2RA000003 CDMA2000通信原理 ISSUE32.ppt
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1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedInternal ORA000003 CDMA2000 通信原理ISSUE 3.2HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved学习目标l了解CDMA通信技术的基本原理l以IS-95为例,掌握CDMA相关技术:信源编码、信道编码、交织、加扰、扩频、调制关键技术:功控、软切换、RAKE接收机信道结构:导频、同步、寻呼、业务、接入长码、短码和Walsh码在CDMA系统中的作用l掌握CDMA 1X的技术特点CDMA 1X系统和IS95系统的区别学习完本课程,您
2、应该能够:学习完本课程,您应该能够:Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第一章第一章第一章第一章:概述概述概述概述第二章第二章:CDMA 核心技术核心技术第三章第三章:CDMA 空中接口空中接口第四章第四章:CDMA 编号计划编号计划 Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第一代移第一代移动通信通信 1980s第二代移第二代移动通信通信 1990s第三代移第三代移动通信通信现在在3G为运运营商提供了完善的解决方案商提供了完善的解决方案 AMPS模拟技术TACSN
3、MTOTHERS数字技术语音业务GSMCDMA IS95TDMA IS-136PDC宽带业务UMTS WCDMACDMA 2000TD-SCDMA移动通信发展历程概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved多址技术同一时间同一频段上根据不同的扩频码进行区分业务信道不同的业务信道占用不同的频段同频段的业务信道以不同的时隙进行区分FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMAUser User User User User User 概述概述Pa
4、ge HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3G的目标l 全球统一频段、统一标准,全球无缝覆盖l 高效的频谱效率l 更高的服务质量、保密性和可靠性l 易于从2G系统平滑演进与过渡,并反向兼容2G系统l 能提供多种业务,数据业务速率最高可达2Mbps 车速环境:144kbps 步行环境:384kbps 室内环境:2Mbps概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3G的标准 3G systemCDMA20003GPP2FDD mode WCDMA 3GPPFDD mode
5、TD-SCDMA CWTSTDD mode概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedCDMA发展历程概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedCDMA2000系统中的频率分配l波段波段0,扩频速率,扩频速率1Transmit Frequency Band(MHz)BlockDesignatorCDMA Channel ValidityCDMA Channel NumberMobile StationBase StationA(10MHz)Valid1-31
6、1825.030-834.330870.030-879.330B(10MHz)Valid356-644835.680-844.320880.680-889.320A(1.5MHz)Valid689-694845.670-845.820890.670-890.820B(2.5MHz)Valid739-777847.170-848.310892.170-893.310频率计算公式频率计算公式F=870+N*0.03N:CDMA信道号(频点)信道号(频点)概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedCDMA2000 1X网络结构MS
7、:移动台移动台 BTS:基站基站BSC:基站控制器基站控制器 MSC:移动交换中心移动交换中心HLR:归属位置寄存器归属位置寄存器 VLR:拜访位置寄存器拜访位置寄存器PCF:分组数据控制功能分组数据控制功能 PDSN:分组数据控制节点分组数据控制节点 HA:家乡代理家乡代理 FA:外地代理外地代理 SCP:业务控制点业务控制点 Radius:远程认证拨入用户业务远程认证拨入用户业务AbisA1(信令)A2(业务)A11(信令)A10(业务)A3(信令&业务)A7(信令)概述概述Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第一章第一章
8、:概述概述第二章第二章第二章第二章:CDMA:CDMA 核心技术核心技术核心技术核心技术第三章第三章:CDMA 空中接口空中接口第五章第五章:CDMA 编号编号计划计划Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved相关性(a)(b)相关(相关性100)不相关(0相关)CDMA 核心技术核心技术+1-1+1-1+1-1+1Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved正交函数l正交函数具有0相关性。如果两个二进制序列的异或结果具有相同个数的0和1,那么,这两个序列不相关。00000
9、1010101例子例子:101001011111CDMA 核心技术核心技术不相关:不相关:相关:相关:Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved多址接入技术码分多址技术原理码分多址技术原理码分多址技术原理码分多址技术原理用户信息用户信息 1正交扩频序列正交扩频序列 1扩频后的信号扩频后的信号 1混合用户信号混合用户信号 1+2用户信息用户信息 2正交扩频序列正交扩频序列 2扩频后的信号扩频后的信号 2Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved多址接入技术 第一个用户信号的
10、恢复过程第一个用户信号的恢复过程第一个用户信号的恢复过程第一个用户信号的恢复过程正交解扩频序列正交解扩频序列 1解扩后的信号解扩后的信号 1混合用户信号混合用户信号1+2电路判决输出电路判决输出Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved多址接入技术 第二个用户信号的恢复过程第二个用户信号的恢复过程第二个用户信号的恢复过程第二个用户信号的恢复过程正交解扩序列正交解扩序列 2解扩频后的信号解扩频后的信号 2混合用户信号混合用户信号1+2电路判决输出电路判决输出Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All ri
11、ghts reserved发送端以正交函数为扩频码进行扩频CDMA 核心技术核心技术100110110011001100110011010010110011010011001用户输入信息用户输入信息正交扩频序列正交扩频序列(正交函数)(正交函数)扩频后的发送数据扩频后的发送数据+1-1+1-1Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved在接收端的信号恢复10011+1-1接收数据接收数据100101100110100110010110011001100110011011110000000011111111解扩序列解扩序列?接收数据接收
12、数据100101100110100110010101010101010101010111000011001111001100不相关扩频序列不相关扩频序列CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved扩频与解扩信号信号 突发干扰突发干扰白噪声白噪声信号速率的提高,意味着信号带宽的展宽信号速率的提高,意味着信号带宽的展宽S(f)is the energy density.fS(f)扩频前的信号频谱扩频前的信号频谱信号信号f0解扩前的信号频谱解扩前的信号频谱信号信号噪声噪声S(f)f0ff0解扩后的信号频谱解扩后的信
13、号频谱信号信号噪声噪声S(f)f扩频后的信号频谱扩频后的信号频谱信号信号f0S(f)fCDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedCDMA通信模型Interleaving信源解码deinterleaving信源编码信道编码交织去交织信道解码加扰解扰扩频解扩调制解调射频发射射频接收CDMA核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved常用术语 l语音比特9.6KBit/s,符号19.2KSymbol/s,码片1.2288Mchip/s输入
14、的含有信息的数据称为比特经过信道编码和交织后的数据成为符号经过最终扩频得到的数据成为码片l处理增益最终扩频速率和比特速率的的比在IS95A系统中,处理增益为128,也就是21dBl前向(下行):从BTS到MSl反向(上行):从MS到BTSCDMA核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved在在典典型型的的双双工工通通话话中中,通通话话的的占占空空比比大大于于35%,不不通通话话的的时候降低发射速率,有效提高系统容量。时候降低发射速率,有效提高系统容量。信源编码 信息的数字化l话音编码器话音编码器 8K QCELP 9.
15、6Kbit/s13K QCELP 14.4kbit/sEVRC 华为现在使用的华为现在使用的 9.6kbit/sl特点特点支持语音激活支持语音激活CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved信道编码 实现纠错,解错信道编码采用卷积码(语音)或者TURBO码(数据)。对于卷积码:(时间短,安全性不足)约束长度:移位寄存器数+1。编码效率:输入bit数/输出bit数。1/2 9.6x2=19.2kbit/s卷积码编码器Input(bits)Output(symbols)CDMA 核心技术核心技术Page HUAW
16、EI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved Turbo 码 CDMA 核心技术核心技术lTurbo码在大数据包时使用lTurbo码的特点(编码时间长更安全)对输入的信息序列进行两次编码,译码时可相互交换信息交织器的引入使得信息比特不仅受邻近校验比特的保护,而且受距离很远的校验比特的保护lTurbo码性能明显优于卷积码Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved交织 编码的一种形式数据的传送反向数据的传送反向1 287364 51 287364 51 287364 51 287364 51 2
17、87364 51 287364 51 287364 51 287364 51 287364 51 287364 51 111111 12 222222 27 777777 76 666666 63 333333 34 444444 41 287364 51 287364 55 555555 58 888888 8交交织织CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedOut001110加扰M序列l包含两部分:移位寄存器序列 掩码不同,输出的序列相位不同掩码 why?近似正交l输出序列的周期是 2N-1 bits,
18、N为寄存器个数l当掩码不同时,输出的移位寄存器序列相位不同CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved长码 前向信道的加扰 l长码是周期为242-1的M-序列l长码的功能:加扰前向CDMA信道控制功率控制比特的插入在反向,区分出不同的MS 掩码用户手机(ESN)来区分CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved短码l短码为一周期215 的M-序列每个扇区在短码中指配一个时间偏置(相位)系统利用PN短码的时间偏置来区别(BTS
19、)扇区可允许所有Walsh码在各(BTS)扇区复用系统规定PN码最小偏移值为64chips,共有512个时间偏置(215/64=512)PN增量(厂家定)l同一(BTS)扇区内所有CDMA信道的短码相同l不同(BTS)扇区内的CDMA信道的短码时间偏置不同PNaPNcPNbCDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedWalsh码 扩频W2n=WnWnWnWnW1=0W2=0001W4=0 0 0 00 1 0 10 0 1 10 1 1 0Walsh code不同的不同的Walsh码之间是正交的。码之间是正交
20、的。语音语音W64 19.2X64=1.2288MWalsh码是一种正交扩频码码是一种正交扩频码Wim 代表阶数为代表阶数为m的的Walsh矩阵中的矩阵中的i行。行。CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved变长Walsh码6448163212960019200 3840076800153600 307200 614400Data rate-bps-W01=0W02=00W12=01W04=0000W24=0011W14=0101W34=0110W08=00000000W48=00001111W28=001
21、10011W68=00111100W18=01010101W58=01011010W38=01100110W78=01101001(W016,W816)(W416,W1216)(W216,W1416)(W616,W1416)(W116,W916)(W516,W1316)(W316,W1116)(W716,W1516)对于不同的信息速率,使用不同的长对于不同的信息速率,使用不同的长度的度的Walsh码,以确保最后的扩频码码,以确保最后的扩频码片速率为片速率为1.2288MChipsCDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights r
22、eservedQPSK调制 四相相移键控调制 2个BPSK合成IQI channel PN sequence1.2288McpsQ channel PN sequence1.2288McpsBaseband filterBaseband filterCos(2pfct)Sin(2pfct)I(t)Q(t)s(t)A1.2288Mcps:短码码片速率短码码片速率当当同同一一载载频频的的所所有有的的信信道道扩扩频频后后,采采用用QPSK调调制制,并并转转换为模拟信号,混合之后经过射频调制发射换为模拟信号,混合之后经过射频调制发射CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGI
23、ES CO.,LTD.All rights reservedl功率控制l切换l分集与Rake接收机CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved远近效应远近效应AB P()P()P()P()A的的接接收功率收功率 B的的接接收功率收功率 P()A的发射功率的发射功率B的发射功率的发射功率总接收功率总接收功率A:接收成功:接收成功B:接收失败:接收失败 解解 扩扩为什么要进行功率控制?Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved P()P()P()P()
24、P()A 降低发射功率降低发射功率 ABA的发射功率的发射功率B的发射功率的发射功率A:接收成功:接收成功B:接收成功:接收成功 解解 扩扩功率控制之后为什么要进行功率控制?Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedP()P()P()P()P()P()P()P()P()P()P()(1)(2)(3)(4)(5)(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)(5)总接收功率总接收功率总接收功率总接收功率干扰受限为什么要进行功率控制?反向干扰控制 前向功率控制解解 扩扩解解 扩扩Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.
25、,LTD.All rights reserved P()(1)(2)(3)(4)(5)P()(1)P()(2)P()(3)P()(4)P()(5)总接收功率总接收功率解解 扩扩功率控制之后为什么要进行功率控制?Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved功率控制l反向功率控制(对手机)开环功率控制闭环功率控制内环功率控制:800 Hz外环功率控制l前向功率控制 (对基站)基于测量报告的功率控制门限方式周期方式EIB功率控制闭环功率控制CDMA 核心技术核心技术Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All r
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