电信认证CDMA原理基础知识3课件

CDMA概述第三课:CDMA前向信道3a:前向业务信道

3a:前向业务信道

课程目标理解前向业务信道的作用、如何生成及与其相关的主要调制参数。理解声码器的作用，CDMA系统中所用声码器的类型及其物理位置。介绍功率控制子信道的概念，

并明确它对前向业务信道比特流的影响。理解合成I和合成Q信号的概念。理解当采用13kb声码器时，符号删除的目的。理解CDMA前向信道解调，以及相关器、搜索相关器、

指针和瑞克接收机的概念。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个信道典型的实际负荷是：采用13kb声码器大约17个用户，当采用8kb声码器时大约22个用户前向业务信道前向业务信道SyncPaging前向业务信道前向业务信道PilotCDMA基站可变速率声码器A-to-DCONVERTER64kbpsVOCODER码表指示(<64kbps)语音编码(数字压缩)对于增加蜂窝系统的容量来说是必需的语音编码必须确保合适的保真度，

即用户可接受的语音质量语音编码可以有许多种实现方式(如波形编码，

时域或频域)声码器发送控制语音信号再生的参数，而不是点对点的对语音波形进行描述可变速率声码器由数字信号处理器(DSP)执行CDMA采用QCELP可变速率编码码速率从13kbps到1kbps(平均4kbps)利用了语音中的自然停顿QCELP是一种混合编码器，将波形编码与声源编码结合在一起。A-to-DCONVERTER64kbpsDSPQCELP声码器20msSample码表PitchFilterFormantFilterCodedResultFeedbackLoop前向业务信道帧速率集1可能

为了发送空白和突发信令

CRC有以下作用：

检错帮助确定接收帧的

数据率

所有帧的编码尾比特都

置零

声码器的输出速率会有四种业务，其它业务可以屏蔽172128192bits(20ms)FT9600bpsFrameInformationBitsFullRate808896bits(20ms)FT4800bpsFrameInformationBits1/2Rate40848bits(20ms)T2400bpsFrameInformationBits1/4Rate16824bits(20ms)T1200bpsFrameInformationBits1/8Rate注解：

F-帧质量指示(CRC)

T-编码尾比特卷积率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）。CodeSymbolOutput12345678g0g1c0c1DataBitInput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9600480024001200E=E/2sbE=E/4sbE=E/8sbE=E/16sbFullEnergy1/2Energy1/4Energy1/8Energy9600bps块交织器(输入阵列)一帧中的384个调制符输入到一个24乘16的块交织器阵列(从左向右按列读出)该阵列表示20ms帧的信息。数据扰码每第64个PN比特片与一个调制符模2加随机发送数据减少了全0和全1的影响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。ToPowerControlMuxBlockInterleaver1.2288McpsLong

Code

PN

Generator19.2KspsDecimatorMask(ESN)User

Address

19.2Ksps19.2KspsModulationSymbolsDivideby64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。19.2Kspsfromblockinterleaver1.2288McpsUserMask19.2Ksps800

HzMuxTimingPowerControlBit(800bps)MUXDecimatorDecimatorScrambledModulationSymbolorPowerControlBit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每个码符号输入输出64个比特片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ToQuadratureSpreading800

HzMuxTimingPowerControlBit(800bps)MUXWt1.2288McpsScrambledData19.2KspsWalshFunctionfromIndexWalshfunctionPowerControlBit

I

PN14400bps7200bps3600bps1800bps(Vocoding)ConvolutionalEncoding

andRepetitionSymbolPuncturing(13kbonly)1.2288McpsLongPNCodeGeneration19.2ksps800

HzR

=

1/2QPNDecimatorDecimatorUser

AddressMask(ESN-based)19.2ksps1.2288McpsScramblingbitssymbolschips28.8kspsCHANNELELEMENTMUXBlockInterleaving前向业务信道的生成

采用13kb语音编码前向业务信道帧速率集2

帧结构与帧速率集1相似。

区别:每帧比特率增加了所有帧均需完成CRC

每一帧中的第一位保留目前，第一位不用

267128288bits(20ms)FT14400bpsFrameInformationBitsFullRate144bits(20ms)FT7200bpsFrameInformationBits1/2Rate872bits(20ms)T3600bpsFrameInformationBits1/4Rate36bits(20ms)T1800bpsFrameInformationBits1/8Rate注解R-保留位

F-帧质量指示(CRC)T-编码尾比特81112510812581011RRRRFF5518125108218611

多路复用选择2

与多路复用选择1功能相同。

全速率(14400bps),1/2(7200bps)、1/4(3600bps)帧速率均可以以混合模式承载业务

1/8速率(1800bps)仅能承载基本业务

在14400和7200bps的帧中话音、信令和数据可以同时发送。基本业务基本业务信令业务基本业务辅助业务基本业务辅助业务信令业务前向信道解调IS-95A/J-STD-008要求最少需要四个可以独立工作的处理部件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Correlator1Correlator2Correlator3SearchCorrelatorDe-InterleaverViterbiDecoder声码器SpeechOutputCombiner移动台收信机CDMA概述第三课:CDMA前向信道3a:前向业务信道复习

3a:ReviewQuestions1.WhatisthetheoreticalmaximumnumberofCDMACodeChannelsperCDMAfrequency,intheforwarddirection?

Thereare64CDMACodeChannelsperCDMAfrequency.2.VocodersusedinCDMAdividethevoicetrafficinsmallslicesforprocessing,Howlargearetheseslices,andhowaretheycalled?

Vocodersprocessvoicetrafficin20msslicescalled揻rames?3.Whattypeofproblemisfoughtwithblockinterleaving?

Blockinterleavingisdesignedtofighttheshortburstoferrorsthatoccurasaconsequenceoffastfading.4.HowisthePowerControlSubchanneltransmitted?ThePowerControlSubchannelforaparticularmobilestationtravelsontheForwardTrafficChannelusedbythatmobilestation.ThePowerControlbitoverwritestwoevery24modulationsymbols(8kbvocoder,rateset1)andissentuncodedandatfullpower.3b:导频信道

课程目标理解导频信道的用途及其生成过程。明确CDMA系统所用的不同PN码。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（Eb/N0最佳）的信号的偏置移动台锁定最佳导频(具有最佳Eb/N0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00...0100...0100...0100...0100...0100...0100...01导频信道(WalshCode0)CDMA概述第三课:CDMA前向信道3b:导频信道复习

3b:ReviewQuestions1.WhatisthePilotChannel?

Thepilotchannelisareferencechannelwhichthemobilestationusesforacquisition,timing,andasphasereferenceforcoherentdemodulation.ItistransmittedatalltimesbyeachbasestationoneachactiveCDMAfrequency.Thissignalistrackedcontinuouslybyeachmobilestation.2.DiscusstheframestructureofthePilotChannel.

ThePilotChannelcarriesnodata;therefore,itcontainsnoframes.3.HowmanydifferentPNOffsetsaredefinedinCDMA?

CDMAdividesthe32,768-bitshortPNcodesinto51264-bitsections.Eachoneofthe512pointsintheshortPNcodescorrespondingtoanintegernumberof64-bitsectionsdefinesaPNOffsetCDMA概述第三课:CDMA前向信道3c:同步信道

3c:同步信道

课程目标了解同步信道的作用及其生成.明确与同步信道相关的主要调制参数.论述同步信道的结构.论述同步信道消息格式.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(AcquiredPilot)同步信道导频信道不载送数据,因此它没有数据帧.

同步信道使用262/3ms帧.

其它所有前向和反向码分信道均为20ms帧.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)1200bpsWalshFunction321.2288McpsI

PNQPNConvolutionalEncoder

andRepetitionBlock

InterleaverR

=

1/2ModulationSymbols4800sps4800spsBitsChips同步信道消息参数消息类型(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)-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）,动态产生同步信道消息参数(cont)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CDMA概述第三课:CDMA前向信道3c:同步信道复习

3c:ReviewQuestions1.WhatistheSyncChannelusedfor?

TheSyncChannelisusedtosendtothemobilestationtheessentialsystemparametersthatwillallowittoacquireandsynchronizetoabasestationintheCDMAsystem.2.WhyistheframedurationintheSyncClisecondsandnot20asintheForwardTrafficChannel?

TofacilitatetheacquisitionoftheSyncChannelbythemobilestation.AsthedurationoftheSyncChannelframescoincideswiththeperiodoftheshortPNcodestransmittedonthePilotChannel,oncethemobilestationacquiressynchronizationwiththePilotChannel,thesynchronizationwiththeSyncChannelisimmediatelyknown.3.WhatdoesthebasestationsendtothemobilestationsontheSyncChannel?

OnlyonemessageissentontheSyncChannel:the揝yncChannelMessage?whichcontainsbasicconfigurationparameterstoallowthemobilestationstoacquiretheCDMAsystem.CDMA概述第三课:CDMA前向信道3d:寻呼信道

3d:寻呼信道

课程目标了解寻呼信道的作用，及寻呼信道的生成.明确与寻呼信道相关的主要调制参数.论述寻呼信道结构.了解基站通过寻呼信道发送的不同类型的开销消息和移动台指示消息.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。9600bps4800bpsWalsh