码分多址的IS-95系统_生活广记

9.1IS-95系统的空中接口参数
北美开发的第二代蜂窝系统除了IS-136系统以外，还有以CDMA技术为基础的IS-95系统。IS-95系统将一个无线小区中的用户连接到同一频率信道，各自用不同特征的码加以区别。给每个用户分配的伪随机码(或称伪噪声码，因它具有近似白噪声的自相关特性)具有优良的自相关和互相关性能(自相关系数大，互相关系数小) 。这些比用户信号速率高得多的码序列，将用户信号变成宽带信号。在发送端，把各用户的信号放在一个公共的频带上传输；在接收端，各用户收到的信号中，除了本用户的有用信号外，还包含有其他用户的信号。这些信号经接收机用与发端相同的该用户的码序列，利用自相关特性，将有用的宽带信号变换成原来的窄带信号，而其他用户的宽带信号由于不相关仍然是宽带信号，经基带滤波后，就能得到具有较高的解扩输出信噪比的有用信号。
IS-95包括IS-95A和IS-95B 。IS-95空中接口参数如表1所示。
表1IS-95空中接口参数带宽1.25MHz码片速率1.2288Mchip/s上行链路带宽869~894MHz
1930~1980MHz下行链路带宽824~849MHz
1850~1910MHz帧长度20ms比特率速率集1:9.6kbit/s
速率集2;14.4kbit/s
IS-95B:115.2kbit/s语音编码器QCELP8kbit/s
ACELP13kbit/s
KVRC8kbit/s软切换是功率控制上行：开环+快速闭环
下行：慢性环RAKE分支数目4扩频码沃尔什函数+长M序列9.2IS-95系统中的信道
（1）前向信道
IS-95系统在前向信道上采用了频分、伪随机码分和正交信号多址相结合的方式，将可用的蜂窝频谱划分为1.23MHz带宽的频率信道，在一个频率信道上利用沃尔什函数对各用户的信息和不同种类的信令信息进行扩频编码形成逻辑信道。这些逻辑信道包括：
导频信道：移动台利用导频信道作相位定时和频率参考以及在切换时用于信号强度比较(功率控制测量)即移动台使用导频信道进行相干解调、捕获、时间延迟追踪、功率控制测量，并辅助进行切换。
同步信道：使移动台确定系统时间和基站导频偏置。只有在完成同步过程后，移动台才能利用导频信号实现接收解调。同步信道中的信息包括寻呼信道的数据速率，相对系统时间的基站导频伪随机序列的时间等。
寻呼信道：用来传送系统开销信息和移动台特定消息，以寻呼一个移动台。当移动台被呼时，基站就在寻呼信道上广播移动台的识别码，被呼的移动台收到识别码后，在上行接入信道上作出响应。
业务信道：载有编码后的用户业务信息，这些业务信息的速率是可变的。
（2）反向信道
在反向信道上，为要与基站进行信息传输的各移动台分配一个独有相位的长伪随机码对信息进行调制，并在同一频率信道上向基站发送。上行的逻辑信道包括：
接入信道：移动台在接入信道上响应基站的呼叫、发起呼叫和位置登记。各小区接入信道的长码序列相位是预先规定的。
业务信道：载有编码后的用户业务信息，这些业务信息的速率是可变的。
9.3IS-95系统的链路结构
（1）下行链路结构
图6是IS-95系统空中接口的下行链路信道结构。
图6说明如下：
导频信道是由Walsh函数W0进行扩频调制的，用来传送未调制的扩频信号。基站在整个工作期间都发送导频信号。为了便于移动台的准确跟踪，导频信道的发射功率要比其他信号大得多。
同步信道是由Walsh函数W32进行扩频调制的用来传送一个经过编码、重复、交织扩频和调制的同步信号。在获得相位和编码同步后，移动台从同步信道上获得同步信息。因为同步信道帧同步导频序列的帧长度相同，因此同步信道很容易捕获。同步信道的工作速率固定在1.2kbit/s 。
寻呼信道是由Walsh函数W1～W7进行扩频调制的，寻呼信道的工作速率固定在9.6kbit/s或4.8kbit/s 。经卷积编码、重复和块交织后，用周期为242－1、速率为1.2288Mchip/s的长码，每隔64个码片用一个码片对寻呼信道的信息进行扰码。
导频信道、同步信道和寻呼信道都是公共控制信道，公共信道是一个共享的信道。
业务信道是专用信道。专用信道仅仅分配给单个用户(某一时间内)使用。业务信道是由Walsh函数W8～W31和W33～W63进行扩频调制的。业务信道有两个速率集合。速率集合1支持数据速率9.6kbit/s、4.8kbit/s、2.4kbit/s和1.2kbit/s ，速率集合2支持14.4kbit/s、7.2kbit/s、3.6kbit/s和1.8kbit/s 。移动台必须能支持速率集合1 。
同步、寻呼和业务信道上的信息要进行信道编码、重复、交织和扩频等。在同步、寻呼和业务信道上的数据首先进行分组并放进20ms的帧中(如采用码激励线性预测编码(CELP)，全速率为9.6kbit/s，每帧192bit，其中172bit为信息业务比特，帧质量指示为12bit，用于接收端的纠错和检错以及协助决定接收的速率；编码器尾比特为8bit)，进行信道编码。信道编码是对要传输的数据实施约束长度为K=9、效率R=1/2的卷积编码。因为要传输的数据速率是变化的，所以在交织前要进行符号重复以获得固定的速率。同步信道上的每个卷积编码符号重复一次(即每个符号连续出现两次) 。寻呼信道上4800bit/s的每个卷积编码符号重复一次。前向(下行)业务信道上的编码符号重复次数随数据速率的变化而变化。编码符号在14.4kbit/s和9.6kbit/s的速率上不重复；编码符号在7.2kbit/s和4.8kbit/s的速率上重复一次；编码符号在3.6kbit/s和2.4kbit/s的速率上重复3次；编码符号在1.8kbit/s和1.2kbit/s的速率上重复7次。重复后进行块交织。然后与寻呼信道一样，用周期为242－1、速率为1.2288Mchip/s的长码，每隔64个码片用一个码片对寻呼信道的信息进行扰码。在业务信道信息进行扩频前，还要在业务信息中每1.25ms插入一个功率控制比特。插入功率控制比特的作用是控制移动台的发射功率。
导频信道、同步信道、寻呼信道和业务信道在用Walsh函数扩频后，分别被分为两路，用周期为215－1、速率为1.2288Mchip/s的短伪随机码进行正交扩频调制，该短码可以作为基站识别符。最后，分别经各自的基带滤波器后进行载波正交调制，得到扩频后的已调波。如图7所示。
从以上过程可见，一个导频信道、一个同步信道、七个寻呼信道和55个业务信道，最后都被调制在一个相同的载波上发射出去。也就是说，系统内其他用户信号相对于某个用户的信号来说，均为干扰。所以说， IS-95系统是一种受自身干扰的系统。
（2）Walsh函数的生成
在IS-95系统中，区分下行链路中的各信道是用Walsh函数实现的。Walsh函数是正交函数，即各函数之间同步时是互相正交的。
Walsh函数的生成方式如下：
H1中有一个Walsh函数0 ，称为一阶Walsh函数。H4中有四个互相正交的Walsh函数。它们分别是：0000，0101 ， 0011，0110 。称为四阶Walsh函数。在IS-95中使用的是64阶Walsh函数，总共有64个互相正交的Walsh函数W0～W63 。
（3）上行链路结构
上行链路信道结构如图8所示。上行链路包括专用业务信道和公共接入信道。
同下行信道相似，业务信道必须支持速率集合1，也可支持速率集合2 。
在上行链路上传输的数据首先编组放进20ms的帧中，进行约束长度为K=9、效率为R=1/3(速率集合1)或R=1/2(速率集合2)的卷积编码。再进行与下行时相同的重复和块交织。卷积、重复和交织后的速率为28.8kbit/s 。然后是64阶正交调制。编码符号中每6个符号编为一组(码组率为28.8/6=4.8kbit/s) 。每组用于选择64个可能的Walsh函数中的一个(每个64位) 。在正交调制后，传输速率是4.8kbit/s×64=307.2kbit/s 。
上行信道和下行信道中Walsh函数的作用是不同的。在下行信道中，用于区分信道；在上行信道中，用于正交调制(扰码) 。扰码后的信号用长伪随机码序列在1.2288Mchip/s的速率上进行扩频，由长度为242－1的伪随机M序列的不同的相位来区分不同的信道。得到扩频信号A0 。与下行链路信道相同，将A0送入图21.33所示电路，用周期为215－1、速率为1.2288Mchip/s的短码进行正交扩频调制，最后进行基带滤波和载波正交调制。
移动台使用接入信道发起呼叫，对从基站来的寻呼信道消息进行响应，包括位置更新。每个接入信道与一个下行链路寻呼信道相关，因此最多可以有7个接入信道。接入信道使用固定的发射速率4.8kbit/s，每编码符号重复一次。采用与业务信道相同的卷积和块交织。然后是64阶Walsh正交调制、长码扩频(用于区分信道) 。串并变换后的正交扩频使用和下行相同的M序列对。最后进行基带滤波和载波正交调制。
可见，上行链路用正交Walsh函数进行扰码，用长伪随机M序列作为区分信道的扩频码。所有上行的业务信道和接入信道都用相同的射频载波发送，而只是以不同相位的伪随机M序列码来区分不同的业务信道。
由于CDMA在技术上的优势，如频谱利用率高、容量大、覆盖广等优点，可以大量减少投资和运营成本，深为运营商所青睐。另外，CDMA手机所需的发射功率低，有绿色手机之美誉，在人们普遍担心手机电磁辐射影响人体健康的情况下，更具有吸引力。第三代蜂窝移动通信系统空中接口的主流技术也采用宽带CDMA技术。
在CDMA方式中，正交信号
【码分多址的IS-95系统】
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