北邮移动通信PPT 第七章

第七章第三代移动通信系统及增强技术 MobileCommunicationTheory 目录 7 1 7 5 MobileCommunicationTheory 7 1 MobileCommunicationTheory IMT 2000的主要目标和要求特点 IMT 2000 意指工作在2000MHz频段并在2000年左右投入商用的国际移动通信系统 InternationalMobileTelecomSystem 它既包括地面通信系统也包括卫星通信系统 基于IMT 2000的宽带移动通信系统称为第三代移动通信系统 简称为3G 它将支持速率高达2Mbps的业务 而且业务种类将涉及话音 数据 图像以及多媒体等业务 MobileCommunicationTheory IMT 2000的目标 全球漫游适应多种环境能提供高质量的多媒体业务足够的系统容量和强大的用户管理能力 MobileCommunicationTheory IMT 2000对传输技术提出的要求 全球性标准多种环境下支持高速的分组数据传输速率快速移动环境144kbps步行环境384kbps固定位置环境2Mbps便于系统的升级 演进 易于向下一代系统灵活发展传输速率能够按需分配 MobileCommunicationTheory IMT 2000对传输技术提出的要求 上下行链路能适应不对称业务的需求具有简单的小区结构和易于管理的信道结构无线资源的管理 系统配置和服务设施要灵活方便业务与其它固定网络业务兼容频率利用率高高保密性 MobileCommunicationTheory IMT 2000的发展历程 IMT 2000的发展大致经历了以下的历程 1991年 国际电联正式成立TG8 1工作组 负责FPLMTS标准的制定1996年 FPLMTS正式更名为IMT 20001997年初 国际电联发出通函 向各国征集IMT 2000无线传输技术方案1998年6月 ITU共收到10种地面无线传输方案 经过协调与融合 1999年11月 确定了IMT 2000的无线传输技术规范 将无线接口标准明确为五种方案 MobileCommunicationTheory IMT 2000的发展历程 续 2000年5月 国际电信联盟 无线标准部 ITU R 最终通过IMT 2000无线接口规范 M 1457 包括 美国电信工业协会 TIA 提交的cdma2000 欧洲电信标准化协会 ETSI 提交的WCDMA 中国电信科学技术研究院 CATT 提交的TD SCDMA MobileCommunicationTheory IMT 2000地面无线传输技术提案 MobileCommunicationTheory IMT 2000地面无线接口标准 MobileCommunicationTheory 3G系统承载的业务 3G 灵活的支持多种业务 话音 数据 图像及多媒体等 并能够灵活引进新业务ITU R的建议M 816将3G支持的主要业务划分为交互性业务 分配性业务和移动性业务三大类 MobileCommunicationTheory 3G系统承载的业务 续 交互性业务会话业务 消息业务和检索与存储业务 分配性业务例如广播业务 移动性业务漫游业务和定位业务 MobileCommunicationTheory 3G系统的基本特征 系统频段 系统结构 MobileCommunicationTheory 系统频段 WCR 92 MobileCommunicationTheory 系统频段 ITU在2000年的WRC2000大会上在WRC 92基础上又批准了新的附加频段 806 960MHz1710 1885MHz2500 2690MHz MobileCommunicationTheory 我国第三代移动通信系统的频率规划 MobileCommunicationTheory 3G系统中支持的新技术 高效的信道编码技术智能天线技术软件无线电技术多用户检测与干扰消除全IP核心网 MobileCommunicationTheory MobileCommunicationTheory IS 95标准发展历程 is 95标准发展历程 iS 95B IS 95A CDMA技术的地位 cdmaOne MobileCommunicationTheory IS 95A 产生过程 关键技术 1989年Qualcomm公司提出了CDMA蜂窝移动通信系统的实现方案1993年美国电信工业协会 TIA 将CDMA系统确定为一个暂定标准 IS 95标准1995年形成了一个修订版本 IS 95A 并投入商用 功率控制软切换多种形式的分集技术 MobileCommunicationTheory 需求较高速率数据业务新标准 IS 95B的产生 MobileCommunicationTheory IS 95B的特点 IS 96B简介 MobileCommunicationTheory 前向链路信道结构前向链路基本操作导频信道同步信道寻呼信道前向业务信道功率控制子信道随路信道 IS 95前向链路 MobileCommunicationTheory 前向链路信道结构 前向链路 又称下行链路 指由基站发往移动台的无线通信链路 不同信号的区分 物理信道 逻辑信道 MobileCommunicationTheory 逻辑信道 MobileCommunicationTheory IS 95前向链路信道结构 特殊情况当用户数过多 业务信道数目不够时 某几个寻呼信道可以临时用作业务信道 极端情况下 7个寻呼信道和1个同步信道都可用作业务信道 MobileCommunicationTheory IS 95前向链路信道处理过程 1 2 3 流程 除导频信道外 其余信道均对输入的数据都进行信道编码 采用编码速率为1 2 约束长度为9的卷积编码 块交织 再用相应的Walsh码扩展频谱 图8 4中A点之后即为经过Walsh码正交化后的信号 然后再经过QPSK正交调制后发送出去 MobileCommunicationTheory 处理过程1 图8 4aIS 95前向链路信道处理 MobileCommunicationTheory 处理过程2 图8 4bIS 95前向链路信道处理 MobileCommunicationTheory 处理过程3 MobileCommunicationTheory 前向链路基本操作 Descriptionofthebusiness Descriptionoftheproducts 卷积编码 符号重复与块交织 扩频与调制 数据加扰 基带滤波 长码产生 变速率声码器变速率传输控制 MobileCommunicationTheory 卷积编码 MobileCommunicationTheory IS 95前向链路的卷积编码器结构 该卷积编码器的生成函数为g0 111101011 g1 101110001 初始状态为全0 c0先输出 c1后输出 图8 5IS 95前向链路的卷积编码器结构 r 1 2 k 9 MobileCommunicationTheory 符号重复和块交织 符号重复 原因在进行块交织之前 如果前向信道的数据速率低于额定数据传输速率 则还要对卷积编码器的输出符号进行重复 使得各种符号速率变成相同的调制符号速率 以便进行统一的交织操作 重复次数 作用对付突发性干扰 将突发性差错分散开来 变为随机差错 方法 比特反转 符号位置变换为二进制数据反转比特顺序变回十进制注意 位置按从0开始编号 块交织 n 额定速率 当前速率 MobileCommunicationTheory 扩频与调制 扩频PN短码序列QPSK调制 一个信道的数据分别与两个不同的PN短码进行模2加 经过基带滤波成型后的I路Q路信号使用同相载波和正交载波进行调制 相加后发送出去 将 0 1 映射至 1 1 按照生成多项式产生的序列周期长度为215 1当序列每个周期中出现14个连 0 时 再插入一个 0 从而周期长度为215 32768 而且序列中 0 和 1 的个数各占一半 使码的平衡性更好 前向链路的每个信道都用一个码片速率固定为1 2288Mcps的Walsh函数扩展频谱 以此保证前向链路的各个信道之间具有正交性 MobileCommunicationTheory QPSK调制的实质 图8 4cIS 95前向链路信道处理 图8 6IS 95前向链路QPSK调制星座图及相位转移关系 MobileCommunicationTheory 基带滤波 应满足 和 是使均方误差最小的常数 常数Ts 203 45lns 刚好是一个PN码片时间的四分之一 频率响应 冲击响应 I和Q支路数据脉冲被分别加至基带滤波器的输入端 基带滤波器频率响应限值 MobileCommunicationTheory 数据加扰 目的 数据安全 扰码来源 每64个码片的第一个码片 用于前向业务信道和寻呼信道 实现方法 对交织器输出数据和PN长码的抽样值进行模2加 速率 与被扰的符号序列速率相同19 2ksps MobileCommunicationTheory 长码产生 周期242 1速率1 2288Mcps作用前向链路寻呼信道和业务信道的数据加扰反向链路中区分用户特征多项式长码发生器的结构长码掩码的格式 MobileCommunicationTheory 长码发生器的结构 长码发生器是由42级移位寄存器 相应的反馈支路以及模2相加器组成 为了保密起见 42级移位寄存器的各级输出与长码掩码 一个42位的序列 相乘 然后进行模2加 得到长码输出 图8 9长码发生器 MobileCommunicationTheory 导频信道 在每个载频上的每小区或扇区配置一个 初始同步 并提取相位和载波信息对导频信号电平进行检测 以比较相邻基站的信号强度 并决定是否进行切换 输入全0 由正交的PN短码对构成 设置 时间周期 2s 发射功率 主要功能 信号构成 MobileCommunicationTheory 导频信道的处理过程 导频信道不携带任何用户信息 输入为全0没有经过编码和交织固定使用沃尔什函数0 进行扩频然后进行四相调制 MobileCommunicationTheory 同步信道 以高帧为基础帧长帧长为26 66ms 含32bit 超帧长80ms 含96bit 高帧长2s 为移动台提供同步信息完全同步改用为业务信道 每载频上的每小区 扇区配置一个 设置 主要功能 定时关系 MobileCommunicationTheory 同步信道的处理过程 固定使用Walsh函数 数据速率为1 2kbps卷积编码后的符号速率为2 4ksps符号重复后的符号速率为4 8ksps交织后的符号速率为4 8ksps 交织时延为26 66ms与1 2288Mcps的Walsh码模2加进行四相调制 MobileCommunicationTheory 寻呼信道 7个 时隙模式非时隙模式 帧长20ms半帧10ms超帧80ms 4个寻呼信道帧 时隙80ms 分为9 6kbps或4 8kbps两种 设置 传输速率 时间划分 监听 MobileCommunicationTheory 向覆盖区域内的移动台广播系统配置参数向尚未分配业务信道的移动台传送控制消息等 寻呼信道的主要功能 MobileCommunicationTheory 以4 8kbps的信息速率为例 卷积编码码速提高一倍 符号速率为9 6ksps符号重复重复一次 符号速率为19 2ksps交织器交织矩阵为24 16 384个码元 交织时延为一帧时间 20ms 数据加扰保密起见与相应Walsh码模2加送入四相调制器 寻呼信道的处理过程 MobileCommunicationTheory 前向业务信道 功能传输业务信息传送随路信令信息结构用户的业务数据功率控制子信道各种数据速率的发射符号能量前向业务信道的帧长为20ms 数据传输速率在帧间是可变的 不同数据速率的发送能量不同处理过程 MobileCommunicationTheory 卷积编码符号重复交织数据加扰Walsh码扩频 前向业务信道的处理过程 QPSK调制后送往射频发送 MobileCommunicationTheory 卷积编码 添加 帧质量指示 是指加入循环冗余校验码 CRC 接收端根据它判断此帧是否错误 进而判断信道质量 尾比特用于消除当前一帧对下一帧的影响 MobileCommunicationTheory 符号重复交织 符号重复对不同数据率符号重复的次数不同 以保证输入交织器的数据速率恒定 交织速率19 2ksps交织矩阵24 16 384个码元 交织时延一帧的时间 20ms MobileCommunicationTheory 数据加扰 与寻呼信道加扰的过程相同 但长码掩码的格式与寻呼信道不同 通过64 1的分频器将长码序列的速率变成19 2ksps 保证同输入的调制符号速率一样 经过24 1的分频器 将19 2ksps变换成800Hz 用于控制插入功率比特的节奏和位置 MobileCommunicationTheory 扩频调制调整 扩频加沃尔什码进行扩频 同时将当前信道与其他前向信道区分开来为除去0 32和寻呼信道占用的沃尔什码之外的码 i在一个小区的一个载频中是唯一的 调制数据流送入四相调制器发送出去 增益调整进行基带滤波之前 需要对不同的数据速率进行增益调整 MobileCommunicationTheory IS 95反向链路 反向链路 又称上行链路 指由移动台发往基站的无线通信链路 反向链路信道结构反向链路基本操作反向接入信道反向业务信道 MobileCommunicationTheory 反向链路信道结构 物理信道由长度为242 1的PN长码构成使用长码的不同相位偏置来区分不同用户 逻辑信道接入信道反向业务信道物理信道与逻辑信道的映射反向链路处理过程 图8 13反向链路信道结构 MobileCommunicationTheory 反向链路的逻辑信道 每个移动台不能同时发送两个信道反向链路没有导频信道 因此 基站接收反向链路的信号时 只能使用非相干解调 MobileCommunicationTheory 物理信道与逻辑信道的映射 在反向链路上 长码PNA和PNT分别为接入信道和反向业务信道提供码分物理信道 PNAn和PNTm由不同的42位长码掩码确定 MobileCommunicationTheory 反向链路处理过程 数据速率接入信道4 8kbps反向业务信道9 6 4 8 2 4 1 2kbps帧长20ms主要处理过程卷积编码 编码速率为1 3 约束长度为9 块交织64阶正交调制PN长码进行扩频A端信号送入OQPSK 偏移四相相移键控 调制器 MobileCommunicationTheory 接入信道处理 a 接入信道处理图8 14反向链路信道结构 MobileCommunicationTheory 反向业务信道处理 b 反向业务信道处理图8 14反向链路信道结构 MobileCommunicationTheory OQPSK调制 c OQPSK调制图8 14反向链路信道结构 MobileCommunicationTheory 反向链路基本操作 卷积编码 1 64阶正交调制 3 MobileCommunicationTheory 卷积编码 图8 15IS 95反向链路的卷积编码器 r 1 3 K 9编码器的生成函数 MobileCommunicationTheory 符号重复 卷积编码后 要进行符号重复与前向链路的区别反向业务信道的重复符号并不是重复发送多次 而是只发其中一个 其余的重复符号全部被删除 接入信道上 重复的两个符号则是都要发送 MobileCommunicationTheory 64阶正交调制 反向链路中 经过交织之后 进行64阶正交调制 方法 64 6 的Walsh编码把输出的符号每6个作为一组 用64阶Walsh序列之一进行调制 速率变化过程使用Walsh函数的目的前向链路上 用来区分信道反向链路上 用来进行正交码多进制调制 以提高反向链路的通信质量 MobileCommunicationTheory 64阶正交调制的过程 分组输入的一组6位二进制符号为 c0c1c2c3c4c5 其中 cj是二进制符号 0 1 c0是6位码组中第一个输入的符号 c5是码组中最后一个输入的符号 计算标号所要选择的Walsh序列的标号 哈达玛矩阵的行号 查表从Walsh函数表中查到编号为i的Walsh序列作为输出 MobileCommunicationTheory 反向接入信道和反向业务信道规定了不同的掩码格式 反向业务信道的掩码格式公共掩码 与前向业务信道相同 接入信道的掩码格式 反向链路长码掩码 图8 17反向链路接入信道掩码格式 MobileCommunicationTheory 反向链路信号的扩频 反向链路信号的扩频 PN长码 方法 与前向链路的不同 长度速率1 2288Mcps相位由掩码确定 用Walsh码进行64阶正交调制 用相位不同的长码序列区分信道或用户 MobileCommunicationTheory 接入信道反向业务信道 反向链路信号的扩频方法 MobileCommunicationTheory 经过长码扩频后的信号被送入OQPSK调制器I Q两路所用的PN短码都采用零偏置 延迟的目的消除已调信号中相移为 的现象 反向链路OQPSK调制 图8 18反向链路OQPSK调制 MobileCommunicationTheory OQPSK调制的星座和相位转移 OQPSK调制的星座和相位转移图相位转移没有过零点 只能发生0 的变化 与QPSK相比 其相位跳变小 信号的包络的起伏更小 更有利于提高移动终端的功率放大器效率 图8 19反向链路OQPSK调制星座与相位转移图 MobileCommunicationTheory 反向接入信道 功能移动台利用接入信道发起呼叫或者对基站寻呼信道的寻呼信号作出响应 信息类型工作过程 接入尝试 MobileCommunicationTheory 反向接入信道的工作过程 MobileCommunicationTheory 反向业务信道 功能传输业务信息 话音 也可以用来传送辅助业务和信令信息 工作过程 MobileCommunicationTheory MobileCommunicationTheory CDMA2000技术发展进程 图10 2CDMA2000技术发展演进过程 MobileCommunicationTheory CDMA2000空中接口的各层功能 物理层链路层高层 MobileCommunicationTheory 物理层的功能 通过各种物理信道完成高层信息与空中无线信号之间的相互转换 协议详细定义了CDMA2000移动台和基站的各种无线空中接口参数 如CDMA系统定时规定 频率参数 射频输出参数 编码 扩频等调制参数 各种反向和前向物理信道规范 以及其他的物理层规范 MobileCommunicationTheory 链路层的功能 MAC子层适应更大的带宽需求以及处理多种业务的需要支持一个通用的多媒体业务模型 在空中接口的容量范围内 允许话音 分组数据以及电路数据业务的组合且同时工作采用了QoS控制机制来平衡多个并发业务的不同QoS需求LAC子层保证高层信令在无线信道上的正确传输和发送完成信令信息的打包 分割 重装 寻址 鉴权以及重传控制 MobileCommunicationTheory 高层的功能 侧重于描述系统控制消息 信令 的交互通过LAC子层提供的服务 按照协议所规定的语法和定时关系来发送和接收MS和BS之间的信令消息 以便实现特定的应用服务 MobileCommunicationTheory 空中接口相关概念 扩频速率无线配置物理信道与逻辑信道 MobileCommunicationTheory 扩频速率 扩频速率 SpreadingRate 简称 SR 是指前向或反向链路上的PN码片速率分类频带配置 MobileCommunicationTheory SR1和SR3的频带配置 SR1和SR3可以灵活配置 SR1 混合配置实现非对称的数据业务 重叠配置正交性保证系统可同时支持两种模式 SR3 独立配置 图10 10SR1和SR3的频带配置 MobileCommunicationTheory 无线配置 无线配置 RadioConfiguration 简称 RC 指一系列前向或反向业务信道的工作模式 分类根据前向和反向业务信道不同的物理层传输特性进行分类 每种RC支持一套数据速率 特性cdam2000的前向业务信道支持RC1到RC9 反向业务信道支持RC1到RC6 其中RC1和RC2用于后向兼容IS 95系统 前向反向 MobileCommunicationTheory CDMA2000前向链路业务信道RC及其特性 BS必须支持在RC1 3或7中的操作 这3种RC是最基本的RCBS还可以支持在RC2 4 5 6 8或9中的操作支持RC2的BS必须支持RC1 支持RC4或5的BS必须支持RC3 支持RC6 8或9的BS必须支持RC7 BS不能在FL业务信道上使用RC1或2的同时使用RC3 4或5 MobileCommunicationTheory CDMA2000反向链路业务信道RC及其特性 MS必须支持在RC1 3或5中的操作 这3种RC是最基本的RC MS还可以支持在RC2 4或6中的操作 支持RC2的MS必须支持RC1 支持RC4的MS必须支持RC3 支持RC6的MS必须支持RC5 MS不能在RL业务信道上使用RC1或2的同时使用RC3或4 MobileCommunicationTheory 物理信道与逻辑信道 表示法映射MAC层和LAC层都在逻辑信道上传送信令与数据逻辑信道的信息最终要在一个或者多个物理信道上承载映射可以是永久性的 也可以只在一个呼叫期间内进行定义 MobileCommunicationTheory CDMA20001x空中接口物理层 物理层的主要特性前向链路信道组成前向链路的差错控制前向链路中的扩频码前向链路发射分集前向链路信道结构前向链路扩频调制 反向链路信道组成反向链路中的差错控制反向链路中的扩频码反向链路信道结构反向链路扩频调制 MobileCommunicationTheory CDMA20001x物理层的主要特性 支持新的无线配置前向链路引入辅助导频采用变长的Walsh码引入准正交函数支持Turbo编码前向链路的发射分集前向链路采用快速功率控制 增加了反向导频信道反向链路信道码分复用反向链路连续的波形引入前向快速寻呼信道增加了反向增强接入信道采用新的扩频调制方式支持可变的帧长 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路信道组成 前向链路物理信道由适当的Walsh函数或准正交函数 quasi orthogonalfunction 简称QOF 进行扩频 前向链路物理信道名称及分类前向链路物理信道数据速率 图10 11CDMA20001x前向链路物理信道划分 MobileCommunicationTheory 前向链路物理信道名称及分类 MobileCommunicationTheory 前向链路公共物理信道数据速率 MobileCommunicationTheory 前向链路专用物理信道数据速率 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路的差错控制技术 CDMA2000系统针对不同的数据速率的业务需求 采用了多种差错控制技术 循环冗余校验编码 CRC 前向纠错编码 FEC 交织编码 MobileCommunicationTheory 循环冗余校验编码 循环冗余校验编码主要用于生成数据帧的帧质量指示符 CRC 帧质量指示符的作用判决当前帧是否错误辅助确定当前的数据速率帧质量指示符的计算由一帧的所有比特 除CRC自身 保留位和编码器尾比特外 计算得到帧质量指示符的长度不同的信道以及不同的数据速率采用不同的比特数目的帧质量指示符帧质量指示符的长度有16比特 12比特 10比特 8比特和6比特五种 MobileCommunicationTheory 帧质量指示符的计算举例 16比特CRC的生成多项式 图10 1216比特帧质量指示符计算结构图 MobileCommunicationTheory 前向纠错编码 卷积编码 19 2kbps时 Turbo编码 19 2kbps时 CDMA20001x前向链路对FEC的要求 前向纠错编码 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路对FEC的要求 MobileCommunicationTheory CDMA20001x系统的卷积编码 使用范围前向链路中除F QPCH和F CPCCH外 其余信道中的信息在传输前都要进行卷积编码约束长度9编码速率前向链路1 2 1 4反向链路1 2 1 3和1 4 MobileCommunicationTheory 生成函数 八进制 g0 765 g1 671 g2 513和g3 473 图10 13K 9 r 1 4的卷积码编码器 K 9 Rate1 4卷积编码 MobileCommunicationTheory K 9 Rate1 2卷积编码 生成函数 八进制 g0 753g1 561 图10 14K 9 r 1 2的卷积码编码器 MobileCommunicationTheory Turbo码 Turbo码是CDMA2000系统中采用的新的纠错编码技术特点纠错性能好 但解码复杂度较高 编码时延大编码速率1 2 1 3 1 4和1 5 CDMA20001x使用1 2和1 4编码器 MobileCommunicationTheory 编码器 编码器组成两个并行的递归系统卷积编码器组成的成员编码器交织器删除器参数编码速率为R 数据帧长为Nturbo输出为Nturbo R个编码符号 6 R个尾比特编码符号传递函数其中 编码器结构 MobileCommunicationTheory 编码器结构 图10 15CDMA2000中的Turbo编码器结构 MobileCommunicationTheory 交织 使用范围前向链路中 除了导频信道和公共功率控制信道外 都要在卷积编码 符号重复及删除之后进行交织编码目的降低突发差错算法 MobileCommunicationTheory 交织算法 对于同步信道 寻呼信道和业务信道 RC1和RC2 对于F BCCH F CACH F CCCH和前向业务信道 RC3到RC5 当i为偶数时当i为奇数时其中 表示被读出符号的地址 i 0 N 1表示取不大于x的最大整数 表示y的m位比特反转值公式中的参数m和J根据不同的交织器长度查表可得 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路中的扩频码 CDMA20001x中采用的码字PN短码PN长码Walsh码准正交函数 结构与IS 95相同 MobileCommunicationTheory Walsh码1 CDMA20001x系统所使用的Walsh码的最大长度为128 为了提供高速数据业务 同时保持前向链路中恒定的码片速率 需要使用变长的Walsh码分配必须保证与其他码分信道之间的正交关系 MobileCommunicationTheory Walsh码2 MobileCommunicationTheory 目的弥补Walsh码数量不足的情况正交扩频过程掩码QOFsignWalshrot掩码函数表 准正交函数 QOF MobileCommunicationTheory 正交扩频过程 图10 16QOF进行正交扩频 MobileCommunicationTheory 掩码函数表 CDMA20001x中使用的两个掩码函数如表所示生成的QOF长度为256 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路发射分集 为了克服信道衰落 提高系统容量 CDMA2000允许采用多种分集发送方式 多载波发射分集正交发送分集 OTD OrthogonalTransmissionDiversity 空时扩展分集 STS SpaceTimeSpreading CDMA20001x支持 MobileCommunicationTheory 正交发送分集 高一阶Walsh码的过程 这种重复方式保证了两路Walsh扩展的正交性 这是一种开环分集方式 采用OTD发送分集方式 其中一个导频采用公共导频 另一个天线需要应用发送分集导频 并且两个天线的间距一般要大于10个波长的距离 以得到空间的不相关性 这种发送方式与普通方式基本相同 只是码重复不同 码重复过程可以看作是两路数据分别经过一个构造输出与性能 图10 17正交发送分集结构 MobileCommunicationTheory 正交发送分集的输出与性能 原始数据进行数据分离 然后经过符号重复和Walsh扩频后的输出为式中 W1和W2分别表示两个Walsh码性能由于发送分集中 信号在时间域和频率域内没有冗余 这样发送分集不会降低频谱利用率 因而有利于高速数据传输 但是由于采用了多天线 在空间域引入了冗余 并且两个天线发送的信号到达移动台不相关 这样使得传输的性能得到了提高 MobileCommunicationTheory 空时扩展分集 空时扩展发送分集是另外一种开环发送分集方式 编码 交织符号采用多个Walsh码进行扩频 STS方式是空时码中空时块码的一种实现方式 输出与性能 图10 18空时扩展分集结构 MobileCommunicationTheory 空时扩展分集的输出与性能 输出其中 W1和W2为两个正交的Walsh码 性能STS发送分集方式在移动台接收端的解扩基于Walsh码的积分 空时块码的构造和译码比较简单 而且当一根天线失效时仍能工作 与OTD发送分集方式相比 由于STS扩展扩频比的加倍 每个符号的能量在总能量不变的条件下与普通的模式是相同的 而且每个符号经历的独立衰落信道数目是OTD方式的一倍 因此STS分集性能要高于OTD方式 MobileCommunicationTheory CDMA20001x前向链路信道结构 编码部分 与IS 95兼容 支持IS 95系统中的前向物理信道 F PICH F SYNCH F PCH F FCH F SCCH 结构上的变化 采用复扩频方式 编码 扰码后的输出只送到复扩频部分的I支路 而向Q支路输入0 前向公共指配信道前向公共控制信道前向专用控制信道前向基本信道前向补充信道前向补充码分信道 前向导频信道前向同步信道前向寻呼信道前向广播控制信道前向快速寻呼信道前向公共功率控制信道 MobileCommunicationTheory 前向导频信道 包括前向导频信道 F PICH 发送分集导频信道 F TDPICH 前向链路上使用了发送分集方式辅助导频信道 F APICH 前向链路上应用了智能天线或波束赋形辅助发送分集导频信道 F ATDPICH F APICH和F ATDPICH联合使用它们都是未经调制的扩谱信号作用信道结构区分 MobileCommunicationTheory 前向导频信道的作用 使在其覆盖范围内的MS能够获得基本的同步信息 也就是各BS的PN短码相位的信息 MS可根据它们进行信道估计和相干解调 MS还可以可通过对导频信号进行检测 以比较相邻基站的信号强度和决定什么时候需要进行越区切换 因此 导频信道需要用较大的功率来发射 以保证可靠性 MobileCommunicationTheory 与IS 95中的处理实质相同 形式不同而已 导频信道所有比特都为0 所以在发送前不需编码和交织 只需经过正交扩频 采用Walsh码 QPSK调制和滤波 前向导频信道的信道结构 I 图10 19F PICH信道结构 MobileCommunicationTheory 前向导频信道的区分 CDMA系统中 不同的基站利用导频PN序列的不同时间偏置来标识 时间偏置可以复用 不同的导频信道由偏置指数 0 511 来区别 任一导频PN序列的偏置指数乘上一个常数就是该序列相对于零偏置导频PN序列的偏置时间 对于CDMA20001x系统 该常数是64 MobileCommunicationTheory 前向同步信道 F SYNCH只经过了PN短码的调制作用传送同步信息 在基站覆盖的范围内 各移动台可利用这种信息进行同步捕获解调过程信道结构与IS 95系统相同 参见第八章相关内容 F SYNCH的数据速率为固定的1200bps 在发送前要经过卷积编码 码符号重复 交织 扩频 QPSK调制和滤波 MobileCommunicationTheory 前向同步信道的解调过程 MS解调导频信道后获得了BS的PN短码相位信息 去解调同步信道对同步信道的解调 获得长码状态 系统定时信息和其它一些基本的系统配置参数 MS可以使自身的长码及时间与系统同步 这样才能够去解调经过长码扰码的FL信道然后MS可以根据自身所支持的协议版本及功能来选择怎样进行操作 MobileCommunicationTheory 作用信道结构传送信息类型功能分解 前向寻呼信道 MobileCommunicationTheory 前向寻呼信道的作用 F PCH供基站在呼叫建立阶段传送控制信息 移动台在建立同步后 就选择一个F PCH 或在基站指定的F PCH 监听由基站发来的指令 在收到基站分配业务信道的指令后 就转入指配的业务信道中进行信息传输 MobileCommunicationTheory 前向寻呼信道的信道结构 参见第八章的相关内容F PCH以9 6kbps或4 8kbps的速率传递信息 在一个给定的系统中 所有的F PCH都必须采用同样的速率 F PCH在发送前要经过卷积编码 码符号重复 交织 数据扰码 正交扩频 QPSK调制和滤波 MobileCommunicationTheory 前向寻呼信道传递信息的类型 一类是针对多个移动台 以广播方式发送的 如系统开销 overhead 消息 其内容包括相应基站的配置参数等另一类是针对特定移动台的 例如寻呼消息 业务信道分配消息等 MobileCommunicationTheory 前向寻呼信道的功能分解 为了改进系统前向链路的性能 提高小区内寻呼信道支持的用户容量和质量 CDMA2000将原来F PCH的功能分解 由新增加的几个不同的信道来完成 MobileCommunicationTheory 前向广播控制信道 作用前向广播控制信道 F BCCH 是专门用来承载系统开销信息和一些广播消息的信道信道结构 MobileCommunicationTheory 前向广播控制信道的信道结构 F BCCH以数据速率19 2kbps 9 6kbps或4 8kbps传送信息 F BCCH帧长为40ms 但一般分为40ms 80ms和160ms时长的F BCCH时间片 一个F BCCH时间片有768个比特 包括744个信息比特 16个帧质量指示符 CRC 和8个编码尾比特 F BCCH中 卷积编码器的约束长度K 9 编码速率有1 2和1 4两种 对应的交织器长度分别1536和3072符号 MobileCommunicationTheory F BCCH信道结构 图10 20F BCCH信道结构 编码速率R 1 2 编码速率R 1 2 R 1 4的结构类似 略 MobileCommunicationTheory 前向快速寻呼信道 F QPCH 是未编码的 扩谱的 开关键控 OOK 调制的信号作用信道结构时隙划分结构优点 前向快速寻呼信道 MobileCommunicationTheory 前向快速寻呼信道的作用 BS用它来通知工作于时隙模式的且处于空闲状态的MS 是否应该在下一个F CCCH或F PCH的时隙上接收F CCCH或F PCH 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 MobileCommunicationTheory F QPCH的数据速率是2 4kbps或4 8kbps 用以传输快速寻呼指示符 每个寻呼指示符会发送两次 以提高其传输的可靠性 因此指示符的速率为4 8kbps或9 6kbps F QPCH的最大数量为3个 前向快速寻呼信道的结构 图10 21F QPCH信道结构 MobileCommunicationTheory 前向快速寻呼信道的时隙划分结构 一个QPCH时隙的长度为80ms 每个时隙又被划分为 寻呼指示符 PI PagingIndicators PI的作用是用来通知特定的MS在下一个F CCCH或F PCH上有寻呼消息或其它消息 当有消息时 BS将该MS对应的PI置为 ON MS被唤醒 否则PI置为 OFF MS继续进入低功耗的睡眠状态 广播指示符 BI BroadcastIndicators BI只在第1个QPCH上有 当MS用于接收广播消息的F CCCH的 MobileCommunicationTheory 前向快速寻呼信道的时隙划分结构 时隙上将要有内容出现时 BS就把对应于该F CCCH时隙的F QPCH时隙中的BI置为 ON 否则置为 OFF 配置改变指示符 CCI ConfigurationChangeIndicators CCI只在第1个QPCH上有 当BS的系统配置参数发生改变后的一段时间内 BS将把CCI置为 ON 以通知MS重新接收包含系统配置参数的开销消息 MobileCommunicationTheory F QPCH时隙划分 图10 22F QPCH时隙划分 MobileCommunicationTheory 前向快速寻呼信道的优点 比较在IS 95系统所分配的时隙内 移动台还要对80ms的寻呼信道时隙进行解调和解码 来判断是否有发给它的消息 由于F PCH信道的编码比较复杂 解码相对比较费电 在CDMA20001x中 采用F QPCH后 各个移动台分配的F QPCH时隙是和F CCCH F PCH上的寻呼时隙一一对应的 但比它们提前100ms开始 移动台首先监听F QPCH上分配给自己的寻呼指示符 如果该指示符表明需要移动台接收F PCH F CCCH时隙 则移动台再去接收对应的80ms时隙 优点移动台对F QPCH的解码操作相对简单 同时又避免了对F PCH F CCCH的不必要的接收处理 可以进一步节省电池消耗 延长待机时间 MobileCommunicationTheory 前向公共功率控制信道 作用前向公共功率控制信道 F CPCCH 由时分复用的公共功率控制子信道组成 每个公共功率控制子信道控制一个R CCCH或者一个R EACH增减功率 从而在移动台接入时实现对其接入功率的闭环控制 信道结构 MobileCommunicationTheory 公共功率控制子信道经过多路复用后形成两条分离的数据流 然后在F CPCCH的I和Q两支路上以9 6kbps的速率传送 当功率控制更新速率为800bps 400bps 200bps时 在一个20ms帧中分别对应有16个 8个 4个功率控制组 F CPCCH的一个公共功率控制组有2N个公共功率控制子信道 编号从0到2N 1 它们平均分配到I支路和Q支路 在CDMA20001x系统中 在非发送分集模式下 I Q支路的功率控制比特均不需重复 在发送分集模式下 则需重复一次 前向公共功率控制信道的结构 MobileCommunicationTheory 前向公共功率控制信道结构图 图10 23F CPCCH信道结构 MobileCommunicationTheory 作用前向公共分配信道 F CACH 用于在接入过程中向特定移动台发送信道分配消息 快速响应反向链路的信道指配 F CACH控制预留接入模式下的反向公共控制信道 R CCCH 和有关的公共功率控制子信道 提供在功率受控接入模式下的快速应答 信道结构 前向公共指配信道 MobileCommunicationTheory 前向公共指配信道的结构 F CACH以固定速率9 6kbps传输信息 其帧长为5ms F CACH需要经过卷积编码 交织 数据扰码 扩频 QPSK调制和滤波F CACH卷积编码器的编码速率有1 2和1 4两种 对应的交织器长度分别96和192符号 MobileCommunicationTheory F CACH信道结构图 编码速率R 1 2 R 1 4略 图10 24F CACH信道结构 编码速率R 1 2 MobileCommunicationTheory 作用前向公共控制信道 F CCCH 用来向整个覆盖区域内的移动台传递系统信息以及与指定移动台有关的信息 信道结构F CCCH传输信息的速率可变 有9 6kbps 19 2kbps 38 4kbps三种速率 帧长度有20ms 10ms和5ms三种 卷积编码器的编码速率有1 2和1 4两种 F CCCH的如图 前向公共控制信道 MobileCommunicationTheory F CCCH信道结构 编码速率R 1 2 R 1 4略 图10 25F CCCH信道结构 MobileCommunicationTheory 前向专用控制信道 作用前向专用控制信道 F DCCH 是CDMA2000中新增的一种前向业务信道 用来给特定的移动台在一次呼叫中传递用户和信令信息 每一个前向业务信道可以包含一个前向专用控制信道 特点信道结构 MobileCommunicationTheory 可以动态分配 支持灵活的数据速率 采用非连续发送 比较适合于突发方式的数据 用于传送低速的小量数据或相关控制信息 F DCCH不支持话音业务 移动台在使用F SCH传送高速数据业务时 还需要相应的物理信道传送控制信令 这个物理信道可以是F FCH 也可以是F DCCH 前者的分配相对简单 但不灵活 后者的分配相对复杂 但比较灵活 前向专用控制信道的特点 MobileCommunicationTheory 基站在专用控制信道F DCCH上以固定的速率9 6kbps或14 4kbps传送信息 基站可以实现有偏置的F DCCH帧 时间的偏置量由参数FRAME OFFSET规定 无线配置为RC3 RC4和RC5的F DCCH信道结构如后图所示 其中 RC4与RC3的结构相似 略 前向专用控制的信道结构 MobileCommunicationTheory 图10 26F DCCH信道结构 RC3 前向专用控制的信道结构图 图10 27F DCCH信道结构 RC5 MobileCommunicationTheory 作用前向基本信道F FCH用来在通话 可包括数据业务 过程中向特定的MS传送用户信息和信令信息工作模式传输速率发射能量时间偏置信道结构编码部分扰码和插入功控比特部分 前向基本信道 MobileCommunicationTheory 前向基本信道的工作模式 在CDMA20001x系统中 F FCH可以工作在无线配置RC1到RC5下 工作于RC1或RC2时 它等价于IS 95A或IS 95B中的业务信道 此时帧长为2