(重邮信科版)第二部分 第二讲 CDMA2000系统的实现

2008-1,.,1,第二讲CDMA2000的实现,田增山博士/教授（CYIT3G培训中心）1336816563202362487972tianzs,2008-1,.,2,主要内容,基本概念物理信道的种类和功能前向物理信道前向公共物理信道前向专用物理信道反向物理信道反向公共物理信道反向专用物理信道,2008-1,.,3,主要内容,移动台呼叫处理移动台初始化状态移动台空闲状态系统接入状态业务信道控制状态软切换实现导频分类搜索窗口切换参数切换过程,2008-1,.,4,主要内容,CDMA系统功率控制前向功率控制反向功率控制开环控制闭环控制,2008-1,.,5,第一节基本概念,物理信道逻辑信道物理层扩频速率,2008-1,.,6,1.逻辑信道和物理信道,每个时隙称为一个物理信道，可以用于信令的传输，称控制时隙；也可以用于传输用户信息，称通信时隙。每个物理信道中可以包含一个或多个逻辑信道，视逻辑信道需要的比特数确定。常常在一个物理信道中同时安排信息和控制这两种逻辑信道。,2008-1,.,7,1.逻辑信道和物理信道,逻辑信道表示承载的内容是什么(what)，分为两大类：控制信道和业务信道。传输信道表示承载的内容怎么传,以什么格式传,分为两大类:专用传输信道和公用传输信道。物理信道表示空中接口上的传输形式。RLC-MAC的接口上是逻辑信道。MAC-PHY的接口上是传输信道。PHY-对方PHY的接口上是物理信道。,2008-1,.,8,1.逻辑信道和物理信道,逻辑信道由物理信道上传递的信息组成，用以完成特定的功能或者指有某种功能的数据组，如用于用户信息的信息（业务）信道或呼叫控制的控制（信令）信道。,2008-1,.,9,2.物理层,cdma2000的物理层处于其体系结构的最底层，它通过各种物理信道，完成高层信息与空中无线信号间的相互转换；几乎cdma2000的所有特点和优点都通过它来保证并体现，它是这种无线通信系统的基础。,2008-1,.,10,SRl和SR3的频带配置方式很灵活，如下图所示。SR1和SR3既可以独立配置，也可以混合配置，即前向配置为SR3，反向配置为SRl，这样非常有利于实现非对称的数据业务。另外，SRl和SR3可以重叠配置，其调制方式保证了两种模式之间的正交性(或准正文性)。在重叠配置方式下，SR1和SR3共享相同的前向公共信道，如同步信道等，这样便可以保证系统可以同时支持工作于SRl或SR3的MS，即两种MS解调同一个同步信道，然后再根据同步信道中系统的基本参数来配置自身，工作在各自所支持的模式下。,3.扩频速率,2008-1,.,12,前向专用物理信道前向公共物理信道,第二节前向物理信道,2008-1,.,14,1.FL公共物理信道,前向公共物理信道FL中的导频信道包括：F-PICH、F-TDPICH、F-APICH和F-ATDPICH。同步信道F-SYNCH前向寻呼信道F-PCH，它的功能可以被F-BCCH、F-QPCH和F-CCCH取代并得到增强。FL公共功率控制信道F-CPCCH,2008-1,.,15,1.FL公共物理信道,如图所示，FL公共物理信道包括：导频信道、同步信道、寻呼信道、广播控制信道、快速寻呼信道、公共功率控制信道、公共指配信道、和公共控制信道。其中，前三种是和IS-95系统兼容的FL信道，后面的信道则是IS-2000新定义的FL信道。,2008-1,.,17,FL中的导频信道包括：F-PICH、F-TDPICH、F-APICH和F-ATDPICH。它们都是未经调制的扩频信号。BS发射它们的目的是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。,1)导频信道,2008-1,.,18,如果BS在FLCDMA信道上使用了发送分集方式，则它必须发送相应的F-TDPICH。如果BS在FL上应用了智能天线或波束赋形，则可以在一个CDMA信道上产生一个或多个(专用)辅助导频(F-APICH)，用来提高容量或满足覆盖上的特殊要求(如定向发射)。当使用了F-APICH的CDMA信道采用了分集发送方式时，BS应发送相应的F-ATDHPICH。,1)导频信道,2008-1,.,19,同步信道F-SYNCH用于传送同步信息，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。在基站的覆盖区中开机状态的移动台利用它来获得初始的时间同步。由于F-SYNCH上使用的导频PN序列偏置与同一前向信道的F-PICH上使用的相同，一旦移动台通过捕获F-PICH获得同步时，F-SYNCH也就同步上了，这时就可以对F-SYNCH进行解调。,2)同步信道,2008-1,.,20,当MS解调F-SYNCH之后，便可以根据需要解调寻呼信道(F-PCH)了，MS可以通过它获得系统参数、接入参数、邻区列表等系统配置参数，这些属于公共开销信息。当业务信道尚未建立时，MS还可以通过F-PCH收到诸如寻呼消息等针对待定MS的专用消息。,2)同步信道,2008-1,.,21,3)前向寻呼信道F-PCH,前向寻呼信道F-PCH是和IS-95兼容的信道，在cdma2000中，它的功能可以被F-BCCH、F-QPCH和F-CCCH取代并得到增强。基本上，FBCCH发送公共系统开销消息；F-QPCH和F-CCCH联合起来发送针对MS的专用消息，提高了寻呼的成功率，同时降低了MS的功耗。,2008-1,.,22,FL公共功率控制信道F-CPCCH的目的是对多个R-CCCH和R-EACH进行功控。BS可以支持一个或多个F-CPCCH，每个F-CPCCH又分为多个功控子信道(每个子信道一个bit，相互间时分复用)，每个功控子信道控制一个R-CCCH或R-EACH。公共功控子信道用于控制R-CCCH还是R-EACH取决于工作模式。,4)FL公共功率控制信道F-CPCCH,2008-1,.,23,5)FL公共功率控制信道F-CPCCH,当工作在功率受控接入模式时，MS可以利用指定的F-CPCCH的子信道控制R-EACH的发射功率。当工作在预留接入模式时，MS利用指定的F-CPCCH的子信道控制R-CCCH的发射功率。,2008-1,.,24,6)公共指配信道F-CACH,专门用来发送对RL信道快速响应的指配信息，提供对RL上随机接入分组传输的支持。F-CACH在预留接入模式中控制分配R-CCCH和相关的F-CPCCH子信道，并且在功率受控接入模式下提供快速的确认响应，此外还有拥塞控制的功能。BS也可以不用F-CACH，而是选择F-BCCH来通知MS。F-CACH可以在BS的控制下工作在非连续方式。,2008-1,.,25,FL公共控制信道F-CCCH用来发送给指定MS的消息，例如寻呼消息。它的功能虽然和IS-95中寻呼信道的功能有些重叠，但它的数据速率更高，也更可靠。,7)FL公共控制信道F-CCCH,2008-1,.,26,2.FL专用物理信道,FL专用物理信道包括：专用控制信道1、基本信道2、补充信道3和补充码分信道4，它们用来在BS和某一特定的MS之间建立业务连接。FL基本信道中的RCl和RC2两种是和IS-95系统中的业务信道兼容的，其他的信道则是IS-2000新定义的FL专用信道。FL专用信道(包括RL专用信道)，从功能上来说，等效于IS-95中的业务信道。,2.FL专用物理信道,2008-1,.,28,1）基本业务信道,同IS-95一样,2008-1,.,29,FL专用控制信道(F-DCCH)和FL基本信道(F-FCH)用来在通话(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，只是F-FCH是缺省的业务信道，可以单独构成业务信道用来传送缺省的话音业务；一般只有在F-FCH的容量不够时，才会增加其他专用信道。,2）FL专用控制信道,2008-1,.,30,F-DCCH基本上不会单独构成业务信道，与F-FCH相比，它虽然也可传送用户信息，但它主要的用途是传送信令信息；因为数据业务的引入使得信令流量增加(如动态分配信道的信令)，为了使信令在F-FCH繁忙时仍能可靠地传送，就采用了F-DCCH。在不影响信令传送的前提下，F-DCCH上也可以传送突发的数据业务。,2）FL专用控制信道,2008-1,.,31,FL补充信道(F-SCH)和补充码分信道(F-SCCH)都是用来在通话(可包括数据业务)过程中向特定的MS传送用户信息，进一步讲，主要是支持(突发/电路)数据业务。F-SCH和F-SCCH都可以动态地灵活分配，并支持信道的捆绑以提供很高的数据速率。当然，当某用户以较高的数据速率进行通信时，他不仅占用了较多的正交码资源，也给其他用户带来了较大的干扰；不过，由于大多数情况下，数据业务的突发性较强，因此总的看来，系统的吞吐量是提高了。,3）FL专用补充和补充码分信道,2008-1,.,32,反向专用物理信道反向公共物理信道,第三节反向物理信道,2008-1,.,34,1.RL公共物理信道,如图所示，RL公共物理信道包括：接入信道(R-ACH)1、增强接入信道(R-EACH)1和RL公共控制信道(R-CCCH)3，这些信道是多个MS共享使用的，为了实现冲突控制，IS-2000提供了相应的随机接入机制。与FL不同，RL的导频信道在同一MS的信道中是公用的，而各个MS的导频信道之间是不同的，即在局部上可以说RL导频信道是公共信道。,1.RL公共物理信道,2008-1,.,36,为了提高RL的性能，cdma2000采用了RL导频信道R-PICH，它是未经调制的扩频信号。BS利用它来帮助检测MS的发射，进行相干解调；其功能和FL导频的功能类似。,1)RL导频信道,2008-1,.,37,当使用R-EACH、R-CCCH或RC3RC6的RL业务信道时，应该发送R-PICH。当发送R-EACH、R-CCCH或RL业务信道的前缀时，也应该发送R-PICH。另外，当MS的RL业务信道工作在RC3RC6时，在R-PICH中还插入一个反向功率控制子信道。,1）RL导频信道,2008-1,.,38,R-ACH、R-EACH和R-CCCH都是在尚未与BS建立起业务连接时，MS用来向BS发送信息的信道，总的说来,它们的功能比较相似1，但R-ACH和R-EACH用来发起最初的呼叫试探，其消息内容较短2，消息传递的可靠性也较低。而MS要使用R-CCCH则必须经过BS的许可，要么通过接入信道申请，要么是BS直接指配的，当然R-CCCH上发送的消息内容长度也较大3，传递的可靠性也相当高，更适用于数据业务。,2）RL接入信道,2008-1,.,39,R-ACH属于IS-2000中的后向兼容信道，与IS-95兼容。它用来发起同BS的通信或响应寻呼信道消息。R-ACH采用了随机接入协议，每个接入试探包括接入前级和后面的接入信道数据帧。反向CDMA信道最多可包含32个RACH，编号为031。对于前向CDMA信道中的每个F-PCH，在相应的反向CDMA信道上至少有1个R-ACH。,2）RL接入信道,2008-1,.,40,RL增强接入信道R-EACH用于MS发起同BS的通信或响应专门发给MS的消息。R-EACH采用了随机接入协议。R-EACH可用于两种接入模式中：基本接入模式和预留接入模式。由于通常接入时没有业务信道发送，因此与R-EACH相关联的R-PICH不包含反向功控子信道。,3）RL增强接入信道,2008-1,.,41,RL公共控制信道R-CCCH用于在没有使用反向业务信道时向BS发送用户和信令信息。R-CCCH可用于2种接入模式中：预留接入模式和指定接入模式，它们的发射功率受控于BS，并且可以进行软切换。,4）RL公共控制信道,2008-1,.,42,如图所示，RL专用物理信道和FL的专用物理信道种类基本相同，并相互对应，它们包括：专用控制信道(R-DCCH)1、基本信道(R-FCH)2、补充信道(R-SCH)3和补充码分信道(R-SCCH)4，它们用来在某一特定的MS和BS之间建立业务连接。其中，R-FCH中的RCl和RC2两种是和IS-95A/B系统中的反向业务信道分别兼容的，其他的信道则是IS-2000新定义的RL专用信道。,2.RL专用物理信道,2.RL专用物理信道,2008-1,.,44,R-DCCH和F-DCCH的功能相似，用于在通话中向BS发送用户和信令信息。反向业务信道中可包括最多1个R-DCCH，可非连续发送。R-FCH和F-FCH的功能相似，用于在通话中向BS发送用户和信令信息。反向业务信道中可包括最多1个R-FCH。R-SCH的功能与F-SCHH相似，用于在通话中向BS发送用户信息,2.RL专用物理信道,2008-1,.,45,第四节移动台呼叫处理,移动台初始化状态移动台空闲状态系统接入状态业务信道控制状态,2008-1,.,46,如图所示，移动台的呼叫处理过程由以下几个状态组成：初始化状态移动台选择和捕获系统。空闲状态移动台检测寻呼信道的消息。系统接入状态移动台在接入信道上向基站发送消息。业务信道控制状态移动台利用正向和反向信道与基站通信。,第四节移动台呼叫处理,2008-1,.,48,如果选择了CDMA系统，其初始化状态如图所示。由图可知，移动台初始化状态由以下几个子状态组成，即：（1）系统检测子状态，（2）导频信道捕获子状态，（3）同步信道捕获子状态及，（4）时间调整子状态。,1.移动台初始化状态,2008-1,.,50,空闲状态下工作内容注册及其过程空闲切换,2.移动台空闲状态,2008-1,.,51,移动台在完成同步和定时后，即由初始化状态进入空闲状态。在空闲状态下，移动台监控寻呼信道，并能够：1)接收来自基站的消息和指令；2)接收外来的呼叫；3)初始化登记处理；4)发起呼叫；5)开始消息传送。CDMA系统中空闲状态如图所示。,2.移动台空闲状态,2008-1,.,52,2008-1,.,53,1）注册及其过程,开机注册关机注册基于计数器注册基于距离注册基于区域注册参数改变注册受命注册默认注册业务信道注册,2008-1,.,54,当移动台在空闲状态时从一个基站的服务区域移动到另一个基站的服务区域时就会产生闲切换或寻呼信道的切换。,2）空闲切换,2008-1,.,55,3.系统接入状态,接入子状态接入过程确认过程开销子状态更新寻呼响应子状态移动台指令、消息响应子状态移动台发起尝试子状态注册接入子状态移动台消息发送子状态PACA取消子状态,2008-1,.,56,在这个状态中，移动台在寻呼信道上接收来自基站的接续消息或在接入信道上发送接续消息。系统接入状态由如下几个子状态组成：更新开销信息子状态；移动台始发尝试子状态；寻呼响应子状态；登记接入子状态；移动台指令/消息响应子状态；移动台消息传送子状态；优先接入信道分配（PACA）取消子状态。,3.系统接入状态,2008-1,.,57,2008-1,.,58,移动台发送消息和接收（或接收失败）到消息确认这一整个过程称为接入尝试，如图所示。,(1)接入过程,2008-1,.,59,确认过程完成基站和移动台之间消息的可靠交换。移动台利用如下五个字段实现这一机制。字段分别是确认地址类型、确认序列数、消息序列数、确认要求标识和有效确认标识。,(2)确认过程,2008-1,.,60,在更新开销子状态中，移动台一直检测寻呼信道直到检测到当前设置消息。,(3)开销子状态更新,2008-1,.,61,在寻呼响应子状态中，移动台发送与来自基站的寻呼消息或时隙寻呼消息对应的寻呼响应消息。,(4)寻呼响应子状态,2008-1,.,62,移动台对接收到的来自基站的消息发送响应信号，如果移动台接收了在该子状态下发送消息的确认，则终止接入尝试。,(5)移动台指令/消息响应子状态,2008-1,.,63,移动台向基站发送开始消息，如果基站响应该消息时带有鉴别请求，移动台在该子状态中响应消息。,(6)移动台发起尝试子状态,2008-1,.,64,在注册接入子状态中，移动台向基站发送注册消息。(8)移动台消息发送子状态移动台发送突发数据。(9)PACA取消子状态,(7)注册接入子状态,2008-1,.,65,在这个状态中，移动台在业务信道上与基站进行业务通信，如图所示。移动业务信道控制状态包括下列子状态：业务信道初始化子状态(2)等待命令子状态(3)等待回答子状态(4)会话子状态(5)释放子状态,4.业务信道控制状态,2008-1,.,66,2008-1,.,67,1.正向业务功率控制为了保证正向业务信道功率控制，移动台向基站报告帧错误率的统计数字。2.服务选项无论移动台还是基站都可以申请“服务选项”。,4.业务信道控制状态,2008-1,.,68,3.等待指令子状态在等待指令子状态中，移动台等待信息消息告警。4.等待回答子状态在等待移动台答复子状态中，移动台等待用户响应移动台终止呼叫。,4.业务信道控制状态,2008-1,.,69,第五节软切换的实现,导频分类搜索窗口切换参数切换过程,2008-1,.,70,在CDMA系统中，为实现系统捕获，系统采用了导频信道。导频信道可以通过引导PN序列偏移和频率分配来识别。移动台将能够接受的导频信号分为4类，以便于实现软切换操作。1)有效导频集。2)候选导频集。3)邻近导频集。4)剩余导频集。,1.导频分类,2008-1,.,71,移动台使用以下三种搜索窗口跟踪导频信号：1)SRCH_WIN_A：有效和候选集合的搜索窗口的大小；2)SRCH_WIN_N：邻域集合的搜索窗口的大小；3)SRCH_WIN_R：剩余集合的搜索窗口的大小。下图为移动台从小区A移动到小区B时点X和点Y之间包含软切换的区域示意图。,2.搜索窗口,图8-1用于X和Y之间软切换的SRCH-WIN-A,2008-1,.,73,1)导频检测门限（T-ADD）；2)门限比较（T-COMP）；3)导频丢失门限（T-DROP）；4)衰减定时器门限