网络基础理论培训教材.ppt
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1、CDMA无线网络讲座(理论基础&IS95系统介绍),浙江省邮电规划设计研究院,本课程为CDMA无线网络基础培训,共三部分内容:,一、CDMA理论基础 二、IS95A系统介绍 三、1X简介,CDMA无线网络基础培训,目标:通过本课程,对CDMA无线网络基本原理、IS95系统有一定的了解,具备进一步深入学习的理论基础。并对新的1X系统有概念上的认识。,第一部分 CDMA理论基础,1.1 移动通信发展简史1.2 多址接入1.3 CDMA的技术特点1.4 CDMA的基础理论1.5 CDMA中的码1.6 IS95A和IS95A+1.7 IS95的技术优势,CDMA通信原理简介,1.1 移动通信发展简史,
2、AMPS,TACS,NMT,其它,GSM,CDMA,IS95,第一代 80年代,模拟,第二代 90年代,数字,第三代,IMT-2000,WCDMA,CDMA,2000,模,拟,技,术,数,字,技,术,语,音,业,务,宽,带,业,务,TD-SCDMA,DAMPS,第2.5代20世纪初,GPRS,CDMA1X,数,据,业,务,数据,1.2 多址接入,用户1,用户2,用户3,用户1,用户2,用户3,频率,时间,时间,频率,频率,码,业务信道在不同频段分配给不同用户如:AMPS、TACS,业务信道在不同时间分配给不同用户如:DAMPS、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,FD
3、MA,TDMA,CDMA,用户1,用户2,用户3,还有没有?,1.3 CDMA技术特点,什么是CDMA?码分多址(Code Division Multiple Access)技术:是一种数字扩频技术采用1.23MHz的无线载波间隔多个用户可同时占用1.23MHz无线载波同一载波资源内不同的用户通过分配不同的码区分相同的载波能在相邻小区或扇区使用,1.3 CDMA技术特点,多个用户使用不同的语言(符号代码)同时通话,音量足够小时互相之间不影响正常通话,某个用户音量过大将导致其它用户的通话无法进行。,扩频通信 定 义:扩 频 技 术 就 是 将 信 息 的 频 谱 展 宽 后 进 行传 输 的 技
4、 术。理论基础:在白噪声干扰的条件下,信道容量 C=B log2(1+S/N)B信道带宽;S 信号平均功率;N 噪声平均功率 结 论:在信道容量C不变的情况下,信道带宽B与信噪比S/N完全可以互相交换,可以通过增大传输系统的带宽在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量。,1.4 CDMA理论基础,扩频系统框图,1.4 CDMA理论基础,f,S(f),f0,解扩频前的信号频谱,f,S(f),f0,扩频前的信号频谱,信号,信号,干扰噪声,f,S(f),f0,扩频后的信号频谱,信号,f,S(f),f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,脉冲干扰,白噪声,扩频过程,1.4 CDMA理论基础,
5、扩频通信系统的主要特点隐 蔽 性 和 保 密 性抗 干 扰 和 抗 多 径 衰 落 能 力 强实 现 多 址 技 术、增 加 容 量、提 高 频 率 复 用 率。占 用 频 带 较 宽,系 统 复 杂 性 增 加。,1.4 CDMA理论基础,FDMA、TDMA是一种维数受限系统(Dimension limited)CDMA系统是一种干扰受限系统(Interference limited),这种系统链路性能的好坏取决于接收机在干扰中检测信号的能力。CDMA系统前向链路所能支持的最大移动台数与反向链路能支持的最多移动台数不同。一般来说,CDMA系统的容量取决于反向链路的容量。前向链路的容量取决于小
6、区的总发射功率,以及发射功率在业务信道与其他附加信道的分配情况,这些附加信道包括导频、寻呼、同步信道。如果功率放大器不能给前向业务信道提供足够的功率,系统容量就会受前向链路的限制。尽管软切换可以提高反向链路的容量,但它们也会影响前向链路的容量,前向链路的容量会因为软切换的类型和数量而降低。,1.4 CDMA理论基础,当相邻小区的负荷不相同时,负荷重的小区降低发射功率,使本小区边缘的用户切换到临近小区,从而实现负载控制。“小区呼吸”动态分配小区负荷,改善网络覆盖,增加系统容量,小区呼吸,1.4 CDMA理论基础,CDMA基站必需对公共时间参考点保持同步。CDMA系统借助GPS提供精确的时间同步。
7、,区分不同的基站,基站传送不同时间偏移的同一伪随机码,CDMA基站间的同步,1.4 CDMA理论基础,CDMA IS-95A中所使用的几种地址码及其用途:1、PN码:共两种:长度为242-1的PN码和长度为215-1的PN码。作用:a、前向信道:长度为242-1的PN码被用作对业务信道和寻呼信道进行扰码。长度为215-1的PN码 用于正交调制。不同的扇区使用不同相位的序列,其相位差至少为64个码片。b、反向信道:长度为242-1的PN码被用作直接扩频,不同用户使 用由 各自的ESN计算的不同相位的PN码。长度为215-1的PN码 用于对反向业务信道进行正交调制。2、64阶的Walsh码:作用:
8、a、前向信道:Walsh函数直接扩频,同一扇区不同的信道使用不同的Walsh码,被用来区分信道。b、反向信道:使用Walsh码对数据进行调制,6个码符号被64个Walsh码中的一个 进行表示后发送,调制符号即是这组64个正交码中的一个。,1.5 CDMA中的码,1.6 IS95A和IS95A+,CDMA IS-95A系统中的相关标准的介绍:IS-95(TIA/EIA-95):无线空中接口标准IS-96(TIA/EIA-96):语音编码声码器的标准IS-97(TIA/EIA-97):基站性能指标标准IS-98(TIA/EIA-98):移动台性能指标标准IS-127:EVRC的语音编码标准IS-7
9、18:EVRC的性能指标标准IS-707A:宽带扩谱系统的数据业务标准IS-634A:MSC-BSC接口版本A标准IS-41(TIA/EIA41):蜂窝无线系统间操作标准IS-657:移动台和IWF之间链路的通信协议IS-658:宽带扩频系统的数据业务互通功能接口标准国内制定的相关的体制标准规范,1.6 IS95A和IS95A+,增强型IS-95A 系统(话音业务、短消息业务)的主要功能 支持未来无线因特网和数据服务接入方法具备基本的智能网业务,如预付费业务支持UIM 卡方式支持国际漫游系统平台可在升级软件和更换信道板方式下向cdma2000 1x 演进,1.7 IS95A的技术优势,一、CD
10、MA的频谱利用率高,容量大:CDMA系统本身所固有的码分扩频技术加上先进的内、外环功率控制,话音激活技术,所以容量明显大于GSM系统;二、CDMA的覆盖范围大:CDMA的无线链路预算比GSM高出36dB,同等条件下,覆盖半径将近GSM的1.5倍。三、CDMA的话音品质好:经实际试验,CDMA系统的话音质量不仅明显优于GSM和模拟系统,更加接近固定网的话音质量,特别是强背景噪声环境中,由于采用了伪随机序列进行扩频/解扩,话音质量不亚于固定网电话。四、CDMA的掉话率低 CDMA由于采用了各种软切换技术,因此使得移动环境中因为越区切换的掉话率大大降低。,1.7 IS95A的技术优势,五、可提高数据
11、业务 在数据通信方面,CDMA传送单位比特的成本比在GSM平台上使用GRPS,EDGE等补充技术都要低,因此更适合作为无线高速分组数据业务或实时数据业务的接入手段,为移动/无线Internet的融合提供了更好的技术条件。六、CDMA网络的建设成本低 CDMA系统的覆盖范围大、基站数量少、系统容量大、频谱利用率高、频率规划简单等优势,可大大降低系统的建设成本和运营成本。七、CDMA可以实现向第三代移动通信系统平滑过渡,减少对其他电子系统干扰,容量高,延长电池寿命,减少掉话,增强安全性,网络频率规划简单,覆盖大,扩频/编码,为运营者带来的好处,“绿色”手机,节省投资提高频率利用率,方便用户提高通话
12、可靠性,提高服务质量,提高网络安全性,减少工程设计工作量,扩容方便,节省投资,提高服务质量,功率控制,软切换更软切换,可变速率声码器和语音激活,技术,特点,话音质量高,处理增益,无需复杂频率规划,伪随机序列扩频,CDMA系统特点,1.7 IS95A的技术优势,第二部分 IS95A系统介绍,2.1 IS95A的网络结构2.2 IS95A的地址码和用途2.3 IS95A的信道结构2.4 IS95A的呼叫处理流程2.5 IS95A的关键技术2.6 IS95A的频率配置和容量,2.1 IS95A的网络结构,2.2 IS95A的地址码和用途,信息流,信息流,前向采用64阶Walsh函数作为扩频函数,Wa
13、lsh码是正交码若两个函数互相关系数为0,则相互正交码字的互相关系数为,Walsh码,地址码 及其用途Walsh码,2.2 IS95A的地址码和用途,64阶的Walsh码,前向信道,反向信道,64个正交码中的一个,同一扇区不同的信道使用不同的Walsh码,Walsh函数直接扩频,对数据进行调制,区分信道,地址码 及其用途Walsh码,6 symbol,64*64矩阵,010101,64 阶正交Walsh 函数,2.2 IS95A的地址码和用途,地址码 及其用途PN码,包含两部分(1)最大移位寄存器序列(2)掩码 输出序列周期为2N-1(没有全0状态)当掩码不同时,输出相位不同,m-序列,2.2
14、 IS95A的地址码和用途,PN码,长度为242-1,长度为215-1,前向信道,反向信道,不同用户使 用由 各自的ESN计算的不同相位的PN码,作对业务信道和寻呼信道进行扰码,前向信道,反向信道,正交调制,不同的扇区使用不同相位的序列,区分扇区,对反向业务信道进行正交调制,直接扩频,地址码 及其用途PN码,2.2 IS95A的地址码和用途,64 阶正交Walsh 函数:前向链路用于构造码分信道并扩频;反向链路用于MS信息的正交多进制调制。长PN码(周期长度242-1):前向链路用于每个用户的识别(扰码);反向链路用于扩频和用户识别。短PN码(周期长度215):前反向链路都用于正交QPSK 调
15、制,不同基站相位不同,但不同的移动台相位一样(0偏置)。,地址码 及其用途总结,2.2 IS95A的地址码和用途,比特(bit)、符号(Symbol)与码片(Chip)输入含有信息的数据称为比特(bit)在经过卷积编码器、符号重复与交织后的数据被称为符号(symbol)经过最终扩频后得到的数据被称为码片(chip),2.2 IS95A的地址码和用途,IS-95A信道类型 前向 导频信道 同步信道 寻呼信道 业务信道(含功率控制子信道)反向 接入信道 业务信道,2.3 IS95A的信道结构,2.3 IS95A的信道结构,(1)导频信道(Pilot)全0信息,用Walsh 0码扩展,直接用PN短码
16、进行调制 BTS连续发射导频信道 导频信道作用帮助手机捕获系统提供提供同步信号、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,2.3 IS95A的信道结构,(2)同步信道(Sync)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;系统识别符;寻呼信道速率等手机只在初始化时采集接收同步信道信令,之后不再使用。,2.3 IS95A的信道结构,(3)寻呼信道(Paging)BTS在寻呼信道上广播 系统参数消息 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,2.3 IS95A的信道结构,(
17、4)接入信道(Access)每个寻呼信道下最多可对应32个接入信道,移动台选择其中一个作为自己的接续信道,完成发起呼叫(始呼),响应呼叫(被呼)和位置登记等工作。(5)业务信道(Traffic)用于基站、手机之间传送话音、数据及相关信令。,2.3 IS95A的信道结构,2.3 IS95A的信道结构,导频信道(全0),Walsh 0,To QPSK,2.4kbps,4.8kbps,4.8kbps,调制符号,码符号,重复的码符号,1.2kbps,卷积编码r=1/2,K=9,符号重复,块交织,同步信道比特,Walsh 32,寻呼信道比特,19.2kbps9.6kbps,19.2kbps,19.2kb
18、ps,调制符号,码符号,重复的码符号,9.6kbps4.8kbps,卷积编码r=1/2,K=9,码符号重复,块交织,寻呼信道P的长码掩码,长码发生器,抽取器,1.2288Mcps,Walsh P,To QPSK,To QPSK,2.3 IS95A的信道结构,2.3 IS95A的信道结构,I,Q,I信道序列1.2288Mcps,PN码片1.2288Mcps,重复的码符号,重复的码符号,19.2kbps,码符号,19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps,8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps,9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps,增加帧质量指
19、示比特(12,8,0或0bits/frame),每帧增加8bit编码尾比特,卷积编码r=1/2,K=9,符号重复,前向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame),块交织,19.2kbps,64阶正交扩频,复用器,长码发生器,功率控制比特,Q信道序列1.2288Mcps,基带滤波,基带滤波,Cos(2fct),Sin(2fct),I(t),Q(t),抽取器,抽取器,扰码,2.3 IS95A的信道结构,I,Q,I信道序列1.2288Mcps,4.8ksps(307.2kbps),PN码片1.2288Mcps,调制符号(Walsh码片),重复的码符号,重复的码符号,28.8kb
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