CDMA基础知识-培训教材.ppt

2020/6/5,CDMA基础知识培训,Page2,课程目标,掌握移动通信基本原理掌握CDMA通信基本原理,Page3,课程目录,第一部分：移动通信基础知识移动通信发展历程移动通信基本组网移动通信编号方案移动通信呼叫流程,Page4,课程目录,第二部分：CDMA通信基础知识CDMA发展历程CDMA网络结构CDMA通信原理CDMA关键技术,Page5,培训现场公约,不迟到早退全身心投入空杯的心态学以致用,让我们一起共同来完成我们今天的学习任务吧！,Page6,课程目录,第一部分：移动通信基础知识移动通信发展历程移动通信基本组网移动通信编号方案移动通信呼叫流程,Page7,移动通信发展历程,频谱资源是有限的，为了在有限的频谱中接入更多的用户，多址技术不断向前发展：FDMATDMACDMA,Page8,移动通信发展历程,业务需求不断推动移动通信向前发展：1G2G3G,Page9,课程目录,第一部分：移动通信基础知识移动通信发展历程移动通信基本组网移动通信编号方案移动通信呼叫流程,Page10,移动通信基本组网（一）,设备组网,Page11,移动通信基本组网（二）,基本组网设备MS：MobileStation，移动台，手机、固定台或数据卡。CDMA移动台分为机卡合一和机卡分离两种。,手机,固定台,Page12,移动通信基本组网（三）,基本组网设备BTS：BaseStationTransceiver，基站，主要完成无线信号的收发功能，实现系统和移动台之间的通信。,3601小基站,3606基站,防雷保护器,主馈线,走线架,板状天线,抱杆,室外馈线,室内超柔馈线,基站主设备,天馈系统,Page13,移动通信基本组网（四）,基本组网设备BSC：BaseStationController，基站控制器，完成呼叫处理、移动性管理（例如：登记）、切换、功率控制、无线资源管理等功能。,Page14,移动通信基本组网（五）,基本组网设备MSC：MobileSwitchingCenter，移动交换中心，主要负责呼叫的处理、用户移动性管理（例如：漫游）。VLR：VisitorLocationRegister，拜访位置寄存器，一般与MSC合设，在处理用户呼叫时，MSC从VLR获取用户信息，如：位置信息、业务能力等。,Page15,移动通信基本组网（六）,基本组网设备HLR：HomeLocationRegister，归属位置寄存器，保存用户信息，包括永久信息和临时状态信息，如：ESN、MDN、签约的业务信息、当前位置、状态信息等），一个HLR对应多个VLR。,Page16,移动通信基本组网（七）,网络互连设备GMSC：GatewayMSC，网关MSC，PLMN和PSTN的接口设备。TMSC：TrunkMSC，中继MSC，多个PLMN间通过TMSC互连。,Page17,移动通信基本组网（八）,数据业务设备PCF：PacketControlFunction，分组控制功能，无线接入网与PDSN之间的数据报传递。PDSN：PacketDataServingNode，分组数据服务节点，是无线网和数据网之间的网关设备，实现了无线网络与分组数据网络之间的数据传递。主要功能包括用户数据的路由，用户数据会话的建立、保持、释放等。AAA：负责数据业务的鉴权、授权和计费功能。AN-AAA：专门用于EVDO终端的接入鉴权。,PDSN机柜,PDSN机框,AAA/AN-AAA,Page18,移动通信基本组网（九）,蜂窝组网小区、扇区、载频的示意图,小区分布,全向小区,全向天线,Page19,移动通信基本组网（十）,蜂窝组网小区、扇区、载频的示意图,三扇区分布,S3/3/3（9扇区载频）,定向天线,Page20,课程目录,第一部分：移动通信基础知识移动通信发展历程移动通信基本组网移动通信编号方案移动通信呼叫流程,Page21,移动通信编号方案（一）,移动通信编号方案作为入门，这里仅介绍MDN、IMSI、ESNMDN：电话号码簿号码，通常所说的手机号码，各个国家的编号习惯不同，由运营商具体分配。,我的手机号码是没事常联系,Page22,移动通信编号方案（二）,移动通信编号方案IMSI：国际移动用户标识，在移动网内部唯一标识一个用户，由运营商分配。MCC：MobileCountryCode，移动国家码，中国为460。MNC：MobileNetworkCode，移动网络码，联通CDMA使用03，联通GSM使用01，移动GSM使用00和02。MSIN：MobileSubscriberIdentificationNumber，移动用户识别码，是10位十进制的数字。,Page23,移动通信编号方案（三）,移动通信编号方案ESN：移动终端的电子序列号，每个移动台分配一个唯一的ESN。ESN由终端制造厂商分配，在终端出厂时就确定了。,0 xABCDEFGH是我的ESN，是生产厂家分配给我的。,Page24,课程目录,第一部分：移动通信基础知识移动通信发展历程移动通信基本组网移动通信编号方案移动通信呼叫流程,Page25,移动通信呼叫流程（一）,语音呼叫流程示意图,Page26,移动通信呼叫流程（二）,语音呼叫流程说明1手机发起呼叫请求。2MSC到HLR中取用户数据，鉴权通过。3MSC进行被叫号码分析，建立到PSTN的固定电话的链路。4MSC向BSC发指配请求，同时建立A口电路。5BSC分配无线资源，请BTS建立Abis和空口信道。6BSC请MS建立空口信道。,Page27,移动通信呼叫流程（三）,数据呼叫流程示意图,Page28,移动通信呼叫流程（四）,数据呼叫流程说明1通过计算机拨号网络发起连接建立请求。2手机发起呼叫请求。3MSC到HLR中取用户数据，鉴权通过。4MSC向BSC发指配请求。5BSC分配无线资源，请BTS建立Abis和空口信道。6BSC请MS建立空口信道。7BSC向PCF/PDSN发起A8/A10建立请求。8建立A109建立A810验证用户名和密码。11验证通过，PDSN给计算机分配IP地址。,Page29,休息一下10分钟后再见！,Page30,课程目录,第二部分：CDMA通信基础知识CDMA发展历程CDMA网络结构CDMA通信原理CDMA关键技术,Page31,CDMA发展历程,CDMA协议演进历程3x已被废弃,Page32,课程目录,第二部分：CDMA通信基础知识CDMA发展历程CDMA网络结构CDMA通信原理CDMA关键技术,Page33,CDMA网络结构（一）,CDMA网络设备间接口名称,Page34,CDMA网络结构（二）,CDMA空口协议栈,Um接口,Page35,CDMA网络结构（三）,IS95前反向信道,前向导频信道同步信道寻呼信道业务信道反向接入信道业务信道,Page36,CDMA网络结构（四）,结合移动台行为来讲解各信道的功能搜索Pilot同步Sync守候在Paging如果收到寻呼，则通过接入信道发寻呼响应，建立业务信道如果发起始呼，则通过接入信道发始呼消息，建立业务信道后续的消息交互、业务数据均在业务信道上传送,Page37,CDMA网络结构（五）,CDMA数据业务网络设备间业务面接口协议栈重点关注：RLP、PPP、TCP,Page38,课程目录,第二部分：CDMA通信基础知识CDMA发展历程CDMA网络结构CDMA通信原理CDMA关键技术,Page39,CDMA通信原理：CDMA通信模型,CDMA通信模型,Page40,CDMA通信原理：信源编码（一）,编码器：可变速率声码器8KQCELP（业务选项SO=0 x1）13KQCELP（业务选项SO=0 x8000）8KEVRC（业务选项SO=0 x3）特点：支持话音激活，典型的双工通话中，通话的占空比小于35%，不通话的时候降低编码速率，有效提高系统容量。由于空中接口带宽资源相对紧张，因此CDMA的语音编码未使用PCM方式，QCELP、EVRC编码方式能够用比PCM方式窄得多的带宽传送语音信号。,Page41,CDMA通信原理：信源编码（二）,声码器在CDMA系统中的位置MS完成语音的QCELP/EVRC编码BSC中的EVC板完成QCELP/EVRC和PCM编码之间的变换。EVC板具体采用哪种方式进行编解码，取决于业务选项和系统当前的声码器使用情况。其中业务选项在呼叫建立过程中终端会通过消息发给系统。SO：ServiceOption，业务选项。,Page42,CDMA通信原理：信道编码,为提高系统的纠错能力，信道编码采用卷积码或者TURBO码。约束长度：移位寄存器数+1。例如：约束长度为9。编码效率：输入bit数/输出bit数。例如：码率为1/2。卷积码编码原理框图,Page43,CDMA通信原理：交织,交织的目的是为了提高系统的抗干扰和快衰落能力,Page44,CDMA通信原理：扩频（一）,什么是扩频？扩频，即spectrumspread，就是频谱扩展。什么是频谱？常见的频谱一般是幅度频谱：信号中所含各频率分量的幅度。,Page45,CDMA通信原理：扩频（二）,如何理解频谱扩展？将窄带频谱信号变换为宽带频谱信号的过程就称为频谱扩展。例如：9.6kbps的信号原本最低需要9.6kHz的带宽就可以传送了，但在CDMA中通过扩频使用1.23MHz的带宽来传送。,Page46,CDMA通信原理：扩频（三）,为什么要进行扩频，扩频通信有何好处？隐蔽性和保密性好；抗干扰能力强；抗衰落；抗多径；多个用户可以同时占用相同频带，实现码分多址。,Page47,CDMA通信原理：扩频（四）,扩频为什么会带来上述好处？,C：信道容量，单位：bpsB：信号频带宽度，单位：HzS：信号平均功率，单位：WN：噪声平均功率，单位：W,香农公式给出了一定带宽和信噪比情况下信道能够实现无误码传输的最大速率。,要实现无误码传输，数据传输速率不能超过C,信道带宽为B,信噪比为S/N,Page48,CDMA通信原理：扩频（五）,扩频为什么会带来上述好处？香农公式的含义：要达到一定的信道容量，既可以通过较大的信号带宽和较小的信噪比来实现，又可以通过较小的信号带宽和较大的信噪比来实现；当信噪比保持一定时，增大带宽可以提高信道容量。扩频通信就是利用上述原理，用高速的扩频码来扩展待传输的数字信息带宽，从而在相同信噪比条件下，获得较强的抗干扰能力和更大的系统容量。,Page49,CDMA通信原理：扩频（六）,扩频通信的频域分析,Page50,CDMA通信原理：扩频（七）,扩频增益和处理增益扩频增益和处理增益定量描述了系统对干扰的抵抗力：增益越大，抗干扰能力越强。扩频增益GG=Rc/RbRc：扩频后的码片速率Rs：扩频前的符号速率例如：IS95前向，Rc=1.2288Mcps，Rs=19.2kbps，G=Rc/Rs=64处理增益：不仅包括了扩频增益，还包括了信道编码增益。Gp=Rc/Rb例如：IS95前向，Rc=1.2288Mcps，Rb=9.6kbps，Gp=Rc/Rb=128,Page51,CDMA通信原理：扩频（八）,如何实现扩频（频谱扩展）？提高符号速率即可实现频谱扩展：低速率的数据流与高速率的扩频码相乘，将一个码元（symbol，也称为符号）转换为n个码片。扩频码的使用是扩频通信的关键点，CDMA中使用的扩频码：扩频码速率：1.2288Mcps；扩频码：Walsh码,Page52,CDMA通信原理：扩频（九）,扩频和解扩原理扩频过程解扩过程,Page53,CDMA通信原理：扩频（十）,为什么使用Walsh码？Walsh码的正交性：用自身的扩频码可以解扩出信号，而用其它的扩频码无法解扩出信号。,两个相同的Walsh码相乘，在指定区间上求和，结果为L（扩频码长度）；两个不同的Walsh码相乘，在指定区间上求和，结果为0。以8阶Walsh码为例：相同：不同：,W0,W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,8个8阶的Walsh码,Page54,CDMA通信原理：扩频（十一）,为什么使用Walsh码？,扩频前A=+1，B=-1，C=+1扩频后A：+1-1+1-1+1-1+1-1B：-1-1+1+1-1-1+1+1C：+1-1-1+1+1-1-1+1S：+1-3+1+1+1-3+1+1解扩后A：+1+3+1-1+1+3+1-1-+8B：+1-3-1-1+1-3-1-1-8C：+1+3-1+1+1+3-1+1-+8判决后A：+1，B：-1，C：+1,扩频和解扩,Page55,CDMA通信原理：扩频（十二）,Walsh码在CDMA前向信道中的应用W064：用于导频信道的扩频W3264：用于同步信道的扩频W164W764：用于寻呼信道的扩频，不做寻呼信道的可作为业务信道使用其它：用于业务信道,Page56,CDMA通信原理：扩频（十三）,PN在CDMA系统中的应用导频信道：导频信道的Walsh0为全0，发送的数据也是全0，0+1实质上Walsh扩频时相当于输入和输出均为+1，即短码PN扩频的输入恒为+1，这为搜索器相关检测提供了便利条件：不必理会Walsh，直接用短码PN去做相关，一旦对齐了相关器输出L，否则输出-1。之后搜索器将此PN偏置通知解调器，使解调器的PN偏置调整到和搜索器的偏置相同，以便解调。,导频信道扩频原理框图,Page57,CDMA通信原理：扩频（十四）,PN在CDMA系统中的应用PN导频号：PilotNumber，0511，相邻的两个PN之间相差64个码片。在同步信道消息中发送。PN_INC：导频号PN之间的间隔，一般为4，即4*64个码片。在ADDBSCINF中配置，通过邻区列表消息NLM发送给终端，终端搜索剩余集时会用到该参数。,Page58,CDMA通信原理：扩频（十五）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：终端开机，搜索导频、解调同步信道,Page59,CDMA通信原理：扩频（十六）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：解调寻呼信道,Page60,CDMA通信原理：扩频（十七）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：搜索邻区PN,Page61,CDMA通信原理：扩频（十八）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：搜索到强度超过T_ADD的邻区导频，通过PSMM发起切换,Page62,CDMA通信原理：扩频（十九）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：对激活集和邻区的导频进行搜索,Page63,CDMA通信原理：扩频（二十）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：激活集状态下搜索器的搜索策略：在移动台解调业务信道的同时，它的导频搜索器会不停地搜索邻导频，对于四种不同的导频集，采用不同的搜索优先级，下图就很形象地描述了搜索器搜索的方式：,Page64,CDMA通信原理：扩频（二十一）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：激活集状态下搜索器的搜索策略：从图中可以看出，激活集，候选集的优先级最高，相邻集次之，优先级最低的为剩余集。例：集活集有3个，候选集1个，相邻集12个，其它为剩余集共112个，搜索顺序如下：,如果相邻集数目较大，剩余集中PN被搜索到的概率很小，即使被搜索到，也需要较长的时间。另外，对剩余集的搜索，移动台是遵循一定的原则的，即只搜索为Pilot_INC整数倍的PN偏置。而对其它三种导频集的搜索，并无此限制。,Page65,CDMA通信原理：扩频（二十二）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：搜索窗口：上电时搜索一个PN周期的所有偏置（32768）是必要的，也就是要在整个PN的周期内做相关，一旦搜索到了导频之后，就没必要在整个PN的周期内做相关了，而只需要在激活集、候选集、相邻集、剩余集的PN偏置附近做相关就行了，这个附近对应的就是相应导频集的“搜索窗口”（候选集的搜索窗口与激活集搜索窗口相同）。搜索窗口SRCH_WIN_A、SRCH_WIN_N、SRCH_WIN_R在SPM中下发。,Page66,CDMA通信原理：扩频（二十三）,PN在CDMA系统中的应用PN的搜索过程：搜索窗口,激活集和候选集的搜索窗口是以对应导频先到的第一个多径为中心，而相邻集和剩余集的搜索窗口都是在参考导频的基础上根据PN偏置的差推测出搜索中心：1）参考导频一般是第一个激活集导频的第一个多径。2）相邻集搜索中心=参考导频到达时刻+相邻导频和参考导频的PN差64chip3）如果手机与服务基站和相邻基站的距离相同，则推测的中心正好为第一个多径到达的时刻。,Page67,CDMA通信原理：扩频（二十四）,PN在CDMA系统中的应用短码：长度为215的m序列。215=32768，2s中重复75次长码：长度为242的m序列。前向信道应用：1）利用短码PN标识不同的扇区：短码PN的长度为215=32768chip，不同扇区导频的PN偏置不同，使用导频号PilotNumber来标识不同的PN偏置：0511，相邻的两个导频号之间相差64个码片。终端中的搜索器完成PN码的捕获和跟踪。2）利用长码PN来扰码反向信道应用：1）利用短码PN来扩频：正交调制，PN的偏置为02）利用长码PN来区分不同的用户,Page68,课程目录,第二部分：CDMA通信基础知识CDMA发展历程CDMA网络结构CDMA通信原理CDMA关键技术,Page69,CDMA关键技术：功控（一）,功率控制CDMA系统是自干扰系统，限制CDMA系统容量的因素是总干扰。当达到以下条件，系统容量最大：当在可接受的信号质量下，功率最小基站从各个移动台接收到的功率相同,Page70,CDMA关键技术：功控（二）,功率控制的分类按方向分类：分为前向功控和反向功控。前向功控：手机控制基站的发射功率；反向功控：BSS控制手机的发射功率。按控制是否闭环分类：分为开环功控和闭环功控。闭环功控：终端或基站发射功率后，接收端检测信道误码率，根据误码率的高低自动控制发送端降低或提高功率，使信道误码率维持在一定水平。开环功控：直接控制终端或基站发射一定的功率，但不会根据信道误码率的高低来自动调整发射功率。,Page71,CDMA关键技术：功控（三）,CDMA中开环和闭环功控的起控点开环功控的起控点闭环功控的起控点,Page72,CDMA关键技术：功控（四）,功率控制：反向开环功控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TxPO=C前向接收功率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。移动台根据接收到的前向信道的功率，直接确定发射功率。,Page73,CDMA关键技术：功控（五）,功率控制：反向开环功控接入试探序列：终端按照上述计算的TxPO功率发送接入试探（其中携带了始呼或寻呼响应消息），等待系统的响应BSAckOrder，如果没有收到响应，提高功率再发送接入试探，等等，直至收到系统的响应为止。,Page74,CDMA关键技术：功控（六）,功率控制：反向闭环功控在讲反向闭环功控之前，先澄清两个概念：Ec/Io和Eb/Nt。Ec/Io：导频信号强度Ec：导频信道的平均码片能量Io：等效噪声功率谱密度，即单位带宽内的等效噪声功率（含有用信号）R=1.2288Mcps，码片速率W=1.2288MHz，扩频带宽,Page75,CDMA关键技术：功控（七）,功率控制：反向闭环功控Eb/Nt：数字通信系统中的信噪比Eb：业务信道的平均比特能量Nt：噪声功率谱密度，即单位带宽内的噪声功率（不含有用信号）G=R/Rb：处理增益，即码片速率和比特速率的比值。,Page76,CDMA关键技术：功控（八）,功率控制：反向闭环功控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800Hz。外环功率控制统计误帧率，设定所需的目标Eb/Nt。,Page77,CDMA关键技术：功控（九）,功率控制：反向闭环功控,Page78,CDMA关键技术：切换（一）,切换技术切换的含义：当移动台靠近原来服务小区的边缘，将要进入另一个服务小区时，原基站与移动台之间的链路将逐渐由新基站与移动台之间的链路来取代，这就是切换的含义。,切换的目的：保证移动用户通话的连续性，这是在一切蜂窝移动通信系统中进行移动通信的必然要求。恰当的切换算法有利于降低系统掉话率，增加网络容量。无线信道上的90%掉话是在切换过程中发生的。,Page79,CDMA关键技术：切换（二）,切换技术软切换：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、减少掉话可能，且有利于增加反向容量。更软切换：与软切换类似，发生在同一基站的不同扇区之间。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。硬切换过程中有短暂的中断，容易掉话。不同频率间的切换到其它系统的切换,Page80,CDMA关键技术：切换（三）,切换技术：软切换/更软切换下行信号的合并：在移动台中进行,Page81,CDMA关键技术：切换（四）,切换技术：软切换/更软切换上行信号的合并：软切换上