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大容量,也就是说,它可以在环境更为恶劣和需求量更大的地区使用。数字信号处理和数字通信技术的发展,使一些新的无线应用业务开始出现,例如移动计算、移动传真、电子邮件、金融管理、数据服务、移动商务、语音和数据的保密编码以及综合业务(ISDN)、宽带综合业务(B-ISDN)等新业务。在一定的带宽范围内,数字系统良好的抗干扰能力使得第二代蜂窝系统具有比第一代蜂窝移动通信系统更大的通信容量,更高的服务质量。由于数字处理技术和大规模集成电路及其加工技术的发展,因而伴随数字系统综合处理能力不断提高,使得系统成本、价格和功耗也在不断下降。
第二代移动通信系统在发展的过程中没有形成全球统一的标准系统:在欧洲建立了以TDMA为基础的GSM系统;日本建立了以TDMA为基础的JDC系统;美国建立了以FDMA和数字TDMA为基础的IS-136混合系统以及以CDMA为基础的 IS-95系统。所有这些系统无法实现全球漫游,并且其主要是话音服务,只能传递简短消息,同时还面临严重的通信容量不足等问题。
1.3第三代宽带蜂窝移动通信系统
第三代移动通信系统以WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA为代表。最初的研究工作开始于1985年,ITU-R(CCIR)成立临时工作组,提出了未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS)。第三代移动通信系统所要达到的主要目标就是实现全球无缝隙的移动漫游。
1996年,FPLMTS被正式更名为IMT-2000,即国际移动通信系统ITU将工作于2GHz波段上的230MHz带宽划分出来用于实现IMT-2000,并且预定于2000年左右投入使用商业运营IMT-2000是全球的卫星和陆地通信系统,它能提供包括声音、数据和多媒体的各种业务,而在不同的射频环境下质量和固定电信网的一样好,甚至更好。IMT-2000的目标是提供一个全球的覆盖,使得移动终端能在多个网络间无缝漫游。
1999年国际电联ITU-R TGS/1第18次会议通过了“第三代移动通信系统(IMT-2000)无线接口技术规范”建议IMT-2000(IMT-2000 Radio interface Specification);ITU也认为可以将IMT-2000重新定义为IMT-Internet
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Mobile/Multimedia Telecommunication,即“互联网/多媒体通信”,为今后全球第三代移动通信产业的发展指明了方向。该建议的通过标志着第三代移动新系统的开发和应用将进入实质阶段。IMT-2000核心网络部分的标准化工作到2000年底才最终完成。
IMT-2000地面部分建议将无线接入技术分为CDMA和TDMA两大类,具体包括以下五种无线传输技术:WCDMA和CDMA2O00两个宽带技术是其中两个主流技术;我国提交的TD一SCDMA是其中主要的CDMA TDD技术之一;UWC136则是基于北美IS-136(DAMPS)的TDMA方案;EP DECT是在欧洲DECT的基础上稍加改进而成的。
1.4 IS-95标准
IS-95标准的全称是“双模宽带扩频蜂窝系统的移动台—基站兼容标准” 这实际上说这个标准是一个公共空中接口(CAI)—它没有完全规定一个系统怎样实现,而只是提出了信令协议和数据结构的特点与限制这是一个全开放式的标准。
IS-95标准的特点:
IS-95是美国QUALCOMM公司1990年提出的,大规模商用是在1996年之后,主要应用于韩国、北美、拉丁美洲及香港,目前大概有7000万用户。IS-95是前向兼容北美模拟系统AMPS的数字蜂窝移动通信系统标准,其特点如下: (1)频段为800 MHz(上行824-849 MHz,下行869-894 MHz),其扩频采用 直序扩频方式(DS)。
(2)前向链路(又称正向链路)采用64位WALSH码区分信道,共有导频、寻呼、同步、前向业务等4类信道,不同基站之间采用 2(15次方)PN码相位区分,共有512个相位(相邻相位之间相差64个PN码片),采用了卷积编码(K=9,R= l/ 2)、交织等信道编码方式。
(3)后向链路(又称反向链路),共有接入、反向业务2类信道,信道及用户之间采用2(42次方)-1 PN码相位区分,采用了卷积编码(K=9、R=l/ 3)、交织等信道编码方式,同时采用了64进制调制方式。
(4)此标准规定的系统是同步CDMA系统(信道、基站区分采用PN码相位),
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因此,必须有一个时间参考源,标准规定采用GPS定时。
(7)为了提高系统容量,一是在前向信道中加入了功率控制子信道,用于移动台的闭环功率控制;二是采用了可变速率声码器,实现话音激活;三是移动台采用非连续发送方式,减少了同一时间相互之间的干扰。
(6)首次在蜂窝移动通信系统中提出软切换、更软切换概念,并在实际系统中实现了此概念。
(7)前向信道采用相干解调方式,反向信道采用非相干解调方式。 (8)实现了“软容量”,即当系统满负载工作时,再增加少数用户,系统性能会稍有下降,但不会发生阻塞,实际增加的干扰也不大。
(9)实现了路径分集(RAKE接收),由于CDMA系统传输带宽较宽,信号传输带宽大于相关带宽时,就可以用1/W的(时间)分辨率分辨出多径分量,再进行分集合并,从而改善接收性能。
(10)可以与其他窄带系统共存,因为扩频之后,信号功率谱展宽,功率谱密度降低,对其他窄带系统影响很小,IS-95A系统信号对窄带信号而言近似白噪声。
(11)实现了高保密通信,鉴权、数字格式、宽带信令可由受话人指定的密码进行保护,可提供较好的保密特性,防止盗号和被窃听。
1.4.1 IS-95系统参数
表1-1列出了IS-95无线接口的主要技术参数:
频段 载波间隔 双工方式 多址技术 帧长度 数据速率 信道编码 824—849(上行) 869—894(下行) 1.25MHz FDD CDMA 20ms 1200、2400、4800、9600bps 卷积码 r=1/3 k=9(上行) r=1/2 k=9(下行) 调制方式 上行OQPSK 下行QPSK 共 36 页 第 8 页
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1.4.2 IS-95系统特性
在本小节里,将概括介绍IS-95系统的一些操作特性,包括频率复用、功率控制、软切换和分集技术RAKE接收开环闭环功控技术等。
频率重复利用就是有限频率资源的重复利用。移动通信蜂窝结构的重要特征,也是提高频谱利用率的有效手段。CDMA使用不同的扩频编码来区分用户,所有用户仅用一个频率收发正常工作。这样,移动通信系统的所有蜂窝都重复使用同一频率,频率的重复利用率为1。通过频率复用,增加了系统容量。
软切换就是当移动用户穿过两个小区间的边界并且必须转换基站时,切换发生。在大多数蜂窝系统中,用户必须在同新基站建立连接前断开同前一基站的连接—即“硬切换”。这是因为两个基站工作在不同的频段上。而在IS-95中,所有的小区工作在同一频段。这就意味着,在切换期间,移动台可以保持同两个基站的连接这被称为“软切换”,或“断开之前接续”。软切换时,移动台可从两个基站中选择较好的信号了。
分集技术是一种寻找独立的信号路径并合并,以重建发射信号的技术。这种技术以相当低的代价提供对衰落信号的极大改善。IS-95系统中同时采用了频率、时间和空间分集。频率分集:扩频特性恰好引入了频率分集。窄带信号通过用于传输的宽频带扩频。信号解扩后,信道频谱上任何为零的深衰落影响都将减少。时间分集:数据在发射前通过交织器传送,这在时间上分散了数据比特。这样,任何突发性错误不会影响连续的多个比特。空间分集:软切换时,移动台依据信号质量在不同的基站间选取。IS-95系统中还用到了RAKE分集接收技术。RAKE接收机检测信号的多径时延分量,重新合并以得到更好的信号。
RAKE接收技术在移动通信中,移动台与基站之间的环境复杂,到达接收信号不会是一条路径来的信号,而是多径合成信号。对于采用其他技术的移动通信系统,只能采用复杂的抵抗技术,减少影响。而对采用CDMA技术的移动通信系统,由于CDMA的相关特性,只要路径之间的时延差大于一个PN码片宽度,就可以利用多径信号加强接收效果,此种技术称为RAKE分集接收技术(俗称路径分集)。 一般RAKE接收机由搜索器(Searcher)、解调器(Finger)、合并器
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(Combiner)3个模块组成。搜索器完成路径搜索,主要原理是利用码的自相关及互相关特性。解调器完成信号的解扩、解调,解调器的个数决定了解调的路径数,通常CDMA基站系统一个RAKE接收机由4个Finger组成,移动台由3个Finger组成。合并器完成多个解调器输出的信号的合并处理,通用的合并算法有选择式相加合并、等增益合并、最大比合并3种。合并后的信号输出到译码单元,进行信道译码处理。
功率控制在CDMA数字蜂窝移动通信系统中,由于信道地址码的互相关作用,将产生两方面的影响:一是任何一个信道将受到其他不同地址码信道的干扰,即多址干扰;二是距离接收机近的信道将严重干扰距离接收机远的信道的接收,使近端强信号掩盖了远端弱信号,即远近效应。CDMA是一种干扰受限系统,各种干扰的存在和积累将直接影响系统的容量和通信质量。因此,基站和移动台的功率必须根据需要时刻变化,使系统既能维持高质量的通信,又能保证对同频段的其它码分信道不产生干扰。这就是功率控制。
按照形成环路的方式,功率控制可以分为开环功控和闭环功控?
开环功控是指移动台和基站间不需要交互信息而根据接收信号的好坏减少或增加功率的方法?一般用于在建立初始连接时,进行比较粗略的功率控制,开环功控目标值的调整速度典型值为10-100Hz?开环功控是建立在上下行链路具有一致的信道衰落的基础之上的,然而WCDMA系统是频分双工(FDD)的,上下行链路占用的频带相差190MHz,远远大于信道的相关带宽,因此上下行链路的衰落情况是不相关的?所以,开环功控的控制精度受到信道不对称的影响,只能起粗控的作?
前向链路的开环功控是在对终端上行链路的测量报告的基础上设定下行链路信道的初始功率?
反向链路的开环功控主要应用于终端,但需要知道小区广播的一些控制参数和终端接收到主公共导频信道(P-CPICH)的功率?
闭环功控是指移动台和基站之间需要交互信息而采用的功率控制方法?前向闭环功控中,基站根据移动台的请求及网络状况决定增加或减少功率;反向闭环功控中,移动台根据基站的功率控制指令增加或减少功率?闭环功控的主要优点是控制精度高,也是实际系统中常采用的精控手段?其缺点是从控制命令的发出到改变功率,存在着时延,当时延上升时,功控性能将严重下降?同时还存在稳
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