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重庆科创职业学院-CDMA系统_图文

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

学习目标

?

了解CDMA移动通信系统的特点、网络结构和提 供的服务。

?

正确理解码分多址的基本原理,码分多址在

CDMA网络中的实现。
? ? ?

正确理解CDMA-95信道结构。 正确理解CDMA移动通信系统的移动性管理。

正确理解CDMA移动通信系统的呼叫处理和功率
控制。

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

5.1 CDMA系统概述

5.1.1 CDMA系统的发展 5.1.2 CDMA的基本原理 5.1.3 CDMA的特点

5.1.1 CDMA系统的发展

CDMA早已在军事抗干扰通信中得到广泛应用;

80年代末期以来,CDMA开始应用于数字移动通信领域。由于其
频谱利用效率高,抗干扰能力强,应用前景看好; 1989年,Qualcomm公司在美国的现场实验证明,CDMA用于蜂窝 通信的容量大,且经理论推导,为AMPS的20倍,使CDMA技术成为热 门技术; 1993年7月,Qualcomm公司开发.的CDMA蜂窝体制被采纳为北美 数字蜂窝标准,定名为IS-95(实际上IS-95 定义的是CDMA系统的 公共空中接口)。

5.1.1 CDMA系统的发展

95年美国和香港的CDMA公用网开始投入商用;

96年韩国用自己的CDMA系统开发大规模商用,前12个月发展用
户150万; 1998年,全球的CDMA用户已经达到500万,CDMA的商用和研究进 入高潮阶段; 1999年, CDMA在日本和美国形成增长高峰期,全球增长率为

250%,用户达2000万;
现在CDMA为仅次于GSM发展最快的系统,全球现己近一亿用户, 二十多个国家采用。

5.1.1 CDMA系统的发展

我国在93年863计划已开展CDMA蜂窝技术研究;

94年Qualcomm首先在天津建技术试验网;
1998年具有14万用户的长城商用试验网在北京、广州、上海、 西安建成,并开始小部分商用; 迄今,中国联通已在全国250多个城市开通了商用IS-95商用 CDMA网,用户已经超过5000万。

5.1 CDMA系统概述

5.1.1 CDMA系统的发展 5.1.2 CDMA的基本原理 5.1.3 CDMA的特点

频分多址技术(FDMA)

各用户使用不同的频率
将给定的频谱资源 划分为若干个等间 隔的频道(或称信 道)供不同的用户 使用。接收方根据 载波频率的不同来 识别发射地址而完 成多址连接。

时间

FDMA

频率

重庆电子工程职业学院通信工程系

时分多址技术(TDMA)

各用户使用不同的时隙
把时间分割成周期的帧, 每帧再分割成若干时隙, 各MS只能按指定的时隙向 基站发送信号,同时,基 站发向多个MS的信号都按 顺序安排在预定的时隙中 传输,各移动台只要在指

时间 TDMA

定的时隙内接收,就能在
合路信号中把发给它的信 号区分出来。

频率

重庆电子工程职业学院通信工程系

码分多址技术(CDMA)

各用户使用不同的正交代码序列

各发送端用各不相同、 相互(准)正交的地址 码调制其所发送的信号 ,在接收端利用码型的 (准)正交性,通过地 址识别(相关检测)从 混合信号中选出相应的

时间 CDMA 码

信号。

频率

重庆电子工程职业学院通信工程系

码分多址技术(CDMA)

不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不
同来区分,而是采用相同的频率用各自不同的编码序列来 区分,或者说,取信号的不同波形来区分。如果从频域或

时域来观察,多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相
关器可以在多个CDMA信号中选出使用预定码型的信号。 其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不

同而不能被解调,它们的存在类似于在信道中引入了噪声
或干扰,所以CDMA移动通信系统也是自干扰系统。

码分多址技术(CDMA)

在CDMA蜂窝通信系统中,用户之间的信息传输也 是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信,正向 传输和反向传输各使用一个频率,即通常所谓的频分双 工。无论正向传输或反向传输,除去传输业务信息外, 还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息,需 要设置相应的信道。但是,CDMA通信系统既不分频道

又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不同的
码型来区分。

CDMA系统的工作示意图

举例
在码分多址通信系统中,利用自相关性很强而互相关值为0或很 小的周期性码序列作为地址码,与用户信息数据相乘(或模2加), 经过相应的信道传输后,在接收端以本地产生的已知地址码为 参考,根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别,从中将地

?

址码与本地地址码一致的信号选出,把不一致的信号除掉(称之
为相关检测)。

举例
d1 ~dN 分别是N个用户的信息数据,其对应的地址码分别为W1 ~W N , 为了简明起见,假定系统有4个用户(即N=4), W1 ={1,1,1,1},W2 ={1,-1,1,-1},W3={1,1,-1,-1},W4={1,-1,-1,1} 假设在某一时刻用户信息数据分别为: d1={1},d2={-1},d3={1},d4={-1}

识别d2

5.1 CDMA系统概述

5.1.1 CDMA系统的发展 5.1.2 CDMA的基本原理 5.1.3 CDMA的特点

1.大容量

根据理论计算以及现场试验表明,CDMA系统的信
道容量是模拟系统的10——20倍,是TDMA系统的4倍。 CDMA系统的高容量很大一部分因素是出于它的频率复用

系数远远超过其他制式的蜂窝系统,另外一个主要因素
是它使用了话音激活和扇区化等技术。

1.大容量

CDMA技术多址能力决定于地址码间的多址干扰的大

小,在实际的CDMA系统中,各地址码之间不是完全正交,
它们之间存在一定的互相关性,此互相关性导致的多址 干扰是影响CDMA多址能力的决定性因素。

1.大容量
CDMA采用多种手段使得多址干扰足够小,从而使CDMA的
多址能力比FDMA、TDMA更强: ? 选择有良好的自相关性、互相关性的地址码;

? 采用信号处理的方法消除多址干扰;
? 使用功率控制克服远-近效应,使得系统在一定接收质量 下,每用户以“刚刚足够”的功率通信。

此外,在蜂窝移动通信中,还采用语音激活技术、高效
纠错码及CDMA扇形分区等技术,使整个CDMA通信系统的容量 增大。

1.大容量
理论上可证明:以频谱资源带宽1.25MHz为基础条件,采
用话音激活技术和分扇区技术,当扇区数为3时,CDMA系统每 小区内容量比AMPS/FDMA模拟系统大20倍,比DMPS/TDMA数字

系统大4倍。
分析的依据是:(1)CDMA是一种容量受限于干扰的系统。 码间干扰越小,容许的用户越多。而FDMA的容量受限于频带,

频带宽带决定了容量的大小;TDMA同样受限于频带宽度和时
间。(2)在话音通信中,大量统计表明,话音占空比在35%40%之间,因此采用动态编码技术可使互干扰降低了60%-65%,

从而使CDMA容量增加,这种现象仅有CDMA可利用。

1.大容量

(3)扇形天线的应用也促进了容量的增大。扇形天线

的应用是一种共同的技术,但在FDMA和TDMA中,应用扇
形天线只是为了减少干扰源,提高话音质量;而在CDMA 中,应用扇形天线减少干扰源就能提高系统容量,这是

CDMA与FDMA和TDMA的重大区别。CDMA使用120°有效束
宽的扇形天线,这样干扰减少到1/3,系统容量增大3倍, 如果使用更窄束宽的扇形天线,容量还将进一步增加。

2.软容量
在FDMA、TDMA系统中,当小区服务的用户数达到最大信道数,

已满载的系统绝对无法再增添一个信道,此时若有新的呼叫,该用
户只能听到忙音。而在CDMA系统中,用户数目和服务质量之间可以 相互折中,灵活确定。 经营者可以在话务量高峰期将误帧率稍微提高,从而增加可用 信道数。同时,当相邻小区的负荷较轻时,本小区受到的干扰减少, 容量就可适当增加。 体现软容量的另一种形式是小区呼吸功能。所谓小区呼吸功能

就是指各个小区的覆盖大小是动态的,当相邻两个小区负荷一轻一
重时,负荷重的小区通过减小导频发射功率,使本小区的边缘用户 由于导频强度不够,切换到相邻小区,使负荷分担,即相当于增加 了容量。

3.软切换

? 指当移动台需要切换时,先与新的基站连通再与原基站切断联 系,而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。 ? 软切换只能在同一颠率的信道间进行,因此,模拟系统、TDMA 系统不具有这种功能。 ? 软切换可以有效地提高切换的可靠性,大大减少切换造成的掉 话,因为据统计,模拟系统、TDMA系统无线信道上的掉话90%发 生在切换中。 ? 软切换可以提供分集,从而保证通信的质量。但是软切换也相 应带来了一些缺点;导致硬件设备的增加,降低了前向容量等。

4.高的话音质量和低发射功率

由于CDMA系统中采用有效的功率控制,强纠错能力的

信道编码,以及多种形式的分集技术,可以使基站和移动
台以非常节约的功率发射信号,延长手机电池使用时间, 同时获得优良的话音质量。

5.保密

CDMA系统的信号扰码方式提供了高度的保密性,使这种 数字蜂窝系统在防止串话、盗用等方面具有其他系统不可 比拟的优点。CDMA的数字话音信道还可将数据加密标准 或其他标准的加密技术直接引入。

6.话音激活

典型的全双工双向通话中,每次通话的占空比小于 35%,在FDMA和TDMA系统里,由于通话停止时重新分 配信道存在一定时延 ,所以难以利用话音激活因素 。 CDMA系统因为使用了可变速率声码器,在不讲话时传输 速率降低,减轻了对其他用户的干扰,这即是CDMA系统 的话音激活技术。

讨论:

比较CDMA系统与其它移动通信系统的特点

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述 5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

码分多址的实现

CDMA的编码理论基础
扩频通信的理论基础

扩频通信的原理

本节主要内容

31

1、什么是扩频通信?
扩展频谱通信,是一种把信息的频谱展宽之后再进行传输 的技术,是利用扩频码发生器产生扩频序列去调制数字信号以 展宽信号的频谱的技术。频谱的展宽是通过使待传送的信息数 据被数据传输速率高许多倍的伪随机码序列的调制来实现的, 与所传信息数据无关。在接收端则采用相同的扩频码进行相关 同步接收、解扩,将宽带信号恢复成原来的窄带信号,从而获 得原有数据信息。

扩频通信的三层含义

1) 信号的频谱被展宽; 2) 采用扩频序列调制的方式来展宽信号频谱;

3)在接收端用相关解调来解扩。

含义1:信号频谱被展宽
?

传输任何信息都需要一定的频带,称为信息带宽或基带信号频带

宽度。例如,人类语音的信息带宽为300~3400Hz,电视图像信
息带宽为6.5MHz。

设W代表系统占用带宽或信号带宽,B代表信息带宽,则一般认为:
W/B=1~2 窄带通信 W/B≥50 宽带通信

W/B≥100 扩频通信 扩频通信系统用100倍以上的信号带宽来传输信息,最主要的目 的是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证安全可 靠地通信。

含义2:采用扩频序列调制方式来展宽频谱

? 由信号理论知道,在时间上有限的信号,其频谱是无限的。脉冲

信号宽度越窄,其频谱就越宽。作为工程估算,信号的频带宽度 与其脉冲宽度近似成反比。例如,1μs脉冲的带宽约为1MHz。

因此,如果很窄的脉冲序列被所传信息调制,则可产生很宽频带
的信号。
? 所采用的扩频序列与所传的信息数据是无关的,也就是说它与一

般的正弦载波信号是相类似的,丝毫不影响信息传输的透明性。
扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。

含义3:在接收端用相关解调来解扩

?

接收端采用与发送端相同的扩频码序列同收到的 扩频调制信号进行相关解调,恢复所传的信息。 换句话说,这种相关解调起到了解扩的作用,即 把扩展后的宽带信号又恢复成原来所传的窄带信 息。

2、扩频通信的实现条件

?

信号的带宽须远大于原有信息的最小带宽;

?

所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。

3、扩频通信工作原理
信 息 调 制 扩 频 调 制 射 频 调 制

信 息

射 频 解 调

扩 频 解 调

信 息 解 调

扩 频 码 发 生 器

射 频 发 生 器

射 频 发 生 器

扩 频 码 发 生 器

3、扩频通信工作原理

4、扩频通信的特点

1)隐蔽性好,对各种窄带通信系统的干扰很小。

由于扩频信号在相对较窄的频带上被扩展了,单位频带内的
功率很小,信号被淹没在噪声里,一般不容易被发现,而想进一 步检测信号的参数就更加困难,因此隐蔽性好。

4、扩频通信的特点

2)频谱利用率高,易于重复使用频率

扩频通信发送功率极低(1—650mW),又采用了相关接收
技术,而且可以工作在信道噪声和热噪声背景中,因此,易于在 同一地区重复使用同一频率,也可以与现今各种窄带通信共享同

一频率资源。所以,扩频通信是解决目前无限频谱资源有限问题
的一把金钥匙。

4、扩频通信的特点
3) 抗干扰性强,误码率低

其抗干扰能力与其频带扩展的倍数成正比,频谱扩展的越
宽,抗干扰能力就越强。

信号

干扰

信号

干扰

解扩后

信号在接收端解扩前后信噪比情况

4、扩频通信的特点

目前商用的通信系统中,扩频通信是唯一能够工作于
负信噪比条件下的通信方式。由于扩频系统这一优良 性能,它的误码率很低,正常条件下可以低到10-10,

最差条件下也能到达10-6,完全能满足国内相关系统
信道传输质量的要求。

4、扩频通信的特点

4)可以实现码分多址

扩频通信用多个伪随机序列分别作为不同用户的地址码,
可以共用一个频段来实现码分多址通信。可以说,扩频通信本 身就是一种多址通信方式,称为扩频多址(SSMA),实际上

是码分多址的一种。扩频通信实现的码分多址能够获得比其他
多址方式更高的通信容量。

4、扩频通信的特点

5)易于数字化,能够开展多种通信业务 。

码分多址的实现

CDMA的编码理论基础
扩频通信的理论基础

扩频通信的原理

本节主要内容

46

扩频通信的理论基础

扩频通信属于“宽带通信”,基本特点是:传输信
号所占用的频带宽度远大于原始信息本身实际所需 的最小(有效)带宽。那么,为什么要采用这种通 信方式那?简单的说,是为了提高移动通信系统的 安全性和可靠性。其理论基础有两个:
? 信息论中关于信息容量的香农公式 ? 关于信息传输差错概率的柯捷尔尼可夫公式

香农公式
S ) N

C=W log 2 (1 ?

C为信道容量(bit/s),W为信道带宽(Hz), S为信号平均功率,N为噪声功率(w)。 在给定的信道容量C不变的情况下,可以通过增加频带宽度的 方法,在较低的信噪比(S/N)情况下以相同的信息速率来可靠的 传输信息,甚至是在信号被噪声淹没的情况下,只要相应地增加 信号带宽,仍然能够保证可靠的通信。 扩展频谱以换取对信噪比要求的降低,正是扩频通信的主要 特点,并由此为扩频通信的应用奠定理论基础。

柯捷尔尼可夫公式
Powj ? f (TP W P W )? f( ) N N ?F

Powj为差错概率,P为信号功率,W为信道带宽,N为噪声功率,
?F ? 1 为信息带宽。 T

该式是一个关于变量的递减函数,信噪比(P/N)一定的情况下,信息 的传输带宽比实际信息带宽越宽,信息传输差错概率就越低。所以,

可以通过对信息传输带宽的扩展来提高通信的抗干扰能力,保证强干
扰条件下通信的安全可靠。 总之,我们用信息带宽的100倍,甚至1000倍以上的带宽来传输

信息,可以提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全
的通信。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。

码分多址的实现

CDMA的编码理论基础
扩频通信的理论基础

扩频通信的原理

本节主要内容

50

问题:CDMA中都需要哪些码?
1、扩频码--扩展信号频谱;

2、地址码--用于表明信号的地址。
例如: 1)如何识别不同的小区? 2)MS-BTS,基站在收到的众多MS的信号中,如何分别 各个MS的信号? 3)BTS-MS,MS收到来自基站的发给不同MS的信号, MS如何从这些信号中识别出自己的信号?

问题:扩频码和地址码如何选择?
扩频码和地址码的选择至关重要。 关系到系统的抗多径

干扰、 抗多址干扰的能力, 关系到信息数据的保密和隐蔽,
关系到捕获和同步系统的实现。 经研究表明, 理想的地址 码和扩频码应具有如下特性:

(1) 有足够多的地址码码组; ?
(2) 有尖锐的自相关特性; ? (3) 有处处为零的互相关特性; ?

(4) 不同码元数平衡相等; ?
(5) 尽可能大的复杂度。

几个基本概念

1、半加器(模二加法器)和乘法器 在二进制中,负逻辑条件下(0代表+1,1代表-1),半 加器与乘法器的运算结果相同。

几个基本概念

2、相关性概念 在信息传输中各种符号之间的差异性越大越好,这样 任意两个信号不容易混淆,也就是说相互之间不容易发生 干扰、不会发生误判。理想的传输信息的信号形式应该 是类似白噪声的随机信号,因为在任何时间上不同的两段 噪声比较都不会完全相似,若能用它们代表两种信号,其差 别性就很大。换句话说,为了实现选址通信,信号间必须正 交或准正交。

伪随机序列(PN码)

目前广泛应用的伪随机噪声都是有数字电路产生的周期 序列,经滤波等处理后得到的,这种周期序列称为伪随 机序列(PN码)。这是因为伪随机序列是按照确定的规 律产生的,但是,伪随机序列又具有和随机序列相类似 的随机性。

伪随机序列(PN码)的产生
通常产生伪随机序列的电路为——反馈移存器。它由位 移寄存器、线性反馈抽头和模二加法器(半加器)组成。 下图是3个位移寄存器产生伪随机序列的示意图。

伪随机序列(PN码)的相关性
?

当同一个伪随机序列的两个码组的时间偏移相同时,它们模二 加的每位都是“0”,按位累加的结果为2n-1=7(n=3)。

?

当同一个伪随机序列的两个码组的时间偏移不相同时,它们模 二加的结果是“1”的个数比“0”的个数多一个,采用了负逻辑 转换,按位累加的结果为-1。

按位求和为 7=23-1 负逻辑 “0”——“+1” “1”——“-1”

按位求和为 -1 负逻辑 “0”——“+1” “1”——“-1”

伪随机序列的自相关性

伪随机序列(PN码)的相关性
?

由自相关性函数曲线可以看出-1/2n-1不可能等于零,正 是由于-1/2n-1的存在,不相关的信道会给通信带来干扰, 所以CDMA系统也称自干扰系统。但当n很大时,-1/2n-1 近似为零,干扰就会很小。

-1

0

2N-1

0

?

τ0 ? 1 ? 2 ? 3 ? 4

? 5? 6 ? 7 ?

伪随机序列自相关性函数曲线

归一化伪随机序列自相关性函数曲线

沃尔什码(Walsh)

尽管伪随机序列具有良好的自相关特性, 但其互相关 特性不是很理想(互相关值不是处处为零), 如果把伪随机 序列同时用作扩频码和地址码, 系统性能将受到一定影响。 所以, 通常将伪随机序列用作扩频码, 而就地址码而言,则 采用沃尔什码。

沃尔什码(Walsh)产生过程

沃尔什码(Walsh)的正交特性
?

两个同维数的相同的沃尔什码进行模二加的每位都是
“0”,按位累加的和为n(n为沃尔什码的维数),归一 化后为1。

?

两个同维数的不同的沃尔什码进行模二加并按位累加的
和为0。则称这两个沃尔什码是正交的。

CDMA码速率的选择
?

CDMA蜂窝系统码的速率规定为1.2288MHz,这个规定考虑了 频谱资源的限制、系统容量、多径分离的需要和基带数据速率 多个因素。 在美国,FCC规定划分给蜂窝通信的频谱带宽为单向25MHz, 并分配给两家公司,每家分得单向频谱带宽总计为12.5MHz, 其中最窄的一段带宽为1.5MHz,为获得最大适应性,信号带宽 应 小 于 1.5MHs 。 选 择 1.2288MHz 的 码 速 率 , 滤 波 后 可 获 得 1.25MHz的带宽。在12.5MHz宽频带内可以划分出10条信道。 为了获得高的系统容量,扩频码速率应尽可能高。 通常陆地移动通信环境的多径延迟为l-100μs,为了充分发挥扩 频码分多址技术,实现多径分离的作用,要求扩频码序列的持 续时间应小于1μs,也就是扩频码速率应大于1MHz。 选择l.2288MHz的另一个原因是,这个速率可以被基带数据速 率9.6kbps整除,且除数为2的幂指数(128=27)。

?

? ?

?

码分多址的实现

CDMA的编码理论基础
扩频通信的理论基础

扩频通信的原理

本节主要内容

63

在CDMA网络中用到了三种码: 短码用于区分不同的小区; 长码用于区分不同的反向信道; 沃尔什码用于区分不同的前向信道。

CDMA系统是怎样解调信号 ?

CDMA网络中用到的码型

64

短码(short PN code)
短码是由一个15位长的移位寄存器产生的伪随机序列, 用于区分不同的小区。 码组长度为215=32768个码片,其中32767个码片由15 位移位寄存器产生,1个码片为人为设计插入。 短码的码片速率是1.2288Mcps,可以计算出一个短码周 期 为 32768/1.2288M=26.67ms , 每 个 码 片 时 长 为 26.67ms/32768=813.802ns。 由于空中传播的时延以及多径效应,CDMA系统并不是 使用全部的32768个不同的时延,而是每64个码片为一 时延段,称之为短码偏置(short PN offset),即共有 32768/64=512个短码偏置。用PN(i)表示,i从0到511, 因而有512个值可被不同基站使用。不同的短码偏置即代 表不同的基站。

短码(short PN code)

CDMA系统是一个全网同步的系统,它们使用同一个 时钟源,来自卫星的GPS(全球定位系统)时钟。所

有基站每隔2秒钟对基站进行一次校准,2秒钟恰好是
75个短码周期(2000 ms /26.67 ms =75)。

长码(long PN code)
长码是由一个42位长的移位寄存器产生的伪随机序列,用于

区分不同的反向信道。
码组长度为242个码片,其中242-1个码片由42位移位寄存器 产生,1个码片为人为设计插入。短码的码片速率是

1.2288M/cps, 可 以 计 算 出 一 个 长 码 周 期 时 间 为
242/1.2288M=41.4天。长码也称长码掩码,在全网中具有 唯一性。 CDMA系统中的长码都由相同的发生器产生,不论长码如何 组成,只能产生相同的长码序列,但产生不同的时间位移, 使得MS使用的长码偏置各不相同,并达到独自地、快速地 与网络同步的目的。

64维沃尔什码(Walsh code)

IS-95CDMA系统中,使用64维的沃尔什码,用来区分同 一小区下的不同的前向信道。沃尔什码被标识为Wi64,其 中64表示64维,i表示第i个沃尔什码。即有64个沃尔什码, 每个沃尔什码长64维。在同一小区内沃尔什码是唯一的。

码分多址的实现

CDMA的编码理论基础
扩频通信的理论基础

扩频通信的原理

本节内容总结

69

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现
5.3 IS-95CDMA信道

5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

IS-95CDMA信道

?

IS-95 CDMA系统中,把信道分为前向信道和反向信 道。 前向是指从基站到移动台方向,反向是指从移动台到基 站方向。

? IS-95

CDMA系统采用频分双工(FDD)来实现双工通信,

双工间隔45MHZ,频道带宽为1.23 MHZ,使用的无线电 波频段为:前向信道870-890MHZ,反向信道825-845

MHZ。

IS-95CDMA信道
逻辑信道
反向信道

前向信道

导频信道

同步信道

寻呼信道

前向 业务信道

接入信道

反向 业务信道

前向信道

?

同一小区前向信道使用同一个短码,它们之间通过64维

沃尔什码(Wi64) 的不同来彼此区分。64个沃尔什码分
配如下: W064 用于导频信道, W1-764 用于寻呼信道, W3264 用于同步信道,其余的55个用于前向业务信道。
?

由计算可知,实际当中只能使用40余个信道。通常一个载 频(1.23MHz)供18~24个用户同时通信较合适。通过采 用扇区划分每个蜂窝,小区的一个载频可供使用信道数达 100以上,也就是说可供100多人同时通信。

IS-95CDMA前向信道

前向信道

导频信道

同步信道

寻呼信道

前向 业务信道

导频信道
1)导频信道的功能
在移动台接入系统时,导频信道为所有的移动台提供基 准,来区分CDMA载频与其他无线信号,与系统初同步;

移动台用导频信号来比较不同基站之间的信号强度,从
而确定哪个小区为服务小区; 导频信道为移动台进行相干解调提供相位基准以确保相

干解调。
在移动台接入系统后,移动台用导频信号来比较不同基 站之间的信号强度,从而确定何时进行切换。

导频信道
2)导频信道的结构

导频信道不传送任何信息,内容为全零码信息,导频信道
被划分成26.67 ms的帧,使用W064来区分其他信道。所有 基站的导频信道电平一般要比业务信道电平高4-6dB,并

且导频信道不做功率控制,以恒定功率持续发射。

同步信道

1)同步信道的功能:用于移动台与系统之间的同步 系统识别号(SID)/网络识别号(NID),来区分不同的网络; 导频短码偏移量(短码偏置),区分不同的基站/扇区; 长码状态,告诉用户现在的长码状态以便于同步;

系统时间,用于校准移动台的时间,以便CDMA系统全网的移动台
时间相同; 寻呼信道数据速率(4.8kbps或9.6kbps),通知移动台寻呼信道的

数据速率为多少。

同步信道

2 ) 同 步 信 道 的 结 构 : 同 步 信 道 消 息 速 率 为 1.2kbps , 帧 时 长 26.67ms,三个帧构成一个80ms的超帧,同步信道消息通过N个同 步信道超帧传输,不足的用“0”填充。

同步信道
卷积编码:一进二出,标识为R=1/2;由八位移位寄存器实现前后9
个码片相关,标识为K=9;经过卷积编码后,传输内容的名称从 “比特bit”变为“符号symbol”;传输单位从“比特每秒bps”变为

“符号每秒sps”,传输速率从1.2kbps变为2.4ksps。
符号重复:传输速率从2.4ksps变为4.8ksps。 块交织:交织跨度是一帧,交织并不改变传输速率,只是改变符号

排序,传输速率保持4.8ksps不变。
加W3264:固定使用W3264 , W3264的速率是1.2288Mcps,传输内容 的名称从“符号symbol”变为“码片chip”;传输单位从“符号每秒

sps”变为“码片每秒cps”,传输速率为1.2288Mcps。

寻呼信道
1)寻呼信道的功能
寻呼信道用于广播系统参数,系统寻呼移动台和信道指 配。最多可有7个寻呼信道。

寻呼信道信道的内容:系统参数消息(如基站标识符)、
接入参数消息、邻区列表消息、CDMA信道列表消息、 寻呼消息、标准的指令消息、信道分配消息、鉴权查询

消息、SSD更新消息、特性通知消息等。

寻呼信道
2)寻呼信道的结构
长码发生器:产生寻呼信道长码掩码,扰码的作用。 64:1抽取器:变换1.2288Mcps成19.2 ksps,为寻呼信道

产生一个与本机相关的扰码,为通信保密。
符号(symbol)
寻呼信道 卷积编码 R=1/2 19.2ksps K=9 9.6ksps

W1?7 64

符号重复 19.2 ksps

块交织 1.2288 Mcps



寻呼信道 长码发生器 长码掩码 1.2288 Mcps

64:1 抽取器

19.2ksps

前向业务信道

1)前向业务信道的功能

用于BTS到MS话音和数据的传输,伴有必要的信令。

前向业务信道
2)前向业务信道的结构:
业务信道
8.6kbps 4.0kbps 2.0kbps 0.8kbps

帧质量 指示

9.2kbps 4.4kbps 2.0kbps 0.8kbps

8bit 尾比特

卷积编码
9.6kbps 4.8kbps 2.4kbps 1.2kbps R=1/2 K=9 19.2ksps 9.6ksps 4.8ksps 2.4ksps

符号 重复

功率控制比特 800bps 19.2 ksps

1.2288 Mcps

块交织

复用器
19.2 ksps 19.2 ksps

A

800HZ 业务信道 长码掩码 长码发生器
1.2288 Mcps

Wi 64

64:1 抽取器

19.2ksps

24:1 抽取器

前向业务信道
根据不同的速率被分为172bit、80bit、40bit和16bit的20 ms帧,对应 的信息速率分别为8.6 kbps、4.0 kbps、2.0 kbps、0.8 kbps。

帧质量指示仅用于8.6 kbps、4.0 kbps;分别加12 bit和8 bit帧质量指 示位,用于前向查错;信息速率变为9.2 kbps、4.4 kbps。
8 bit尾比特:用于消除本帧对下一帧的影响,8 bit为预先设置码,加 上8 bit尾比特后的速率为9.6 kbps、4.8 kbps、2.4 kbps、1.2 kbps。 64:1抽取器:变换1.2288Mcps成19.2 ksps,为业务信道产生一个与 本机相关的扰码,为通信保密。 24:1抽取器:变换19.2 ksps成800sps,为业务信道产生一个800HZ 的频率,用于控制加入功率控制比特的时钟。 功率控制比特800bps:用于插入功率控制比特的节奏,最快功率控制 速率可达800HZ,也可比800HZ低。

加Wi64:用来区分其他前向信道,i在一个小区必须唯一。

反向信道

?

反向信道使用长码来区分,为什么不使用64维沃尔
什码(Wi64)来区分呢?

?

因为沃尔什码必须完全同步,由于移动台与BTS之

间的距离不同,并且没有反向导频信道,所以不可
以达到完全同步,沃尔什码的正交特性无法实现。

IS-95CDMA反向信道

反向信道

接入信道

反向业务信道

接入信道

1)接入信道的功能

移动台通过反向接入信道接入CDMA系统

接入信道
2)接入信道的结构 反向接入信息的速率为4.8 kbps(4.4 kbps),被划分成 20ms的帧,接入信息以1个接入时隙传输,不足的用“0” 填充符占位。接入时隙的长度可根据数据库参数计算出 占用的帧的个数,相关参数来自寻呼信息。

接入信道

64维正交调制:加强反向的抗干扰特性。就是把块交织后
的码片,6位分为一段,并且这6位二进制对应的10进制 的Wi64 来代替,即6bit变成64 bit,产生大量的冗余信息。

例:6位二进制为101011,其转换过程为(101011) 2=
( 1*32+1*8+1*2+1 ) 10= ( 43 ) 10 , 即 用 W4364 代 替 101011。

接入信道
长码掩码:掩码结构如图所示。其中,Pilot-PN来自同步
信道消息,BASE-ID来自寻呼信道,ACN、PCN是移动 台根据寻呼信道的消息计算出来的值。所以接入信道长

码掩码是移动台计算出来的,不是随意产生的。

反向业务信道

1)反向业务信道的功能

用于MS到BTS的话音和数据传输,并伴有必要的信令。

反向业务信道
2)反向业务信道的结构:利用长码来区分不同的信道。

反向业务信道

随机突发:由数据子帧随机发生器来完成,它把前面符

号重复的数据进行随机掩蔽,保证随机发送不重复的符
号信息,与帧数据速率有关。

反向业务信道
反向业务信道的长码:长码结构如图所示。它与接入信

道长码掩码的结构不同,使用了电子序号(ESN),对
于机卡分离系统,移动台中的UIM卡中的ESN取代了移 动设备中的ESN。

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现
5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理 5.6 CDMA系统呼叫处理 5.7 CDMA系统的功率控制 5.8 CDMA的业务

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CDMA网络主要使用的识别号码
系统识别码(SID) 网络识别码(NID) 登记区识别码(REG ZONE) 基站识别码(ID) 国际移动用户识别码(IMSI) 临时移动用户识别码(TMSI) 移动电话薄号码(MDN) 移动用户临时本地电话号码(TLDN)

电子序号(ESN)

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系统识别码(SID)
系统识别码(SID)是 CDMA数字蜂窝移动通信系统中,唯

一地识别一个CDMA蜂窝系统 (即一个移动业务本地网)的
号码。移动台中必须存储该号码,用于识别移动台归属的 CDMA移动业务本地网。系统识别码总长为15比特。

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网络识别码(NID)

网络识别码(NID)是 CDMA数字蜂窝移动通信系统中, 唯一地识别一个网络的号码。网络识别码总长为16个比 特,其中0与65535(即全0和全1)保留。在中国,网络 识别码由各省邮电管理局自行分配,例如NID可用于识别 一个移动业务本地网内不同的移动交换中心区。

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登记区识别码(REG ZONE)

是在一个网络范围内唯一地识别一个登记区域的号码。 登记区识别码总长为12个比特。中国由各省邮电管理局 自行分配。(类似于 GSM中的 LA)

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基站识别码(ID)

在一个CDMA网络范围内唯一地识别一个基站的号码。 总长为16比特,中国由各省电信运营商自行分配。

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国际移动用户识别码(IMSI)
国际移动用户识别码用于识别CDMA网中用户,全网具有 唯一性。总长度为15位十进制数字,共60比特。

移动国家码:中国的MCC为460。 移动网号:用于识别归属的移动通信网。 移动用户识别码:用于识别移动通信网中的移动用户。

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临时移动用户识别码(TMSI)

为了安全起见,在空中传送用户识别时TMSI来代替IMSI VLR控制新的TMSI的分配,并将它们报告给HLR

TMSI可在下列情况下更新:呼叫建立时;进入新的区域,
进入新的访问位置寄存器(VLR)。

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移动电话薄号码(MDN)
就是手机号,总长不超过15位数字,中国采用的是14位。由三部

分组成:MDN=国家码(CC)+国内地区码(NDC)+用户号码
(SN)。具体格式如下: ?国家码(CC):中国为086

?国内地区码(NDC):中国为133
?用户号码(SN):前三位为移动交换局端局号码,HLR地址。

例如:086-133-045-67890

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移动用户临时本地电话号码(TLDN)
移动用户临时本地电话号码(TLDN)构成与移动电话薄号码
(MDN)相同,用于移动用户漫游到其他服务区时使用。该号 码为预留的不能被用户使用的电话号码。 当移动用户漫游到其他服务区时,由移动用户目前所在的移动 交换中心(MSC)和访问位置寄存器(VLR)为寻址该用户临 时分配给移动用户的号码,用于路由选择。当移动台离开该区

域后,被访访问位置寄存器(VLR)和归属位置寄存器(HLR)
都要删除该漫游号码。以便可再分配给其他移动台使用。该号 码的数量通常按移动用户号码数量的1/100来考虑。

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电子序号(ESN)

用于唯一识别一个移动设备,每个移动台分配一个唯一的电子 序号。网络识别码总长为32比特,由四部分组成:ESN=设备 序号+保留比特+设备编号+厂商编号。具体格式如下:

其中设备序号、设备编号由各厂商自行分配。 在中国由于采用了机卡分离,移动设备没使用这个号码,而是 使用UIM卡来识别。

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各种“号码”使用图示
MDN——IMSI

根据TLDN确定访 问MSC

用于空中传输, 保护IMSI

为了便于漫游 时确定路由

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1. HLR 相关的号码。



已拨号码(MDN) 被中继给GMSC,此号码用于接入数据库,是和接入用户

2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.

GSMC向HLR发送一个包括被叫MDN的申请。
HLR检验其记录,找出被叫用户的当前位置,然后向被叫用户所在的 MSC/VLR 发出一个申请,而此申请中采用IMSI。 MSC/VLR收到此申请后发回包含在TLDN内的选路指令。 HLR下传此TLDN给GMSC。 GMSC采用此选路信息,把呼叫沿指定的路由传给正为被叫用户服务的MSC (访问区的MSC)。 该MSC把此呼叫路由给适当的BSC。 此呼叫被发送给被叫的用户。由于被叫用户已经在网络中登记过,因此 在空中接口传送时用的是TMSI。

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思考题

2013-7-24

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码
5.5 CDMA系统的移动性管理

5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

5.5 CDMA系统的移动性管理

位置更新 越区切换 鉴权加密

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位置更新

?当移动台在CDMA系统中移动时,位置是不断变化的。

系统要不断地更新移动台的位置,登记注册就是实现位置
更新的手段。
?登记注册是移动台向基站报告其位置、状态、身份标志

和其它特征的过程。通过注册,基站可以知道移动台的位
置、等级和通信能力,确定移动台在寻呼信道的哪个时隙 中监听,并能有效地向移动台发起呼叫等。

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加电注册
关机注册

周期性注册
基于距离注册
位置更新

基于区域注册
参数变化注册

指令注册
隐含注册

业务信道注册

加电注册

当移动台打开电源时要注册,双模移动台(可以工作 于两个系统)从其它服务系统切换到CDMA系统时也要 注册。为了防止电源连续多次的接通和断开而多次注册, 通常移动台要在打开电源后延迟20 s才予以注册。

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关机注册

移动台断开电源时要注册,但只有它在当前服务的系 统中已经注册过才进行断电源注册。通知系统它不再 处于激活状态。

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周期性注册

移动台在有规律的间隔内进行登记注册。

周期性注册的好处不仅能保证系统及时掌握移动台的
状态,而且当移动台的关机注册没有成功时,系统还 会自动删除该移动台的注册。

注册周期具有一折衷值,能使寻呼信道和接入信道的
负荷比较平衡。

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基于距离注册

?移动台如果与当前的基站和上次注册的基站之间的距离

超过了门限值,移动台要进行注册。
?移动台根据两个基站的纬度和经度之差来计算它已经移

动的距离,移动台要存储最后进行注册的基站的纬度、经 度,从而确定它自己已经移动的距离。如果该距离超过了 门限值,移动台就进行登记注册。

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基于区域注册

当移动台进入一个新的区域时将会进行登记注册。这些区域是 已知系统和网络内的基站群组,可以通过系统参数消息中的 REG-ZONE字段对基站区域分配进行识别。基于区域的登记注 册使得移动台无论什么时候进入一个新的,在内部存储的被访 问过登记区域列表内所没有的区域时,都能够进行登记。当发 生登记时,该区域会增加到列表中,在定时器终止之后在列表 中删除该区域。系统接入之后,在每一个区域启动定时器,只 有当前服务的区域除外。

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基于区域注册

CDMA蜂窝通信系统划分为“系统”、“网络”和“区域”三个层次。 “网络”是“系统”的子集,“区域”是“系统”和“网络”的组成 部分(由一组基站组成),系统用“系统标志”(SID)区分,网络用 “网络标志”(NID)区分,区域用“区域号”区分。

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基于区域注册
1、区域表格:

基站和移动台都保存一张供移动台注册用的“区域表格”。当移
动台进入一个新区,区域表格中没有对它的登记注册,则移动台 进行以区域为基础的注册。注册的内容包括区域号与系统/网络

标志(SID,NID)。
每次注册成功,基站和移动台都要更新其存储的区域表格。移动 台为区域表格的每一次注册都提供一个计时器,一旦发现区域表

格中注册的数目超过了允许保存的数目,可根据定时器的值把最
早的(即寿命最长的)注册删掉,保证剩下的注册数目不超过允许 的数目。允许移动台注册的最大数目由基站控制,移动台在其区 域表格中至少能进行7次注册。

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基于区域注册
2、系统/网络表格:
目的:实现系统之间和网络之间漫游;移动台可在这种表格中存储4次 注册。每次注册都包括系统/网络标志(SID,NID)。这种注册有两种类 型: 一是原籍注册; 二是访问注册。 如果要存储的标志(SID,NID)和原籍的标志(SID,NID)不符,则说明 移动台是漫游者。漫游有两种形式:其一是要注册的标志(SID,NID )中 和原籍标志(SID,NID)中的SID相同,则移动台是网络之间的漫游者(或 称外来NID漫游者);其二是要注册的标志(SID,NID)中和原籍标志(SID, NID)中的SID不同,则移动台是系统之间的漫游者(或称外来SID漫游者)。

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参数变化注册

当移动台修改其存储的某些参数时,要进行注册。 如:首选的时隙周期指数、呼叫终止激活指示符

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指令注册

当基站要求移动台进行登记注册时,基站发送请求指令,

移动台就会进行登记注册。

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隐含注册

当移动台成功地发送出一启动信息或寻呼应答信息时 ,基站能借此判断出移动台的位置,不涉及二者之间的 任何注册信息的交换,这叫做隐含注册。

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业务信道注册

只要基站分配了业务信道给移动台,就有了移动台的登

记消息,基站就会通知移动台它己被注册。

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5.5 CDMA系统的移动性管理

位置更新 越区切换 鉴权加密

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切 换

?任何一种蜂窝网都是采用小区制方式,小区中常常分为若

干个扇区(如3个或6个),因此移动台从一个扇区到另一个扇 区,或从一个小区到另一个小区,甚至从一个业务区到另一

个业务区,都需要进行过区切换,或者统称为过境切换。
CDMA系统的过境切换与FDMA或TDMA系统的过境切换 是不同的。

越区切换的分类

硬切换 软切换

更软切换
软软切换

硬切换

?先断开原有的连接,再建立与新的连接。可能存在掉

话。GSM系统就是采用的这种硬切换的方式,经统计 表明,GSM系统中90%的掉话都是越区切换引起的。
?CDMA系 统 也 存 在 硬 切 换 , 常 见 的 硬 切 换 有 : 不 同

CDMA系统之间的切换;不同载频之间的切换。

软切换

? 移动台从一个小区进入相同载频的另外一个小区时采用的过境

切换。此时移动台与不同小区或三个扇区保持通信,开始与新 的基站通信时不立即中断它和原来基站通信。

软切换

?软切换又分同一BSC内的软切换和不同BSC内的软切换。 ?对于同一BSC内的软切换反向的两路信号由BSC进行帧选择,

前向信号由BSC进行帧复制;
?对于不同BSC内的软切换反向的两路信号由始呼BSC进行帧选

择,前向信号由始呼BSC进行帧复制,要求两个BSC之间要有连 接。

更软切换

?更软切换是指同一BTS下,不同

小区(扇区)之间的软切换。更软

切换进行时基站处理占一个用户的
处理能力;基站发射时占两路用户 资源,即占用两路Walsh码;基站 接收时,多路信号运算成一路信号 后,传给BSC。

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软软切换

?移动台从一个小区的两个扇区进

入相同载频的另外一个小区的扇
区采用的过境切换。这种类型的 切换网络资源包括小区A和B之间

的双方软切换资源加上小区B内
的更软切换资源。

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软切换的优势
1、提高切换的可靠性。在硬切换中,如果找不到空闲信道或
切换指令的传输发生错误,则切换失败,通信中断。此外,当移 动台靠近两个小区的交界处需要切换的时候,两个小区的基站

在该处的信号电平都较弱而且有起伏变化,这会导致移动台在
两个基站之间反复要求切换(即“乒乓”现象),从而重复地往 返传送切换消息,使系统控制的负荷加重,或引起过载,并增加

中 断通信的可能性。

软切换的优势
2、软切换为实现分集接收提供了条件。当移动台处于两个(或三 个)小区的交界处进行软切换时,会有两个(或三个)基站同时向它发 送相同的信息,移动台采用RAKE接收机,进行分集合并,即起到了多 基站宏分集的作用,从而能提高正向业务信道的抗衰落性能,提高话 音质量。同样,在反向业务信道中,当移动台处于两个(或三个)小区 的交界处进行软切换时,会有两个(或三个)基站同时收到一个移动 台发出的信号,这些基站对所收信号进行解调并作质量估计,然后送 往移动交换中心(MSC)。这些来自不同基站而内容相同的信息由

MSC采用选择式合并方式,逐帧挑选

切换的发生

基站发出的导频信号在使用相同频率时,只由引导PN序 列的不同偏置来区分,每一可用导频要和与它同一CDMA信道 中的正向业务信道相配合才有效。当移动台检测到一个足够强 的导频而它未与任何一个正向业务信道相配合,它就向基站发 送一导频测量报告,于是基站就给移动台指定一正向业务信道 和该导频相对应,这样的导频称为激活导频或称有效导频。

切换的发生
同一CDMA信道的导频分为如下4类: (1)激活组。激活组是指分配给移动台的正向业务信道相结合的

导频。
(2)候选组。候选组是指未列入激活组,但具有足够的强度的导 频,它与正向业务信道结合能成功地被解调。 (3)邻近组。邻近组是指未列入激活组和候选组,但可作为切换 的备用导频。

(4)剩余组。剩余组是指未列入上述3组的导频。

切换的发生

切换的发生
(1)导频强度超过门限(上),移动台向基站发送一导频强度测量消

息.并把导频转换到候选组;
(2)基站向移动台发送一切换引导消息; (3)移动台把导频转换到激活组,并向基站发送一切换完成消息; (4)导频强度降低到门限(下)之下,移动台启动一“切换下降计时器”; (5)切换下降计时器终止,移动台向基站发送一导频测量消息; (6)基站向移动台发送一切换消息; (7)移动台把导频从激活组转移到邻近组,并向基站发送一切换完成 消息:

5.5 CDMA系统的移动性管理

位置更新 越区切换 鉴权加密

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鉴 权

?鉴权(认证)技术的目的:

通过交换移动台和基站及网络端的信息,以确认移动台的 合理身份;通过鉴权保证数据用户的完整性,防止错误数据的 插入和防止正确数据被篡改。

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IS-95中的两个鉴权过程

全局查询鉴权:包括注册鉴权、发起呼叫鉴权、寻呼响应鉴权。 惟一查询鉴权:在上、下行业务信道或寻呼信道上启动,基站在 下列情况下启动该过程:注册鉴权失败、发起呼叫鉴权失败、寻 呼响应鉴权失败或信道指配后的任何时候。

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鉴权的基本原理

鉴权基本原理是要在通信双方都产生一组鉴权认证参数,这组数 据必须满足下列特性: 通信双方、移动台与网络端均能独立产生这组鉴权认证数据; 必须具有被认证的移动台用户的特征信息;

具有很强的保密性能,不易被窃取,不易被复制;
具有更新的功能; 产生方法应具有通用性和可操作性,以保证认证双方和不同认 证场合产生规律的一致性。

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鉴权技术的原理图

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鉴权过程中的关键技术

SSD的产生 鉴权认证算法 SSD的更新

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SSD的产生

SSD是存储在移动台用户识别UIM卡中128bit的共享保密数据

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鉴权过程中的关键技术

SSD的产生 鉴权认证算法 SSD的更新

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鉴权认证算法
鉴权核心算法包含以下两步:①通过上述5组参数,利用单向函数,
产生鉴权所需的候选数据组;②从鉴权认证的候选数据组中摘要 抽取18bit(位)正式鉴权认证数据AUTHBS,供鉴权认证用。

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鉴权过程中的关键技术

SSD的产生 鉴权认证算法 SSD的更新

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SSD的更新

为了使鉴权认证数据AUTHBS具有不断随用户变化的 特性,要求共享保密数据应具有不断更新的功能。

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SSD的更新

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加 密

?加密技术的目的:

防止非法用户从信道中窃取合法用户正在传送的信息,它包 括:语音加密、数据加密、信令加密。

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IS—95系统的加密就业务而言分为三类:

信令加密 话音加密 数据加密

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信令加密

为了加强鉴权过程和保护用户的敏感信息,一种有效的方法是 对所选业务信道中信令消息的某些字段进行加密。信令消息加 密是由每个呼叫在信道指配时通过加密消息中信令加密字段的 值来设定呼叫的初始加密模式。一般来讲,00为不加密,0l为 加密消息。IS—95既没有讨论也没有列出要加密的消息和字段 ,其原因是加密算法的使用完全受控于美国国际交易和武器规 则ITAR的出口管理规则。

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话音加密

在IS—95系统中,语音保密是通过m=242-1的伪码序列进行掩 码来实现的。

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数据加密

指对信源消息的加密,不同于语音信息对信道传送扩频信号的加 密。实现它主要采用两种方式:外部加密方式和内部加密方式。

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IS—95系统就加密模式而言分为两类:

信源消息加密

信道输入信号加密

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信源消息加密

加密对象是未调制与扩频基带信号,则称为信源消息加密。分为: 1)外部加密方式:先加密,后信道编码方案; 2)内部加密方式:先信道编码,后加密方案。 上述两种加密方式均属于序列(流)加密方式,可以用伪码序列的非线 性组合(滤波)方式来产生密钥序列。

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信源消息加密

外部加密框图

内部加密框图

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信道输入信号加密

对输入信道的信号进行扩频掩盖加密,以达到保密传送信息数
据的目的。在IS—95系统中,语音加密采用这类方式。具体实现 时,先对信道编码交织后的语音/数据消息进行以掩盖为目的的

扰码,然后进行walsh码扩频。由于采用了伪随机信号扩频,若
不知长码掩码和扩频码的有关参数,即使窃获信号也无法解扩、 解调,故能达到加密的目的。

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第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述 5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述

5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理
5.7 CDMA系统的功率控制

5.8 CDMA的业务

功率控制的目的

?CDMA系统是一种自干扰系统,由于所有的移动台在相

同的频段传送信号,系统内产生的内在干扰在决定系统容
量和话音质量方面起到了关键作用,因此必须对来自每个 移动台的发射功率进行控制,从而限制干扰。然而功率电

平值必须足够使话音质量达到比较满意的程度。
?CDMA系统的功率控制的最基本原则是:在满足系统规

定的信噪比的前提下,尽可能降低发射功率,以降低相互 之间的干扰,从而提高系统容量。

功率控制的分类

从通信的正向、反向链路角度来考虑,可分为反 向功率控制和正向功率控制; 从实现功控的方式则可划分为集中式功率控制和 分布式功率控制; 从功率控制环路的类型来划分,又可分为开环功 控、闭环功控。

反向功率控制

什么是反向功率控制 反向功率控制的目的 反向开环功率控制 反向闭环功率控制

什么是反向功率控制
CDMA系统的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。若 基站接收到移动台的信号功率太低,则误比特率太大而无法保证高质 量的通信;反之,若基站接收到的某一移动台的功率太高,虽然保证了 该移动台与基站间的通信质量,却对其他移动台增加了干扰,导致整个 系统质量恶化和容量减小。只有当每个移动台的发射功率控制到基 站所需信噪比的最小值,通信系统的容量才能达到最大值。 反向功控是指反向链路的功率控制,是分布式的功控。反向功控用来 控制各移动台的发射功率的大小,使基站接收到的所有移动台发射到

基站的信号功率或SIR(信干比)基本相等

反向功率控制的目的

反向功控使各用户之间相互干扰最小,并能达到克服
“远近效应”的目的。 反向功控使系统达到最大容量,这是由于CDMA为干 扰受限系统,干扰小,容量就大。 反向功控可使每个移动台发射功率最合理,以节省能 量,延长移动台电池使用寿命。

反向开环功率控制

反向链路开环功率控制是移动台的基本功能。它的

前提条件是假设正向和反向传输损耗相同,移动台接
收并测量基站发来的信号强度,并估计正向传输损耗, 然后根据这种估计,移动台自行调整其发射功率,即接

收信号增强,就降低其发射功率;接收信号减弱,就增
加其发射功率。每个移动台使用同样的过程,使所有 到达基站的功率相等,其响应时间仅为几微秒,动态范
围是-32dB~+32dB。

反向开环功率控制

反向开环功率控制

其优点在于简单易行,不需要在移动台和基站之间交换控制信

息,因而不仅控制速度快而且节省开销。它对付慢衰落是比较
有效的。 但对于信号因多径效应而引起的瑞利衰落,效果不佳。由于IS-

95标准所规定的蜂窝系统是一个频分双工系统,收发频率相差
45MHz,已远远超过信道的相干带宽,因而正向或反向无线链 路的多径衰落是彼此独立的,或者说是不相干的。不能认为移

动台在正向信道上测得的衰落特性,就等于反向信道上的衰落
特性。为了解决这个问题,可采用闭环功率控制方法。

反向闭环功率控制

反向闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速作 出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。 反向闭环功率控制是指移动台根据基站台发送的功率控制指令(功率 控制比特携带的信息)来调节移动台的发射功率的过程。在功率控制 的闭环调节中,基站起主导作用。

反向闭环功率控制

功率控制比持。基站的功率控制指令是由功率控制比特传送的。 功率控制比持为“0”时,表示要增加发射功率;当功率控制比 特为“1”时,表示要减小发射功率。 闭环功率控制调节能力。移动台功率控制的闭环校正能力为每

一功率控制比特的功率校正为0. 3dB,并应在500 ? s内完成。
移动台闭环功率控制调节范围为开环估计输出功率电平的土 24dB。

前向功率控制

什么是前向功率控制

为什要进行前向功控

前向功率控制的好处

什么是前向功率控制

指基站根据接收的每个移动台传送的信号质量信息来调节基站
业务信道发射功率的过程。其目的是使所有移动台在保证通信 质量的条件下,基站台的发射功率为最小。 因为前向链路功率控制将影响众多的移动用户的通信,所以每 次的功率调节量很小,仅为0.5dB。调节的动态范围也有限, 为标称功率的+6dB。调节速率也较低,为每次15—20ms。

为什要进行前向功控

是如果基站采用同步CDMA,且选用完全正交扩频码,理
想情况下,基站发射给每个移动台的扩频信号完全正交, 则移动台间的干扰就不存在。因此在单小区同步码分时 ,因而正向功控可以不予考虑,但是在实际的时变多径衰 落中,理想同步是达不到的,特别是多小区情况下,正向功 率控制是必要的。

前向功率控制的好处

避免向距离近的移动台发射过大的信号功率 防止或减少由于移动台进入传播条件恶劣或背景干扰过强的 地区而发生误码率增大或通信质量下降的现象。

第五章

CDMA移动通信系统
5.1 CDMA系统概述 5.2 码分多址的基本原理及实现

5.3 IS-95CDMA信道
5.4 CDMA网络主要使用的识别号码

5.5 CDMA系统的移动性管理
5.6 CDMA系统呼叫处理

5.7 CDMA系统的功率控制
5.8 CDMA的业务

电信业务

1.语音业务 2.短消息业务 3.WAP业务

补充业务

?1.补充业务的种类 ?2.补充业务的操作 ?(1)操作的定义 ?(2)用户的操作

其他业务

?1.WIN(无线智能网)业务 ?2.增值业务 ?3.IP电话业务


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