CDMA无线网络优化技能基础培训教材一.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流CDMA无线网络优化技能基础培训教材一.精品文档.CDMA无线网络优化技能考评培训教材第一部分CDMA基础知识目录第1章 CDMA技术原理11.1 CDMA技术的发展11.1.1 主要移动通信系统介绍11.1.2 第三代移动通信系统简介21.2 多址技术11.2.1 频分多址11.2.2 时分多址21.2.3 码分多址21.3 扩频通信原理31.3.1 扩频通信基本概念31.3.2 扩频通信的基本原理31.3.3 扩频通信的理论基础41.4 CDMA码序列51.4.1 Walsh码61.4.2 PN短码71.4.3 PN长码91.4.4 三种
2、扩频码的比较91.5 CDMA关键技术101.5.1 功率控制101.5.2 软切换141.5.3 RAKE接收机工作原理201.5.4 CDMA呼吸效应21第2章 CDMA的信道242.1 IS-95信道242.1.1 反向CDMA信道242.1.2 前向CDMA信道262.2 CDMA2000 1x的新特性292.2.1 CDMA2000 1x信道30第3章 CDMA空中信令流程333.1 与信令流程有关的几个概念333.1.1 IMSI333.1.2 ESN343.1.3 登记343.1.4 导频信号集343.2 移动台状态变迁流程343.3 CDMA基本信令流程393.3.1 语音业务
3、起呼393.3.2 语音业务被呼403.3.3 位置登记的流程413.3.4 短消息的流程423.3.5 切换流程443.3.6 语音业务释放473.3.7 数据业务起呼48第4章 CDMA空口技术规范、协议504.1 协议架构504.2 空中接口层次结构514.2.1 物理层描述514.2.2 MAC层描述524.2.3 LAC层描述524.2.4 层3描述534.3 A接口协议层次534.3.1 A接口协议层次结构534.3.2 内部接口层次结构54第5章 CDMA 2000 1X EV-DO原理555.1 1X EV-DO系统概述555.1.1 CDMA2000技术标准的演进555.1.
4、2 1X EV-DO与IS-95/1X网络的兼容性555.1.3 从CDMA2000 1X 向1X EV-DO 演进565.2 1X EV-DO 协议与物理层技术565.2.1 1X EV-DO网络参考模型565.2.2 1X EV-DO 空中接口协议模型585.2.3 1X EV-DO 前向信道605.2.4 1X EV-DO 反向信道615.3 1X EV-DO 空中接口关键技术635.3.1 前向时分复用645.3.2 前向自适应调制和编码技术645.3.3 前向HARQ655.3.4 前向链路调度算法655.3.5 前向快速扇区选择和切换665.3.6 速率控制675.4 1X EV-
5、DO Rev.A675.4.1 1X EV-DO Rev.A技术改进675.4.2 物理层新增功能685.5 CDMA2000 1X EV-DO 数据业务流程725.5.1 AT 始呼流程735.5.2 AT 发起的呼叫激活流程75第1章 CDMA技术原理1.1 CDMA技术的发展移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。20年代开始在军事及某些特殊领域使用,40年代才逐步向民用扩展,最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期,而且由于其许多的优点,前景十分广阔。第一代:1980年出现,为模拟话音通信系统,如AMPS、TACS、NMT、NTT等系统。第二代:1980年末出现,
6、传递话音和低速数据,为窄带数字通信系统,如GSM、PDC、D-AMPS、CDMA(IS95)等。第二代半:1996年出现,用于解决中速数据传递的数字通信系统,如GPRS、IS95B等第三代:用于传递高速数据,以支持多媒体应用,如WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等。1.1.1 主要移动通信系统介绍l AMPS先进的移动电话系统(AMPS),使用模拟蜂窝传输的800MHz频带。AMPS在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用。l TACS全接入通信系统(TACS),使用900MHz频带。有两种版本的TACS:ETACS(欧洲)和NTACS(日本),英国、日本和部分亚洲国家广泛使用该标准
7、。l GSM全球移动通信系统(GSM),使用900MHz频带,使用1800MHz频带的叫DCS 1800。GSM发源于欧洲,它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的。GSM支持64kbit/s的数据,可与ISDN互连.GSM采用FDD双工方式,TDMA多址方式,每载频支持8信道,使用200kHz的带宽。l IS-54北美数字蜂窝(IS-54)标准,使用800MHz频带,也叫D-AMPS。IS-54在两种北美数字蜂窝标准中,是较早推出的一种,它指定使用TDMA。l IS-95北美数字蜂窝(IS-95)标准,使用800MHz频带或1.9GHz频带。IS-95指定使用CDMA,CDMA成为美国
8、PCS网的首选技术。目前54的许可证持有者使用CDMA。CDMA One是IS-95品牌名称,CDMA2000无线通信标准也是以IS-95为基础演变的。1.1.2 第三代移动通信系统简介第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务,能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力,可与固定网络相兼容,小型便携式终端在任何时候、任何地点可以进行任何种类的通信。由于其诸多的优点,吸引了全世界各个运营商、生产厂家与广大用户。1. IMT-2000的历史第三代移动通信系统最早由国际电信联盟(ITU)1985年提出,曾被称为未来公众陆地移动通信系统FPLMTS(Future Public Land Mobi
9、le Telecommunication System),后来考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场,并且其工作的频段在2000MHz,故于1996年正式更名为IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)。2. 第三代移动通信系统的目标(1)能实现全球漫游:用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游,且可以在不同速率、不同的运动状态下获得有质量保证的服务;(2)能提供多种业务:提供话音、可变速率的数据、视频通话业务,特别是多媒体业务;(3)能适应多种环境:可以综合现有的公众电话交换网(PSTN)、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信
10、系统、卫星通信系统等多种系统,提供无缝隙的覆盖;(4)足够的系统容量,强大的多种用户管理能力,高保密性能和服务质量。为实现上述目标,对其无线传输技术(RTT:Radio Transmission Technology)提出了以下要求;(1)高速传输以支持多媒体任务室内环境至少2Mbit/s;室内外步行环境至少384kbit/s;室外车辆运动中至少144kbit/s;卫星移动环境至少9.6kbit/s;(2)传输速率能够按需分配;(3)上下行链路能适应不对称需求。第三代移动通信系统的引入是一个渐变演进的过程,并充分考虑向下兼容的原则。通信业务方面,将以第二代出现的各种业务为基础,逐步引入宽带及多
11、媒体业务;通信技术方面,网络技术和设施将与有线网的智能化、宽带化结合在一起,通过一种演变的过程进入第三代,而无线传输技术将经历一场革命,为第三代移动通信新业务的提供奠定基础。3. 第三代移动通信的标准化的制定第三代移动通信系统IMT-2000的标准化工作是在国际电信联盟的指导下有组织有步骤地进行的。目前在ITU组织中负责第三代移动通信系统体制技术规范制定的工作组主要包括如下三个:ITU-R、ITU-T、ICG.ITU-R:负责系统集成无线部分,解决频谱与法规问题,协调无线传输技术的评估活动。IUT-T:负责网络端的标准化工作.主要包括网络部分、信令与协议、编号与寻址、网管及安全性等问题。ICG
12、 for IMT-2000:中间协调组,负责协调工作,使ITU-R和ITU-T之间能定期进行交流,并协调在制定IMT-2000技术标准中出现的各种问题。4. IMT-2000标准的频率制定1992年负责全球无线频率管理和分配的WARC-92大会根据当时CCIR对未来陆地移动通信需要频率的估算,确定在2GHz周围总共辟出230MHz频带作为第三代移动通信系统的专用频率:18852025MHz、21102200MHz作为2000年以后的全球性移动通信使用,其中卫星通信使用的频段19802010MHz和2170-2200MHz最迟到2005年退出。1995年WRC大会作出决议,对分配给移动卫星业务的
13、频率又做了少量变动,为第二大区增加了2010-2025MHz和2160-2170MHz频段,且要求退出频率的时间提前到2000年。IMT-2000将使用18751975MHz和21102160MHz两段频率,目前各国及国际组织对移动通信频率的划分也各不相同。3G频率划分如下图1-1所示,图1-13G频率划分5. 目前对3G的研究目前ITU对3G的研究工作主要由3GPP和3GPP2来承担。3GPP:是以WCDMA为基础,集合了Erission,Nokia,Simense等欧洲公司以及日本的NTT,韩国的一些公司,共同研究3G的组织。3GPP2:是以CDMA2000为基础,集合了Qualcomm,
14、Lucent等美国公司及日本的ARIB,韩国的一些公司,共同研究3G的组织。6. 3G的RTT技术IMT-2000中最关键的是无线传输技术(RTT)。为了确定IMT-2000 RTT的关键技术,ITU对多种无线接入方案(卫星接入除外)进行了艰难的融合,以尽可能达到形成统一的RTT标准的目的。但是,经过一年多的研究之后,ITU发现要想获得不同RTT技术间的完全融合是根本行不通的。因此,1999年11月,ITU TG8/1在芬兰举行的会议上通过了“IMT-2000无线接口技术规范”,最终确定了IMT-2000可用的5种RTT技术,这些技术覆盖了欧洲与日本的WCDMA、美国的cdma2000和中国的
15、TD-SCDMA。lWCDMA是欧洲和日本提出的宽带CDMA标准,并且双方已经达成一致,彼此间差异很小。其技术特点是:频分双工,可适应多种速率和多种业务;前向链路快速功率控制、反向链路相干解调;支持不同载频间切换,基站之间无须同步,适用于高速环境。lCDMA2000是北美基于IS-95系统演变而来的。其技术特点是:反向链路相干接收、前向链路发送分集;基站之间由GPS同步;与IS-95兼容性好,技术成熟、风险小,综合经济技术性能好。lTD-SCDMA是中国第一次向ITU提出的拥有自主知识产权的提案,它基于TDMA和同步CDMA技术的标准。其技术特点是:时分双工(TDD),并结合了智能天线和软件无
16、线电等多种先进技术。7. CDMA2000标准演进CDMA2000技术的完整演进过程如Error! Reference source not found.1-2所示。图1-2CDMA2000技术的演进过程真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,这一标准支持8K语音编码服务、13K语音编码服务,其中13K语音编码服务质量已非常接近有线电话的语音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长,1998年2月,美国Qualcomm公司宣布IS-95B标准用于CDMA基础平台。IS-95B提升了CDMA系统性能,并增加了用户移动通信设备的数据流量,提供对64 kbit/s数据业务的支持。采用
17、IS-95规范的CDMA系统统称为CDMA One。对应CDMA2000技术的演进过程,CDMA各阶段系统的描述如表所示。表1-1 CDMA系统演进 系统速率业务阶段CDMAOne(IS-95A,IS-95B)14.4 kbit/s,64 kbit/s语音/数据2GCDMA2000 1x153.6 kbit/s语音/数据2.5GCDMA2000 1x EV-DO2.4 Mbit/s以上数据3GCDMA2000 1x EV-DV4 M bit/s以上语音/数据3G1.2 多址技术多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种,它们分别采用频率、时间或代码分隔的
18、多址连接方式,即人们通常所称的频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)三种接入方式。0用模型表示了这三种方法简单的一个概念.图1-3三种多址方式概念示意图FDMA是以不同的频率信道实现通信的,TDMA是以不同的时隙实现通信的,CDMA是以不同的代码序列实现通信的.1.2.1 频分多址频分,有时也称之为信道化,就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道(发射和接收载频对),每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下,任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子,数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA,比如GSM和CDMA系
19、统也采用了FDMA。1.2.2 时分多址时分多址是在一个带宽的无线载波上,按时间(或称为时隙)划分为若干时分信道,每一用户占用一个时隙,只在这一指定的时隙内收(或发)信号,故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用,GSM系统也采用了此种方式。TDMA是一种较复杂的结构,最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙,每个时隙传输一路突发式信息,TDMA中关键部分为用户部分,每一个用户分配给一个时隙(在呼叫开始时分配),用户与基站之间进行同步通信,并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时,移动台就启动接收和解调电路,对基站发来的突发式信息进行解码。同样,当用户要发送信息时,首先将信息进行缓存,等
20、到自己时隙的到来.在时隙开始后,再将信息以加倍的速率发射出去,然后又开始积累下一次突发式传输。TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收,称之为时分双工(TDD)。其最简单的结构就是利用两个时隙,一个发一个收。当移动台发射时基站接收、基站发射时移动台接收,交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点:突发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收,而不需要上行和下行两个载频,不需要频率切换,因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。1.2.3 码分多址码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式,它不像FDM
21、A、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离,它可在一个信道上同时传输多个用户的信息,也就是说,允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码,编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列,就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码(伪随机码),同时接收机也知道要接收的代码,用这个代码作为信号的滤波器,接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码(这个过程称为解扩)。CDMA按照获得带宽信号所采取的调制方式分为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)和跳时(TH),如下0所示:图1-4三种CDMA扩频方式概念示意图1.3 扩频通
22、信原理1.3.1 扩频通信基本概念所谓扩展频谱通信,可定义如下:扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽;频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。此定义包括四方面的内容:(1) 信号的频谱被展宽了;(2) 信号频谱的展宽是通过扩频码序列调制的方式实现的.我们知道,在时间上有限的信号,其频谱是无限的.信号的频带宽度与其持续时间近似成反比,因此,如果用很窄的脉冲序列被所传的信息调制,则可产生很宽的频带信号.这种很窄的脉冲码序列,其码速率是很高的,称为扩频码序列;(3) 采用
23、的扩频码序列与所传信息数据是无关的,也就是说它与一般的正弦波信号一样,丝毫不影响信息传输的透明性,扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用;(4) 在接收端用相关解调来解扩。1.3.2 扩频通信的基本原理扩频通信的基本原理如图 1-5所示:图1-5扩频通信基本原理在发端输入的信息(比特率 bit)先经过信息调制形成数字信号(符号率symbol),然后由扩频发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱(码片率chip)。展宽后的信号调制到射频发送出去,在收端接收到的宽带射频信号,变频至中频,然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去解扩,最后经信息解调,恢复成原始信息输出。由此可见,一般的扩频通
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