CDMA信道结构与调制过程.ppt

CDMA信道结构与调制过程 王旭冕 主要内容 IS95前向信道的作用与结构IS95反向信道的作用与结构1XRTT新增加的前反向信道 IS 95系统前反向物理信道 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 前向导频信道 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结果 导频PN序列的起始将会延迟960chipx0 8138 s chip 781 25 s四相扩频和基带滤波与其它前向和反向码分信道一样 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开始用沃氏码32解调信号 Ec Io的定义 Ec Io Energyofdesiredpilotalone Totalenergyreceived Ec IoMeasuresthe strength ofthepilotForetellsthereadabilityoftheassociatedtrafficchannelsGuidessofthandoffdecisionsCanbedegradedbystrongRFfromothercells sectorsCanbedegradedbynoise 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 前向同步信道 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 同步信道生成 同步信道消息 消息类型 MSG TYPE 确定消息结构 固定值00000001 协议版本级 P REV 设为00000001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 长码状态 LC STATE 为移动台提供基站在SYS TIME域给定时间的长码状态 动态产生系统时间 SYS TIME 同步信道消息参数 1 闰秒 LP SEC 从系统起始时间 1980年1月6日00 00 00 至今发生的闰秒的次数 动态值当地时间偏置 LTM OFF 当地时间与系统时间的偏置 单位30分钟 动态值当前当地时间 SYS TIME LP SEC LTM OFF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 同步信道消息参数 2 前向寻呼信道 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 寻呼信道的生成 一个寻呼信道帧有9600 4800 bpsx0 020s 192 92 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384 196 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 寻呼信道消息 移动台指示消息 接入参数消息 扩展的系统参数消息 扩展的邻道消息 系统参数消息 CDMA信道列表消息 全局业务重定向消息 配置参数消息 开销消息 ACC CONFIG SEQ CONFIG SEQ 寻呼信道结构 SCI SlotCycleIndexT SlotCycleLengthin1 28sunits 移动台如何监听寻呼 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 IS95 35个用户 1XRtt 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 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 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 9600bps块交织器 输入阵列 9600bps块交织器 输出阵列 现在 9600bps的数据不再相关相邻码符号从时间上隔离开了突发差错的影响减少了增强了码符号抗单比特差错的能力 READ 数据扰码 每第64个PN比特片与一个调制符模2加随机发送数据消除了出现导频重复错误的可能性移动台可以解调远距离的具有相同PN偏置的基站的信号 ToPowerControlMux 功率控制子信道 基站收信机以1 25ms的间隔 800 s 对接收到的信号强度进行评估 功率控制子信道连续发送以每秒800次的频率发送提升功率或减低功率命令功率控制比特全功率不编码发送 19 2Kspsfromblockinterleaver 1 2288 McpsUserMask 19 2 Ksps 800HzMuxTiming Power Control Bit 800bps MUX Decimator Decimator ScrambledModulationSymbolorPowerControlBit 数据扰码 正交扩频 复用器输出的每个码符号与指定的沃氏函数异或沃氏函数为固定码片速率1 2288Mcps各信道通过沃氏函数互相加以区分扩频后的带宽大大超过源数据的带宽 ToQuadratureSpreading QPSK射频调制 前向业务信道用本扇区偏置PN序列扩频基带滤波可确保波形包含在要求的频率限值范围内基带信号进一步转换为800MHz或1900MHz范围内的射频信号 合成I和Q 每张信道卡中有一个合成器 以串行阵列方式工作 将一个扇区或一个基站的所有前向信道的I和Q信号结合到一起 数模转换器将每扇区或基站的数字的I和Q信号转换为模拟I和Q信号 基带 所有信道卡 三扇区 的基带I和Q信号在背板被合成 扇区合成信号QPSK CDMA前向信道生成与解调 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 CDAM前向信道解调 IS 95A J STD 008要求最少需要四个可以独立工作相关解调器其中三个必须能够解调各个多径分量一个必须是搜索器 能够搜索每个导频PN偏置并评估其信号强度 主要内容 IS95前向信道的作用与结构IS95反向信道的作用与结构1XRTT新增加的前反向信道 反向接入信道 接入信道的生成 请求消息被随机化以降低冲突的可能性两类消息 响应消息 响应基站的消息 请求消息 移动台自动发送 28 8ksps ConvolutionalEncoder Repetition R 1 3 1 2288Mcps AccessChannelLongCodeMask LongPNCodeGenerator 28 8ksps OrthogonalModulation 307 2kcps 1 2288Mcps QPN NoOffset IPN NoOffset D 1 2PNChipDelay BlockInterleaver AccessChannelInformation 88bits Frame 4 8kpbs DirectSequenceSpreading 接入信道时隙 接入信道试探 接入信道试探序列 接入信道参数 RA AccessChannelNumber Randomvaluebetween0andACC CHAN generatedbeforeeverysequence maximumrangeis0 31 IP InitialOpen LoopPower CalculatedindBmasfollows IP k MeanInputPower dBm NOM PWR dB NOM PWR EXTx16 dB INIT PWR dB wherek 73for800MHzCellularand 76for1900PCS PI PowerIncrement EqualtoPWR STEPindB rangeis0to7dB TA AcknowledgmentResponseTimeout timeoutfromtheendoftheslot Calculatedinmsasfollows rangeis160to1360ms TA 80 x 2 ACC TMO RT ProbeBackoff Randomvaluebetween0and1 PROBE BKOFF generatedbeforeeverysequence maximumrangeis0 16slots RS Sequencebackoff Randomvaluebetween0and1 BKOFF generatedbeforeeverysequence exceptthefirstsequence Maximumrangeofvaluesis0to16slotsPD Persistencedelay Valueusedtoimplementthe persistencetest RN PNRandomizationDelay 0to511chips Generatedbeforeeverysequence between0and2PROBE PN RAN 1 byhash usingESN S 反向业务信道 用于在呼叫期间发送 用户的话音业务用户对来自基站的命令和查询的响应用户对基站请求支持可变速率操作8Kbps声码器速率集1 9600 4800 2400和1200bps13Kbps声码器速率集2 14400 7200 3600 1800bps 反向业务信道 反向业务信道的生成 采用8kb语音编码 反向业务信道 64阶正交调制 每输入六个符号 输出64个沃氏比特片六个符号被转换为一个0 63的十进制数对应该数的64位沃氏码被输出 反向业务信道 数据突发随机化 一些重复的符号被删除交织器的输出受一个时间滤波器的控制进行选通传输门控的周期随传输数据率变化用一个伪随机屏蔽模式屏蔽掉码由符号重复所产生的冗余数据 反向业务信道 直接序列扩频 随机器的输出用长码进行直序扩频移动台可以使用基于ESN的长码掩码来区别彼此 反向业务信道 零偏置正交扩频和基带滤波 反向业务信道用零偏置导频PN序列扩频基带滤波可确保波形包含在要求的频率限值范围内基带信号进一步转换为800MHz或1900MHz范围内的射频信号 CDMA反向信道生成与解调 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CE ChannelElement 并成功地提取移动台的信号 CDMA反向信道的解调 IS 95A J STD 008移动台调制过程的反过程多径分量有益于CDMA处理来自多个接收单元的信号可以被矢量合并以改善总的接收信号质量 ChannelElement CDAM手机典型工作流程 搜索Pilot同步Sync守候在Paging准备进入Traffic 主要内容 IS95前向信道的作用与结构IS95反向信道的作用与结构1XRTT新增加的前反向信道 CDMA2000 1X特点 支持高速数据传速 电池寿命更长 后向兼容IS 95 IS 95系统2倍的话音容量 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 使用可变长Walsh码 支持多信道 一个用户可用多个信道 IS 95只能用一个 使用Turbo码进行纠错 反向链路基于相干导频 接收机采用相干解调 Walsh码用来区别码信道 不是做正交调制支持多信道 使用Turbo码进行纠错 1xRTT系统前反向物理信道结构 关于物理层的SR和RC RC 指一系线列前向和反向业务信道的无线配置 包括各种物理参数 前向 快速寻呼信道F QPCH补充信道F SCH反向 导频信道R PICH补充信道R SCH 目前商用1X系统增加的信道 前向快速寻呼信道F QPCH BS用它来通知覆盖范围内 工作于时隙模式的 且处于空闲状态的MS 是否应该在下一F PCH的时隙上接收F PCH F QPCH信号特点 是未编码的 直接进行OOK调制的信号 使用QPCH的目的 是使MS不必长时间地监听F PCH 从而达到延长MS待机时间的目的 快速寻呼信道 F QPCH 1 28s 80ms 20ms 20ms 20ms 20ms Pagingchannelslot 20ms 20ms 20ms 20ms QPCHslot QPCHslot 80ms A B A A B B A B 80ms BS用它来通知覆盖范围内 工作于时隙模式的 且处于空闲状态的MS 是否应该在下一F PCH的时隙上接收F PCH F QPCH信号特点 是未编码的 直接进行OOK调制的信号 使用QPCH的目的 是使MS不必长时间地监听F PCH 从而达到延长MS待机时间的目的 MS只需监视QPCH中自己对应的比特位即可 QuickPagingChannel 100msdelay PagingChannelslots 前向补充业务信道F SCH 使用4阶Walsh码 153 6kbps 前向补充业务信道F SCH 前向补充信道F SCH是用来在通话过程中 向特定的MS传送高速数据信息 用完立即释放