1、12.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)12.2 碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng)12.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)第 12 章典型通信系統(tǒng)介紹返回主目錄第1頁，共141頁。第 12 章 典型通信系統(tǒng)介紹 12.1 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 移動通信系統(tǒng)出現(xiàn)在半個世紀以前，80年代以后得到了迅速發(fā)展。數(shù)字程控交換技術(shù)的采用，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）的開發(fā)成功，智能網(wǎng)研究的新進展，為實現(xiàn)個人通信打下了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。特別是隨著蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的完善和大容量系統(tǒng)的出現(xiàn)，移動通信已經(jīng)成為發(fā)展速度最快、最受歡迎、 最靈活方便的通信技術(shù)之一。 第2頁，共141頁。 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小

2、區(qū)，移動用戶可以從一個小區(qū)運動到另一個小區(qū)，依靠終端對基站的跟蹤，從而使通信不中斷。 移動用戶還可以從一個城市漫游到另一個城市，甚至到另一個國家與原注冊地的用戶終端通話。 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成原理如圖 12 - 1 所示，主要由三部分組成：控制交換中心、若干基地臺和諸多移動終端，通過控制交換中心進入公用有線電話網(wǎng)，從而實現(xiàn)移動電話與固定電話、移動電話與移動電話之間的通信。從基站到移動臺的傳輸方向稱為下行鏈路(或前向鏈路)，從移動臺到基站的傳輸方向稱為上行鏈路(或反向鏈路)。 目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動通信系統(tǒng)，采用窄帶時分多址(TDMA)和窄帶碼分多址(CDMA)數(shù)字接入技術(shù)，已形成的國

3、家和地區(qū)標準有歐洲的GSM系統(tǒng)、美國的IS-54系統(tǒng)和IS-95系統(tǒng)、日本的PDC系統(tǒng)。我國主要采用歐洲的GSM系統(tǒng)。 第3頁，共141頁。圖 12 1 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)組成原理圖第4頁，共141頁。 12.1.1GSM系統(tǒng)的主要性能和特點 GSM系統(tǒng)的主要性能如下所述。 1. 工作頻率 GSM900系統(tǒng)：上行鏈路頻率890915MHz，下行鏈路頻率935960 MHz，雙工間隔為45 MHz，工作帶寬為25 MHz， 載頻間隔200 kHz。GSM1800系統(tǒng)：上行鏈路頻率17101785 MHz，下行鏈路頻率18051880 MHz， 雙工間隔為95 MHz， 工作帶寬為75 MHz，

4、 載頻間隔為200 kHz；EGSM900系統(tǒng)： 上行鏈路頻率880915 MHz， 下行鏈路頻率925960 MHz。 EGSM900比GSM900在上/下行頻段向下擴展了10 MHz工作帶寬，以解決目前GSM900系統(tǒng)頻道擁擠問題。 第5頁，共141頁。 2. 發(fā)射類別 271kF7W，即8個基本物理信道采用時分多址(TDMA)方式和高斯濾波最小移頻鍵控(GMSK，BT=0.3)調(diào)制，每載波信息速率為270.833 kb/s。 3. 小區(qū)結(jié)構(gòu)和頻率再用 農(nóng)村地區(qū)可采用宏小區(qū)，小區(qū)半徑可達35 km；城市地區(qū)的小區(qū)半徑為1020 km；市中心等業(yè)務(wù)量密集地區(qū)可采用微小區(qū)，半徑0.5 km左右

5、。地域覆蓋模式為9小區(qū)的區(qū)群， 同頻保護比為 =9 dB。 第6頁，共141頁。 4. 業(yè)務(wù)信道 語音編碼器的基本速率為13.0 kb/s，加糾錯保護后的總速率為22.8 kb/s； 透明數(shù)據(jù)速率2.4 kb/s、4.8 kb/s和9.6 kb/s；非透明數(shù)據(jù)基本速率12.0 kb/s。 5. 小區(qū)選擇 由移動臺進行小區(qū)選擇，小區(qū)選擇的條件是以路徑損耗測量結(jié)果為依據(jù)。 如果傳輸質(zhì)量不滿足指標要求或者不能對基站發(fā)射的尋呼塊進行譯碼或者不能接入上行線路，則移動臺就開始重新選擇小區(qū)。 GSM系統(tǒng)具有下列主要特點： 第7頁，共141頁。 (1) GSM系統(tǒng)是由幾個分系統(tǒng)組成的， 并且可與各種公用通信網(wǎng)

6、(PSTN、 ISDN、 PDN等)互連互通。 各分系統(tǒng)之間或各分系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細定義了標準化接口規(guī)范，保證任何廠商提供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)都能互連； (2) GSM系統(tǒng)能提供國際間的自動漫游功能，所有GSM移動用戶都可進入GSM系統(tǒng)而與國別無關(guān)； (3) GSM系統(tǒng)除了可以提供話音業(yè)務(wù)外， 還可以提供各種數(shù)字業(yè)務(wù)； (4) GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能， 能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全； (5) GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)， 頻率重復(fù)利用率高， 業(yè)務(wù)承擔(dān)能力強，保證在話音和數(shù)據(jù)通信兩個方面都能滿足用戶對大容量、 高密度業(yè)務(wù)的要求； (6) GSM系統(tǒng)抗干擾能力強， 覆蓋

7、區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高等。 第8頁，共141頁。 12.1.2GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能 GSM系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖12 - 2所示，主要由三個相關(guān)的子系統(tǒng)組成，它們是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS) 、操作支持子系統(tǒng)(OSS)和基站子系統(tǒng)(BSS)。移動臺(MS)也是一個子系統(tǒng)，但通常被認為是基站子系統(tǒng)的一部分。這些子系統(tǒng)通過一定的網(wǎng)絡(luò)接口互相連接，并與用戶相連。 基站子系統(tǒng)也叫無線子系統(tǒng)，提供并管理著移動臺和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)之間的無線傳輸通道，同時也管理著移動臺與所有其他GSM子系統(tǒng)的無線接口。基站子系統(tǒng)不直接與公用通信網(wǎng)互通。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)管理著系統(tǒng)的交換功能，保證移動臺與相關(guān)的公用通信網(wǎng)或與其他移動臺之間建立通信。網(wǎng)

8、絡(luò)子系統(tǒng)不直接與移動臺互通。操作支持子系統(tǒng)提供給運營部門一種手段來控制和維護系統(tǒng)的正常運行。 第9頁，共141頁。圖 12 2 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第10頁，共141頁。 1. 基站子系統(tǒng)(BSS) 基站子系統(tǒng)由多個基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成?；究刂破魇腔咀酉到y(tǒng)的控制部分，承擔(dān)各種接口的管理、無線資源的管理和無線參數(shù)的管理。基站收發(fā)信臺是基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器控制，完成基站控制器與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)基站收發(fā)信臺與移動臺之間通過空中接口的無線傳輸和相關(guān)的控制。 基站子系統(tǒng)是GSM系統(tǒng)中最基本的組成部分，它通過無線空中接口與移動臺連接，負責(zé)無線發(fā)送、接收和無線

9、資源管理。另一方面，通過A接口，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中的移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)相連接，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶和固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)控制信息和用戶信息等。 第11頁，共141頁。 移動臺屬于基站子系統(tǒng)的一部分，它是GSM系統(tǒng)中用戶使用的設(shè)備，包括：手持臺、 便攜臺和車載臺。移動臺通過無線空中接口與基站收發(fā)信臺連接。移動臺另外一個重要組成部分是用戶識別卡(SIM)。SIM卡是一種存儲裝置， 可存儲用戶識別卡，為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)、地區(qū)、 專用鍵， 以及其他特定用戶信息等。沒有SIM裝置，GSM移動臺不會工作。 正是SIM使GSM用戶能識別自己的身份。 2. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(N

10、SS) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、訪問用戶位置寄存器(VLR)、 歸屬用戶位置寄存器(HLR)、移動設(shè)備識別寄存器(EIR)和鑒權(quán)中心(AUC)等組成。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)通過GSM規(guī)范的7號信令實現(xiàn)內(nèi)部各功能塊及與基站子系統(tǒng)的連接，承擔(dān)GSM系統(tǒng)的交換功能和提供對用戶管理和數(shù)據(jù)庫。 第12頁，共141頁。 移動業(yè)務(wù)交換中心是網(wǎng)絡(luò)的核心(MSC)， 它提供基站子系統(tǒng)、歸屬用戶位置寄存器、移動設(shè)備識別寄存器、鑒權(quán)中心、 操作維護中心(OMC)、面向固定網(wǎng)絡(luò)的接口等的交換。把移動用戶之間或移動用戶和固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間相互連接起來。 MSC為移動用戶提供電信業(yè)務(wù)、 承載業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)，同時還支

11、持位置登記、越區(qū)切換、自動漫游等其他網(wǎng)絡(luò)功能。 訪問用戶位置寄存器(VLR)是為其控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶服務(wù)的。對其控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進行登記，并為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。訪問用戶位置寄存器是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，其從已登記移動用戶的歸屬用戶位置寄存器獲取或存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域， 進入到另一個VLR的控制區(qū)域，則移動用戶在新的VLR進行登記，而原VLR將刪除該移動用戶數(shù)據(jù)。 第13頁，共141頁。 歸屬用戶位置寄存器(HLR)是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫， 存儲該HLR控制區(qū)域內(nèi)所有移動用戶的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括： 移動用戶識別號碼、用戶類型、訪問能力、補充業(yè)

12、務(wù)等。另外，HLR還存儲移動用戶實際漫游所在MSC區(qū)域的有關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)。 鑒權(quán)中心(AUC)是歸屬用戶位置寄存器的一個功能單元， 它存儲著用戶鑒權(quán)信息和加密密鑰，保證移動用戶通信安全， 防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)。 移動設(shè)備識別寄存器(EIR)存儲每個移動用戶的國際移動用戶識別號碼(IMSI), 通過白色清單、黑色清單或灰色清單這三種表格， 確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各移動用戶的惟一性和安全性。 IMSI由移動國家碼、移動網(wǎng)號和移動用戶識別號三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖12 - 3所示。 第14頁，共141頁。圖 12- 3 IMSI結(jié)構(gòu)第15頁，共141頁。 移動國家碼(MCC)由三位數(shù)字組成，惟一地識別移動用戶所屬的國

13、家；移動網(wǎng)號(MNC)最多由兩位數(shù)字組成， 用來識別移動用戶歸屬的GSM移動通信網(wǎng)；移動用戶識別號(MSIN)惟一地識別某個GSM網(wǎng)中的移動用戶。IMSI總長度不超過15位十進制數(shù)，MNC和MSIN合起來構(gòu)成國內(nèi)移動用戶標識。 3. 操作支持子系統(tǒng)(OSS) 操作支持子系統(tǒng)是管理和服務(wù)中心，主要包括：網(wǎng)絡(luò)管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEMC)、用戶識別卡管理的個人化中心(PCS)、計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)(DPPS)等。其主要實現(xiàn)對移動用戶管理、移動設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作和維護等功能。 GSM系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間通過相應(yīng)的接口來連接， 其原理如圖12 - 4所示。主要接口包括：Um接口(無線空

14、中接口)、Abis接口和A接口。這三種主要接口的標準化能保證不同廠商生產(chǎn)的GSM設(shè)備和系統(tǒng)互連。 第16頁，共141頁。圖 12- 4 GSM系統(tǒng)中的各類接口第17頁，共141頁。 連接移動臺和基站收發(fā)信臺之間的接口稱為Um接口，它用于移動臺和基站子系統(tǒng)之間的互通，其傳遞的信息有：無限資源管理、移動性管理和接續(xù)管理。連接基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器(BSC)之間的接口稱為Abis接口，它是通過標準的64 kb/s或2.048 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)BTS與BSC之間的互連的。 此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。連接基站控制器和移動業(yè)

15、務(wù)交換中心(MSC)之間的接口稱為A接口，它是通過標準的2.048 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)BSC與MSC之間的連接的。此接口傳遞的信息有：移動臺管理、基站管理、 移動性管理和接續(xù)管理。 第18頁，共141頁。 12.1.3GSM的信道類型 GSM邏輯信道可以分為業(yè)務(wù)信道（TCH）和控制信道（CCH）。業(yè)務(wù)信道攜帶的是用戶的數(shù)字化語音或數(shù)據(jù)，無論是上行還是下行鏈路都有同樣的功能和格式。控制信道在移動站和基站之間傳輸信令和同步信息，在上下行鏈路之間有著不同的信道。 在GSM中有6種類型的業(yè)務(wù)信道和很多類型的控制信道。 1. GSM中的業(yè)務(wù)信道（TCH） GSM的業(yè)務(wù)信道攜帶用戶數(shù)字化語

16、音或數(shù)據(jù)信息， 可分為全速率或半速率兩種類型。全速率傳送時，用戶數(shù)據(jù)在一個時隙(TS)中傳送。而半速率傳輸時，用戶數(shù)據(jù)映射到同一時隙上，但是采用隔幀傳送的方式，因此兩個半速率的用戶可以共享同一個時隙，但是每隔一幀交替發(fā)送。 第19頁，共141頁。 在GSM標準中， TCH數(shù)據(jù)不會在作為廣播信道的頻點的TDMA幀的TS0上傳播。 此外， TCH復(fù)幀（包含26幀）在第13和第26幀中會插入慢速輔助控制信道(SACCH)數(shù)據(jù)或空閑幀(IDLE)。如果第26幀中包含IDLE數(shù)據(jù)位，則為全速率TCH， 如果包含SACCH數(shù)據(jù)則為半速率的TCH。業(yè)務(wù)信道復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖 12 - 5 所示。 全速率語音信道(

17、TCH/FS)包含13 kb/s的語音編碼數(shù)據(jù)， 信道速率為22.8 kb/s； 全速率9600 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/F9.6)包含9600 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為22.8 kb/s； 全速率4800 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/F4.8)包含4800 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為22.8 kb/s； 第20頁，共141頁。圖 12 5 業(yè)務(wù)信道復(fù)幀結(jié)構(gòu)第21頁，共141頁。 全速率4800 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/F4.8)包含4800 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為22.8 kb/s； 全速率2400 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/F2.4)包含2400 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為

18、22.8 kb/s； 半速率語音信道(TCH/HS)包含6.5 kb/s的語音編碼數(shù)據(jù), 信道速率為11.4 kb/s； 半速率4800 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/H4.8)包含4800 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為 11.4kb/s； 半速率2400 b/s數(shù)據(jù)信道(TCH/H2.4)包含2400 b/s的用戶數(shù)據(jù), 信道速率為11.4 kb/s。第22頁，共141頁。 2. GSM中的控制信道（CCH） GSM中有三種主要的控制信道：廣播信道(Broadcast Channel-BCH)、公共控制信道(Common Control Channel-CCCH)、 專用控制信道(Dedicat

19、ed Control Channel-DCCH)。 在GSM中， 每個控制信道由幾個時分邏輯信道組成。BCH和CCCH的前向控制信道分配在指定頻點的專用時隙中，它們一般只在51幀（控制信道復(fù)幀）的指定幀的TS0中發(fā)送，這個頻點我們稱之為廣播信道。其他7個時隙TS1到TS7可用來支持7個全速率的用戶。 在廣播信道中，第51幀不包含BCH/CCCH前向鏈路數(shù)據(jù)， 是一個空閑幀。在反向鏈路上，CCCH可以接受從移動臺傳來的包含TS0中的任何一幀中的信息。 DCCH可以在每一幀的每一個時隙上傳輸?？刂菩诺缽?fù)幀結(jié)構(gòu)如圖 12 - 6 所示。 第23頁，共141頁。圖 12 6 控制信道復(fù)幀結(jié)構(gòu)第24頁，

20、共141頁。 1) 廣播信道(BCH) 廣播信道在一個小區(qū)的指定頻點的前向鏈路發(fā)送的特定幀的TS0中傳播。與TCH不同，BCH僅使用前向鏈路。BCH不但給小區(qū)內(nèi)的移動用戶提供同步信息， 同時也被鄰接小區(qū)的移動用戶監(jiān)測。所以接收電平和MAHO（Mobile Asistant Hand Over）判決可以來自小區(qū)外用戶。BCH在51TDMA幀序列的不同幀的TS0中分為3種信道： (1) 廣播控制信道（BCCH：Broadcast Control Channel）， 該信道廣播BTS的一般信息，如小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)的特征、小區(qū)內(nèi)其他可用的信道等等。在51幀控制復(fù)幀的第2幀到第5幀包含BCCH數(shù)據(jù)。 第25頁

21、，共141頁。 (2) 頻率校正信道（FCCH: Frequency Correction Channel），該信道用于移動臺的頻率與基站的頻率同步。占用51幀控制復(fù)幀的第0幀，每隔10幀重復(fù)一次。 (3) 同步信道（SCH： Synchronization Channel）， 在51幀控制復(fù)幀的FCCH幀后就緊接著有一幀SCH，每隔10幀重復(fù)一次。載有移動臺幀同步和基站收發(fā)信機識別、BSIC碼、 時間提前量等信息。 2) 公共控制信道（CCCH-Common Control Channel）公共控制信道為網(wǎng)絡(luò)中移動臺所共用，可分為三種類型信道 (1) 尋呼信道（PCH），PCH是一個前向信道

22、，用于基站尋呼移動臺，通知移動臺有來自PSTN的呼叫。同時PCH在隨機接入信道(RACH)上傳送目標用戶的IMSI，并要求移動臺在RACH上提供認證信息，短消息也在PCH上發(fā)送。 第26頁，共141頁。 (2) 隨機接入信道（RACH），RACH是一個反向信道， 用于移動臺對PCH的回應(yīng)，或隨機提出入網(wǎng)申請，即請求分配獨立專用控制信道(SDCCH)。 (3) 接入認可信道（AGCH），AGCH是一個反向信道， 用于基站對移動臺的隨機接入請求作出應(yīng)答，即給移動臺分配一個SDCCH或直接分配一個TCH。 3) 專用控制信道（DCCH-Dedicated Control Channel）GSM中有三

23、種類型的專用控制信道，和TCH一樣，它們也是雙向傳送， 在上/下行鏈路中有相同的功能和格式，并可存在于除了BCH ARFCN的TS0之外的任何時隙中。這三種信道是：第27頁，共141頁。 (1) 獨立專用控制信道（SDCCH: Standalone Dedicated Control Channel），它攜帶分配TCH之前移動臺和基站連接的信令數(shù)據(jù)。SDCCH確保在BTS和MSC驗證移動臺并為它分配資源前移動臺和BTS的連接不中斷。 SDCCH可以看作為一個中間的暫時信道。SDCCH可有專門的物理信道，也可和BCH共用。 (2) 慢速輔助控制信道（SACCH： Slow Associated

24、Control Channel），用來傳送用戶信息期間的某些特定信息， 例如： 功率和幀調(diào)整控制信息、測量數(shù)據(jù)等。 (3) 快速輔助控制信道（FACCH：Fast Associated Control Channel）， 用來傳送用戶的緊急信息，攜帶的信息基本上與SDCCH相同。 當(dāng)沒有為移動用戶分配SDCCH，但需要處理緊急事務(wù)（如切換請求等）時，F(xiàn)ACCH通過業(yè)務(wù)信道“偷”幀來實現(xiàn)。 當(dāng)TCH中的兩個STEALING BIT被置位，則表明這個時隙中包含F(xiàn)ACCH， 而不是TCH。 第28頁，共141頁。 12.1.4GSM的幀結(jié)構(gòu) GSM900工作帶寬為25 MHz，每個載頻為200 kH

25、z， 因此可以獲得124個載頻頻道，考慮到第一個、最后一個作為保護頻道不用，因此GSM900共有122個載頻頻道可用。GSM1800有374個載頻頻道。EGSM在GSM900基礎(chǔ)上增加了50個頻道。 通常將頻道稱為信道，即每個信道帶寬為200 kHz。在上述三種系統(tǒng)中，為便于無線管理，對每一信道都有明確的信道編號，同時不同的系統(tǒng)，不同的頻率內(nèi)，信道是不同的，具體計算方法如下: GSM900系統(tǒng)上行信道: fu(n)=890+0.2n (MHz) 第29頁，共141頁。下行信道： fd(n)=fu(n)+45 (MHz) (12.1 - 2)式中, n為絕對射頻頻道(信道)，即ARFCN，其取值

26、范圍為1n124。 EGSM900系統(tǒng)上行信道：fu1(n)=890+0.2n (MHz), 0n124 (12.1 - 3) fu2(n)=890+0.2(n-1024) (MHz), 975n1023下行信道：fd(n)=fu(n)+45 (MHz), 0n124 (12.1 - 5)GSM1800系統(tǒng)上行信道：fu(n)=1710.2+0.2(n-512) (MHz), 512n885 第30頁，共141頁。下行信道： fd(n)=fu(n)+95 (MHz), 512n885 由此可見，每個信道都對應(yīng)有一個ARFCN，也即不同的n只能應(yīng)用于屬于它的那個頻道。GSM系統(tǒng)中一個信道在時域和

27、頻域的平面結(jié)構(gòu)如圖 12 - 7 所示?？梢钥闯觯珿SM既是時分制又是頻分制的，即GSM系統(tǒng)空間接口采用FDMA與TDMA的混合方式，所以它的容量要比單純頻分或時分的無線通信系統(tǒng)容量更大。從頻域角度來看，在系統(tǒng)頻段內(nèi)，每200 kHz設(shè)置時隙的中心頻率，即GSM規(guī)范中的射頻信道。第31頁，共141頁。圖 12 7 信道在時域和頻域的平面結(jié)構(gòu)第32頁，共141頁。 從時域的角度來看，間隙在頻域上循環(huán)發(fā)生，每次占15/26 ms (約576.92 s)，稱之為突發(fā)脈沖序列周期BP(Burst Period)， 這些間隙的時間間隔稱之為時隙(Time Slot)，每個時隙包括156.25個比特信息。

28、GSM系統(tǒng)每8個時隙為一個周期，即每個載波有8個物理信道。 在GSM系統(tǒng)中， 每一個移動用戶在分配給它的時隙內(nèi)以突發(fā)方式傳輸數(shù)據(jù)。 根據(jù)GSM規(guī)定， 數(shù)據(jù)突發(fā)序列共有五種格式， 如圖12 - 8所示。 第33頁，共141頁。圖 12 8 GSM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)突發(fā)格式第34頁，共141頁。 正常突發(fā)序列用于前向和反向鏈路的業(yè)務(wù)信道(TCH)和專用控制信道(DCCH)的傳輸。頻率校正信道(FCCH)突發(fā)序列用來廣播前向鏈路上的頻率控制信息，允許移動用戶將內(nèi)部頻率標準和基站的精確頻率進行同步。同步信道(SCH)突發(fā)序列用來廣播前向鏈路上的定時信息，調(diào)整移動用戶的定時，使得基站接收到的信號與基站時鐘同步。

29、 隨機接入信道(RACH)突發(fā)序列在反向鏈路為移動用戶傳輸基站服務(wù)信息。偽突發(fā)序列用作前向鏈路上未使用時隙的填充信息。 正常突發(fā)序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖 12 - 9 所示， 由時隙(Time Slot)、幀(Frame)、復(fù)幀、超幀(Super Frame)和超高幀分層構(gòu)成。 第35頁，共141頁。圖 12 9 GSM幀結(jié)構(gòu) 第36頁，共141頁。 一個時隙為15/26 ms(約576.92 s)， 包含156.25個比特， 傳輸速率為270.833kb/s。在每個時隙的156.25個比特中，有114比特為信息承載比特，它們位于接近突發(fā)序列始端和末端的兩個57比特序列。中間段由26比特的訓(xùn)練序列構(gòu)

30、成。 這些序列允許移動臺或基站接收器的自適應(yīng)均衡器在對用戶數(shù)據(jù)解碼之前先分析無線信道特征。在中間段的兩端都有stealing 幀標志的控制比特。這兩個標志用來區(qū)分在同一物理信道上時隙中包含的是話音(TCH)數(shù)據(jù)還是控制(FACCH)數(shù)據(jù)。最后8.25比特是保護時間比特。在一幀中，每個GSM用戶單元用一個時隙來發(fā)送，一個時隙來接收，并且可能用6個空閑時隙來檢測自己及相鄰5個基站的信號強度。 第37頁，共141頁。 每個TDMA幀包含8個時隙， 共占:80.576924.615 ms一幀包括：8156.25=1250 bits其中一些比特未用到。 幀速率為 =216.66 幀/秒即每秒216.66

31、幀。 其中第13或第26幀用于傳送控制信息。 多個TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀， GSM中有兩種復(fù)幀： 第一種是26幀的復(fù)幀，包含26個TDMA幀， 時間間隔為120 ms， 用于業(yè)務(wù)信道(TCH)、快速輔助控制信道(FACCH)和慢速輔助控制信道(SACCH)第38頁，共141頁。 第二種是51幀的復(fù)幀，包含51個TDMA幀， 時間間隔為235 ms， 用于廣播控制信道(BCCH) 、公共控制信道(CCCH)和獨立專用控制信道(SDCCH)。 多個復(fù)幀構(gòu)成超幀，它由51個26幀的復(fù)幀或26個51幀的復(fù)幀組成，一個超幀包含1326個TDMA幀，共占6.12 s。 2048個超幀構(gòu)成超高幀，一個超高幀包含

32、2 715 648個TDMA幀，共占12 533.76 s(3小時28分53秒760毫秒)。 為了進一步理解業(yè)務(wù)信道和各種控制信道是如何工作的， 我們簡要說明GSM系統(tǒng)中移動臺發(fā)出呼叫建立通信的過程。 首先，移動用戶不斷監(jiān)測廣播信道(BCH)，與相近的基站取得同步。通過接收頻率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)、廣播控制信道(BCCH)的信息，將移動用戶鎖定到基站及適當(dāng)?shù)膹V播信道上。 第39頁，共141頁。 為了發(fā)出呼叫，用戶首先要撥號，并按壓GSM手機上的發(fā)射按鈕。移動臺用它鎖定的基站的絕對無線頻率信道(ARFCN)來發(fā)射隨機接入信道(RACH)數(shù)據(jù)突發(fā)序列。然后，基站以公共控制信道(

33、CCCH)上的接入認可信道(AGCH)信息來對移動臺作出響應(yīng)，公共控制信道為移動臺指定一個新的信道進行獨立專用控制信道(SDCCH)連接。正在監(jiān)測廣播信道中TS0的移動用戶，將從接入認可信道接收到它的絕對無線頻率信道和TS安排，并立即轉(zhuǎn)到新的絕對無線頻率信道和TS上，這一新的絕對無線頻率信道和TS分配就是獨立專用控制信道。一旦轉(zhuǎn)接到獨立專用控制信道， 移動用戶首先等待傳給它的慢速輔助控制信道(SACCH)幀(等待最大持續(xù)26幀或120 ms)，該幀告知移動臺要求的定時提前量和發(fā)射機功率。 第40頁，共141頁。 基站根據(jù)移動臺以前的隨機接入信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠決定出合適的定時提前量和功率級，并且

34、通過慢速輔助控制信道發(fā)送適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)供移動臺處理。在接收和處理完慢速輔助控制信道中的定時提前量信息后，移動用戶能夠發(fā)送正常話音業(yè)務(wù)所要求的突發(fā)序列信息。當(dāng)公用電話交換網(wǎng)(PSTN) 從撥號端連接到移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)，且MSC將話音路徑接入服務(wù)基站時，獨立專用控制信道檢查用戶的合法性及有效性，隨后在移動臺和基站之間發(fā)送信息。幾秒鐘后，基站經(jīng)由獨立專用控制信道告知移動臺重新轉(zhuǎn)向一個為業(yè)務(wù)信道(TCH)安排的絕對無線頻率信道和TS。一旦再次接到業(yè)務(wù)信道，語音信號就在前向和反向鏈路上傳送，呼叫建立成功，獨立專用控制信道被清空。 當(dāng)從PSTN發(fā)出呼叫時，其過程與上述過程類似。 第41頁，共141頁

35、。 12.1.5GSM系統(tǒng)研究新進展 GSM系統(tǒng)采用小區(qū)制，小區(qū)覆蓋半徑大多為125 km， 每個小區(qū)設(shè)有一個（或多個）基站，用以負責(zé)本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制等功能。若干個小區(qū)組成一個區(qū)群（蜂窩） 區(qū)群內(nèi)各個小區(qū)的基站可通過電纜、光纜或微波鏈路與移動交換中心（MSC）相連。 移動交換中心通過PCM電路與市話交換局相連接。由于覆蓋半徑較大，所以基站的發(fā)射功率較強，一般在10 W以上，天線也做得較高。 由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因，使得該區(qū)域的信號強度極弱，通信質(zhì)量嚴重低劣形成小區(qū)內(nèi)的“盲點”。 在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域，使得該區(qū)域空間業(yè)務(wù)負荷超重形成

36、小區(qū)內(nèi)的“熱點”。 針對以上兩“點”問題，便產(chǎn)生了微蜂窩小區(qū)技術(shù)。 第42頁，共141頁。 微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)。 它的覆蓋半徑大約為30300 m；發(fā)射功率較小，一般在1 W以下；基站天線比宏蜂窩小區(qū)天線低很多，一般高于地面510 m即可。無線電波傳播主要是沿著街道等的視線傳播。 微蜂窩最初被用來增大無線電覆蓋區(qū)域，消除宏蜂窩中的“盲點”。 同時由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個單元區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長， 且射頻干擾很小。 在宏蜂窩的“熱點”上設(shè)置微蜂窩小區(qū)， 可滿足該微小區(qū)域內(nèi)通信質(zhì)量與容量兩方面的要求微蜂窩小區(qū)

37、作為宏蜂窩小區(qū)的補充，一般用于宏蜂窩覆蓋不到的“盲點”區(qū)域， 如地下會議室、娛樂室、地鐵、隧道等和話務(wù)量比較集中的“熱點”區(qū)域，如購物中心、娛樂中心、商務(wù)中心、 會議中心、停車場等地。 第43頁，共141頁。 而在話務(wù)量很高的商業(yè)街道等區(qū)域可采用多層網(wǎng)形式進行連續(xù)覆蓋，即分級蜂窩結(jié)構(gòu)，使得整個通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多層次的結(jié)構(gòu)。相鄰微蜂窩的切換部回到所在的宏蜂窩上，宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成是宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò)，并作為移動用戶在兩個微蜂窩區(qū)間移動時的“安全網(wǎng)”，而大量的微蜂窩則構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò)。 隨著容量需求的進一步增長，可按同一規(guī)則設(shè)置第3或第4層網(wǎng)絡(luò)， 即微微蜂窩小區(qū)。 微微蜂窩實質(zhì)上是微蜂窩的一

38、種，只是它的覆蓋半徑更小，一般只有1030 m；基站發(fā)射功率也更小，大約為幾十毫瓦；天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點。微微蜂窩也是作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補充形式而存在的，它主要用來解決商業(yè)中心、會議中心等室內(nèi)“熱點”的通信問題。 第44頁，共141頁。 隨著移動通信的不斷發(fā)展， 近年來又出現(xiàn)了一種新型的蜂窩形式智能蜂窩。 所謂智能蜂窩，是指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動臺所處的位置，并以一定的方式將監(jiān)測到的信號功率傳遞給移動臺的蜂窩小區(qū)。智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準移動用戶信號到達方向， 旁瓣或零點對準干擾信號到達方向，達到充

39、分高效利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。 同此，智能蜂窩小區(qū)的應(yīng)用，必將極大地改善系統(tǒng)性能。 智能蜂窩將在以下幾方面提高未來移動通信的系統(tǒng)性能： 第45頁，共141頁。 擴大系統(tǒng)覆蓋區(qū)域； 提高頻譜利用率， 增大系統(tǒng)容量； 降低基站發(fā)射功率，減少信號間干擾； 減少電磁環(huán)境污染； 節(jié)省系統(tǒng)成本等。 第46頁，共141頁。 12.2碼分多址(CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng) CDMA是一種以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址接入技術(shù)， 因其保密性能好, 抗干擾能力強而廣泛應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域， 并且早在 19 世紀 40 年代就有過商用的嘗試。經(jīng)過了四十幾年的努力，克服了一個又一個的關(guān)鍵技術(shù)問題，直到1

40、993年7月由美國Qualcomm公司開發(fā)的CDMA蜂窩體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標準，定名為IS-95，CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)才正式走上商業(yè)通信市場。第47頁，共141頁。 1995年我國香港建立了世界上第一個CDMA移動通信系統(tǒng), 而后韓國、美國等國家先后建立了CDMA移動通信系統(tǒng), 到2000年底, 全球的CDMA用戶已超過4000萬。 CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)或TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)相比有更大的系統(tǒng)容量、 更高的話音質(zhì)量以及抗干擾能力強、保密性能好等諸多優(yōu)點， 因而CDMA也成為第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)的方式。本書以IS-95標準為例，對CDMA系統(tǒng)作

41、簡要介紹。 第48頁，共141頁。 12.2.1CDMA系統(tǒng)原理及特點 CDMA系統(tǒng)是以擴頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。在CDMA系統(tǒng)中，不同用戶傳輸?shù)男畔⑹强扛髯圆煌木幋a序列來區(qū)分的。CDMA的示意圖如圖12 -10所示，可以看出信號在時間域和頻率域是重疊的， 用戶信號是靠各自不同的編碼序列ci 來區(qū)分的。 S-95標準的全稱是“雙模寬帶擴譜蜂窩系統(tǒng)的移動臺-基站兼容標準”，這說明IS-95標準是一個公共空中接口(CAI)。它沒有完全規(guī)定一個系統(tǒng)如何實現(xiàn)，而只是提出了信令協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和限制，不同的制造商可采用不同的技術(shù)和工藝制造出符合IS-95標準規(guī)定的

42、系統(tǒng)和設(shè)備。 第49頁，共141頁。圖 12 10 CDMA的示意圖 第50頁，共141頁。 CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與一般數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，其結(jié)構(gòu)可參見圖 12 - 2，包括基站子系統(tǒng)、移動臺子系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和操作支持子系統(tǒng)等。CDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)的主要差別在于無線信道的構(gòu)成、相關(guān)的無線接口和無線設(shè)備、特殊的控制功能等。 IS-95系統(tǒng)的主要性能指標如下： (1) 工作頻率： IS-95下行鏈路的頻率為824849 MHz， 上行鏈路的頻率為869894MHz, 一對下行鏈路頻率和上行鏈路頻率的頻率間隔為45 MHz，帶寬1.25 MHz； (2) 碼片速率： 1.2

43、288 Mc/s； (3) 比特率： 速率集1為9.6 kb/s，速率集2為14.4 kb/s，IS-95B為115.2 kb/s； 第51頁，共141頁。 (4) 幀長度： 20 ms； (5) 語音編碼器：QCELP 8 kb/s，EVRC 8 kb/s，ACELP 13 kb/s； (6) 功率控制：上行鏈路采用開環(huán)+快速閉環(huán)， 下行鏈路采用慢速閉環(huán)； (7) 擴展碼： Walsh+長M的序列。 CDMA系統(tǒng)具有以下主要特點： (1) 系統(tǒng)容量大，根據(jù)理論計算和實際測試表明， CDMA系統(tǒng)容量是模擬系統(tǒng)的1020倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。 第52頁，共141頁。 (2) CDMA系統(tǒng)具有

44、軟容量特性。在FDMA和TDMA系統(tǒng)中，當(dāng)所有頻道或時隙被占滿以后，再無法增加一個用戶。 此時若有新的用戶呼叫，只能遇忙等待產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象。而CDMA系統(tǒng)的全部用戶共享一個無線信道，用戶信號是靠編碼序列區(qū)分的，當(dāng)系統(tǒng)負荷滿載時，再增加少量用戶只會引起話音質(zhì)量的輕微下降，而不會產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象。CDMA系統(tǒng)的這一特性，使系統(tǒng)容量和用戶數(shù)之間存在一種“軟”關(guān)系。在業(yè)務(wù)高峰期間，可以通過稍微降低系統(tǒng)的誤碼性能，達到增多系統(tǒng)用戶數(shù)目。系統(tǒng)軟容量的另一種形式是小區(qū)呼吸功能。所謂小區(qū)呼吸功能是指各個小區(qū)的覆蓋區(qū)域大小是動態(tài)的。當(dāng)相鄰的兩個小區(qū)負荷一輕一重時，負荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)邊緣的用戶由

45、于導(dǎo)頻功率強度不夠而切換到相鄰小區(qū)，使重負荷小區(qū)的負荷得到分擔(dān)，從而增加了系統(tǒng)的容量。 第53頁，共141頁。 (3) CDMA系統(tǒng)具有軟切換功能。所謂軟切換是指當(dāng)移動臺需要切換時，先與新小區(qū)的基站連通，再與原來小區(qū)的基站切斷聯(lián)系。在切換過程中，原小區(qū)的基站和新小區(qū)的基站同時為過區(qū)的移動臺服務(wù)。軟切換功能可以使過區(qū)切換的可靠性提高。 (4) CDMA系統(tǒng)具有話音激活功能。由于人類通話過程中話音是不連續(xù)的，占空比小于35%。CDMA系統(tǒng)采用可變速率聲碼器，在不講話時傳輸速率降低，減小對小區(qū)其他用戶的影響，從而增加系統(tǒng)的容量。 (5) CDMA系統(tǒng)是以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)的，因此具有抗干擾、 抗多徑衰落

46、、保密性強等優(yōu)點。 第54頁，共141頁。 12.2.2 CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 擴頻技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要真正成為一種商業(yè)應(yīng)用的通信系統(tǒng)，還有很多技術(shù)問題需要解決。下面就對CDMA系統(tǒng)所包含的主要技術(shù)進行討論。 1. 可變速率聲碼器 聲碼器是對模擬語音信號進行數(shù)字化編譯碼的部件， 其目的是在保證語音傳輸質(zhì)量的同時數(shù)據(jù)傳輸速率盡可能低。 在移動通信中，一般采用線性預(yù)測編碼(LPC)方式，其組成原理如圖 12 - 11 所示。 第55頁，共141頁。 圖 12 -11線性預(yù)測編譯碼原理圖 (a) 編碼原理； (b) 譯碼原理第56頁，共141頁。 線性預(yù)測編碼原理是，首先通過A/D轉(zhuǎn)換器將

47、模擬語音信號變成數(shù)字語音信號，經(jīng)過線性預(yù)測分析從語音信號中求出一組預(yù)測器系數(shù)，一般為12組預(yù)測濾波器系數(shù)，使得一幀語音波形均方預(yù)測誤差最小。另外，再經(jīng)過基音檢測、清濁音判決提取語音信號中的基音周期Tp、清濁音判決信息U/V和代表語音強度的增益控制參數(shù)G。連同12組預(yù)測濾波器系數(shù)，共15個參數(shù)包含了語音信號中的主要信息。通過對每幀語音信號的分析，得到這15個參數(shù)，經(jīng)過量化編碼后發(fā)送出去。在線性預(yù)測編碼中，線性預(yù)測分析是關(guān)鍵。在接收端， 通過參數(shù)譯碼得到一幀語音信號的特征參數(shù)，包括基音周期Tp、清濁音判決信息U/V、增益控制參數(shù)G和預(yù)測濾波器系數(shù)。將這一組參數(shù)作用于語音合成濾波器，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換

48、器就得到合成語音信號。 語音合成濾波器通常采用全極點網(wǎng)絡(luò)或格型網(wǎng)絡(luò)IIR濾波器實現(xiàn)。 第57頁，共141頁。 在IS-95中有三種語音編碼方式，它們是：8 kb/s的QCELP、 8 kb/s 的EV RC和13 kb/s 的ACELP。QCELP是碼激勵線性預(yù)測的可變速率混合編碼方式，其特點是： (1) 屬于線性預(yù)測編碼； (2) 使用碼表矢量量化差值信號代替簡單線性預(yù)測中產(chǎn)生的濁音準周期脈沖的位置和幅度； (3) 采用話音激活檢測(VAD)技術(shù)，在話音間隙期，根據(jù)不同信噪比情況，分別選擇 9.6 kb/s、4.8 kb/s、2.4 kb/s和1.2 kb/s四個檔次的傳輸速率，從而使平均傳

49、輸速率比最高傳輸速率下降兩倍以上； (4) 參量編碼的主要參量每幀不斷更新。 第58頁，共141頁。 QCELP的編碼原理是，首先對輸入的語音信號按8 kHz進行抽樣，將抽樣數(shù)據(jù)按20 ms長度分幀，每幀包含160個樣點。 經(jīng)過線性預(yù)測分析得到12個預(yù)測濾波器參數(shù)a1, a2, , a12，音調(diào)參數(shù)L, b和碼表參數(shù)T，生成三個參數(shù)子幀。三種參數(shù)不斷更新按一定幀結(jié)構(gòu)發(fā)送出去。 QCELP的語音合成模型如圖 12 - 12 所示。首先，根據(jù)不同的傳輸速率選擇不同的矢量，若速率是最高速率的1/8，則選擇一個偽隨機矢量；若是其他速率，則通過索引從碼表中生成相應(yīng)的矢量。生成的矢量加上增益后激勵音調(diào)合成

50、濾波器和線性預(yù)測編碼濾波器，最后經(jīng)過自適應(yīng)濾波和增益控制輸出合成語音信號。 第59頁，共141頁。圖 12 12 QCELP的語音合成模型第60頁，共141頁。 在線性預(yù)測編碼中，語音編碼的速率越高，語音信號的質(zhì)量就越好，但速率越高CDMA系統(tǒng)的容量就越小。為了增加系統(tǒng)容量， 語音編碼采用的是4速率碼激勵線性預(yù)測編碼。在數(shù)據(jù)速率集1，8 kb/s 編碼速率的語音編碼器對應(yīng)的信道速率為1.2 kb/s、 2.4 kb/s、4.8 kb/s和9.6 kb/s。在數(shù)據(jù)速率集2，13 kb/s編碼速率的語音編碼器對應(yīng)的信道速率為14.4 kb/s。 2. 功率控制 在移動通信中存在“遠近效應(yīng)”問題。

51、所謂“遠近效應(yīng)”是指， 若移動臺以相同的功率發(fā)射信號，遠離基站的移動臺信號到達基站時的強度要比離基站近的移動臺信號弱很多，從而被強信號所淹沒。 第61頁，共141頁。 在下行鏈路，當(dāng)移動臺處于相鄰小區(qū)的交界處時，接收到所屬基站的有用信號電平很低，同時還會受到相鄰小區(qū)基站的干擾， 產(chǎn)生所謂的“角效應(yīng)”。 另外，由于移動信道的多徑衰落，接收機所收到的信號也會產(chǎn)生嚴重的衰落。為了減小用戶間的干擾、 提高系統(tǒng)容量，因此在CDMA系統(tǒng)中必須采用功率控制技術(shù)，及時調(diào)整發(fā)射功率，維持接收信號電平在所需水平。 功率控制的準則通常有功率平衡準則、信干比平衡準則和混合型準則等。功率平衡是指在接收端收到的有用信號功

52、率相等。對于下行鏈路，是使各移動臺接收到的基站信號功率相等；對于上行鏈路，是使各移動臺發(fā)射信號到達基站的信號功率相等。 第62頁，共141頁。 信干比平衡是指接收機收到的信號干擾比相等。對于下行鏈路，是使各移動臺接收到的基站信號干擾比相等；對于上行鏈路，是使基站接收到的各移動臺信號干擾比相等。在IS-95中是采用信干比平衡準則與誤幀率平衡準則相結(jié)合的混合型準則，即采用信干比平衡準則，目標函數(shù)由誤幀率決定。 功率控制的方法有開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。在IS-95中，下行鏈路功率控制不是重點，因此采用相對較簡單的慢速率閉環(huán)功率控制。上行鏈路是功率控制的重點，因此采用的控制方法較復(fù)雜。上行鏈路功率

53、控制由粗控、 精控和外環(huán)控制三部分組成。由移動臺完成的開環(huán)功率控制實現(xiàn)粗控；由移動臺和基站共同完成閉環(huán)功率控制實現(xiàn)精確控制；采用外環(huán)控制確定閉環(huán)精確功率控制的實現(xiàn)控制閾值門限。 第63頁，共141頁。 1) 下行鏈路功率控制 下行鏈路功率控制采用慢速率閉環(huán)功率控制方式，當(dāng)移動臺處于小區(qū)邊界或陰影區(qū)時，下行鏈路接收條件較差，移動臺的誤幀率較高。在這種情況下，移動臺可以請求基站增大給它的發(fā)射功率?；緦⒏饕苿优_的誤幀率與一個給定的閾值進行比較，決定是增加還是減小各下行鏈路的發(fā)射功率。功率控制調(diào)節(jié)步長一般為0.5 dB，調(diào)節(jié)范圍為46 dB。 2) 上行鏈路功率控制移動臺根據(jù)其接收的總功率，對自己發(fā)

54、射功率作出粗略估計， 完成開環(huán)功率控制。調(diào)節(jié)步長為0.5 dB，調(diào)節(jié)范圍為-32+32 dB移動臺根據(jù)前向業(yè)務(wù)信道中功率控制比特來決定增加或減小發(fā)射功率?？刂票忍貫椤?”表示增加功率；控制比特為“1”表示減小功率。閉環(huán)功率控制范圍為-24+24 dB。 第64頁，共141頁。 圖 12 - 13 是前向功率控制比特傳輸示意圖。 圖 12 - 14 給出了Qualcomm公司功率控制方案原理圖。 3. Rake接收 在移動通信系統(tǒng)中，存在著嚴重的多徑傳播，造成接收信號質(zhì)量下降，采用分集接收技術(shù)可以有效地改善信道傳輸條件，提高接收信號質(zhì)量。其中，Rake接收屬于一種隱分集接收技術(shù)，它能有效利用多徑

55、信號能量提高有用信號的質(zhì)量CDMA系統(tǒng)中是采用直接序列擴頻方式，該信號適合于多徑信道傳輸，當(dāng)多徑時延超過一個碼片時采用多徑分離技術(shù)就可以分別對它們進行解調(diào)。 圖12 - 15是Rake接收機的原理， 圖中Rake接收機包含多個相關(guān)器，每個相關(guān)器接收一個多路信號。相關(guān)器去擴展后，采用某種準則對多路信號進行合并。 因為接收的多路信號是相互獨立的，因此進行分集可以提高接收信號質(zhì)量。 第65頁，共141頁。圖 12 13 前向功率控制比特傳輸示意圖第66頁，共141頁。圖 12 14 Qualcomm公司功率控制方案原理圖第67頁，共141頁。圖 12 15 Rake接收機的原理第68頁，共141頁。

56、 IS-95中基站Rake接收結(jié)構(gòu)如圖12 - 16所示。 CDMA系統(tǒng)中每個蜂窩小區(qū)分為三個扇區(qū)，每個扇區(qū)有一個發(fā)射天線和兩個接收天線， 所以每個小區(qū)有6個接收天線，定義為1, 2, 1, 2, 1, 2。圖12 - 16中搜索器用來在6個接收信號中搜索出其中4個較強的信號進行解調(diào)。IS-95基站共有4個數(shù)據(jù)解調(diào)器，分別對搜索出的4個較強信號進行解調(diào)，并將解調(diào)結(jié)果輸出到路徑合并器進行合并，從而實現(xiàn)分集接收。 4. 軟切換 當(dāng)移動臺離開原所屬小區(qū)進入新小區(qū)時就要進行小區(qū)切換。切換過程可以分為三個階段：測量階段、決策階段和執(zhí)行階段。 第69頁，共141頁。圖 12 16 IS-95中基站Rake

57、接收結(jié)構(gòu)第70頁，共141頁。 在測量階段，下行鏈路由移動臺對接收信號質(zhì)量、 所屬小區(qū)和相鄰小區(qū)信號強度等進行測量；上行鏈路信號質(zhì)量由基站測量，測量結(jié)果傳送給相鄰網(wǎng)絡(luò)、基站控制器和移動臺。在決策階段，將測量結(jié)果與規(guī)定的閾值門限進行比較，決定是否進行切換。在執(zhí)行階段，移動臺由原所屬小區(qū)切換到新小區(qū)或進行頻率間切換。 CDMA系統(tǒng)中切換有三種類型：硬切換、軟切換和更軟切換。移動臺穿越不同工作頻率的小區(qū)時進行硬切換，移動臺先要切斷與原所屬小區(qū)基站的聯(lián)系，然后再與新小區(qū)基站建立聯(lián)系。移動臺穿越相同工作頻率的小區(qū)時進行軟切換，移動臺先與新小區(qū)基站建立聯(lián)系然后再切斷與原所屬小區(qū)基站的聯(lián)系。 移動臺在同一小

58、區(qū)內(nèi)穿越相同工作頻率的扇區(qū)時進行更軟切換， 由于更軟切換不需要固定網(wǎng)絡(luò)的信令，因此其切換過程比軟切換的建立更快。 第71頁，共141頁。 軟切換是CDMA系統(tǒng)獨有的切換功能，可有效地提高切換的可靠性，而且當(dāng)移動臺處于小區(qū)的邊緣時，軟切換能提供前向業(yè)務(wù)信道和反向業(yè)務(wù)信道的分集，從而保證通信的質(zhì)量。 第72頁，共141頁。 12.2.3CDMA系統(tǒng)的無線鏈路 與GSM系統(tǒng)相同，在CDMA系統(tǒng)中，除了傳輸業(yè)務(wù)信息的業(yè)務(wù)信道之外，還有傳輸控制信息的控制信道。前向鏈路最多可以有64條同時傳輸?shù)倪壿嬓诺?，其結(jié)構(gòu)如圖 12 - 17 所示。信道類型共有 4 種：導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道。 導(dǎo)頻

59、信道是基站連續(xù)發(fā)送的導(dǎo)頻信號，為移動臺提供解調(diào)用的相干載波，并作為移動臺過境切換的測量信號。同步信道是基站連續(xù)發(fā)送的同步信號， 為移動臺提供同步信息。 第73頁，共141頁。圖 12 17 前向鏈路邏輯信道結(jié)構(gòu)圖第74頁，共141頁。 尋呼信道最多可以有7個，其功能是向小區(qū)內(nèi)的移動臺發(fā)送呼入信號、信道分配和其他信令，在需要時尋呼信道也可以用作業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道有55個，其功能主要是傳送業(yè)務(wù)信息。共有 4 種傳輸速率：9.6 kb/s、4.8 kb/s、2.4 kb/s和1.2 kb/s。 反向鏈路信道有兩種：接入信道和業(yè)務(wù)信道， 其結(jié)構(gòu)如圖12 - 18所示。 業(yè)務(wù)信道與前向鏈路業(yè)務(wù)信道相同。

60、接入信道與前向鏈路的尋呼信道相對應(yīng)，傳輸指令、應(yīng)答和其他有關(guān)信息，被移動臺用來初始化呼叫、 響應(yīng)基站的尋呼或信息要求。 第75頁，共141頁。圖 12 18 反向鏈路邏輯信道結(jié)構(gòu)圖 第76頁，共141頁。 1. 前向鏈路信道 CDMA系統(tǒng)前向鏈路信道原理如圖 12 - 19 所示，由導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道組成。 1) 傳輸速率 4種信道經(jīng)沃爾什函數(shù)正交擴展后的速率統(tǒng)一為1.2288 Mc/s。其中導(dǎo)頻信道全0碼直接進行沃爾什函數(shù)正交擴展。同步信道1.2 kb/s信息經(jīng)卷積碼編碼、碼元重復(fù)、分組交織變?yōu)?.8 kb/s調(diào)制碼元，再進行沃爾什函數(shù)正交擴展。尋呼信道和業(yè)務(wù)信道信息分別