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第四章 IS-95移动通信系统分解
2.瑞克( RAKE )技术
• 在移动通信中,多径传播往往会产生有害的多径干 扰。但在扩频通信系统中可以对这些多径信号进行 分离和合并,以改善系统的性能。具有这种功能的 接收机称为RAKE接收机。 RAKE接收机包含多个相关器,每一相关器接收一个多径信号, 多径信号被相关器解扩后,可按最大比组合在一起。 接收到的多径信号 的衰落是独立的, 经分集后,系统的 性能可得到改善。 CDMA系统的话音 质量优于TDMA系 统,通话时不易掉 话。
CDMA系统中RAKE接收机的基本原理
假设有多条路径,路径具有不同的时延t1、t2tN, 以及不同的衰落因子a1、a2 aN。RAKE接收机设计成 三个支路对应三条路径的多径分量。对每一支路,接收信号分别 与一个对应时延t的扩频码相关,信号经解扩后加权再组合,从 而达到分集接收的目的。 • 对多径参数的检测与测量是由“搜索接收机”完成的,采用的是 确定哪些径存在并对它们处理的方法。 • IS-95系统中的RAKE, 相关器 1 基站4路, 移动台3路. 合并 相关器 2 • PN码片速率为1.2288MHz, 最小可分辨多径间隔为 相关器 3 6 -1 -9 (1.228810 ) =81410 =0.814s。 搜索器
•在IS-95 CDMA系统中,采用了8kbs和13kbs的 变速率声码器技术。
• 在8kbs码激励线性预测(QCELP)声码器中,采用了4种码率的 传输速率,即 8、 4、 2、 1 kb/s, 可以 9.6 kb/s 、 4.8 kb/s 、 2.4 kb/s 、 1.2 kb/s的信道速率分别传输。 • 根据话音信号激活程度,声码器设了三个门限来变换声码器速 率,三个门限由前一帧话音自相关函数和前一帧噪声电平决定, 每帧更新一次(20ms)。 • 若话音帧自相关函数:大于三个门限,选择全速率( 9.6kbs ); 大于二个门限,选择半速率( 4.8kbs );仅大于一个门限,选 择 1/4 速 率 ( 2.4kbs ) ; 小 于 所 有 三 个 门 限 , 选 择 1/8 速 率 (1.2kbs);当不讲话时,用1.2kbs速率,只传背景噪声。
第四章 IS--95系统
(书8.1--5) • 4.1 概述 • 4.2 无线信道 • 4.3 信号处理过程
• 4.4 系统控制过程
4.1 概述
• 1988年美国Qualcomm(高通)公司提出将CDMA技术用于 蜂窝移动电话。 • 1993年美国TIA(美国通信工业协会 )接受CDMA技术为北 美的标准,即:IS-95A。 • 1995年全球第一个商用IS-95A系统在香港建设。
CDMA系统软容量限制 • 由于 FDMA、 TDMA 的容量由频率和时隙所决定,容量是固定 值,当同时工作的用户数超过系统容量时,必会出现阻塞。 • CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道,用户信号的区 分只靠所用码型的不同,因此当蜂窝系统的负荷满载时,另外 增加少数用户,只会引起话音质量的轻微下降(或者说信干比稍 微降低),而不会出现阻塞现象。 • 在业务高峰期间,可以稍微降低系统的误码性能,以适当增多 系统的用户数目,即在短时间内提供稍多的可用信道数。这就 是说CDMA蜂窝通信系统具有“软容量”特性,或者说“软过 载”特性。 • 这也增加了系统运行的灵活性。
IS-95蜂窝通信系统的关键技术和特点
1.码分多址技术
• 在IS-95系统中采用了三重码域的划分,即: 沃尔什码(扩频码),Wi(t),i =1,2,…,64 短PN码(m= 215 - 1序列扰码), SPNj(t), j=1,2,….,512,周期26.66ms 长PN码(m= 242 - 1序列扰码), LPNk(t),k=1,2,….,周期41.4天 • 这些码同时叠加在信息比特I(t)上,即: I(t) Wi(t) SPNj(t) LPNk(t) • 利用码的正交性,可以在接收端恢复出信息比特。
信道估计
3.话音激活与可变速率声码器
• 在典型的全双工通信中,每次通话的占空比小于35%。CDMA系 统在通话的停顿期间,降低信号传输速率,从而减轻对其它用户 的干扰。这即是CDMA系统中的话音激活技术。由于CDMA系 统的容量与所受干扰功率有关,降低用户间的干扰,则可增加系 统容量。 • 可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需 速率,门限值随背景噪声电平的变化而变化,从而提高了话音的 质量,同时在低速率工作时又降低了信道间的干扰,提高了系统 的容量。
CDMA系统多址容量大
• CDMA系统是干扰受限的系统。在实际系统中,各地址码之间不 是完全正交,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。 • 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,这些手段包括: 选择有良好的自相关性、互相关性的地址码; 采用信号处理的分集技术消除多址干扰; 使用功率控制克服远—近效应,使得系统用户以最小功率通信。 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 通信系统的干扰减小, 容量增大。
CDMA系统具有扩频的优点 • CDMA 蜂窝系统以扩频技术为基础,因而它具有扩频通信系统 所固有的优点,如抗干扰、抗多径衰落等。 • CDMA 具有天然的保密性。 CDMA 系统采用的扩频地址码一般 是长周期码,且有三重处理。接收时,需接收方的本地相关码与 发端的扩频码同步,且必须完全相同,这就使CDMA系统比一般 系统安全,窃听者必须要先破译和产生相关的本地码,这是十分 困难的。 • CDMA信号在空中传播时,由于扩展了频谱,使空中的信号功率 谱密度低,这样造成的电磁污染小,对使用者人体和其它电子设 备的影响小。有时人们称CDMA手机为“绿色手机”。
• 1998年中国在北京、上海、西安开通CDMA网络。
• 2002年中国联通宣布在全国建宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站 兼容标准。又称为:CDMA-95,QCDMA。
• IS-95标准是一个空中接口(CAI)标准,只提出信令协议和 数据结构的特点与限制,包括波形及数据序列的规定。 • 所谓“双模”,是指该系统可以兼容模拟及数字的操作,从 而容易实现模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统之间的转换。 • IS-95标准的系统及网络结构与GSM类似。