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技术原理篇系列教材之 CDMA20001X网络无线技术 1 内容介绍 第1章CDMA20001X网络概述第2章CDMA20001X网络原理第3章CDMA20001X网络无线信道结构与调制技术第4章CDMA20001X网络关键技术第5章CDMA20001X网络信令流程 2 内容介绍 第1章网络概述第1节CDMA技术的发展概况第2节CDMA技术的特点及优势第3节CDMA2000技术的特点及优势第4节CDMA的频率分配 3 移动通信技术的发展历程 3G 多媒体数据通信 CDMA DS MC TDD TDMA 4 3G IMT2000目标 全球统一频段 统一标准 全球无缝覆盖高频谱效率高服务质量 高保密性能提供多媒体业务 速率最高到2Mbps 车速环境 144kbps 步行环境 384kbps 室内环境 2Mbps易于从第二代系统过渡和演进终端价格低 5 CDMA发展概述 CDMA发展历史和现状 国际 90年代初 Qualcomm公司首次将CDMA技术引入民用通信领域 1993年 第一个CDMA标准IS95A发布 1997年 CDMA标准IS95B发布 2000年 CDMA2000 1X标准IS 2000Release0 ReleaseA出台 2000年 1XEV DO 1XEV DV等宽带CDMA技术纷纷出台 部分提案已经被3GPP2采纳 6 CDMA技术在世界范围内的应用 目前全球约有50个左右国家正在使用CDMA网络 其中CDMA作为主要移动通信网络的包括美国 韩国 日本 澳大利亚等国家以及南美洲的一些地区 目前CDMA用户已超1亿 占移动用户总数的20 CDMA在全球的普及程度会进一步加大 根据Datacomm数据公司的预测 在未来5年内 CDMA全球用户数有望占到总移动用户数的35 7 CDMA发展历史和现状 国内 1997年 中国的北京 西安 上海 广州建有CDMA实验网 中国长城网 133网 2000年7月 中兴推出独立开发的BSS产品和手机产品2001年5月 中国联通在全国范围内建设CDMA网络2001年8月 中兴通讯开通国内第一个cdma20001x实验局2002年 中国联通全面启动cdma20001x网络升级工程 CDMA发展概述 8 现行的有关CDMA移动通信的标准 1J W CDMAFDD TDD日本 ARIB 2GlobalCDMAIIFDD韩国 TTA 3UTRA UMTSFDD TDD欧洲 ETSI 4TD SCDMATDD中国 CATT 5CDMA 2000FDD TDD美国 TIA 6WCDMA NAFDD美国 T1P1 7GlobalCDMAIFDD韩国 TTA 注 本表内容以ITU接受的提交为主 9 IS 41核心网 GSM核心网 NNI IS 95 Cdma 2000 GSM WCDMA 核心网与无线接口的对应关系 10 IS 41是美国现用交换机之间的相互操作的接口规范 而IS 95空中接口标准是美国高通公司1995年公布的第一版 IS 95A定义了800M频段蜂窝系统的空中接口 ANSI J STD 008定义的是PCS版的空中接口 即1 9G频段系列 IS 95B包含了IS 95A的全部内容和ANSI J STD 008 TSB74标准 TSB74定义的是有关速率集合2 14 4 标准 上图的另一个含义是 从现有GSM 包括GPRS 很难平滑过渡到未来的3G 能够复用的部分不多 主要是由于3GPP所定义的Iu接口和2G的A接口差别较大 从IS 95A到CDMA2000则只要通过更改部分插版及软件升级即可完成 这主要是因为IS 95基站系统大部分采用了分组交换控制技术 核心网与无线接口的对应关系 11 3G移动通信技术标准的不同发展趋势 12 cdma2000空中接口演进 13 CDMA2000标准进展情况 2000年6月 公布IS 2000ReleaseA标准1xEV DO DataOnly 与IS 95A B cdma20001XRTT同一频段前向峰值数据速率2 4Mbps 反向峰值数据速率1Mbps 1xEV DV目前有多家公司提出技术方案2001年5月将形成最后的标准与IS95 A B以及cdma20001XRTT系统后向兼容前向和反向均高于IMT2000要求的数据速率前向4 8Mbps 反向614Kbps 14 1XEV DO 1XEV DV技术对比 1XEV DO 利用单独的载频实现高速数据传输 优点 多个接入终端 AT 实际上时分复用所有载频资源进行数据传递 控制简单 成本较低缺点 由于话音和数据呼叫的呼叫模型不同 可能会导致频率资源浪费 1XEV DV 同一窄频内既可以传送话音 又可以传送高速数据 优点 使频率资源得到了有效地利用缺点 控制复杂 成本较高 15 内容介绍 第1章网络概述第1节CDMA技术的发展概况第2节CDMA技术的特点及优势第3节CDMA2000技术的特点及优势第4节CDMA的频率分配 16 无线网络规划简单 频率复用系数高 工程设计简单 扩容方便 CDMA移动通信的特点 17 CDMA移动通信的特点 覆盖范围大 是标准GSM的2倍左右 相同覆盖范围所用的基站少 节省投资 覆盖1000km2 GSM需要200个基站 CDMA只需50个基站 18 CDMA移动通信的特点 频谱利用率高 相同频谱情况下容量是模拟系统的8 10倍 是GSM的5 5倍 采用调频的多址技术 业务信道在不同频段分配给不同的用户 TACS AMPS 采用时分的多址技术 业务信道在不同的时间分配给不同的用户GSM DAMPS CDMA是采用扩频的码分多址技术 所有用户在同一时间 同一频段上 根据不同的编码获得业务信道 19 CDMA移动通信的特点 隐蔽性好 保密性好 伪随机序列 信源信号 TX 解调信号 RX 伪随机序列 扩频信号 20 CDMA 小区 扇区切换采用软 更软切换切换是先接续再中断服务质量高 有效减低掉话其他无线系统 小区 扇区切换采用硬切换切换是先中断再接续容易产生掉话 更软切换 同一基站 相同频率 不同扇区的CDMA信道间 CDMA移动通信的特点 采用独特的软切换技术 降低了掉话率 21 话音质量高 采用8K 8KEVRC 13K语音编码技术 良好的背景噪声抑制功能 CDMA移动通信的特点 22 采用完善的功率控制 话音激活技术 降低了手机发射功率 增加了系统容量 延长了电池使用时间 对人体健康的影响最小 CDMA移动通信的特点 发射功率小 功率控制 语音激活 23 内容介绍 第1章网络概述第1节CDMA技术的发展概况第2节CDMA技术的特点及优势第3节CDMA2000技术的特点及优势第4节CDMA的频率分配 24 CDMA 2000技术概览 1XRTT 1 25MHz3XRTT 5MHz 分为DS和MC 3x1 25MHz 反向信道与DS相类似 CDMA2000从IS 95演进而来 并能与IS 95兼容和共存支持IS 95业务 25 IS2000与IS 95比较 IS 2000先进的业务功能传输速率可达2Mb sRF带宽为1X 3X分组和电路模式的数据业务性能和容量都得到提高 IS 95主要是语音业务二种速率 9 6kb s14 4kb s 1 25MRF带宽电路模式的数据业务 26 CDMA2000 1X特点 支持高速数据传速 电池寿命更长 后向兼容IS 95 比IS 95系统增加一倍的话音容量 27 CDMA2000 1X新特性 反向导频 为相干解调提供相位参考 提供了测量信号强度的方法 前向快速功率控制技术 有效地降低了前向发射功率 提高了系统容量 高速补充信道 支持高速率数据传输 广播控制信道 前向CDMA信道中的码分信道 用于传送基站的控制信息 快速寻呼信道 减少手机待机时的发射功率 降低电池消耗 28 CDMA2000主要设计改进 前向链路快速功率控制IS 95 50Hz IS 2000 800Hz 发射分集ReleaseAOTD orthogonaltrasmitdiversity 辅助导频支持多信道 一个用户可用多个信道 IS 95只能用一个 Turbo码反向连路基于相干导频 接收机采用相干解调 支持多信道 Turbo码 29 信道名定义IS 95 AIS 95 B1XF R FCH前反向基本信道 RC1 RC2 yesyesyes RC3到RC6 nonoyesF R SCH前反向补充信道 RC1 RC2 yesyesyes RC3到RC6 nonoyesF R DCCH前反向专用控制信道nonoyesF PCH前向寻呼信道yesyesyesR ACH反向接入信道yesyesyesF QPCH前向快速寻呼信道nonoyesF BCCH前向广播控制信道nonoyesF R CCCH前反向公共控制信道nonoyesF DAPICH前向专用辅助导频信道nonoyesF CAPICH前向公共辅助导频信道nonoyesF PICH前想导频信道yesyesyesR PICH反向导频信道lnonoyesF SYNC前向同步信道yesyesyes 1X空中接口物理信道 30 内容介绍 第1章网络概述第1节CDMA技术的发展概况第2节CDMA技术的特点及优势第3节CDMA2000技术的特点及优势第4节CDMA的频率分配 31 800MHz频谱分配情况 基本信道 37 78 119 160 201 242 283 384 425 466 507 548 589 630 736 777 辅助信道 A段 B段 A B 段 共10M 7个载频 共5M 3个载频 691 846 5MHz 845MHz 849MHz 835MHz 825MHz 联通网 长城网 未分配 载频 基站收 上行 825 00 0 03N 基站发 下行 870 00 0 03N N 840MHz 32 内容介绍 第1章CDMA20001X网络概述第2章CDMA20001X网络原理第3章CDMA20001X网络无线信道结构与调制技术第4章CDMA20001X网络关键技术第5章CDMA20001X网络信令流程 33 内容介绍 第2章CDMA20001X网络原理第1节CDMA含义和相关概念第2节扩频通信定义 特点及分类第3节扩频码的选择 WALSH码 PN短码 PN长码 34 多址技术 自从电话技术和无线电技术问世以来 人们就在试图通过单条电路传送尽可能多的业务 传输介质类型举例 双绞线同轴电缆光缆空中接口 无线电信号 采用多址技术的好处增加系统的容量 为更多的用户提供服务因为所需传输媒介减少 降低了系统成本降低单用户的费用 每对用户各自通过传输介质使用一专用电路通信而彼此并不知道其他用户的存在 多址技术 多个独立用户同时使用传输介质而互不影响 35 信道的含义 物理传输介质是一种可以根据所采用的不同技术进一步划分为单个信道的资源 下面介绍几种最流行的多址技术 FDMA频分多址每个用户使用不同的频率一个信道对应一个频率TDMA时分多址每个用户使用不同的时隙一个信道就是特定频率的特定时隙CDMA码分多址一个信道对应一种独特的码序列 每个用户使用相同的频率 但采用不同的码序列 信道 通过传输媒介为一个用户传送信息的专用通路 36 CDMA是码分 45or80MHz CDMA频点与信道 CDMA反向信道1 25MHz CDMA前向信道1 25MHz 码分信道 频率 37 CDMA用的是直接扩频 38 内容介绍 第2章CDMA20001X网络原理第1节CDMA含义和相关概念第2节扩频通信定义 特点及分类第3节扩频码的选择 WALSH码 PN短码 PN长码 39 扩频通信的定义 扩展频谱 SS SpreadSpectrum 通信简称扩频通信 扩频通信技术 在发端采用扩频码调制 使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽 在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据 40 CDMA扩频原理 发端数据流与一扩频序列结合到一起在终接端 只要具备正确的定时和扩频序列 合成信号可以被压缩并恢复出原始数据压缩频谱后 恢复出的原始数据流仍然保持完整 41 举例 以四位扩频码来说明扩频与解扩 注意 正电平1 逻辑0负电平 1 逻辑1 42 举例 以四位扩频码来说明扩频与解扩 43 扩频 解扩中频域时域的变化 44 频谱仪实测的CDMA前向信号 1 25MHzDownlink Pilot PagingandSyncCombinedAmplitude FixedOverheadPower 45 CDMA扩频原理 发端数据流与一扩频序列结合到一起在终接端 只要具备正确的定时和扩频序列 合成信号可以被压缩并恢复出原始数据压缩频谱后 恢复出的原始数据流仍然保持完整 46 CDMA扩频原理 多次连续扩频 可以采用连续多个扩频序列进行扩频 然后以相反的顺序进行频谱压缩 恢复出原始数据这些扩频序列可以具有所需的不同特征发端所用的扩频序列必须与终接端所用序列保持同步 47 扩频通信的理论基础 结论 在信道容量C不变的情况下 信号频带宽度B与信噪比S N完全可以互相交换 即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量 48 扩频通信的特点和分类 隐蔽性和保密性好多个用户可以同时占用相同频带 实现多址抗衰落 抗多径干扰抗干扰能力强 直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用的是直接序列扩频 即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码 扩频码 直接混合 这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度 调频FH跳时TH线性调频chirp 49 不同用户使用不同的扩频码 50 Eb No 扩频中的品质因子Eb No PG 51 Eb N0与PG 52 内容介绍 第2章CDMA20001X网络原理第1节CDMA含义和相关概念第2节扩频通信定义 特点及分类第3节扩频码的选择 WALSH码 PN短码 PN长码 53 数字信号的表示 二进制的值 01 电流无有 电压负正 穿孔纸带无孔有孔 音频调幅无音频有音频 移频键控较高频率较低频率 移相键控和基准相位相反 和基准相位相同 差分移相键控 反相不反相 电报空号传号 54 数字信号的编码 采用二进制表示数字信号的突出优点在于电路的实现非常容易 这是因为表示两种状态的元器件很多 比如以下的几种方式 继电器的吸合与释放 二极管的导通与截止 三极管的饱和与截止 触发器 磁心等两种对立状态 前提是大家都要遵循一定的约定 为了保证硬件电路的工作 需要对其表示的信息按一定的规律进行编码 55 二进制编码 数字信号的符号 1 或者 0 是电码的基本单元 简称码元 由若干码元做成一个码组 代表一个字符 数字 指令或字母 这种方法称为二进制编码 如电报 电传码 五进制 ASCII码 计算机里的八进制十六进制等 56 CDMA用码序列 码分多址的含义 所谓码分多址是指以不同的二进制码来区分不同的用户的多址方式 这种多址方式是相对于FDMA和TDMA而言的 IS 95中 多址的概念并不唯一表示为码分用户多址 还包括码分基站多址和码分信道多址 这三种多址方式的实现采用了三种不同的码序列 它们具有各不相同的特点 起着各不相同的作用 地址码的选择直接影响到CDMA系统的容量 抗干扰能力 接入和切换速度等性能 57 扩频码速率 1 2288Mc s 扩频码 前向为Walsh码和PN短码 反向为PN长码 CDMA扩频码的选择 扩频码的使用是扩频通信的关键点 58 PN码及其应用 伪随机序列m序列相位的概念掩码的概念正交 自相关 互相关 59 伪随机序列 伪随机序列 具有类似噪声序列的性质 是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列 60 相位的概念 不同序列的不同的相位标识不同的基站 移动台和用户 PN长码标识不同用户PN短码标识不同基站Walsh码标识不同前向信道 61 掩码的概念 不同的掩码值能使m序列产生不同的相位 IS 95系统中用手机的ESN 电子串号 来计算出标识不同用户的掩码 62 正交 自相关 互相关 正交 为了实现选址通信 要求信号之间必须正交或准正交保证信号间不受干扰 所谓正交 来自数学 两条直线相互垂直称为正交 自相关 自相关函数表征一个信号延迟一段时间后 与自身信号的相似性 CDMA用码序列 要求自相关性越大越好 这样能充分保证接收端的判别和解调 互相关 两个不同信号的相似性 用互相关函数来表征 在CDMA中不同用户应选用互相关性小的信号作为地址码 63 正交 自相关 互相关 64 举例 以四阶Walsh码特性来说明正交与相关性 注意 正电平1 逻辑0负电平 1 逻辑1 65 举例 以四阶Walsh码特性来说明正交与相关性 66 伪随机序列 PN码 具有类似噪声序列的性质 是一种貌似随机但实际上有规律的周期性二进制序列 CDMA系统中的PN码 67 m序列的定义 m序列是一种重要的二进制的伪随机序列 m序列是 最长线性反馈移位寄存器序列 的简称 具体定义如下 如果r级线性移位寄存器输出序列的周期是P 2r 1 则该序列称为m序列 m序列发生器由 移位寄存器 反馈抽头 模2加法器组成 m序列的关键性质 周期很大时几乎是正交的 68 a n 1 a n 2 a n 3 a n 4 a n 输出 a n a n 1 a n 2 a n 3 a n 4 假定初态 a n 4 a n 3 a n 2 a n 1 1000 由四级移位寄存器构成的序列发生器 69 m序列的基本性质 伪随机序列周期 P 2 r 1 r为移位寄存器级数m序列和其移位后的序列逐位模二加 所得序列还是m序列 只是初相不同两个不同相位的m序列 当周期P很大时 这两个序列几乎是正交的 m序列自相关性非常好 所以CDMA中选择m序列PN码作为地址码 不同相位的m序列几乎正交 所以CDMA中用来为每一用户的业务信道分配了一个相位 70 PN码在CDMA中的应用 CDMA系统中有两个序列的PN码 PN长码 242 1 r 42 PN短码 215 r 15 不同的用途前向信道 长码扰码 短码正交调制 标识基站 反向信道 长码扩频 标识用户 短码正交调制 71 PN短码 以四位移位寄存器为例 注意 PN序列如何产生 PN序列的长度周期 PN序列相关与正交性 72 PN短码序列 短码序列I和Q均为32 768chip 短码序列可以看作具有I和Q两种不同成分序列的二维二进制矢量 每一个的长度为32 768chip每一个短码序列均与它自身完全相关 即与时间偏置为零的短码序列完全相关 一个零偏置短码序列与它自身的任何非零偏置的短码序列正交 实际中以64chips偏移做为一个偏移序号 PN OFFSET INDEX 即可用的PN码是0 511 73 PN长码 以四位移位寄存器为例 XOR mask XOR OriginalPNsequence NewPNsequence AND AND AND AND 注意 不同的MASK导致不同的偏移 74 PN长码序列 每个移动台使用一个唯一的用户长码序列 该序列是根据42位长码寄存器的内容 32位的ESN及掩码生成的 长码寄存器在移动台初始化期间与CDMA系统建立同步速率1 2288Mcps 周期为41天10小时12分钟19 4秒通话期间 虽然不同移动台产生的用户长码不是严格正交的 但彼此非常不同 在反向链路上足以对其可靠解码 长码寄存器 1 2288MCPS 公共长码掩码 静态 用户长码序列 1 2288MCPS AND S U M 模2加 75 Walsh码及应用 Walsh函数的定义Walsh码的应用 76 Walsh码在CDMA中的应用 Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统 可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成 由于它仅有可能的取值是 1和 1 或0和1 比较适合于用来表达和处理数字信号 Walsh函数具有理想的互不相关特性 在Walsh函数中 两两之间的互相关函数为 0 亦即它们之间是正交的 Walsh码的定义 77 CDMA系统中的WALSH码 WALSHCODES 64 ChipSequence 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101012001100110011001100110011001100110011001100110011001100110011001130110011001100110011001100110011001100110011001100110011001100110400001111000011110000111100001111000011110000111100001111000011115010110100101101001011010010110100101101001011010010110100101101060011110000111100001111000011110000111100001111000011110000111100701101001011010010110100101101001011010010110100101101001011010018000000001111111100000000111111110000000011111111000000001111111190101010110101010010101011010101001010101101010100101010110101010100011001111001100001100111100110000110011110011000011001111001100110110011010011001011001101001100101100110100110010110011010011001120000111111110000000011111111000000001111111100000000111111110000130101101010100101010110101010010101011010101001010101101010100101140011110011000011001111001100001100111100110000110011110011000011150110100110010110011010011001011001101001100101100110100110010110160000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111111170101010101010101101010101010101001010101010101011010101010101010180011001100110011110011001100110000110011001100111100110011001100190110011001100110100110011001100101100110011001101001100110011001200000111100001111111100001111000000001111000011111111000011110000210101101001011010101001011010010101011010010110101010010110100101220011110000111100110000111100001100111100001111001100001111000011230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110240000000011111111111111110000000000000000111111111111111100000000250101010110101010101010100101010101010101101010101010101001010101260011001111001100110011000011001100110011110011001100110000110011270110011010011001100110010110011001100110100110011001100101100110280000111111110000111100000000111100001111111100001111000000001111290101101010100101101001010101101001011010101001011010010101011010300011110011000011110000110011110000111100110000111100001100111100310110100110010110100101100110100101101001100101101001011001101001320000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111330101010101010101010101010101010110101010101010101010101010101010340011001100110011001100110011001111001100110011001100110011001100350110011001100110011001100110011010011001100110011001100110011001360000111100001111000011110000111111110000111100001111000011110000370101101001011010010110100101101010100101101001011010010110100101380011110000111100001111000011110011000011110000111100001111000011390110100101101001011010010110100110010110100101101001011010010110400000000011111111000000001111111111111111000000001111111100000000410101010110101010010101011010101010101010010101011010101001010101420011001111001100001100111100110011001100001100111100110000110011430110011010011001011001101001100110011001011001101001100101100110440000111111110000000011111111000011110000000011111111000000001111450101101010100101010110101010010110100101010110101010010101011010460011110011000011001111001100001111000011001111001100001100111100470110100110010110011010011001011010010110011010011001011001101001480000000000000000111111111111111111111111111111110000000000000000490101010101010101101010101010101010101010101010100101010101010101500011001100110011110011001100110011001100110011000011001100110011510110011001100110100110011001100110011001100110010110011001100110520000111100001111111100001111000011110000111100000000111100001111530101101001011010101001011010010110100101101001010101101001011010540011110000111100110000111100001111000011110000110011110000111100550110100101101001100101101001011010010110100101100110100101101001560000000011111111111111110000000011111111000000000000000011111111570101010110101010101010100101010110101010010101010101010110101010580011001111001100110011000011001111001100001100110011001111001100590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001600000111111110000111100000000111111110000000011110000111111110000610101101010100101101001010101101010100101010110100101101010100101620011110011000011110000110011110011000011001111000011110011000011630110100110010110100101100110100110010110011010010110100110010110 78 Code 230110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110 Code 23 1001011010010110011010010110100110010110100101100110100101101001Code 590110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001 正交与相关性 79 Walsh码在CDMA中的应用 用64阶Walsh函数进行前向扩频 区分扇区内前向码分信道反向做正交调制 80 1x中可变长Walsh码的使用 在CDMA2000 1X中 数据率越高 则WALSH的长度越短 用了较短的WALSH码之后 则相应的由其生成的长WALSH码不可以再使用 如在RC3模式下 如果达到153 6KBPS的速率 则使用WC4的一个码 则相应的有16个WC64不能再使用 为什么会是这样 如果一个短码是01 那么相应的以01开头的其他walsh码就不能用 不然系统就不能区分 以WC4开头的WC64有16个 所以它们不能使用 问题 为何数据速率越高 使用的Walsh码就必须越短 81 PN Walsh码应用小结 82 三种扩频码特征和功能总结 CDMA中使用的扩频码 83 内容介绍 第2章CDMA20001X网络原理第1节CDMA含义和相关概念第2节扩频通信定义 特点及分类第3节扩频码的选择 WALSH码 PN短码 PN长码 84 内容介绍 第1章CDMA20001X网络概述第2章CDMA20001X网络原理第3章CDMA20001X网络无线信道结构与调制技术第4章CDMA20001X网络关键技术第5章CDMA20001X网络信令流程 85 内容介绍 第3章CDMA20001X网络无线信道结构与调制技术第1节编码与调制的相关概念第2节IS 95前向反向各个码信道的作用 生成及调制第3节1X中新增加的码信道 新的调制技术 86 信息流 语音编码 信道编码 扰码 扩频 调制 RF传送 信道解码 扰码还原 解扩 解调 RF接收 信息流 CDMA通信模型 语音解码 87 数字信号的纠错编码 考察由3位二进制数字构成的8种不同的天气情况 如 000 晴 001 云 010 阴 011 雨 100 雪 101 霜 110 雾 111 雹 若上述码组中只准许使用4种来传送消息 如 000 晴 011 云 101 阴 110 雨 虽然只能传送4种不同的天气 但是接收端却有可能发现码组中的一个错码 88 数字信号的纠错编码 在现行的各种移动通信系统中 都采用了纠错编码技术 纠错编码是必不可少的技术基础之一 在CDMA移动通信系统中 采用卷积编码和交织技术 信息位 监督位 晴 云 阴 雨 000 011 101 110 89 数字信号的纠错编码 数字化移动通信信道中传输过程会产生随机差错 也会出现成串的突发差错 前面介绍的各种编码主要用来纠正随机差错 对付突发的差错主要以下两种编码 卷积码 交织码 卷积编码有着极强的纠错能力和一定的纠正突发差错的能力 这种突发性的差错主要是由快衰落引起的 而交织编码主要是用来克服突发性差错 通常和其他如卷积分组码结合使用 交织的机理是把突发性差错变成随机性差错而得到纠正 它既不增加监督码元 也不改变码速 所以不影响编码的有效性 90 InterleavingMethod 卷积编码和块交织 待传比特 卷积编码 交织 接收比特 卷积解码 维特比解码 Example Encode Convolutional Interleaver De Interleaver Decoder Hello HHEELLLLOOFFOOLLKKSS ELSOLHLOFKLEOLSHOLKF ELSOLHLOFKLEOLSHOLKF HHEELLL OOFFO LLKK S HELLOFOLKS HELLOFOLKS 91 数字信号的纠错编码 卷积 D D D 约束长度4 码长为3 码率为1 3的卷积编码器 g0 g1 c0 c1 c2 卷积的译码有多种方法如大数逻辑 序列 维特比等 92 数字信号的纠错编码 交织 交织的简单原理 16位原始码流1101001101001110 按4x4矩阵排列 写入发送矩阵 1101 0011 0100 1110 1x01 0 x11 0 x00 1x10 按行写入 按列读出 按列写入 按行读出 信道受扰序列 1001xxxx01011100 接收端矩阵输出 1x010 x110 x001x10 93 数字信号的调制 用数字信号对载频调制就是数字式调制 和模拟信号类似有 ASK 振幅键控 FSK 频移键控 PSK 相移键控 GMSK 最小频移键控 DPSK 相对相移 QPSK 正交相移 OQPSK 交叉正交相移 就性能而言 PSK最好 FSK次之 ASK一般 94 数字信号的调制 QPSK调制 串 并 LPF LPF BPF LC 90 Rb QPSK 95 数字信号的调制 BPF 载波恢复电路 LPF LPF 判决电路 判决电路 复用器 定时信号恢复 90 恢复信号 QPSK解调 96 数字信号的调制 OQPSK是OffsetQPSK的缩写 称为交错QPSK 即在I Q支路上错开一个码元的时间进行调制 这样一来避免了码元的同时转换 减小了相位跳变的幅度 频特性得到改善 即旁瓣的幅度要小一些 在CDMA中被用在反向信道的调制 其他性能和QPSK差不多 解调方法也很相近 97 内容介绍 第3章CDMA20001X网络无线信道结构与调制技术第1节编码与调制的相关概念第2节IS 95前向反向各个码信道的作用 生成及调制第3节1X中新增加的码信道 新的调制技术 98 IS 95系统前反向物理信道 99 CDAM手机典型工作流程 搜索Pilot同步Sync守候在Paging准备进入Traffic 100 CDMA前向信道的码处理 一个前向信道的识别 频点FrequencyPN短码偏移区分扇区PNOffsetofthesector扇区内唯一的Walsh码 CDMAFrequency 101 CDMA反向信道的码处理 每个移动台可由移动台内部产生的用户长码的偏置唯一地识别所有移动台在同一1 25Mhz宽的频带内同时传送信息 附近的任一BTS可以向移动台分配一信道部件 或称信元 ChannelElement 并成功地提取移动台的信号 102 Pilot导频信道 用于移动台初始系统捕获基站在前向信道上不停地发射所有基站共享相同的PN序列通过相位偏置区分每个基站导频信道提供 定时参考相位参考相位间隔使得一个CDMA信道频率可提供极高的频率复用率移动台对导频的捕获性能获得增强 因为 导频PN序列持续时间短导频信号未编码实现移动台辅助切换用于确定切换的候选目标完成软切换的关键因素 103 导频信道的生成 导频信道使用沃氏函数0扩频采用短PN序列偏置 允许每个CDMA载频最多可有512个不同的导频信道特定导频PN序列的PN偏置指数 0 511 乘以64可确定实际偏置例 15 偏置指数 x64 960PNchip四相扩频和基带滤波与其它前向和反向码分信道一样 104 导频信道的捕获 移动台自身开始产生I和QPN短码序列 并用其与接收到的复合信号中的每一种可能偏置的信号进行相关运算在15秒内 典型值2到4秒 所有可能的偏置 32 768 均检查一遍移动台记住具有最佳相关性 Ec I0最佳 的信号的偏置移动台锁定最佳导频 具有最佳Ec I0的导频偏置 识别短码序列起始标志 一个1后连续15个0 移动台开始用沃氏码解调信号 105 Sync同步信道 用于提供系统基本参数系统捕获阶段采用比特率为1200bps同步信道帧长为262 3ms与短码周期匹配一旦捕获导频信道 也就捕获了同步信道移动台在每次呼叫结束时重新与系统同步 106 同步信道的生成 一个同步信道帧有1200bpsx0 02666 s 32bit1 2速率卷积编码器使该比特率加倍 卷积编码器输出的0和1叫码符号一个同步信道帧有64个码符号码重复处理后速率再次加倍 每个码符号经重复后称为调制符一个同步信道帧中有128个调制符 为了和16 8的交织矩阵匹配沃氏码 32用于扩展每个调制符 因而导致速率增加256倍 输出的0和1叫比特片 或码片chip 一个同步信道帧中有32 768个码片 每初始比特对应1024个码片 1200bps WalshFunction32 1 2288Mcps ConvolutionalEncoderandRepetition BlockInterleaver R 1 2 ModulationSymbols 4800sps 4800sps Bits Chips 107 同步信道消息参数 最小协议版本级 MIN P REV 8bit无符号整数标识该系统工作所需最小协议版本 只有协议版本大于或等于该域的移动台才能接入系统 系统ID SID 标识系统的16bit无符号整数网络ID NID 标识网络的16bit无符号整数导频PN序列偏置指数 PILOT PN 基站的导频PN偏置指数 由网络规划者分配 系统时间 SYS TIME 包含这条消息的任何部分的最后一个超帧结束后320ms的GPS系统时间 减去导频PN偏置 单位80ms 动态产生 108 同步信道消息参数 当地时间偏置 LTM OFF 当地时间与系统时间的偏置 单位30分钟 动态值夏令时指示 DAYLT 由网络规划者决定1表示采用夏令时0表示否寻呼信道数据率 PRAT 系统寻呼信道的数据率 由网络规划者决定00表示9600bps01表示4800bpsCDMA频率分配 CDMA FREQ 特定CDMA频段的信道号 对应包含基本寻呼信道的CDMA载频 取决于网络规划者 109 Paging寻呼信道 单个CDMA载频最多可支持七个寻呼信道信道1 沃氏函数1 为基本寻呼信道其它附加的寻呼信道用沃氏函数2到7不用的寻呼信道可用于前向业务信道支持两种速率 9600和4800bps单个9600bps的寻呼信道可支持每秒约180次寻呼 寻呼信道 基站用寻呼信道发送系统开销信息和与特定移动台相关的消息 110 寻呼信道的生成 一个寻呼信道帧有9600 4800 bpsx0 020s 192 96 个比特1 2速率卷积编码器使比特率加倍 因此一个寻呼信道帧有384 192 码符号如果速率为4800bps 码重复处理会使速率再次加倍 因此 无论速率多少 每寻呼信道帧包含384个调制符 与24 16的交织距阵同步 每帧384个调制符乘以50帧 秒 19 2Ksps沃氏码 1 或 2 或 7 用于扩频 因此其速率增加64倍 为1 2288Mcps就是说 每寻呼信道帧24 576个chips 或者说9600 4800 bps时 每个初始比特对应128 256 个比特片 111 CDMA前向业务信道 在呼叫期间 业务信道用于向某一特定移动台发送用户信息和信令信息业务信道的最大数目 64减去一个导频信道 一个同步信道 一到七个寻呼信道这样 每个CDMA载频最少可以有55个业务信道不用的寻呼信道可以额外提供6个信道典型的空中实际负荷是 当采用8kb声码器时大约20个用户 112 Walshfunction PowerControlBit IPN 9600bps4800bps2400bps1200bps 声码器 ConvolutionalEncodingandRepetition 1 2288Mcps LongPNCodeGeneration 800Hz R 1 2 K 9 QPN Decimator Decimator UserAddressMask ESN based 19 2ksps 1 2288Mcps Scrambling bits symbols chips 19 2ksps CHANNELELEMENT MUX BlockInterleaving 前向业务信道的生成采用8kb语音编码 113 卷积率1 2 k 9卷积编码 通过编码器生成的信息位叫码符号 这些符号与当前寄存器中所有比特相关 每个信息比特与多个符号的产生有关 这种内部互关联性有助于检测和纠正差错 移位寄存器的长度称为约束长度 K 9 移位寄存器越长 编码结果纠正突发差错的性能就越好这样 可以以较小的功率获得同等的准确度 这里 输入每一个比特 输出两个码符号 卷积率为1 2 114 符号重复 码符号重复为块交织器提供一恒定速率的数据输入 低速率码符号降低功率发送 当信号集成时 不同速率的每比特能量是相同的 全体信号总的功率要求降低了 因此降低了噪声 数据率 bps 每调制符能量 9600 4800 2400 1200 E E 2 s b E E 4 s b E E 8 s b E E 16 s b FullEnergy 1 2Energy 1 4Energy 1 8Energy 115 9600bps块交织器 输入阵列 116 9600bps块交织器 输出阵列 现在 9600bps的数