CDMA系统.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,移动通信原理,安徽建筑工业学院,朱徐来,zhuxulai,1,第七章,CDMA(IS-95),移动通信系统,一、,概述,二、,CDMA,蜂窝系统的无线传输,三、,CDMA,蜂窝系统的网络管理与控制,2,重要知识点,CDMA,系统的基本特点,CDMA,系统前、反向链路信号形成的过程,前、反向链路信道中,PN,码出现几次？各自作用？,3,2,.1.3,GSM,的工作频段,频段：,上行：890915,MHz，17101785 MHz,下行：935960,MHz，18051880 MHz,我国：上行：905915,MHz,下行：950960,MHz,上行：,17101755 MHz，18051850 MHz,4,2.1.4,GSM,的频道和调制,收发频率间隔：45,MHz,相邻两频道间隔为200,kHz,。工作频段包含124对,(DCS1800:373,对）频道，每个频道8个时隙，共992个物理信道,调制方式：,高斯最小移频键控(,GMSK),原因：邻信道干扰小于-60,dB,高斯滤波器：,BT=0.3,频谱利用率：1.35,bps/Hz,5,1 概述,扩频的概念*,CDMA,蜂窝系统的概念及特征,CDMA,蜂窝系统的同步与定时,6,扩频的基本原理,扩频技术是把信息的频谱展宽进行传输的技术,根据,Shannon,公式，在白噪声干扰下，通信系统的信道容量为：,公式说明：对一个给定的信道容量而言，可以利用带宽与信噪比的互换而保持不变，即,以频带换取信噪比,7,CDMA,基本概念,CDMA,是,码分多址,系统：,CDMA,基于扩频技术，,用户具有特征码,扩频：,信息带宽扩展,码分：,实现用户，信道和基站的标识问题,采用,m,序列，,Gold,序列等,伪随机序列（,PN,码）,8,m,序列的自相关特性（一）,例：序列 0 0 1 0 1 1 1,序列 1 0 0 1 0 1 1 都为不同相位的同一序列,序列 1 1 0 0 1 0 1,移位数,9,m,序列的自相关特性（二）,10,CDMA,蜂窝系统的概念及特征,美国,Qualcomm,公司于,1990,年提出了基于直扩码分的数字蜂窝通信系统，,1993,年正式成为北美数字蜂窝通信标准。,IS-95,是第一个码分多址,CDMA,的空中接口标准。,IS-95,空中接口主要参数如下表所示：,11,频段,下行：,(,基,移,),：,869,894MHz,，,25MHz,上行：,(,移,基,),：,824,849MHz,，,25MHz,信道数,64,个码分信道,/,每一个载频,射频带宽,2,1.23MHz(,其中第一频道为,2,1.77MHz),调制方式,基站QPSK,；移动台：,OQPSK,扩频方式,直接序列扩频：,DS-CDMA,话音编码,可变速率,CELP,，最大速率,8Kb/s,，最大数据率,9.6Kb/s,信道编码,卷积编码：下行：码率,R=1/2,，约束长度,K=9,；,上行：码率,R=1/3,，约束长度,K=9,交织编码：,交织间距：,20ms(,话音帧周期,),地址码,信道地址码,(,下行,),：,64,阶,Walsh,正交码,基站地址码,(,下行,),：，,m,序列码，,用户地址码,(,上行,),：，,m,序列长码截短,功控,800Hz,，周期,1.25ms,12,CDMA,系统特点,可采用多种分集技术(时间、频率和空间分集)较低的发射功率,低的信噪比要求,保密性好,软切换,大容量,软容量,话音激活,CDMA,系统的要求严格的同步与定时,CDMA,系统的公共时钟基准是,CDMA,系统时（,CDMA System Time,），,它是采用,GPS,（,全球定位系统）时间标尺，每秒钟（对应,75,个短码周期）对短码进行一次校准。,13,2,CDMA,蜂窝系统的无线传输,物理信道与逻辑信道,前向,CDMA,链路信号,反向,CDMA,链路信号,14,物理信道（一）,前向链路（,Forward Link）,：,BS,到,MS,方向的链路,反向链路（,Reverse Link）,：,MS,到,BS,方向的链路,前向链路和反向链路均是由码分物理信道构成的。,码分物理信道正交特性的数学表达式为,15,物,理信道,（二）,其中，不同的,PNi,和,PNj(i,j,=1，2，3,）,的不同码型代表不同的码分物理信道。在,IS,一95标准中，由,Walsh,序列,长码等,PN,码提供的码分物理信道，将在后面详细介绍。,16,2.,逻辑信道（一）,利用码分物理信道可以传送不同功能的信息。依据所传送的信息功能不同而分类的信道，则称为,逻辑信道,。逻辑信道及其功能如下：,导频信道,基站在此信道发送引导信号（其信号功率比其它信道高20,dB）,供移动台识别基站频率（相位），并引导移动台入网,同步信道,基站在此信道发送同步信息供移动台建立与系统的定时和同步,17,逻辑信道(二）,寻呼信道,基站在此信道寻呼移动台发送有关寻呼、指令及业务信道指配信息,接入信道,是一个随机接入信道，供网内移动台随机占用移动台在此信道发起呼叫及传送应答信息,业务信道,供移动台和基站台双向通信并传送信令之用,上述逻辑信道可分为,业务信道,（,TCH,，,即,Traffic Channel,）,和,信令信道,（,SCH，,即,Signaling Channe1）,两大类。,18,二、前向,CDMA,链路信号,1、前向链路,CDMA,信道,前向链路,CDMA,信道共有64个，由下列各码分信道组成：,导频信道1个,（,W0,）；,同步信道1个,（,W32,），,传输数据率为1.2,kbps；,寻呼信道7个,（,W1,W7,）,，传输数据率为9.64.8,kbps；,前向业务信道55个,（,W8,W31,及,W33,W63,）,，传输数据率为9.64.82.41.2,kbps,可变。,19,20,21,22,23,24,25,信道地址码,IS-95,的,CDMA,系统中，每个服务区的信道共用同一频带，为了使得前向链路的各个信道之间能够相互分离，,IS-95,系统中采用,64阶正交的,Walsh,码序列进行区分(扩频),2、前向链路信号,26,Walsh,码,每个调制码元与相应的包含64个码片的,Walsh,信号以1.2288,MHz,的速率做异或。在经过,Walsh,调制后，调制码元的速率由19.2,k,提高为1.2288,M。,任一个,Walsh,函数可递归定义如下:,其中 是 的逻辑反。,27,因此,W,1,=0,=,=,28,基站地址码的产生,而同一基站的前向链路信号，是由,短码,PN,序列（2,15,）的相位偏置来统一识别,的,不同基站对应不同的偏置序列。,短码,PN,序列规定64个码片为一个偏置，因此共有个偏置,为了尽可能减少基站间的多用户干扰，基站地址码应满足正交性能，同时满足序列数量足够多。基站地址码主要用于上、下行信道区分不同的基站。,在,IS-95,中采用两个较短的,PN,码,码长 (改造为 ),分别对下行同相,I),与正交,(Q),调制分量进行扩频。,29,30,同相,(I),信道使用的短,PN,码特征多项式如下：,正交,(Q),信道使用的短,PN,码特征多项式如下：,31,32,数据扰乱,寻呼信道和前向业务信道的数据扰乱（,Data Scrambling,）,如图所示。长码掩盖生成码片速率为,1.2288,Mcps,的序列，每,64,chip,对应,1,个符号（,symbol,），,则有速率为,1.2288,Mcps/64,19.2ksps,的扰码。,33,序列(64位),序列(64位),序列(64位),34,35,36,1、反向链路,CDMA,信道,反向链路,CDMA,信道由反向接入信道和反向业务信道组成。,反向接入信道：传输数据率固定为4800,bps，,由长码序列来识别不同的接入信道,。,反向业务信道：传输数据率为9.64.82.41.2,kbps,可变，,由用户长码序列来识别不同的业务信道,，反向链路的数据传输帧长为20,ms。,反向,CDMA,信道的结构如图所示。,二、反向,CDMA,链路信号,37,38,39,40,41,42,43,反向接入信道的信源为,88,bits,帧，即速率为,88,bits/20ms,4,.,4kbps,。,每帧附加供译码用的,8,bit,尾位，则速率变成,96,bits,20ms=4,.,8kbps,。,经过编码率,r=1,3,的,FEC,编码后，码字符号的速率变为,4,.,8,kbpsX3=14,.,4ksps,。,经二次重传后符号速率为,28,.,8,ksps,。,经分组交织处理后的速率不变。,2,、反向链路信号（一）,44,交织后的符号流每,6,位符号为一组，在正交调制器被,64,元,Walsh,函数调制，即每,6,位符号换成,1,位持续时间的,Walsh,函数序列，其输出的符号率为,28.8,ksps,6,4.8ksps,。,传输符号率为,4.8,ksps,的一位符号持续时间为,208.33,us,。,64,元,Walsh,函数正交调制原理如图所示。若输入的一组,6,位符号为,100011,，其十进制数为,35,，则从,Walsh,函数表中查出代码为,35,的,Walsh,序列作为调制器的输出。,反向链路信号（二）,45,若输入的一组,6,位符号为,101100,，其十进制数为,56,，则从,Walsh,函数表中查出代码为,56,的,Walsh,序列作为调制器的输出。,输入符号,输出代码对应,的,Walsh,函数,100011 代码35的,Walsh,序列（64位）,100100 代码,56,的,Walsh,序列（64位）,图,7.4,反向信道正交调制原理,46,反向链路信号（四）,正交调制器输出的符号速率为,4.8,kbps,，,Walsh,序列的码片速率为,4.8,X64=307.2kcps,。,调制器输出的序列被长码,PN,序列（,2,42,l,）,所掩盖，该,PN,序列码片率为,1.2288,Mbps,。,然后经,I,Q,支路分别被码片速率为,1.2288,Mcps,短码,PN,序列（,2,15,）扩展及,o,QPSK,调制。,47,总结,PN,码的作用,Walsh,前向：扩频，区分信道,反向：多进制调制,短码()：,前向：不同时间偏置的序列区分不同的基站，四相扩展,反向：四相扩展,长码()：,前向：扰码,反向：用户地址码,区分用户,48,CDMA,蜂窝系统的同步与定时,CDMA,系统的同步包括三个内容：,载波同步：在相干解调时要提供相干载波,位同步：本地产生的序列子码与接收信号的序列子码在时间上对齐,序列同步：本地产生的序列子码与接收信号的序列子码在相位上对齐,49,每个基站的标准时基与,CDMA,系统的时钟对准，它驱动引导信道的,PN,序列、帧、以及,Walsh,函数的定时。,当,CDMA,系统的外部时钟丢失时，系统应能使基站发射定时误差保持在容限之内。基站应在,CDMA,系统时钟的,10,us,内发送引导,PN,序列，基站发送的所有,CDMA,信道相互定时误差应在,1,us,之内。,CDMA,蜂窝系统的同步与定时,50,定时校正的改变率每,200,ms,应不超过,1/8,PN chip,即（,101,725,ns,）。,引导,PN,序列与,Walsh,函数（,W0,）,序列间的时间误差应小于士,50,ns,，,引导信道射频载波与同一前向信道中的任何其它信道射频载波间的相位差不应超过,0,05,弧度。,CDMA,蜂窝系统的同步与定时,51,3,CDMA,蜂窝系统的网络管理与控制,登记注册,切换,52,切换的类型,硬切换,发生在不同频率基站,、,不同,MSC,之间,软切换,发生在相同频率基站间,、,小区内,与,GSM,53,软切换概述,切换参数,：,4个集合：,激活,导频集、候选导频集、相邻导频集、剩余导频集。,个参数：,T_ADD,T_DROP,T_TDROP,切换过程,：,监控和链路测量。,目标小区确定和切换启动。,切换执行,54,软切换过程,55,导频集合,激活导频集（,Active Set）,与正在通信的基站对应的导频集合,候选导频集（,Candidate Set）,目前不在,激活,集中，但有足够的强度使与业务信道,结合的,导频集合。,相邻导频集（,Neighbor Set）,不在以上两个集合中，但是根据某种算法被认为可以很快进入候选集的,备用,导频集合。,剩余导频集（,Remaining Set）,当前系统中，除以上三种集合之外的所有导频集合。,56,切换参数,导频切换门限（,T_ADD),导频去掉门限(,T_DROP),衰减定时器门限(,T_TDROP),57,小区间切换,软切换，发生在两个,BTS,之间,由,BSC,做选择合并分集信号。,需要同时与多个,BTS,通信。,58,小区内切换,更软切换，发生在同一个,BTS,中的不同扇区。,分集信号在,BTS,中做最大增益比合并。,MS,保持和同一个基站通信，但是改变了无线信道。,59,