CDMA基本概念扩频编码调制信道功率控制同步和切换及接入课件.ppt

1、AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模拟第二代 90年代数字第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA3G为客户与运营商提供了完整的综合业务解决方案为客户与运营商提供了完整的综合业务解决方案用户用户1 用户用户2 用户用户3用户用户1用户用户2用户用户3时间时间频率频率时间时间时间时间频率频率频率频率码码业务信道在不同业务信道在不同频段分配给不同用户频段分配给不同用户如：如：TACS系统系统业务信道在不同业务信道在不同时间分配给不同用户时间分配

2、给不同用户如：如：GSM所有用户在同所有用户在同一时间、同一一时间、同一频段上、根据频段上、根据编码获得业务编码获得业务信道信道FDMATDMACDMA用户用户3用户用户2用户用户1WCDMAWCDMAWCDMAWCDMAcdma2000cdma2000cdma2000cdma2000TD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMA接收机结构接收机结构接收机结构接收机结构RAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKERAKE闭环功率控制闭环功率控制闭环功率控制闭环功率控制支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持越区切换越区切换越

3、区切换越区切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换软、硬切换解调方式解调方式解调方式解调方式相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调相干解调码片速率码片速率码片速率码片速率(Mcps)(Mcps)(Mcps)(Mcps)3.843.843.843.84N*1.2288N*1.2288N*1.2288N*1.22881.281.281.281.28发射分集方式发射分集方式发射分集方式发射分集方式TSTDTSTDTSTDTSTDSTTDSTTDSTTDSTTDFBTDFBTDF

4、BTDFBTDOTDOTDOTDOTDSTSSTSSTSSTS无无无无同步方式同步方式同步方式同步方式异步异步异步异步同步同步同步同步异步异步异步异步核心网核心网核心网核心网GSM MAPGSM MAPGSM MAPGSM MAPANSI-41ANSI-41ANSI-41ANSI-41GSM MAPGSM MAPGSM MAPGSM MAPIS95B64kbpsIS95A9.6kbpscdma2000 3Xcdma20001X EVCDMA 1X307.2kbps话音业务容量更大话音业务容量更大手机待机时间更长手机待机时间更长更高的频谱效率和网络容量更高的频谱效率和网络容量更高的分组数据速率和

5、更丰富的业务更高的分组数据速率和更丰富的业务平滑向平滑向3G3G过渡过渡C=W log2（1+S/N）C :信道容量W :传输带宽S/N :信噪比在一定的信道容量的条件下，可通过提高传输带宽降低信噪比窄带信号窄带信号扩频码扩频码扩频码扩频码信号合并信号合并宽带信号宽带信号噪声噪声噪声噪声+宽带信号宽带信号信号与噪声分离信号与噪声分离tP(t)P(t)P(t)P(t)P(t)ttttu CDMA以一个窄带信号开始，采用扩频技术扩展到1.23MHz的宽带信号u 接收时，从宽带信号中恢复信号u CDMA系统干扰主要来自相邻小区和同小区其他用户9.6 K9.6 K1.2288 M1.2288 Mu 用

6、户唯一性用户唯一性 长码的唯一性，m序列的生成机制u 每小区需提供多信道每小区需提供多信道 相互正交的64阶Walsh码u 须具备多小区的规划须具备多小区的规划 M序列的PN码（短码）生成机制内内 容容+1 -1+1 -1 -1 -1 -1+1+1+1扩频扩频解扩频解扩频符号符号码片码片数据数据扩频码扩频码扩频码扩频码数据数据100101 1 0 1 1 0 0 1扩频后的信号扩频后的信号 -1 -1 -1+1+1+1解扩解扩干扰信号干扰信号数据数据 -1+1 -1+1其他的经过其他的经过扩频后的信号扩频后的信号积分后的结果积分后的结果+8 -81 1 0 1 1 0 0 11 1 0 1 1

7、 0 0 11 1 1 1 1 1 1 1扩频后的信号扩频后的信号扩频码扩频码信号信号噪声噪声W2n=WnWnWnWnW1=0W2=0001W4=0 0 0 00 1 0 10 0 1 10 1 1 0u前向采用64阶Walsh函数作为扩频函数，Walsh码是正交码u若两个函数互相关系数为0，则相互正交u码字的互相关系数为Zij=N相同N不同N总的数字64481632129600 19200 3840076800 153600 307200614400Data rate-bps-cdma2000 1x 系统针系统针对不同的数据速率采对不同的数据速率采用不同的用不同的Walsh码码W01=0W0

8、2=00W12=01W04=0000W24=0011W14=0101W34=0110W08=00000000W48=00001111W28=00110011W68=00111100W18=01010101W58=01011010W38=01100110W78=01101001(W016,W816)(W416,W1216)(W216,W1416)(W616,W1416)(W116,W916)(W516,W1316)(W316,W1116)(W716,W1516)长码为一周期为242-1的m-序列u 移位相加特性：输出序列Ck和Ck+t(Ck时移t)的相加后的序列仍然是序列Ck的一个时移序列u自相

9、关特性不同相位的m-序列的相关值为-1长码的作用u长码在前向用作扰码加密u控制功率控制比特的插入u长码在反向提供信道化101 PN Chipm序列周期-1/N 001为初始态 110为掩码（mask)输出为一个7位的序列 当掩码不同时，输出为具有不同偏移的序列Out001110短码为一周期215的M-序列在m-序列中增加了一个全0状态每个基站在短码中指配一个时间偏置，系统利用PN短码的时间偏置来区别小区可允许所有Walsh码在各小区复用系统规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个时间偏置来作小区识别导频偏置每个基站利用导频信号PN序列的时间偏置来识别一个前向CDMA信道相同的导频信

10、号PN序列在一个基站用于所有CDMA信道。PN0PN4PN8内内 容容u约束长度：移位寄存器数+1u编码效率：输入bit数/输出符号数卷积码在AWGN信道中的性能交织器tXX(t)(0tY)(1tY)(tX)(0tY)(1tY复用抽取器CC2CC1图中Turbo码中交织块大小为1530，解码迭代次数为3次可见Turbo码性能优于卷积码内内 容容PN Q当控制端有信号时输入信号旋转9 0 度基带滤波基带滤波IQ+-tfc2costfc2sin+-+-IinQinWalsh函数QOF标志Walsh旋转复数相乘控制PN IYIYQDeMuxY符号分解Walsh扩频QPSK调制Walsh扩频QPSK调

11、制天线2天线1X1IX2IX2QX1QX辅助导频信号W16128符号重复(+,+)符号重复(+,+)符号重复(+,-)符号重复(+,-)导频信号W0128walsh扩频QPSK调制walsh扩频QPSK调制天线2天线1辅助导频信号W16128符号重复(+,+)符号重复(+,-)导频信号W0128+-符号重复(+,+)符号重复(+,-)+符号重复(+,-)符号重复(+,+)+符号重复(+,-)符号重复(+,+)-+YI1YI1YI2YI2YQ1YQ1YQ2YQ2 在多天线上发射所有前向信道 以互补的Walsh码或伪随机码扩频内内 容容FLSR1/3CommonAssignmentCommonPo

12、wer ControlPilotCommonControlSyncTrafficBroadcastPaging(SR1)QuickPagingF-PilotTransmitDiversity PilotAuxiliaryPilotAuxiliary TransmitDiversity Pilot0-1 DedicatedControl0-1 FundamentalPower ControlSubchannel0-7 Supplemental CodeRC 1-20-2 Supplemental CodeRC 3-9F-CACHF-CPCCHF-CCCHF-SYNCF-BCCHF-PCHF-QP

13、CHF-CPICHF-APICHF-ATDPICHF-TDPICHF-DCCHF-FCHF-SCCHF-SCHRLSR1/3R-TCHRC 1/2Enhanced AccessCh OperationR-Common ControlCh OperationR-TCH OperationRC 3-6R-FCH0-7 R-SCCHR-PICHR-PICHR-CCCHR-PICH0-1 R-DCCH0-1 R-FCH0-2 R-SCHR-Power ControlSubChR-ACHR-EACH 信道类型信道类型IS-95A/B CDMA 1X 导频信道 发射分集导频信道 辅助导频信道 发射分集辅助

14、导频信道 同步信道 寻呼信道 广播信道 快速寻呼信道 公共功率控制信道 公共支配信道 前向公共控制信道 前向专用控制信道 前向基本业务信道 前向补充码信道 前前向向信信道道 前向补充信道 反向导频信道 接入信道 增强型接入信道 反向公共控制信道 反向专用控制信道 反向基本业务信道 反向补充码信道 反反向向信信道道 反向补充信道 DA转换帧质量指示比特CRC长码发生器800 bps800 bpsWallsh n抽取器用户m的长码掩码功率控功率控制比特制比特19.2kbps增加编码器尾比特块交织19.2kbps8.6kbps 4.0kbps 2.0kbps 0.8kbps9.2kbps 4.4kb

15、ps 2.0kbps 0.8kbps用户m的前向业务信道信息比特9.6kbps 4.8kbps 2.4kbps 1.2kbps卷积编码r=1/2r=1/2k=9k=9符号重复QPSK调制MUXMUX1.2288 Mcps抽取器上变频功放19.2kbps19.2kbps9.6kbps 4.8kbps 2.4kbps帧质量指示比特CRC长码发生器用户m的长码掩码增加编码器尾比特块交织28.8ksps8.6kbps 4.0kbps 2.0kbps 0.8kbps9.2kbps 4.4kbps 2.0kbps 0.8kbps用户m反向业务信道信息比特9.6kbps 4.8kbps 2.4kbps 1.

16、2kbps卷积编码r=1/3k=9符号重复1.2288 Mcps28.8ksps28.8ksps14.4ksps 7.2ksps 3.6ksps64阶正交调制数据突发随机化307.2kspsI序列1.2288McpsQ序列1.2288Mcps滤波Dcos2ftsin2ft+滤波OQPSK反向信道采用选通方式发射所有速率均以全速率功率发射低速率的重复码元不发射（关闭发射机）发射机的关闭过程由数据突发化随机算法决定长码MASKWalsh Cover相对增益相对增益Walsh CoverWalsh Cover相对增益相对增益Walsh Cover+基带滤波基带滤波以2抽取延迟1chip长码生成器I路

17、PN序列Q路PN序列Walsh Cover+cos2fctsin2fct反向补充信道2反向导频信道反向专用控制信道反向基本信道反向补充信道1、反向公共控制信道、或增强接入信道 反向信道特点：采用Walsh扩频多码道传输 HPSK调制在Q路上插入1/2个chip时延，产生OQPSK调制OQPSK阻止信号过零，大大减小调制信号动态范围，降低输出功率峰均比允许移动台采用简单的功率放大器基站发射的QPSK移动台发射的OQPSKHPSK(Hybrid PSK)，亦称为OCQPSK(Orthogonal Complex QPSK)作用：减少过零率减少对功放的线性要求(a)采用普通复扰码结构后的信号(b)采

18、用H P SK调 制 后的信号xxyy0000-3.4-3.43.4 3.4-3.1-3.13.13.1RAKE RAKE 接收技术有效地克服多径衰落，提高接收性能接收技术有效地克服多径衰落，提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合 并合并后的信号tts(t)s(t)Radio ConfigurationSpreading RateMax Data Rate*(kbps)Effective FEC Code RateOTD AllowedFEC EncodingModulation 1*19.61/2NoConvBPSK 2*114.43/4NoConv

19、BPSK31153.61/4YesConv and TurboQPSK41307.21/2YesConv and TurboQPSK51230.43/8YesConv and TurboQPSK63307.21/6YesConv and TurboQPSK73614.41/3YesConv and TurboQPSK83460.81/4 or 1/3YesConv and TurboQPSK931036.81/2or 1/3YesConv and TurboQPSKRadio ConfigurationSpreading RateMax Data Rate*(kbps)Effective FE

20、C Code RateOTD AllowedFEC EncodingModulation 1*19.61/3NoConv64-ary ortho 2*114.41/2NoConv64-ary ortho31153.61/4YesConv or TurboBPSK(307.2)(1/2)41230.43.8YesConv or TurboBPSK53153.61/4YesConv or TurboBPSK(614.4)(1/3)63460.81/4YesConv or TurboBPSK(1036.8)(1/2)功能前向链路反向链路纠错编码1/2速率1/3速率Walsh码提供信道化64阶调制长码

21、扩展扰码提供信道化短码扩展标识基站，QPSK调制OQPSK调制重复符号传输降低重复符号功率连续发射采用随机突发方式不连续发射导频信道提供相干接收无导频信道，非相干接收调制方式支持多码道传输，采用QPSK方式不支持多码道传输，采用OQPSK方式内内 容容u反向链路特点用户可在小区任何地方使用移动站各个移动站路径损耗不同，差别可达80dB如果所有移动站以相同功率发射，到达基站的信号可能会相差80dB，会有巨大干扰，造成“远近效应”不同移动站信道条件不同基站对接收信号作非相干解调反向功率控制要求高，控制动态范围大，灵敏度高，以补偿快速环境变化u前向链路特点 信道相同一个基站发射的所有信道经过相同路径

22、到达移动站，信号会同时衰减 前向信道正交性好 移动站利用导频信号作相干解调 由于前向信道特点，对前向功率控制要求不突出，其功率变化范围为4dBu反向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u前向闭环功率控制消息报告方式：周期报告、门限报告EIB方式：50 HzQIB方式：50 Hz快速功率控制：800 Hzu 移动台所需发射功率受以下因素影响移动台与基站距离小区负荷信道环境u CDMA系统规定用一个常数来补偿路径损耗与小区负荷的影响，这个常数可由基站调整u 移动台根据接收前向信道的功率，直接确定发射功率发射功率=k-平均接收功率+NOM_PWR +INIT_PWR+接入修

23、正值u内环功率控制内环功率控制基站测量Eb/Nt和设定的目标Eb/Nt进行比较，大于则指令移动台降低发射功率，否则增加发射功率。调节速率为 800Hzu外环功率控制外环功率控制统计误帧率，设定所需的目标Eb/NtBase StationMakes a ComparisonMobile TransmitPower ControlCommandsMeasured Eb/NtVs.Eb/Nt Setpointu移动台测量前向业务信道帧质量，周期方式或门限方式上报帧质量。基站根据上报的帧质量情况确定是否进行前向功率调节，是一种慢速功率调节。ucdma 2000引入了前向快速功率控制，每秒800Hz。u

24、用于速率集2uMS在反向业务信道向BS发送EIB（Erasure Indicator Bit）。其中，如果收到的是一坏帧，则置EIB=1；收到的是一好帧，则置EIB=0u功率控制速率：50Hz。内内 容容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“小区呼吸小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增加系统容量增加系统容量负载控制使用的主要手段包括小区呼吸和同覆盖异频小区之间的切换。u 软切换：在切换过程中，移动台开始与新的基站联系时，并不中断与原有的基站的通信。软切换会带来更好的话音质量，实现无缝切换、

25、减少掉话可能，且有利于增加反向容量u 更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同扇区之间。u 硬切换：在切换过程中，移动台与新的基站联系前，先中断与原基站的通信，再与新基站建立联系。不同频率间的切换到其它系统的切换导频集是指具有相同的频率但有不同的PN码相位的导频集合有效集：与正在联系的基站对应的导频集合。候选集：当前不在有效集中，但是已有足够的强度表明与该导频对应基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。相邻集：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。剩余集：其它导频集合。(1)导频强度超过T_ADD，MS将其加入候选集并上报BS(2)BS命令MS将该导频加入有效集(3)

26、导频强度小于T_DROP，手机启动T_DROP定时器(4)T_DROP定时器超时，MS上报BS(5)BS命令MS将该导频从有效集中删除CFSRPM(Report)CFSCNM(Search Order)F1(serving)F2(candidate)GHDM(HHO)CFSRQM(Search Parameters)CFSRSM(Acceptance)1、MS工作在频点F1，在MAHHO过程中，首先由BS发起CFSRQM（候选频率搜索请求参数消息），带候选频点搜索参数2、MS发回CFSRSM（候选频率搜索应答消息）确认3、BS通过CFSCNM（候选频率搜索命令消息）命令MS按设定的搜索参数搜索

27、候选频点F2；MS在转到频点F1时，将中断与频点F1的联系4、MS通过CFSRPM（候选频率搜索报告消息）报告搜索结果5、BS通过GHDM（硬切换）命令MS切换到频点F2 系统零时：定义1980年1月6日0时整为系统起始时间。偏置为零的长码和短码此时同时处于初始状态 所有基站将在GPS时间的每个偶秒起始时刻（或在此之后80ms整数倍处）作为0偏置PN码（周期为80/3 ms）的初态，即在此之前恰好输出了1个“1”和连续15个“0”这样的PN码片 所有基站需将1980年1月6日零时（GPS起始时间）作为m序列长码的初态（在此之前恰好输出了一个“1”码片和41个连续的“0”码片）使用GPS定时的好

28、处：切换快，同步简单(1)寻找CDMA频点，捕获导频，实现短码同步(2)接收同步信道消息，获取LC_STATE,SYS_TIME,P_RAT等系统信息(3)定时改变，实现长码同步(4)守候在基本寻呼信道，接收系统消息(5)可进行登记、始呼或被呼F-CACHR-EACHR-CCCHF-CPCCHPreambleHeader12354PC bit800 bps前向：闭环功控，快速前向功控。反向：开环、闭环功率控制前向：最大功率发送，无功率控制反向：开环、闭环功率控制功控功控307.2kbps2.4576Mbps前向最高速率前向最高速率1.2288Mcps/1.25MHz1.2288Mcps/1.25MHz码片速率码片速率/载频载频卷积编码、Turbo编码Turbo编码编码方式编码方式前向QPSK，反向HPSK前向QPSK，8-PSK，16-QAM，反向BPSK调制方式调制方式5ms，20ms，40ms，80ms26.667ms帧长帧长前反向均支持：软切换、更软切换、硬切换前向：虚拟(更)软切换、硬切换反向：软切换、更软切换、硬切换切换切换语音业务分组数据业务支持分组数据业务业务特点业务特点前反向码分多址前向时分码分，反向码分分集方式分集方式Cdma2000 1x1xEV-DO