CDMA无线网络原理.ppt
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1、CDMA无线网络原理,Page 2,目录,一、CDMA2000二、CDMA EVDO三、CDMA与WCDMA的比较,Page 3,一、CDMA2000,CDMA2000标准回顾、网络结构CDMA2000 通信模型CDMA2000 空口关键技术CDMA2000 空口信道介绍,Page 4,1x:single 1.25MHz carrierHRPD:High Rate Packet DataEV-DO:Data OnlyDV:Data&Voice,基本的语音业务,增强的语音业务,153.6kbps307.2kbps,综合语音数据业务3.1M/1.8 bps,下行2.4M bps上行153.6k b
2、ps,下行3.1M bps上行1.8M bps,EV-DO,DO Rev.A,DO,Rev.0 Enhancement,HRPD phaseI,phaseII,CDMA标准回顾,高通05年宣布放弃EV-DV芯片开发,2000,2006,2004,Page 5,IS-95A/IS-95B,IS-95A价值定位:提供基本语音业务和14.4Kbps电路型数据业务IS-95A技术特点码分多址+直接序列扩频开环+闭环功率控制Rake接收技术软切换+更软切换标准发布:1995年正式发布,全球得到广泛应用的第一个CDMA标准全球应用情况:90年代在全球得到广泛应用,IS-95B价值定位:提供更高速率的电路型
3、数据业务IS-95B技术特点完全兼容IS-95A增加增补码分信道,单用户最多使用8个码分信道(1 FCH+7 SCCH),最大数据速率可达 76.8/115.2Kbps标准发布:1998年正式发布全球应用情况:由于90年代末期3G技术的逐渐发展,IS-95B未得到广泛应用,Page 6,CDMA2000 1x Rel.0/Rel.A,SS7,接入网,电路域核心网,BTS,BSC/PCF,MSC,HLR,PDSN/FA,Internet,AAA,HA,分组域核心网,CDMA2000 1X Rel.0 价值定位:更高的比特率和更好的频谱效率 技术特点 核心网引入分组域网络 增加反向导频信道 前向快
4、速功控技术引入Tubro编码,比卷集码具有2dB的增益 快速寻呼信道提高终端待机时间 增加SCH信道,单用户数据速率达到153.6Kbps后向兼容IS-95A/B 标准发布:2000年初发布,CDMA2000 1X Rel.A 价值定位:更高的分组数据速率 技术特点支持语音和数据的并发业务更高的单用户数据传输速率,达到 307.2Kbps后向兼容 Release 0、IS-95A/B 标准发布:2000年7月发布,Page 7,CDMA2000 1X网络结构,MS:移动台 BTS:基站BSC:基站控制器 MSC:移动交换中心HLR:归属位置寄存器 VLR:拜访位置寄存器PCF:分组数据控制功能
5、 PDSN:分组数据服务节点 HA:家乡代理 FA:外地代理 SCP:业务控制点 Radius:远程认证拨入用户业务,Abis,A1(信令),A2(业务),A11(信令),A10(业务),A3(信令&业务)A7(信令),CDMA2000系统结构与接口,Page 8,接口小结,Um接口 MS与BTS间接口,承载信令和业务Abis接口 BSC与BTS间的接口,承载信令和业务A1接口 承载MSCBSC间信令A2接口 承载MSCBSC间业务A3/A7接口 源BSC和目标BSC之间的信令、业务接口A8接口 承载BSCPCF间的业务A9接口 承载BSCPCF间的信令A10接口 承载PCFPDSN间的业务A
6、11接口 承载PCFPDSN间的信令,Page 9,一、CDMA2000,CDMA2000标准回顾、网络结构CDMA2000 通信模型CDMA2000 空口关键技术CDMA2000 空口信道介绍,Page 10,CDMA通信模型,Interleaving,信源编码,信道编码交织,加扰,扩频,调制,射频发射,语音信号的数模转换,对信息进行编码,达到纠错和抗干扰的目的,对信号进行加扰,加入用于识别用户的信息,将窄带信号拓宽,将数字信号调制成模拟信号,将模拟信号加到载波上进行发射,Page 11,信源编码,话音编码器 8K QCELP13K QCELPEVRC特点支持语音激活、全速率、半速率、1/4
7、速率、1/8速率,在典型的双工通话中,通话的占空比小于35%,不通话的时候降低发射速率,有效提高系统容量,延长MS待机时间!,Page 12,信道编码,无线环境复杂,信道编码用于纠错。信道编码采用卷积码或者TURBO码。对于卷积码:约束长度:移位寄存器数+1。编码效率:输入bit数/输出bit数。,卷积码编码器,Input(bits),Output(symbols),Page 13,交织,数据的传送方向,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,
8、1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,2,7,7,7,7,7,7,7,7,6,6,6,6,6,6,6,6,3,3,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,1,2,8,7,3,6,4,5,1,2,8,7,3,6,4,5,5,5,5,5,5,5,5,5,8,8,8,8,8,8,8,8,interleaving,2,2,2,Page 14,码分,码,业务信道在不同频段分配给不同用户如:TACS系统、AMPS系统,业务信道在不同时间分配给不同用户如:
9、GSM,所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道,用户1,用户2,用户3,时间,频率,FDMA,Page 15,Walsh码,不同的Walsh码之间是正交的。,Walsh码是一种正交扩频码,Wim 代表阶数为m的Walsh矩阵中的i行。,Page 16,在前向,每个符号都需要用Walsh码进行扩频。在前向,Walsh码用于区分出不同的用户。在反向,对IS95A/B,每输入6个符号,输出一个Walsh函数。例如,如果输入的符号序列为110011,那么输出的符号序列为W5164(110011binary=51decimal).在反向,对于CDMA2000,Walsh函数用于区分信道类型
10、。(RC3-9),Walsh 码,Page 17,码分、扩频、解扩,扩频码,扩频信号,解扩后信号,原始信号编码,扩频码,Page 18,加扰M序列,包含两部分:移位寄存器序列掩码输出序列的周期是 2N-1 bits,N为寄存器个数当掩码不同时,输出的移位寄存器序列相位不同,Page 19,长码,长码是周期为242-1的M-序列长码的功能:加扰前向CDMA信道在反向,区分出不同的MS,Page 20,短码,1、短码为一周期215 的M-序列2、每个扇区在短码中指配一个时间偏置(相位)系统利用PN短码的时间偏置来区别(BTS)扇区可允许所有Walsh码在各(BTS)扇区复用系统规定PN码最小偏移值
11、为64,共有512个时间偏置(215/64=512)同一(BTS)扇区内所有CDMA信道的短码相同不同(BTS)扇区内的CDMA信道的短码时间偏置不同,Page 21,一、CDMA2000,CDMA2000标准回顾、网络结构CDMA2000 通信模型CDMA2000 空口关键技术功率控制、切换分集与Rake接收机CDMA2000 空口信道介绍,Page 22,为什么需要功率控制,CDMA2000系统是自干扰系统,每个用户的信号对其他用户来说都是干扰。限制CDMA2000系统容量的因素是总干扰。当达到以下条件,系统容量最大基站从各个移动台接收到的功率相同当在可接受的信号质量下,功率最小,Page
12、 23,功率控制方式,反向功率控制:开环功率控制闭环功率控制内环功率控制:800 Hz外环功率控制前向功率控制:IS-95 基于测量报告、门限、周期、慢速的功率控制IS-2000 引入快速功率控制,Page 24,反向开环功率控制,MS所需要的发射功率受以下因素制约:MS和BTS之间的距离 小区负荷 信道环境 MS根据接收到的BTS功率来确定自己的发射功率,MS发射功率,Page 25,反向闭环功率控制,BTS,功率控制比特,Eb/Nt 值,FER 值,内环功率控制,外环功率控制,Eb/Nt 改变量,BSC,BTS,Page 26,为什么需要切换,蜂窝通信的原理;软切换可以抗多径衰落,提高通信
13、可靠性软切换时可以通过增加切换分支的方式降低发射功率,提供系统容量和MS待机时间。,Page 27,CDMA2000系统中切换的种类,软切换:在切换过程中,MS开始与新的BTS联系时,并不中断与原有的BTS的通信。软切换会带来更好的话音质量,实现无缝切换、减少掉话可能。更软切换:与软切换类似,发生在同一BTS的不同扇区之间。硬切换:在切换过程中,MS与新的BTS联系前,先中断与原BTS的通信,再与新BTS建立联系。硬切换过程中有短暂的中断,容易掉话。,Page 28,软/更软切换,软切换时分支在BSC进行合并 更软切换时分支在BTS进行合并,Page 29,导频集,激活集,候选集,相邻集,剩余
14、集,正在和手机保持通信的所有导频的集合,当前不在有效集中,但其对应的前向业务信道已有足够强度可以被成功解调的所有导频集合,当前不在有效集或候选集中但是有可能进入候选集的导频集合,其它导频集合,具有相同的频率但有不同的PN短码相位的导频集合,Page 30,T_ADD,T_DROP,T_TDROP,三个与导频探测有关的参数:T_ADD T_COMP T_DROP一个定时器参数:T_TDROP,Page 31,软切换相对门限,Pilot P1,Pilot P2,Pilot P0,t0,T_COMP0.5dB,t1,t2,T_ADD,导频强度,P0候选集中的导频P1,P2激活集中的导频,t0 当P0
15、T_ADD时发送导频强度测量消息t1 当P0P1+T_COMP0.5dB时发送导频强度测量消息t2 当P0P2+T_COMP0.5dB时发送导频强度测量消息,Page 32,导频集之间的相互转换,T_ADD,T_DROP,Pilot 1,导频强度,Pilot 2,T_TDROP,T_TDROP,相邻集,候选集,激活集,候选集,相邻集,TIME,1,2,3,4,5,6,7,8,Page 33,为什么需要分集技术,抗多径衰落抗频率选择性衰落抗干扰,Page 34,分集技术的种类,时间分集:采用符号交织,检错纠错编码等方法。频率分集:通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩展到整个1.2
16、3MHz上。空间分集:在BTS采用双接收天线。在手机和BTS采用RAKE接收,合并不同传输延时的信号。软切换的时候,MS和多个BTS同时联系,从中选出最好的帧。,Page 35,RAKE接收技术,S(t),发射信号,接收技术无线环境-多径效应,Page 36,一、CDMA2000,CDMA2000标准回顾、网络结构CDMA2000 通信模型CDMA2000 空口关键技术功率控制、切换分集与Rake接收机CDMA2000 空口信道介绍,Page 37,CDMA2000空口物理信道,前向信道:导频信道(F-PICH)同步信道(F-SynCH)寻呼信道(F-PCH)业务信道(F-TCH)(含功率控制
17、子信道)前向补充信道(F-SCH)反向信道:接入信道(R-ACH)业务信道(R-TCH)反向补充信道(R-SCH)反向导频信道(R-PICH),Page 38,导频信道(F-PICH),导频信道的作用:帮助手机捕获系统 多径搜索 提供相位参考,帮助手机进行信道估计,作相干解调 切换时手机测量导频信道,进行导频强度比较,Page 39,同步信道(F-SynCH),同步信道的作用:手机通过同步信道获得与系统的同步 同步信道提供 导频偏置PILOT_PN 系统时间SYS_TIME 长码状态LC_STATE 寻呼信道速率P_RAT,Page 40,寻呼信道(F-PCH),BTS在寻呼信道上广播:系统参
18、数消息 接入参数消息 邻区列表 CDMA信道列表 BTS通过寻呼信道:寻呼手机 指配业务信道 W1 W7 用于寻呼信道扩频,Page 41,前反向业务信道(F/R-TCH),用于在前向和反向传送BTS的数据和信令,Page 42,前反向补充信道(F/R-SCH),F-SCH用于高速数据的传送,而F-FCH用于低速率数据的传送当数据业务呼叫建立的时候,首先分配给MS的是F-FCH。如果数据速率超过9.6K,那么系统将会分配F-SCH给MS,Page 43,反向接入信道(R-ACH),MS在反向传送数据和信令响应寻呼位置更新,Page 44,反向导频信道(R-PICH),反向导频信道的功能:初始捕
19、获 跟踪 反向相干解调 功率控制测量利用反向导频信道,基站能进行相干解调,提高了接收性能,增大了反向信道容量,Page 45,目录,一、CDMA2000二、CDMA EVDO三、CDMA与WCDMA的比较,Page 46,二、CDMA EVDO,EVDO Rel.0EVDO的几个关键技术EVDO Rev.A及其改进CDMA的传输探讨,Page 47,CDMA EV-DO网络架构,参考标准:Um interface:C.S0024-0 V4.0A interface:A.S0008-0 V2.0,AT:1xEV-DO终端AN:1xEV-DO Access NetworkAN AAA:Access
20、 Network AAA,接入网设备,核心网设备,EV-DO网络结构只涉及分组域,与电路域核心网无关,Page 48,EV-DO与1X有本质差异:空口技术不同,EV-DO与1X采用完全不同的空口技术 EV-DO前向采用时分多址技术,1X前向采用码分多址技术EV-DO前向采用速率控制技术,1X前向采用功率控制技术;即EV-DO前向没有功率控制,总是以最大功率发射,1X 前向链路结构,DO 前向链路结构,Page 49,EV-DO与1X有本质差异:频点和业务定位不同,EV-DO需要独立载频、配置不同频点EV-DO业务定位不同EV-DO主要提供高速无线分组数据业务1X主要提供话音业务,Page 50
21、,EV-DO两种组网方式,升级混合组网方式:原有1X设备需宽带平台设计,基站支持Do升级能力升级后系统整体性能下降,1x、Do的网络优化调整相互影响需要中断现网1X业务,独立组网方式:不涉及现网1X设备改动,不影响现网业务网络结构清晰和升级混合组网方式成本相当新基站引入新技术,节约成本,平滑演进需要新增机柜需要解决配套问题,Page 51,DO的物理信道,Page 52,DO的物理信道-前向,导频MAC.RA.DRC.RPC业务控制,1、导频信道用于系统捕获、相干解调和链路质量的检测。2、RA子信道用于传送系统的反向负载指示、RPC子信道用于传送反向业务信道的功率控制信息、DRCLock子信道
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