间742.GPRS的空中接口lGPRS的空中接口主要特征动态分配物理资源上下行不对称业务多用户共用一个信道一个用户享有多个信道多种编码方案lGPRS需完成的传统信令功能功率控制及测量时间提前量确定小区选择/重选信道编码75（1）GPRS空中接口与GSM相关部分l空中接口的组成物理层媒体接入控制层MAC无线链路控制层RLC76（2）分组数据逻辑信道PDC

23、Hl完成类似GSM中的逻辑信道功能部分功能可使用GSM信道，如鉴权、同步分组及相关功能使用GPRS分组信道l信道结构77l分组业务信道PTCH包括全速率PDTCH-F和半速率PDTCH-H分组业务信道用于传输分组数据，当提供点到多点业务时可分配给小区内一个MS或一组MS系统支持一个用户使用多个PDTCHl分组控制信道PCCH包括PBCCH、PCCCH、PDCCHl分组广播控制信道PBCCH用于下行链路广播分组数据传输是可选的，用BCCH来指示存在与否，如果不存在，用BCCH为分组数据传输发送广播信息78l公共控制信道PCCCH没有分配PCCCH，分组交换信息通过CCCH传输；分配的PCCCH也

24、可为电路交换业务传递信息分组寻呼信道PPCH：仅用于下行链路被叫用户寻呼，可指示分组数据业务，也用于电路交换业务分组随机接入信道PRACH：仅用于上行链路，用来请求分配一条或多条PDTCH，与RACH信道以相同方式工作分组允许接入信道PAGCH：仅用于下行链路，用于在用户分组数据传输前给MS分配PDTCH。如已有分组在传输，需改变下行链路的资源分配，也可以通过PAGCH完成分组通知信道PNCH：仅用于下行链路，在GPRS阶段，用于在点到多点分组业务呼叫PTM-M初始化前通知相关的一组MS79l专用控制信道PDCCH分组随路控制信道PACCH为单向信道，PACCH/U用于上行链路，PACCH/D

25、用于下行链路。PACCH用于在MS和基站间交换专用信令信息。包括功率控制和定时提前信息、资源分配和再分配消息等。即使一个MS分配了多个PDCCH，仅需一个PACCH上行链路分组定时提前控制信道PTCCH/U：用于发送随机接入突发序列，使MS可估计定时提前量下行链路分组定时提前控制信道PTCCH/D：用于向多个MS发送定时提前量更新。一个PTCCH/D与多个PTCCH/U成对使用80（3）GPRS物理信道l突发脉冲序列与GSM相同的类型和格式（包括保护间隔）NB、FB、SB、AB、DBl无线块结构l复帧结构81无线块结构lGPRS中考虑分组业务的突发性单终端多信道能力多用户共享信道l逻辑信道映射

26、到物理信道才能实现信息传输物理信道的共享通过无线块实现无线块是GPRS在空中接口传输用户数据和信令的物理信道基本单位一个无线块由4个突发构成82MAC头l上行链路状态标识USF()：指出下个上行链路无线块的所有者、内容及类型l临时块标识TFI：临时标识无线块所有者信息单元：用户数据或信令lRLC数据块RLC头：表示收端MSRLC数据：几个逻辑链路控制层的数据单元(LLC、PDU)lRLC/MAC信令信息块校验序列BCSl用于差错检测（对MAC头和内容）在物理层与高层间切换时83复帧结构l结构：12个无线块和4个空闲帧构成l消息类型利用无线块头判断除PRACH外均用NB传输区别不同的逻辑信道84

27、（4）信道编码l4种编码方案类型：CS-1、CS-2、CS-3、CS-4差别：附加冗余码元数目不同l不同的净数据传输能力l不同的检、纠错能力lCS-1：9.05kbit/sCS-2：13.4kbit/sCS-3：15.6kbit/sCS-4：21.4kbit/s85lCS-1适用信道：PACCH、PBCCH、PPCH、PAGCH、PNCHlCS-2在CS-1基础上通过比特打孔移去一部分比特降低检纠错能力，提高传输速率以降低可靠性为代价lCS-3在CS-1基础上比CS-2打孔去掉更多比特lCS-4没有前向纠错，仅对MAC头编码（其余部分保持不变）86l过程31:2卷积(6+312+16+4)26

28、76bit 打孔打孔588-220=456bit净数据速率：312/20ms=15.6kbit/s87l456bit的无线块交织8 57bit的4个突发l不同的信道可采用不同的信道编码方案（根据信息可靠性要求）无线块中的开销比特可指示编码类型 简化解码PDTCH：CS1、CS-2、CS-3、CS-4PRACH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PTCH：CS-188（5）用户数据在空中接口的传输l临时资源的分配过程两个阶段l阶段1：分组信道请求-PRACH/RACH 分组直接分配-PAGCH/AGCH少量资源分配，给用户一个或多个PDCHl阶段2：分组资源请求-PACCH 分组资源分配-PAC

29、CH在对阶段1分配的上行链路资源不满意时可选资源分配时考虑预约和请求89l上行链路物理信道的资源分配方法固定分配方式：MS请示无线块数目，系统使用分组固定直接分配和分组固定资源分配方法给MS分配固定的上行资源动态分配方式：在无线块中MAC头包含USF和TFI无线块正确地与LLC帧和特定的MS相关联l自动重发请求ARQ在确认模式下传递RLC数据块l发：发送RLC块l收：临时分组确认/非确认90用户数据的传输l基本分组数据单元：PDP PDU913.2.4 GPRS中的功能及实现lGPRS中必须实现的多种独立功能（六种）网络接入控制功能分组路由选择和传输功能移动性管理功能逻辑链路管理功能无线资源管

30、理功能网络管理功能l会话管理921.网络接入控制功能l基本功能注册功能鉴权功能允许接入控制消息过滤功能分组终端适配功能计费数据采集功能932.分组路由选择和传输功能l传输与选路步骤l哪些路径可达l选最佳路径l格式适配l传送选路：路由器在收到一个IP数据包后，根据路由表中的数据，决定下一跳的地址l路由管理网络如何寻址如何建立传送路由94l子功能转发功能路由选择功能地址翻译地址翻译：内、外网协议地址转换(网关中进行)地址映射：同类型网络内的地址转换封装功能隧道功能压缩功能加密域名服务功能953.移动性管理功能l跟踪本地PLMN或其他PLMN中的MS位置l移动性管理状态移动性管理体现在状态转换上MS

31、的三种状态l空闲Idlel等待Standbyl就绪Ready9697l管理流程业务接入功能业务断开功能清除功能安全功能位置管理功能9899lSGSN和MSC/VLR的交互对A、B类终端，有Gs接口交互：l联合的GPRS/IMSI连接（和去连接）MSSGSNMSC/VLR(记录SGSN地址)l联合的LA/RA更新MS的RA更新同时LA变化，同时执行LA、RA更新l通过GPRS网络进行电路交换寻呼MSC收到对MS的寻呼或短信时，通过已连接的SGSN地址发起寻呼1004.逻辑链路管理功能l协调MS和PLMN间的链路状态信息；监管该逻辑链路上的数据传输活动l子功能建立维护释放1015.无线资源管理功能

32、l参与无线通信路径的分配和维护（电路域和分组域共享）l子功能Um管理小区选择Um-trax路径管理功能1026.网络管理功能lGPRS与GSM中相同1037.会话管理lMS和外网间的连接控制体现在PDP上下文的状态转移上lPDP上下文的激活接入建立连接获取IP地址并和外网建立连接l透明接入和非透明接入透明接入：用户使用公网的IP地址，可直接访问Internet非透明接入：用户使用内网的IP地址，用户访问需GGSN、Internet服务器进行鉴权1043.3 IS-95CDMA(CMS)l码分多址技术基本原理lIS-95 CDMA中上、下行链路工作原理lIS-95 CDMA中的关键技术lIS-9

33、5 CDMA中的无线接口lCMS的移动功能结构1053.3.1码分多址技术基本原理l码分多址用相互正交的编码区分不同的用户、基站、信道1061.码分多址方式l发端：地址调制l收端：地址解调 （地址码：与发端完全相同）利用码型的正交性 1072.码分多址技术基本原理假设系统有4个用户，地址码分别为：W1=1，1，1，1，W2=1，-1，1，-1，W3=1，1，-1，-1，W4=1，-1，-1，1；在某一时刻的用户信息为：d1=1，d2=-1，d3=1，d4=-1 108109l实现码分多址的必备条件足够多的地址码，地址码必须正交或准正交收端地址码与发端地址码完全一致(包括码型和相位)码分多址必须

34、和扩频通信相结合，提高系统的抗干扰能力1103.CDMA和扩频通信系统的结合l直接序列扩频通信系统简称直扩系统DS，又称伪噪声扩频系统发端：用伪码与信息直接相乘实现扩频 111112直扩系统与CDMA的结合方式一方式二1134.CDMA中地址码和扩频码的选择l地址码和扩频码的重要性对系统的性能具有决定性的作用l系统的多址能力；l抗干扰、抗噪声、抗截获能力及多径保护和抗衰落能力；l信息数据的保密；l捕获与同步的实现114l理想的地址码和扩频码应具有的特性有足够多的地址码有尖锐的自相关性有处处为零的互相关性不同码元数平衡相等尽可能大的复杂度115l实际作用的地址码与扩频码理想的地址码和扩频码不存在

35、lWalsh码是正交码，具有良好的自相关性和处处为零的互相关性，但由于码组内各码所占频谱带宽不同等原因，不能作扩频码使用常作扩频码的是伪随机序列l真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生l用一种周期性的脉冲信号近似随机噪声的性能PN具有类似白噪声的特性被用作扩频码PN准正交会使系统性能受到一定的影响l常用的PN：m序列和Gold序列 116（1）Walsh码l正交码-常用作信道地址码l产生-哈德码矩阵（walsh函数）l哈德码矩阵为2n2n方阵 2n为walsh码的阶数：表示有 2n个2n位的walsh码117（2）m序列lm序列伪随机码概念m序列是最长线性移位寄存器序列lm序列是一个伪随机序

36、列，按一定规律周期性变化，具有随机噪声类似的特性 l周期是P=2n-1，n是移位寄存器级数l产生 例例：n=3（3级移位寄存器）构成118l特性随机性m序列和其移位后的序列模二加所得仍为m序列，只是相位不同m序列发生器中移位寄存器的各种状态除全“0”外，在一个周期中只出现一次相关性：自相关性 互相关性119（3）Gold序列l概念：m序列的组合码，具有类似m序列优选对的相关性。lGold序列构造简单，数量大 （m序列优选对特性好，但数量少）lGold序列产生m序列优选对逐位模二加得到改变一个m序列的相位，可得到新的Gold序列120（4）IS-95 CDMA中地址码的应用l用户地址码长m序列截

37、段码，码长42位数量242-1根据码的不同相位区分用户l基站地址码中长m序列截段码，码长15位数量215-1根据码的不同相位区分基站l信道地址码64阶walsh码（64个64位的walsh码）前向信道（下行）：64个 反向信道（上行）：64个121l前向信道导频信道W0（全“0”）：1个寻呼信道W1 W7：7个同步信道W32：1个业务信道：55个l反向信道接入信道：最多32个，最少0个业务信道：最少32个，最多64个1223.3.2 上、下行链路工作原理l无线信道 下行链路（前向：BTS发往MS）上行链路（反向：MS发往BTS）1231.下行链路以3个移动用户同时通信(接收)为例124BTS发

38、往用户A的信息：125BTS发往用户B的信息：126BTS发往用户C的信息：127BTS合路后的输出信号：128用户A接收射频解调后信号处理：1292.上行链路以3个移动用户同时通信(发射)为例1303.3.3 IS-95 CDMA中的关键技术l功率控制技术l分集技术l调制与扩频l语音编码l越区切换1311.功率控制技术l功控原因CDMA系统是一个自干扰系统，通信质量和容量受限于收到干扰功率的大小。在CDMA中解决远近效应，同时避免对其他用户的过大干扰，必须严格功率控制主要执行对MS的功率控制l类型反向链路的功率控制l反向开环功率控制l反向闭环功率控制前向链路的功率控制132（1）反向链路的功

39、率控制l反向开环功率控制前提条件：假设上下行传输损耗相同概念：MS接收并测量BTS发来的信号的强度，估计下行传输损耗，MS根据估计值自行调整其发射功率。完全自主的功率控制开环功控响应时间常选为：2030ms 反映太慢：开机或遇到阴影、拐弯效应时，起不到作用 反映太快：会由于前向链路的快衰落而浪费功率开环功控的动态范围：至少32dB133开环功率控制的方法及过程l刚进入接入信道（闭环功控未激活）时，MS计算平均输出功率，发射第一个试探序列。l其后的试探序列不断增加发射功率，增加步长为PWRSTEP，直到收到BTS发回一个响应或序列结束。l当MS收到一个功率控制比特，表示系统进入闭环功控开环功控的

40、特点l简单，易实现l控制速度快，且节省开销134l反向闭环功率控制概念：由BTS检测MS的信号强度或信噪比，测得结果与预定值比较后，产生功率调整指令，并通知MS，MS收到后调整其发射功率到所需值。目的：使BTS对MS的开环功控作出迅速纠正，使MS保持最理想的发射功率。135功率控制子信道的结构和替代lMS根据在前向业务信道上收到的有效功率控制比特调整其平均输出功率。l功率控制比特连续发送，速率为1.25ms/bit（即800bit/s）“0”：指示增加功率 “1”：指示减小功率 每个功控比特使MS增加或减小功率1dB136替代-符号抽取技术每个功控比特替代两个调制符号在前向业务信道上传送。形成

41、功率控制子信道 137有效功控比特 紧随MS发射时隙后的第二个1.25ms时隙内 收到的功控比特有效。非连续发射中，发射机关掉时MS收到的 功率比特忽略。软切换时，MS可能收到既有上调，又有下降 的功控指令，执行下降指令。功控范围：24dB（在开环功控基础上）138（2）前向链路的功率控制l概念：BTS根据MS提供的测量结果，调整对每个MS的发射功率。目的：是使处于不同位置上的MS，收到BTS发为的信号电平都恰好到达信干比所要求的门限值。l作用：可避免BTS向近距离的MS发过大信号功率；可减小MS进入传播条件恶劣或背景干扰过大区域 而产生较大的误码率，导致通信质量下降。l功控范围：6dB139

42、（3）功率控制的应用例：1402.分集技术l分集技术在 IS-95 CDMA中的应用分集技术（微分集）l时间分集l频率分集l空间(路径)分集合并技术：等增益合并141lRAKE接收机利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定准则合成一路信号供解调。一般分集技术把多径信号作为干扰RAKE接收机利用多径信号增强信号例：发端TX发出的信号经N条路径到达收端RX1423.调制与扩频l以下行为例发端：先正交扩频，再正交调制收端：先解调，再解扩l正交调制：QPSK调制1434.语音编码l数字通信必用编码技术：信源编码和信道编码lCDMA中的语音编码：QCELPQualcomm码激励线性预测编码 发端：编码；

43、收端：解码144（1）QCELP编/解码过程l语音编码过程语音按8KHz抽样，分成20ms长的帧，每一帧含160个抽样，生成三参数子帧（线性预测编码滤波器参数、音调参数、码表参数）l语音解码过程从数据流中解包得到接收的参数，根据这些参数重组语音信号l速率可变145l依据：数据速率基于每一帧的能量与三个门限值比较确定l方法：若R(0)大于所有三个门限 -选速率1若R(0)仅大于其中两个门限-选速率1/2若R(0)仅大于其中一个门限-选速率1/4若R(0)小于所有三个门限 -选速率1/8l规则：数据速率每帧只许降一个级别当采用半速率技术时，最高只能选速率1/2l每一帧速率确定前，三个门限先分别更新

44、一次。（2）QCELP数据速率的选择1465.越区切换l同一载频、同一MSC下的小区间的软切换l同一载频在同一基站扇区间的更软切换l不同载频或不同MSC下小区间的硬切换lCDMA与AMPS系统间的切换（*美国：数、模系统间的切换）147软切换l专业术语导频：导频信道导频集合：具有相同频率但不同PN码相位的导频集。l 有效导频集l 候选导频集l 相邻导频集l 剩余导频集148l软切换过程149当BTSb的导频强度达到TADD，MS在反向业务信道上发消息，将该导频纳入候选导频集BTSa在前向业务信道上发切换指示MS将BTSb导频转入有效导频集并发送一个切换完成消息当BTSa的导频强度低于TDROP

45、时，MS启动切换去掉计时器切换去掉计时器到期，MS发导频强度测量报告给BTSa和BTSbBTSa和BTSb发切换指示消息MS将BTSa导频从有效导频集移到相邻导频集，并发送切换完成消息。150几点说明l更软切换由BTS完成，不通知MSC不同扇区的信号被视为多径信号l切换可以组合出现同时既有软切换又有硬切换，优先执行软切换；也可能既有软切换，又有更软切换l不同MSC上的BTS间只能执行硬切换l多载频工作时，不同的BTS间采用硬切换1513.3.4 IS-95 CDMA无线接口l前向信道1个导频信道；7个寻呼信道；1个同步信道；55个前向业务信道l反向信道最多32个，最少0个接入信道最多64个，最

46、少32个反向业务信道152l(1)前向信道信号处理过程153l(2)反向信道信号处理过程 1542.呼叫处理lMS的呼叫处理（对应四种状态）MS的四种状态：初始化状态 空闲状态 系统接入状态 业务信道状态l基站的呼叫处理（与MS侧的呼叫处理对应）四个过程：导频和同步信道处理 寻呼信道处理 接入信道处理 业务信道处理lMS与BTS侧呼叫处理的区别BTS侧：各种处理过程可能同时存在 （要与不同状态的MS同时进行联系）MS侧：状态在某一时刻是唯一的155移动台呼叫处理状态转移1563.3.5 CMS的移动功能结构lCMS功能结构 顶层：服务管理group3；中间层：服务控制group2；底层：服务资

47、源group1l顶层涉及管理功能需求，确保系统容量和可靠性另两层涉及服务功能需求，提供CMS基本服务157CMS功能结构：158小结lGSM与CMS具有相同的网络结构，系统由NSS、BSS、MS和OSS组成。GSM系统中话音信号数字化处理符合常规数字信号处理过程，只是选用的具体实现方式不同 159lGSM系统采用FDMA/TDMA两种多址技术，先把总频段按200kHz的间隔划分频道，再把每个频道划分为8个时隙，每个用户使用一个频道中的一个时隙传送自己的信息，即每个频道的一个时隙为一个物理信道。用于传送特定类型的信息的信道定义为不同的逻辑信道，逻辑信道分为TCH和CCH两大类，在CCH中由于所传

48、送的控制信息不同又可分很多种类型。逻辑信道必须映射到物理信道上，才能传送相应的信息。GSM物理信道上传送的信息的格式称为突发脉冲序列，突发脉冲序列有5种，不同的信道使用不同的突发脉冲序列，构成一定的复帧结构在无线接口中传输 160lGPRS是GSM在Phase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，其核心网采用基于分组交换的IP传输技术，传送不同速率的数据及信令，是对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM。GPRS须在GSM基础上新增SGSN、GGSN节点，在BSC上增加PCU模块，同时对GSM的BTS、HLR、MSC/VLR、OMC、计费系统、终端作软件升级或改造。为适应传输要求，GPRS定

49、义了新的分组信道，以无线块为传输用户数据和信令的物理信道的基本单位。四种信道编码方案、灵活的分组资源分配方式，适应不同速率数据传输的要求 161lCDMA是用编码区分不同用户的，可以用同一频率、相同带宽同时为用户提供通信服务。CDMA利用自相关性很强、互相关性很弱的（准）正交码，在发端进行地址码调制，在收端用与发端完全相同的地址码进行相关检测提取所需的信息。CDMA中使用的地址码和扩频码要有良好的相关性（自相关性很强、互相关性很弱）。IS-95CDMA中用64阶Walsh码作信道地址码，不同长度和相位的m序列（或平衡的Gold序列）作基站或用户地址码 162lIS-95 CDMA系统中采用了很多关键技术：反向开环功率控制、反向闭环功率控制、前向功率控制以提高系统抗干扰能力；多种形式的分集技术和合并技术以提高系统的抗衰落性能；采用了可变速率的Q码激励线性预测编码（QCELP）进行话音编码，并使用话音插空技术与可变速率编码方式结合，以减小干扰、增大系统容量；支持硬切换、软切换、更软切换，但CDMA系统优先使用软切换，软切换根据导频信号的强度和持续时间决定切换的。系统的呼叫处理过程即移动台四种状态间的转换过程，相应的，基站也要进行四种处理过程 163