安捷伦无线通信测试技术认证培训-CDMA基本原理与测试基础.ppt

1,CDMA基本原理 与测试基础,安捷伦无线通信测试技术认证培训,安捷伦科技大学,2,课程安排,CDMA 基本慨念CDMA 关键技术CDMA 前向与反向信道CDMA 呼叫处理过程CDMA2000 简介CDMA 测试基础,3,Frequency,Power,Time,TDMA,蜂窝系统多址方法,模拟蜂窝系统FDMA使用了25kHz/30kHz信道 数字式TDMA接入方式可以进一步增加系统容量：NADC为FDMA的 3倍，GSM为8倍 CDMA用相关代码来区分同用户。一个用户信道由特定的频与唯一代码的组合所代表 干扰是在同一CDMA频率上所有本区内和本区外的用户，以及因延迟到达的多径信号部分，它也包括通常的热噪声和大气干扰,4,全双工CDMA系统,为了实现双向无线通信，必须采用频分或时分方法提供全双工连接频分双工FDD和时分双工TDD 800MHz与900MHz频段内，频率间隔为 45MHz 17101755 MHz/18051850 MHz频段内，频率间隔 90MHz 17551785MHz/18501880MHz频段内，频率间隔 95MHz 19201980 MHz/21102170 MHz频段内，频率间隔 190MHz,5,频率复用方式,模拟FDMA 系统必须在物上分隔使用相同频的小区 频复用方式可消除干扰和并使系统容最大化 FDMA和TDMA系统采用以7小区的频道配置方式 CDMA在所有小区中及所有扇区使用同样的频 CDMA中，相邻小区使用相同频只是增加信道噪声,6,AMPS=1.5 MHz 30 kHz=50信道,容量=50信道 7（7小区频率复用）,CAMPS=7 calls(使用 1.5 MHz BW),CDMA 系统容,容量=,信道带宽,数据速率,1,(Eb/I0),1,Vaf,Fr,处理增益=128,21dB,7,CDMA 的基本概念,8,窄带CDMA系统组成,窄带CDMA系统结构与GSM系统结构类似。系统由三大部分组成：网络子系统NSS、基站子系统BSS和用户终端MS 中国联通的MS采用机卡分离方式，因此有用来识别用户的UIM卡 CDMA系统还有集中的网络管理。公用陆地移动电话网络PLMN与PSTN或ISDN网络相对应。,NSS,BSS,MS,9,CDMA系统标识,基站覆盖范围可以分成系统、网络和登记区 系统识别码SID是ITU管理的，在CDMA通信网中唯一标识移动业务本地网的号码，长度15比特，SID按省份分配 SID的组成：国家识别码(67bits)，国内业务区组编号(54bits)，组内业务区编号(4bits)。中国的国家识别码为011011和0110101 网络识别码NID是一个移动业务本地网中唯一识别一个网络的号码，可用于区别不同的MSC，移动台可根据SID和NID判断其漫游状态。长度16比特 登记区识别RID码长度12比特 基站编号Base_ID,长度16比特,10,CDMA用户编号计划,国际移动用户识别码IMSI包括移动国家码MCC、移动网络码MNC和移动用户识别码MSIN，共15位号码。中国国家码MCC为460，中国联通CDMA的MNC为03 电子序列号ESN是唯一地识别一个移动台设备，由厂商编号、设备编号与设备序号组成，码长度32比特 移动用户号码簿号码DN，为移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码。DN由国家码、移动接入码、HLR识别码和移动用户号四部分共13位元号码组成,11,IS-95空中接口参数,在10MHz的带宽内可以安排7个频点 中国联通CDMA网实际使用了283号和201号频点，283频点的上行频率即为833.49MHz，下行频率为878.49MHz；201频点的上行频率即为831.03MHz，下行频率为876.03 MHz,12,CDMA 与其它系统的区别,CDMA在同一频上允许有多个用户同时工作，可在同一频道中让许多用户同时通话。CDMA系统除了用频率定义信道外，可用相关码定义信道。模拟FDMA和TDMA从频率 的意义上划分信道，对于TDMA，还在同一频道分成许多时隙,CDMA容量极限是软指标，可通过牺牲差错率和降级音质来增加系统容量，或以降低周围小区容量的代价增加本小区的容量 而在FDMA和TDMA系统中，当所有可用信道均在使用中时，就不可能再增加任何呼叫 小区呼吸：小区范围可以变化，夜间小区范围可以变大，但会影响小区规划并出现阻塞，这种不稳定的干扰称为导频污染,13,课程安排,CDMA 基本慨念CDMA 关键技术CDMA 前向与反向信道CDMA 呼叫处理过程CDMA2000 简介CDMA 测试基础,14,多径衰落与分集技术,多径衰落是由反射物、散射体产生直射波、反射波和散射波的相互干涉和串扰，以及多卜勒频移和扩展引起的多径衰落对数字信号通信的影响：平坦衰落或非选择性衰落；频率选择性衰落；时间选择性衰落 快衰落包括空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。采用分集接收、自适应均衡及纠错编码等技术来克服 消除这些衰落的影响目前最有效的方法还是采用分集技术，如频率分集、空间分集，时间分集和极化分集等 采用分集技术主要是充分利用传输中多径信号的能量来改善传输中的可靠性。实际上它利用信号的基本参量在空间域、频率域和时间域中分散和收集的技术,15,CDMA空间分集,空间分集的基本构成：发射端用一副天线，接收端可用多个天线，各接收天线间的距离为d，即为相关区间R：dR/其中为波长；为天线扩散角。城市中20，则d2.86 分集接收天线的数量n越大，分集效果就越好，工程中一般取n24为宜。空间分集除了可抗衰落外，还可获得3dB/每个天线的设备增益基站接收机多副接收天线距离为波长的非整数倍，当一副天线正经受到多径衰落时，其它天线并非处在衰落条件模拟蜂窝与TDMA系统的基站及CDMA基站均使用分集接收,16,软越区切换期间的空间分集,CDMA可用2个或3个基站作为宏分集系统，越区切换期间，与多基站同时保持与移动台通信的过程称为“软越区切换”。此时MS监听不同代码的2个小区基站信号，各基站则听MS的信号 移动台MS已与基站1建呼叫。当MS接收到电平仍然超过门限参数T_add，MS搜器确定基站1是软越区换的候选者,移动台离开基站1而接近基站2，MS搜索器发现基站1系统参数低于T_drop，MS就通过基站1 将T_drop信息发送至移动电话交换局MTSO 如果网络有可用的容，MTSO 就指示基站和MS执行软越区切换,17,CDMA 频分集,移动通信多径传播会引起频率选择性衰落现象 衰落陷波宽决定于移动通信的时延扩散 在实际城市环境，到达接收机的多径信号时延扩散比较大，达到5s左右，深衰宽为200300kHz 对于CDMA系统而言，深衰只占带宽的很窄一部分。3G系统带宽为5MHz 或10MHz，其影响更小 但CDMA系统需要占用更多的频谱资源,18,CDMA 时间分集,显分集：空间分集、频率分集、极化分集、角分集 隐分集：Rake接收、信道交织和纠错编码，都属于时间分集对随机衰落信号采样时间间隔t足够大，两个采样点间的衰落互不相关，此特性可以实现时间分集技术 时间分集实现方法：发送信号每隔一定时间间隔t 进行重复发送，在接收端就有n 条独立的分集支路，要求时间域上的时间间隔 t大于时间相关区域 T Rake接收机就可以寻找多径信号，并且可以对延迟于主信号的多径信号进行解调和合并,19,数据交织的作用,Errors/Time,TX,1 2 3 4 5 6 7 8 9,10 11 12 13 14 15 16,Errors/Time,1 2 3 4 5 6 7 8 9,10 11 12 13 14 15 16,RX,交织数据帧,20,Rake 接收机,多径分集技术要求：系统带宽应远大于相干带宽；扩频前信号码元宽度应大于或接近于信道传输的最大时延；扩频后信道传输速率足高，以便分离多径分量 Rake接收机由多个相关器组成。由于CDMA移动台与基站同步，移动台的接收机可以分辨出直射信号和多径信号 Rake接收机中的搜索器首先必须对每个多径信号和相邻的基站信号进行搜索与跟踪。搜索器在时间上进行滑动，直至所分配代码的相关器输出最大为止,在IS-95系统中，移动台的Rake接收机使用3路相关器合并，基站的Rake接收机使用4路相关器合并,21,Rake 接收机设计,各相关器抽头的延迟时间与特定输人信号的时延相匹配，各相关器输出信号在相位上重新一致 抽头延迟线后面的加权网络使各支路增益归一化 经过调整后的各路信号，就可合成为Rake的接收机输出 另一种形式的时间分集发生在传送降低数据率时。当降低数据率传输时，基站将重复发送在全速率中产生的数据。当工作于降低的数据率时，基站也将降低传送的功率,22,扩频系统的相关处理,相关是给定信号用数字码扩频以后与所需信号匹配程度的度量 扩频相关处理是CDMA通信的核心和关键，可以采用数字相关处理和序列相关积分处理 采用3层编码结构：用户码、基站码、CDMA信道的正交码 当相关器的一个PN序列与信号中的PN序列匹配时，期望信息的信号被还原到它原来的带宽 与该序列不匹配的输入信号、干扰及其它非精确同步的其它CDMA信号，通过相关器PN序列被扩频到与该PN码相同的一个带宽上,23,CDMA系统同步,直扩系统只有在完成扩频序列的同步后，才可能用同步的PN序列对接收的扩频信号进行相关解扩 定时同步有两个含义，一是系统定时，又叫全局定时；另一是移动台与基站的定时同步 扩频信号同步的两个阶段：初始捕获是粗同步过程，而跟踪是细同步过程这种定时同步采用扩频相关处理、帧同步和扩频信号相位传送相结合的办法实现 系统定时可采用GPS或移动交换中心时间标准定时。由于定时精度要求不低于20 ns，用GPS也不是很容易实现此要求 MS与BS的定时同步，要求MS要准确设置移动用户码相位实现软切换要求，可同时与2个基站通话,24,CDMA链路功率控制,CDMA系统为自干扰系统，每一码道都会受到来自其它码分信道的干扰，这种称为远近效应的固有内在干扰 反向链路功率控制，能使各移动台功率控制在到达基站时信号强度基本一致，提供可接受质量的最小功率 每个移动台的信号达到基站时都达到所需最低的信噪比，系统容量将会达到最大值 CDMA功率控制分为：前向功率控制和反向功率控制。在反向链路中包括开环功率控制和闭环功率控制 一旦建立了业务信道，开环和闭环功率控制就同时有效。它们按各自的控制算法同时控制移动电话的功率,25,反向开环功率控制,反向链路开环功率控制是移动台根据接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率 使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同标称功率 开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围 IS-95空中接口规定开环控制，设定发送功率与接收功率之和为常数，标称值为-73dBm。也就是说，基站接收机信号电平Pr的低，将要求移动台发射机信号功Pt的增加如，基站Pr=-85 dBm时，Pt=(-73)-(-85)=+12 dBm 标准规范：开环功率控制动态范围是-32dB+32dB,26,反向闭环功率控制,反向链路闭环功率控制目的，使基站对移动台的开环功率估计偏离开环控制的标称值时，纠正并保持移动台发射最佳功率基站监视移动台接收功，功控制数据由基站发送至移动台，命移动台按 1dB的步进值增加或低功。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率 功率控制比特是连续发送的，每秒重复800次(每1.25ms一次)一个功率控制比特的长度正好等于前向业务信道两个调制符号的长度（即103.66us）。每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号，这个技术就是通常所说的符号抽取技术 功率控制延长电池使用寿命，减小蜂窝电话对人体的辐射强度,27,CDMA变速率编码器,IS95标准采用了美国Qualcomm公司的语音编码算法：码激励线性预测编码QCELP:QualcommCodeExcited LinearPredictive Code QCELP不仅可工作于1.2/2.4/4.8/9.6 kb/s等固定速率上，而且实现可变速率编码：8009600 bit/s 变速率声码器的数据编码速基于讲话的激活，正常的通话激活因子约为40%。编码时每20ms决定一次相应的速率 可以利用通话中的寂静期来提高系统容量。在用户通话时，声码器速率为9.6kbps。当用户没有发话时，速就下到1.2kbps 国际CDG(CDMA Development Group)提出的14.4kbps 声码器，运于1.8/3.6/7.2/14.4kbps的4种速 一种速率为8 kbps 的EVRC(增强型可变速率编码)话音编码技术也已经用于CDMA系统中,28,移动台功率突发控制,20ms的帧被分成16个功控制组移动台发送信号时，各功控制组包括1536个符号（12个话音比特）声码器编码速降低时，移动台发送相应数量的功控组实现突发输出 功控制组发送时间可以出现在整个时间的任意位置 考虑了话音激活，可以降低编码的速，移动台的平均发射功低 用户发射信号平均发射功低3dB，CDMA容量几乎增加一倍。,功控制组PCG,29,基站可变速率语音编码器,CDMA 基站的语音编码器降低编码速时，在20ms的帧中多次重复相同的码型，以便保持9.6 kb/s的全速传输要求 若声码器选择半速帧，数据比特将发送2次填满整个帧 两次重复的数据将使信号获得3dB的处增益，因此对于半速的编码，处增益增加到21dB+3dB=24dB 为保持与全速帧一致的信噪比，将发射功率下调3dB 保存20ms帧工作在全速率时，降低发射功率就意味着低总干扰减小。对于前向链路来说，因此可以说采用了语音激活就能使系统容量增加,30,课程安排,CDMA 基本慨念CDMA 关键技术CDMA 前向与反向信道CDMA 呼叫处理过程CDMA2000 简介CDMA 测试基础,CDMA 前向与反向信道前向信道物理层Walsh码与自相关反向信道物理层CDMA调制方式,31,前向链业务信道物理层,长码用于区分不同用户，短码用于区分不同基站 Walsh序列在前向链路中用于复用目的，用来区分信道；Walsh序列在反向链路中仅用作正交调制码,32,CDMA 语音编码器,信源编码，它将模拟信号转变为数字信号 语音编码研究的方向是降低话音编码速率和提高话音质 语音编码有三种：波形编码、参量编码和混合编码 混合编码是结合波形编码和参量编码，既有波形编码的高质量又有参量编码的低速率。其压缩比达到4kbps16kbps CDMA系统采用基于码激励线性预测编码的语音编码技术来降低语音的数据速率 IS-96A的QCELP可变速声码器，最大8kbps，中等质量 CDG变速语音编码器，最大13kbps，接近固定电话 EVRC增强型可变速率编码器，8 kb/s，固定电话质量,33,CDMA 话音帧格式,QCELP:9600bps CDG:14400bps,34,前向差错保护,卷积编码可以纠正随机差错，码速率和约束长度(8)是卷积编码的两个关键指标CDMA前向链采用半速卷积编码器实现纠错 输入的数据通过具有抽头延迟线和加法器节点的半速编码器，每1个输入符号会产生2个输出符号 输入9,600bps数据，输出两个9,600bps的数据，组合产生19,200 bps数据,35,14.4 TCH 前向链路的修正,CDG 建议采用一种新的可变数据13kbps的语音编码器，取代8kbps的QCELP编码器 13kbps加上其它开销变成14.4kbps业务信道 为减小新编码器对现有9.6kbps业务信道帧结构的影响。卷积改为3/4，输出19.2kbps 数据为14.4kbps的CDG语音编码的音质已相当于固话质量 总处增益从21.07dB被低到了19.31dB，损失1.76 dB 处增益的低会造成系统总容的低1/3 或减小蜂窝服务小区的面积，需要安装多的设备，导致费用增加,36,CDMA系统定时,IS-95A系统中，系统定时是基于全球定位卫星 系统提供的时间标准。每一基站都有GPS接收机 基站然后通过一个专用信道把定时信息发送至各移动台，系统中所有的移动台都保持完全同步 用于系统定时的GPS时钟再驱动长码伪随机序发生器 CDMA系统中的PN码同步过程分为PN码捕获（粗同步）和PN码跟踪（细同步）这两个闭环控制和调整阶段 PN码捕获使本地产生的PN码与接收到的PN码间定时误差小于1个码片间隔Tc PN码跟踪则自动调整本地码相位，定时误差缩小到码片间隔的几分之一，达到本地码与接收PN码频率和相位精确同步,37,长码发生器,长码发生器可以产生一个长码周期为242-1的伪随机数据码型 由用户32bit ESN与42bit长码输出，通过“与”操作产生长码掩码 32bit的ESN产生42.9亿个公共掩码，保证每一用户都有自己的唯一加扰码,异或,38,长码加扰,扰码能使信号受到随机化处理变为伪随机序列，又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理 可以改善接收比特的定时恢复、帧同步和自适应时域均衡在前向链路中用长码对语音数据加扰，以提供一定的安全性 对数据流进行64取1。64倍的收缩率使数据率从1.2288Mbps到19.2kbps长码数据速就可与待进入异或处理的编码语音数据速相适配,39,闭环功控制数据收缩,数据经过用户定义的长码加扰，闭环功控制数据被抽取各功控制组中每1.25ms发送一次功控制比特，一个20ms的 CDMA帧具有16个1.25ms功控制组PCG每一个1.25ms的PCG中有24个数据调制符号。该功控制比特以800bps速收缩到长码中 功控制比特替代了部分语音数据 移动台Viterbi 解码器，恢复因抽取而丢失的语音数据,抽取,40,Walsh沃尔什码,CDMA的扩频系统采用三层扩频编码结构 底层是码长64的正交扩频编码，不同的正交码作为不同的信道 第二层是基站PN短码，也是扩频编码，不同的基站使用具有不同相位状态的扩频码 第三层是移动用户码，每个用户各不相同。它由扩频PN码加上移动用户掩码复合而成 这三层编码中，对通信特性影响最大的是底层的正交扩频编码的选取。前向链正交扩频编码采用Walsh码 Walsh码组由Hadamard矩阵展开产生，H矩阵中的每一行就是一个Walsh码,41,正交性校验,2 Y-2 N=0,沃尔什码是正交码，取值+1(0)或-1(1)，起始点为+1 n阶Walsh函数表明，在函数的周期T内，它由n个Walsh函数组成 n阶Walsh函数集有n个不同的Walsh函数。记为W0,W1,W2,W3 例如n=8，其中W5：Walsh函数集的特点是归一化和正交性归一化两个相同的Walsh函数相乘，在指定的区间积分结果为+1正交性同阶两个不同Walsh函数相乘，交叉相关系数Zij 等于零,42,Walsh 编码实例,+,用户A和B之和 Walsh编码数据流峰均比变大,43,Walsh 解码实例,用反码与合成后的Walsh码信号相乘，然后对结果进行积分 可见，Walsh码通过相关算法，可以对原始信号进行重建,用户A：0 0 用户B：0 1,44,+,用户A&B Walsh 合成编码数据流,原始数据为0（即-1）,可见现在存在干扰,Walsh 码没有对准的情况,45,扩频数据后，速率增高,Walsh 码扩频,在前向信道中，Walsh 码可以唯一地识别每一个用户 Walsh 码发生器提供64种代码之一，用于对语音数据进行加扰 如果语音编码数据是0，调制器输出与Walsh序有相同的极性；如果语音编码数据是1，输出与Walsh序有相反的极性 CDMA移动台在接收时能根据Walsh 码（信道）极性来解码恢复语音数据,46,为么再次用短序列加扰?,实现隐藏的64个Walsh码的覆盖使小区重复使用相同Walsh码的唯一方法是使用时域上时间偏置加扰层使用另一称为短码的代码，它可以重复使用Walsh码，使移动台能够识别各小区基站小区中的所有信号均与系统时钟同步，因此才有可能使用短码中的时间偏置来识别各不同小区用于区分基站的短序长为32768位，速率1.2288Mbps，即每26.667 ms重复一次,47,码片偏置,自相关,自相关函数R(0)是信号与其自身的比较，相关函数 好的伪随机码型具有：具有时间偏移时的强相关 在其它时间偏移时的弱相关 在EIA/TIA-95-B系统中使用了短码数字序,48,短码相关,同PN偏置的短码就像在接收机中存在白噪声干扰短码设计要求:在时间偏置时自相关性仍很强在其它偏置处，相关性较弱在不良的信噪比环境下应当校验良好相关特性 在实际工作时获得快速捕获,49,前向链路信道,信道以不同的沃尔什码进行区分 每个信道由用户唯一指定的长码进行调制，达到数据加扰的目的 短PN码偏置用于区分基站扇区 前向信道数量由Walsh码、基站发射功率和物理信道单元数量共同决定,前向业务信道使用W8-W31及W33-W63扩频，最多可以有55个下行业务信道,50,1228.8 kbps,前向链路信道结构,Walsh码32,Walsh 码 0,导频信道1,Walsh 码 1 to 7,Walsh码 8-31,33-63,全 0,19.2 kbps,1228.8 kbps,1228.8 kbps,1228.8 kbps,I,转换至I/Q和PN扩频,FIR 低通滤波器和D/A转换,Q,4.8 kbps,I Data,I Data,I Data,I Data,Q Data,Q Data,Q Data,Q Data,19.2 kbps,1228.8 kbps,同步信道1,寻呼信道1-7,业务信道1-55,转换至I/Q和PN扩频,转换至I/Q和PN扩频,转换至I/Q和PN扩频,FIR 低通滤波器和D/A转换,FIR 低通滤波器和D/A转换,FIR 低通滤波器和D/A转换,基站发送的信号的信道：包括业务信道、导频信道、同步信道、寻呼信道组合而成各种信道经Walsh调制后，再次用I和Q短序扩展，经过低通滤波器后转换至模拟信号。相加后送至IQ调制器调制成RF载波,51,导频信道物理层,导频信道指定PN偏置进行短码操作 进入Walsh调制器的信道数据也全是0码 选择Walsh码0，即64个比特全部是0 导致调制器输出全0 可见不需要Walsh调制器，因为对于产生导频的信道来说，只需要实现短码硬件,52,导频序列与信道超帧起点,CDMA将短码每64个比特作为一个单位，共有512种不同的相位，相当于有512种偏置系数，不同基站偏置系数不同 偏置系数定义了导频PN序列相对于0偏置系数的导频PN序列的相位滞后关系 当偶秒开始时，偏置系数为2的导频PN序列的相位为510，而不是一般人以为的2；而在任意时刻，偏置系数为2 的导频PN序列会比0偏置系数的导频PN序列滞后2个相位,53,同步信道物理层,同步信道上传送的信息首先经过1/2卷积（约束长度为9），变成2.4kb/s的信号，再由码元重复变成4.8kb/s的信号交织处理后，同步信道使用W32进行扩频，最后进行调制,54,寻呼信道物理层,寻呼信道信息数据以4800bps或者9600bps的速率进行传输（称为半速率和全速率）通常使用半速率传输，因为这样有额外的3dB的处理增益,55,反向链路信道,每个移动台生成自己唯一的长PN码偏置 用64阶沃尔什码流对发送信息进行调制 每个移动台用0偏置的短PN码对信道进行QPSK调制 移动台用唯一ESN生成长PN码偏置，产生232种偏置可能反向信道的受限主要决定于信道的信噪比(S/N),56,反向链路业务信道物理层,1.2288 Mbps,1.2288Mbps,I,Q,307.2 kbps,t/2,1/2 码片延迟,28.8 kbps,20 ms 语音块,64-阶调制器,1.2288 Mbps,1 of 64 Walsh 码,1.2288 Mbps,1.2288 Mbps,FIR,FIR,W 1,W 2,W 0,W 62,W 63,W 61,9.6 kbps,28.8 kbps,1/2 rate,14.4 kbps,28.8 kbps,长码调制器,Q 短码,1.2288 Mbps,短码加扰,语音编码数据,交织,卷积编码,I 短码,长码,CDMA反向链路移动台不需要自己的导频信道 因为每个移动台信号到达基站的延时不一致，破坏了Walsh码的正交性。Walsh码不能实现信道化 通过64阶调制器，将6个比特用一个Walsh函数调制，指示64个Walsh码中的哪一个被使用。输出数据速率达到307.2kbps,6bit,57,反向链路差错保护,由于反向链路没有导频信道，为了改善的性能应用了一种比前向链路纠错能力更为好的卷积码进行编码 9.6kbps的语音数据使用1/3码率编码器，每比特输出3个 当输入9.6kbps的数据流时，输出28800bps的数据流 对于14.4kbps语音编码器，采用1/2卷积码,58,卷积编码,14.4 kbps,28.8 kbps,语音编码数据,1/2 rate,20 ms 语音块,14.4 TCH 反向链路的修正,CDG 建议采用一种新的可变数据13kbps的语音编码器，取代8kbps的QCELP编码器 13kbps加上其它开销为14.4kbps业务信道 数据为14.4kbps的CDG语音编码的音质已相当于固话质量 采用1/2速率卷积编码 处增益从21.07dB低为19.31dB，损失1.76 dB,59,307.2 kbps,Walsh Code 1,Walsh Code 2,Walsh Code 0,Walsh Code 62,Walsh Code 63,Walsh Code 61,28.8 kbps,64阶调制,每6个编码的语音数据比特指定64个Walsh 码之一用于扩频 扩频数据从28.8kbps 变为307.2 kbps，提高了10.67倍 307.2 kbps=28.8*64/6 kbps 这并是反向链路的信道化 例如：000000对应W0 000001对应W1 111111对应W63,60,为什么在反向信道化时不采用Walsh?,基站向每个移动台提供时间基准 前向信道：从基站发送的所有Walsh码会同时到达某个移动台（同步）因为移动电话与基站间有同的距离，移动台信号传输会同时到达基站，导致无法保持正交性 在EIA/TIA-95-B没有使用传输时延调整来保持移动电话同时到达基站的技术，即使付出高昂的代价，也难以实现必要的正交精,61,反向信道长码扩频,在反向链路中实现信道化，必须为每个移动电话分配唯一的码 由于长码长度为42比特，允许242（43亿个）个码分配给不同用户 即使在CDMA系统网络非常庞大时，每个移动台都可以拥有一个唯一的信道分配码。由于长码之间不相关和不正交，在基站中可以采用快速搜索器，在大范围长码内快速搜索并锁定特定用户信号,62,反向信道短码序列扩频,CDMA移动台使用相同的PN序列，用于最后的短码序列扰码，目的是可以增加解扩能力 短码序列扩频可以帮助基站接收信号个同步 在移动台的Q信道中经过额外的1/2码片的延时，实现OQPSK调制 OQPSK调制使得移动台可以简化功率放大器设计，以便采用更高效的功放,63,反向链路接入信道物理层,随机接入信道因为数据重复比业务信道的处理增益提高3dB。全码率业务信道处理增益为21dB，而现在是10 log(1228800/4800)24dB 接入信道扩频可利用长码。长码的产生过程与寻呼信道相同，长码掩码由同步字、接入信道号、寻呼信道号等组成,64,OQPSK 调制,在OQPSK信号的产生需要1/2的延迟电路，确保 I与Q两路码元偏置半个码元周期OQPSK信号相位只能跳变0,90，不会出现180相位跳变，通过带通滤波器后包络起伏小 QPSK 每个周期产生一个符号的变化 OQPSK 在I 和Q符号数据同时改变时，每个周期需要2个符号的变化,OQPSK,QPSK,调制输出,实例：00,10,01,11,65,I,CDMA 调制方式,采用OQPSK后调制信号幅度变化3dB，而QPSK幅度变化3040dB 由于通过了滤波器，使矢量图的相位路径变缓 这里是基站调制信号I/Q图为一个导频信道实例 基站由许多信道叠加后进行发送。基站即使采用OQPSK，但是由于多个用户信号叠加的随机性，不能避免信号通过原点状态,66,信道化小结,正向链和反向链的功能与特性的主要差别,67,前向链路:BS MS,反向链路:MSBS,优点,提供大功发射机 导频信道能够提供定时基准和相干基准 比特重复实现时间分集 实现了正交码信道,具有宽动态范围的功控制能使基站完成分集接收,缺点,为对越区软换能的支持，增加开支和复杂性,只能发送有限的功基站只能进行非相干解调码信道具有相关性外部干扰影响大,CDMA链路的特点,68,CDMA复用的多个信令子层,目前标准业务有如下的选项：1.语音合成编码器；2.数据环回(Data Loopback)模式用于移动台的某些测试；3.数据业务，标准委员会正在讨论之中。,69,CDMA业务方式选项(Service Option),服务选项001：TIA IS-96-A规范定义的使用8kbps语音合成编码器服务选项002：测试模式1，用于9600bps速率数据环回测试服务选项003：用于加强可变速率编码器(EVRC)双工语音会话模式服务选项004：异步支持电路交换数据传输服务选项005：允许通常的3类传真传输服务选项006：提供字符消息速率9600kbps的短消息服务服务选项007：支持因特网标准PPP分组数据服务选项008：应用CDPD的SSO7 PPP分组协议服务选项009：测试模式2，用于14400kbps速率数据环回测试服务选项014：提供字符消息速率14400kbps的短消息服务服务选项32769：是CDG专用服务选项，用14.4kbps语音合成编码,70,CDMA 协议栈(Protocol Stacks),J-STD-008,不能与IS-95向后兼容，仅用于PCS频段的协议,TSB-74,经过升级的协议，支持14400bps业务信道,ARIB T53,日本的CDMA协议主要基于TSB-74,71,课程安排,CDMA 基本慨念CDMA 关键技术CDMA 前向与反向信道CDMA 呼叫处理过程CDMA2000 简介CDMA 测试基础,CDMA 呼叫处理过程CDMA移动台开机CDMA移动台始呼CDMA初始软换CDMA关键技术,72,CDMA移动电话的呼叫过程,开机后进入初始化，捕获导频信道 手机待机状态，监听寻呼信道 开始呼叫，进入接入信道 用户移动过程中：空闲状态越区换 继续移动过程中实现 开始软换 终止软换 连接成功，进入业务信道 结束呼叫 不同的状态占用不同的逻辑信道,待机越区,结束呼叫,接入失败,73,CDMA 移动台开机,移动台寻找全部可以收到的导频信号来同步基站，选择一个最强信号 同的导频信号具有同时间偏移，基站之间相对偏移是64码片的整倍数 任何移动台根据导频信号建频和时间基准。移动台是在Walsh32的同步信道解调 可以接收该基站的同步信道消息，获得系统的配置和定时信息，保存同步信道消息内容：同步频率、PN时间参考和基站I.D 解调同步信道，用于建立系统时间 确定寻呼信道长码掩码,开机,捕获导频,捕获同步,时间同步,系统搜索,捕获失败,无法接收同步信息,74,同步信道消息数据,基站协议版本 支持协议最初版本 蜂窝系统的SID,NID 基站的导频PN偏置 长码初始状态 寻呼信道数据，产生短码参照系 相对于GPS系统的时间 从系统开始时间的秒数（闰秒）对系统时间的本地时间偏移（时差）白天的电时间标志（夏令时）信道号,75,监听寻呼信道,移动台监听寻呼信道 移动台监听寻呼信道有两种方法：时隙模式和非时隙模式 从初始状态转入待机状态时，采用非时隙模式监听寻呼消息 接收完基站广播信息后，移动台登记后转入时隙模式 解调寻呼信道：使用同步信道中导频PN偏移导出的长码掩码 进入寻呼响应子状态后，手机给基站发送寻呼响应消息 收到基站对寻呼响应消息确认后，移动台启动T定时器 收到信道指配消息后，移动台保存信道指配消息中的关键参数，进入业务状态 继续监视寻呼信道,76,寻呼信道消息,J-STD-008寻呼消息:系统参数接入参数CDMA 信道表扩展的系统参数扩展的邻道表 其它消息排序信道分配数据突发,多消息鉴权SSD 新特性通告状况请求服务重新定向通用寻呼全球服务重新定向TMSI 分配,77,CDMA 待机状态切换,用户移动时没有呼叫称为待机状态切换 移动台的Rake接收机有的三个解调器始终监听当前基站的寻呼信道，而搜索器会不断改变导频PN序列的偏置系数，检测周围的导频信号强度 移动台可通过导频PN序列偏置系数识别不同基站的导频信道 移动台收听一个新小区信号，变换时间参考点 将导频信号根据导频PN序列的偏置归为三类：有效集、邻区集、剩余集 如果进入新小区，进行位置登记 导频PN序列的偏置系数的增量必须 是整数倍的集合,78,CDMA移动台始呼,拨号，然后按发送键 移动台在特定信道上发送接入信道呼叫 接入试探使用长码掩码，依据：接入和寻呼信道号 基站ID 导频PN 偏移 多个用户在接入信道上产生冲突时可进行多次试探 基站收到始呼消息后，在寻呼信道上反馈基站确认消息,79,CDMA呼叫完成,移动台发送接入试探，基站基站检测试探 采用信道分配消息应答接入试探 消息包括用于前向业务信道Walsh码信道、将要被使用的频率以及指明前向与反向链路之间延迟的帧偏置 移动台根据信道分配消息信息进入业务信道，移动台进入业务信道便会产生更多的信令请求 基站开始发送和接收业务信道，并开始通话 EIA/TIA-95-B采用临时措施维持业务信道：空白突发信令借用了邻近的帧用于传输信令信息模糊突发信令采用较低的语音编码器速率，使用剩余的业务信道时间慢速传送信令信息,80,CDMA 初始软换,建呼叫后移动台断搜可能成为软越区换好候选者 Rake接收机的搜器用于扫描其它可能蜂窝小区 移动台发现邻区集或剩余集中的导频信号强度大于导频门限T_add，移动台认为此导频的强度已经足够大并可以对其进行正确解调 移动台找到足够功的第二导频（超过T_add 门限）移动台发送导频强消息至第一个基站 基站把该请求通知MTSO MTSO在软越区换所包含二个基站中选择较好的一个信号 准备工作完成后，原基站向移动台发送切换指令消息，指示移动台开始切换,81,CDMA软换完成,MTSO 发送至第二个基站的链路 移动台从第二个基站接收信号功 两软越区换，使用移动台Rake两个支路，各接收一个基站信号 当某个导频强度低于导频删除门限T_drop时，导频删除定时器启动 移动台将新基站的导频纳入有效集，同时将其从候选集中删除 移动台向基站发送切换完成消息,移动台对导频的管理,82,CDMA切换结束,一旦来自第一个基站的信号恶化，并降到T_drop门限以下 移动台即发送另一个导频强消息，以指示基站需要终止软越区换 移动台由第二个基站控制功（由于第一个蜂窝小区可能只有极差的链接）请求由第二个基站传送至MTSO，第一个基站停止传送和接收信号，并且释放信道 现在移动台在第二个基站上利用业务信道继续通话 移动台可以最多与3个基站链接,83,CDMA 呼叫结束,由移动台或基站链路发起的呼叫被任一方挂机，移动台和基站传输链路被断开后通话终止 移动台先挂机，移动台将向基站发送释放命令 移动台后挂机，移动台接收基站发送释放指令 释放子状态正常结束，返回系统初始化状态 在释放子状态，移动台不但可以进行功率控制，还可以进行切换,84,结束语CDMA关键技术,CDMA采用新的接入方法：码分多址 CDMA是一个自扰系统。利用功率控制 可以实现系统容量与信号质量的折衷 对于9.6kbps 语音编码，CDMA系统容量是模拟系统的20倍，对于14.4kbps 语音时是16倍，比GSM系统要大4-5倍 在多径衰干扰环境中，CDMA系统使用的Rake接收机 CDMA系统因其语音编码器可以动态地调整数据传输速率 CDMA系统采用软切换技术，可以做到先连接再断开 系统规划简单，相同CDMA载波