IS-95的同步与定时
每个基站的标准时基与CDMA系统的时钟对准,它驱动导频信道的m序列,帧以及Walsh码的定时。
CDMA系统的公共时钟基准是CDMA系统时间,它是采用GPS(全球定位系统)时间标尺,GPS时间标尺跟踪并同步于UTC(世界协调时间)。
CDMA系统时间是以帧为单位的。若系统时间为s(秒为单位),则以帧为单位的CDMA系统时间t应是帧长20ms的整数,即t=s/0.02. IS-95系统的功控
目的
一是克服反向链路的远近效应;
二是在保证接收机的解调性能情况下,尽量降低发射功率,减少对其他用户的干扰,增加系统容量。
分类 前向功控:一个慢速的基于移动台接收的误帧率消息,对基站的某一信道的发射功率进行调整。最小的调整间隔是一帧的时间,是20ms。.反向功控:开环,闭环,和外环功控。
开环
移动台的开环功控是指移动台根据接收的基站信号强度来调节移动台发射功率的过程。其目的是使所用的移动台到达基站的信号功率相等,以免因远近效应影响扩频CDMA系统对码分信号的接收。
闭环
移动台根据基站发送的功控指令(功控比特携带的信息)来调整移动台的发射功率的过程。
1)分为内环和外环(内环的目的是保持MS尽可能的接近它的Eb/N0目标值,外环的目的是为一个给定的MS调整基站的Eb/N0目标值)
2)内环:基站测量接收到的信号C/I,将该值与设置点相比较,通过发送功率控制命令来增大或减少功率,以使接收到的信号C/I接近于设置点。
3)外环:基站通过测量误帧率,并定时地根据目标误帧率来调节设置点C/I,来维持恒定的目标误帧率。
外环是为了适应无线信道的衰耗变化,动态调整方向闭环功控中的信噪比门限。 IS-95的功率控制
前向:速度慢,每秒1或2次的功控动作。
反向:开环,闭环,外环,速度达到每秒800次。
五、设计整体思路
在本次设计中,只需要仿真CDMA IS-95前向链路(又称下行链路或正向链
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路)系统。
在IS-95系统的前向链路中,不同的信道通过专用的正交Walsh序列来区别,由于Walsh序列的正交性,不同信道的信号是正交的,因此区分了不同的移动台用户。相邻的基站可以使用相同的Walsh序列,虽然信号之间可能不满足正交性,但是来自不同基站的信号可以用不同的PN短码偏置来区分,前向链路的信道结构如下图所示:
由图中我们可以看出,前向物理信道按Walsh码序列可提供64个信道W0~根据物理信道所传送的信息功能不同,可将物理信道划分为几种逻辑信道:W63。
导频信道、同步信道、寻呼信道、业务信道。前向链路的逻辑信道包括:1个导频信道、1个同步信道、1~7个寻呼信道、55个前向业务信道,共计64个。逻辑信道与码分物理信道的对应关系为:导频信道(W0),同步信道(W32),寻呼信道(W1~W7)和前向业务信道(W8~W31及W33~W63)。业务信道含有业务数据和功率控制子信道,前者传送用户信息和信令信息,后者传送功率控制信息。
所以,本次设计首先需要设计并仿真前向导频信道、前向同步信道、前向寻呼信道、前向业务信道,然后再将这四个子信道连接成前向链路系统,在此系统中要实现信号的发送和接收。
六、详细设计
6.1 设计仿真中用到的符号及其功能说明
Walsh编码器 WalEnc
功能: 基于Walsh函数的正交纠错编码器。
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Walsh函数发生器 WalGen
功能: 通用的W[N,K] Walsh函数发生器,在IS95中规定W[64,0]用于前向引导信道,W[64,32]用于同步信道。
Walsh译码器 WalDec
功能: 用于Walsh函数的快速译码。输入信号为N比特数据块加噪声或干扰,按2的K次幂取样数据。 长码
长PN码 LongPn
功能: 42个抽头的PN长码发生器。 PN码
Q通道PN扩展 PnSprdQ 功能: 完成Q通道的扩频。
I通道PN扩展 PnSprdI 功能: 完成I通道的扩频。 交织
交织 IntLvr
功能: 根据选定的IS95信道类型进行交织编码,IS95中使用24行16列个单元以19.2Kbps共20ms为前向信道和Page信道的交织长度。前向同步则采用16行8列共26.6666ms。
反交织 DeIntr 功能: 对交织编码反交织。 信道
同步信道 SyncChan
功能: 输出基带同步信道的数据到脉冲整型滤波器。数据率为1200bps。
Page信道 PageChan
功能: 输出基带Page信道的数据到脉冲整型滤波器。数据率为4800bps或9600bps。
下行信道 TRFCCh
功能: 一个完整的前向信道,从基站到移动端。
接入信道 AccessCh
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功能: 上行接入信道。输入数据流4.4Kbps
上行信道 RvTrfcCh
功能: 上行接入信道。输入数据流直接输入,使用内部取样器。无须在输入信号与本图符之间加入数据取样器。
引导信道 PILOT
功能: 输出引导信道的数据到脉冲整型滤波器。 滤波器
基带多相低通滤波器 LPF
功能: 对要传输的基带信号进行脉冲波形整型以减少实际发射占用的带宽,滤波器默认的系数为IS95规定的48抽头系数,其它文件由格式文本文件指定,并且只能使用4.9152MHz的采样率。 帧品质检测编译码
帧品质检测编码器 FrameQ
功能: 在20ms的数据帧尾部加入带有CRC校验功能的编码,以监测信道的质量。
帧品质检测译码器 FQTYDEC
功能: 对数据帧包含的帧品质检测编码进行译码。 功率控制
功率控制位 POWRCTRL
功能: 在前向信道中加入功率控制位,功率控制位为800bps的数据流。
6.2 前向导频信道
6.2.1 理论基础:
基站通过使用导频信道为所有的移动台提供相位基准,前向导频信道为移动台接收机的相干解调提供相位基准以保证相干检测。前向导频信道结构如下图所示:
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导频信道输入为全0,没有经过编码、交织,用沃尔什函数0进行扩频,导频信号时连续发送的,导频信道的发射功率占基站总功率的20%左右。由于PN码序列的周期为215?32768码片,所以一个导频信号的PN序列周期内可容纳512个码长为64的Walsh函数序列。所有基站的导频信号PN码序列初始相位(状态)的偏置数目等于512,即每偏移64chips为一个码分导频信道。初始相位可用偏置指数表示,从0到511,共有512个,相位偏置指数×64=引导PN序列偏移的码片数。例如,给定的偏置指数为15时,相对基准时间偏移的码片数为15×64=960chips。又因为码片速率为1.2288Mcps,已知每一码片宽为0.8138?s,所以偏置指数为15(对应960chips的码片偏移),相当于时间偏移为781.25?s。 由于把毎偶数秒得开始作为PN序列的零偏置定时,即导频信道的时间周期为2s,又由于短PN码的周期为25.667ms,所以2秒可发送引导信号75次(75×26.66ms=2s)。
I路地短PN码和Q路地短PN码都是由15阶线性移位寄存器产生的m序列,并且m序列的周期均为215?1。I路和Q路的PN序列的特征多项式分别如下:
fI(x)?1?x2?x6?x7?x8?x10?x15
fQ(x)?1?x3?x4?x5?x9?x10?x11?x12?x15
短PN码的周期之所以为215,是因为在设计时对PN码进行了修正。当生成的m序列中出现14个连“0”时,从中再插入一个“0”,使得序列的长度变为
215?32768。由于每个偏置是64码片的整数倍,所以共有32768/64=512个不同
偏置。
移动台利用导频信道来确定最强的信号部分,提供精确的时间延迟、相位和多径成分幅度的估算。移动台还通过比较不同基站发送的导频信号的强度来确定何时进行切换。
6.2.2 设计仿真:
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