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CDMA1X简介

2015-3-27 08:08| 发布者: admin| 查看: 2909| 评论: 0
摘要:   cdma2000的空中接口基于宽带CDMA技术,采用该技术在快速移动环境、步行环境、以及固定位置环境下,均可达到或超过IMT-2000的技术指标要求。cdma2000支持从2G系统的演进,具有以下一些特性:  宽松的性能范围: ...
  cdma2000的空中接口基于宽带CDMA技术,采用该技术在快速移动环境、步行环境、以及固定位置环境下,均可达到或超过IMT-2000的技术指标要求。cdma2000支持从2G系统的演进,具有以下一些特性:
  宽松的性能范围:支持从话音到低速数据、到非常高速的分组和电路数据业务;
  提供多种复合的业务:仅传话音、同时传话音和数据、仅传数据和定位业务;
  具有先进的多媒体服务质量(QoS)控制能力,支持多路话音、高速分组数据同时传送;
  与现存的IS-95系统具有无缝的互操作性和切换能力;
  具有从IS-95系统平滑演进的能力;
  cdma2000系统一些主要的系统参数参见下表
  cdma2000系统一些主要的系统参数
多址技术 CDMA(多载波和直接序列扩频)
信道带宽 N×1.25MHz,N=1,3,6,9,12
码片速率 N×1.2288Mcps
双工方式 FDD
基站间同步方式 同步
话音编码 8k/13k的QCELP或者8k的EVRC语音编码
帧长 20ms
下行链路扩频方式 Walsh序列划分信道,PN短码的不同相位偏移区分小区
上行链路扩频方式 Walsh序列划分信道,PN长码的不同相位偏移区分用户
相干检测 下行链路:公共导频信道和辅助导频
调制方式 下行链路:QPSK
功率控制 开环结合快速闭环功率控制(800Hz)
信道编码 卷积码和Turbo码
发射分集方式(可选) 正交发射分集OTD与空时扩展分集STS
  实际上,cdma2000的研究重点都是关于cdma2000 1x的 ,cdma2000 1x独立使用一个1.25MHz的载波,前反向链路上都使用码片速率为1.2288Mcps的直接序列扩频。国际上的研究重点是cdma2000 1x的增强型技术1xEV系统 cdma2000 1x EV-DO和cdma2000 1x EV-DV 。
  与IS-95相比,cdma2000 1x系统的性能有了很大的提高。
  从理论分析结果来看,如果用于传送语音业务,cdma2000 1x系统的总容量是IS95系统的2倍;
  如果传送数据业务,cdma2000 1x的系统总容量是IS95系统的3.2倍。
  cdma2000 1x系统承载高速数据业务时,对于速率集1,最高速率可达到153.6Kbps或307.2Kbps;对于速率集2,最高速率可达到230.4Kbps。
  与IS-95系统相比,cdma2000 1x系统有以下技术特点:
  增加了反向导频信道
  可进行相干解调,相应地反向链路容量提高1倍
  前向链路采用快速功率控制
  采用前向快速功控后,cdma2000 1x的话音容量约是IS-95的1.5~2倍。
  引入了Turbo编码
  在cdma2000 1x中,数据业务信道还可以采用Turbo编码。采用Turbo码 ,系统的容量比采用卷积码时提高1.6倍。
  支持传输发射分集
  前向链路还可以采用传输发射分集,包括正交发射分集OTD和空时扩展STS,提高了信道的抗衰落能力,改善了前向信道的信号质量
  引入快速寻呼信道
  基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令,决定移动台是处于监听寻呼信道状态还是处于低功耗的睡眠状态,极大地减小了移动台的电源消耗,提高了移动台的待机时间
  定义新的接入方式
  增强了MAC功能以支持高效率的高速分组数据业务,为支持MAC对物理层进行了优化:
  --采用了专用控制信道(DCCH);
  --可变帧长的分组数据控制信道操作(例如5ms、20ms等);
  --为支持快速分组数据业务的接入控制采用了增强的寻呼信道和接入信道
  支持多种空中接口信令的灵活的信令结构。
  网络部分引入了分组交换方式,支持移动IP业务。
  在系统定时要求方面,cdma2000和IS-95没有什么差别:cdma2000系统中所有的基站,基站控制器,移动交换中心等都使用gps(全球定位系统)跟踪并与UTC(国际协调时)同步。
  一、cdma2000空中接口相关概念
  1、扩频速率(SR)
  扩频速率(Spreading Rate,简称“SR”)是指前向或反向链路上的PN码片速率。
  分类
分类 载波个数 码片速率( Mcps ) 扩频方式
SR1
即“1x”
前向 1 1.2288 DS扩频
反向 1 1.2288 DS扩频
SR3
即“3x”
前向 3 1.2288 DS扩频
反向 1 3.6864 DS扩频
  2、无线配置(RC)
  无线配置(Radio Configuration,简称“RC”)指一系列前向或反向业务信道的工作模式。根据前向和反向业务信道不同的物理层传输特性进行分类,每种RC支持一套数据速率。 cdam2000的前向业务信道支持RC1~RC9;反向业务信道支持RC1~RC6。其中RC1和RC2用于后向兼容IS-95系统。cdma2000前向链路业务信道RC及其特性。
  BS必须支持在RC1、3或7中的操作,这3种RC是最基本的RCBS还可以支持在RC2、4、5、6、8或9中的操作;支持RC2的BS必须支持RC1;支持RC4或5的BS必须支持RC3;支持RC6、8或9的BS必须支持RC7。
  BS不能在FL业务信道上使用RC1或2的同时使用RC3、4或5。
  cdma2000反向链路业务信道RC及其特性
  MS必须支持在RC1、3或5中的操作,这3种RC是最基本的RC。MS还可以支持在RC2、4或6中的操作。支持RC2的MS必须支持RC1;支持RC4的MS必须支持RC3;支持RC6的MS必须支持RC5。MS不能在RL业务信道上使用RC1或2的同时使用RC3或4。
  3、cdma2000 1x物理信道与逻辑信道
  (1)表示法
信道分类 描述对象 名称
缩写 形式 举例
物理信道 BS与MS之间无线链路的通信路径 大写字母 方向-名称缩写 前向补充信道
F-SCH
逻辑信道 MS与BS之间协议层的通信路径 小写字母 方向-内容及用户类 前向公共信令信道
f-csch
  (2)映射
  MAC层和LAC层都在逻辑信道上传送信令与数据
  逻辑信道的信息最终要在一个或者多个物理信道上承载
  映射可以是永久性的,也可以只在一个呼叫期间内进行定义
  4、cdma2000 1x 物理层的主要特点
  ①支持新的无线配置
  ②前向链路引入辅助导频
  ③采用变长的Walsh码
  ④引入准正交函数
  ⑤支持Turbo编码
  ⑥前向链路的发射分集
  ⑦前向链路采用快速功率控制
  ⑧增加了反向导频信道(R-PICH)
  ⑨反向链路信道码分复用
  ⑩反向链路连续的波形
  引入前向快速寻呼信道
  增加了反向增强接入信道
  采用新的扩频调制方式
  支持可变的帧长
  二、cdma2000 1x前向链路信道组成
图1 前向链路编码信道
  前向链路物理信道由适当的Walsh函数或准正交函数(quasi-orthogonal function,简称QOF)进行扩频。与IS-95兼容,支持IS-95系统中的前向物理信道(F-PICH、F-SYNCH、F-PCH、F-FCH、F-SCCH)。
  1、前向链路物理信道名称及分类
  前向链路公共物理信道数据速率
信道类型 数据速率 (bps)
前向同步信道 1200
前向寻呼信道 9600 或 4800
前向广播控制信道 19200 (40 ms 时隙长),
9600 (80 ms 时隙长),
4800 (160 ms 时隙长)
前向快速寻呼信道 4800 或 2400
前向公共功率控制信道 19200 (9600 /每 I和Q支路)
前向公共指配信道 9600
前向公共控制信道 38400 (5, 10 或 20 ms 帧长), 19200 (10 或 20 ms 帧长),
9600 (20 ms 帧长)
  前向链路专用物理信道数据速率
信道类型 数据速率 (bps)
前向专用控制信道  RC3 或 4  9600
RC 5 14400 (20 ms 帧长) 或9600 (5 ms 帧长)
前向
基本信道
RC 1 9600, 4800, 2400, 或 1200
RC 2 14400, 7200, 3600, 或 1800
RC 3 或 4 9600, 4800, 2700, 或 1500 (20 ms 帧长)或 9600 (5 ms 帧长)
RC 5  14400, 7200, 3600, 或 1800 (20 ms 帧长)或 9600 (5 ms 帧长)
前向补充码分信道 RC 1  9600
RC 2  14400
前向
补充信道
RC 3 153600, 76800, 38400, 19200, 9600,4800, 2700, 或 1500 (20 ms 帧长)
76800, 38400, 19200, 9600, 4800,2400, 或 1350 (40 ms 帧长)
38400, 19200, 9600, 4800, 2400,或 1200 (80 ms 帧长)
RC 4 307200, 153600, 76800, 38400, 19200,9600, 4800, 2700, 或1500 (20 ms 帧长)
153600, 76800, 38400, 19200, 9600,4800, 2400, 或 1350 (40 ms 帧长)
76800, 38400, 19200, 9600, 4800,2400, 或 1200 (80 ms 帧长)
RC 5 230400, 115200, 57600, 28800, 14400,7200, 3600, 或 1800 (20 ms 帧长)
115200, 57600, 28800, 14400, 7200,3600, 或 1800 (40 ms 帧长)
57600, 28800, 14400, 7200, 3600,或 1800 (80 ms 帧长)
  2、CDMA2000 1x前向链路的差错控制技术
  CDMA2000系统针对不同的数据速率的业务需求,采用了多种差错控制
  技术:循环冗余校验编码(CRC);前向纠错编码(FEC);交织编码。
  3、cdma2000 1x前向链路中的扩频码
  (1)码字在CDMA中的应用
  IS-95系统使用三种码:短码PN用以区分不同的基站;Walsh码用以区分不同的前向信道;长码PN用以区分不同的用户。
  CDMA2000系统也使用三种码:短码PN用以区分不同的基站;Walsh码用以区分不同的前向信道和反向信道;长码PN用以区分不同的用户。
  (2)cdma2000 1x中采用的码字
  ①PN短码:215
  ②PN长码:242-1
  ③Walsh码(可变长度)
  ④准正交函数(QOF)
  ①PN短码
  同相支路以及正交支路引入了两个互为准正交的PN短码序列,码速 1.2288Mcps 。生成多项式为
  I支路:
  Q支路:
  序列周期:按照生成多项式产生的序列周期长度为215-1,当序列每个周期中出现14个连0时,再插入一个0,从而周期长度为215(32768),而且序列中1和0的个数各占一半,使码的平衡性更好。
  PN短码的偏置:PN短码可用的偏置共有512个,一个偏置为64个chip。不同的基站使用相同的PN序列,各个基站间通过PN序列的不同的偏置来识别,可区分多达512个基站。
  ②PN长码
  PN长码的周期:242-1;速率 :1.2288Mcps
  作用:前向链路寻呼信道和业务信道的数据加扰;反向链路中区分不同的用户
  长码发生器的结构:长码发生器是由42级移位寄存器、相应的反馈支路以及模2相加器组成。为了保密起见,42级移位寄存器的各级输出与长码掩码(一个42位的序列)相乘,然后进行模2加,得到不同时间偏置的长码。
  ③Walsh码
  cdma2000 1x系统所使用的Walsh码的最大长度为128。为了提供告诉数据业务,同时保持前向链路中恒定的码片速率,需要使用变长的Walsh码。
  Walsh码分配:必须保证与其他码分信道之间的正交关系。
  Walsh码
信道类型 Walsh函数
F-CPCCH 非发送分集 Wn128
OTD或STS方式 Wn64
F-CACH R=1/2 Wn128
R=1/4 Wn64
F-CCCH R=1/2 WnN(N=32, 64, 和128 )
R=1/4 WnN(N=16,32和64 )
F-DCCH RC=3或RC=5 Wn64
RC=4 Wn128
F-FCH RC=1或RC=2 Wn64
RC=3或RC=5 Wn64
RC=4 Wn128
F-FCH RC=3或RC=4 WnN(N=4,8,16,32, 64, 和128 )
F-SCCH RC=1或RC=2 Wn64
  ④准正交函数(QOF)
  目的:弥补Walsh码数量不足的情况
  QOF进行正交扩频见图3。
图3 QOF正交扩频过程
  4、cdma2000 1x前向链路的发射分集
  为了克服信道衰落,提高系统容量,cdma2000允许采用多种分集发送方式:多载波发射分集;正交发送分集(OTD,Orthogonal Transmission Diversity);空时扩展分集(STS,Space Time Spreading)。
  三、cdma2000 1x反向链路信道组成
图4 cdma2000 1x 反向链路物理信道划分
  无线配置为RC1到RC4。区分方式与前向链路相同。
  1、反向链路物理信道名称及分类
  信道名称 物理信道类型 最大数目
反向链路
公共物理信道
(R-CPHCH)
R-ACH 反向接入信道 1
R-CCCH 反向公共控制信道 1
R-EACH 反向增强接入信道 1
反向链路
专用物理信道
(R-DPHCH)
R-PICH 反向导频信道 1
R-FCH 反向基本信道 1
R-DCCH 反向专用控制信道 1
R-SCH 反向补充信道 2
R-SCCH 反向补充码分信道 7
  四、cdma2000 1x中的功率控制
  cdma2000 1x中,RC1和RC2与IS-95系统中的功率控制方式是相同的。在其余新增的RC配置中,功率控制方法的改动:
  反向功率控制
  ①将反向导频的发射功率作为参考值;
  ②维持专用信道与导频信道之间的功率比例;
  ③通过调整反向导频信道功率来进行功率控制。
  前向功率控制
  ①基于功控控制指令的快速功率控制。
  ②包括:反向开环功率控制 ;反向闭环功率控制;前向快速功率控制 。
  1、反向开环功率控制
  开环功率控制在反向接入信道(R-ACH)和反向增强接入信道(R-EACH)上使用。
  如果移动台工作在预留接入模式,则开环和闭环功率控制都可以在反向公用控制信道(R-CCCH)上使用。
  R-EACH和R-CCCH功率值与反向导频信道的功率值有关。
  2、反向闭环功率控制
  所有反向链路上的专用信道需要进行闭环功率控制,用于对各个信道的平均发射功率进行精确的调整。
  如果移动台工作在预留接入模式,则反向公用控制信道(R-CCCH)上也可以使用闭环功控。
  cdma2000 1x系统反向链路采用快速的闭环功率控制,功控速率为800Hz。
  对于新增的无线配置,其反向内环功控的测量点不再是业务信道的信噪比Eb/Nt,而是反向导频信道的强度EC/IO 。
  3、前向快速功率控制
  与IS-95相比,cdma2000的前向快速功控与反向快速功控一样,最高可达800Hz的控制速度。
  前向快速功控的原理与反向闭环功率控制相似,它在移动台增加了一个功率控制环,用于保持一个确定的Eb/Nt目标值。
  前向内环功率控制测量点是Eb/Nt ,外环功率控制测量点是FER。
  功率控制比特在反向功控子信道发送,它与反向导频信道时分复用,速率通常是800bps。功率控制子信道分为主要反向功率控制子信道和辅助反向功率控制子信道。主要反向功率控制子信道控制F-FCH和F-DCCH,而辅助反向功率控制子信道控制F-SCH。前向链路功率控制速率是由基站选择的模式(FPC_MODE)决定的。有效的速率是50bps、200bps、400bps、600bps和800bps。
  四、 cdma2000 1x中的系统切换
  空闲切换:处于空闲状态的移动台,从一个小区移动到到另外一个小区时,需要执行空闲切换,以监听新小区的前向公共信道,例如寻呼信道。当某个新导频强度超过服务导频强度3dB时,移动台自动执行空闲切换,空闲切换为硬切换。在空闲切换区域中,在服务导频可用的情况下(举例来说,服务导频 >-15 dB),非服务导频的强度至少应比服务导频高3dB。
  接入切换
  指处于系统接入状态的移动台进行的切换,与空闲切换类似。IS-95 B和cdma2000系统中,允许进行接入切换,以提升系统性能。
  接入切换分类:接入登录切换 、接入试探切换 、接入切换
  五、cdma2000 的总体结构
cdma2000系统的总体结构
  1、无线接入网
  接口:
  BSC需要支持与BTS之间的Abis接口(设备制造商的私有接口);PCF与BSC之间,以及两个BSC之间的接口通常是作为A接口的一部分。
  分组域核心网的功能单元包括:分组数据服务节点(PDSN),归属代理(HA),AAA服务器。
  2、分组数据服务节点(PDSN)
  为移动用户提供分组数据业务的管理与控制
  功能:
  ①建立、维护与终止与移动台的PPP连接
  ②为简单IP用户指定IP地址
  ③为移动IP业务提供外地代理(FA)的功能
  ④与鉴权、授权、计费(AAA)服务器通信,为移动用户提供不同等级的服务,并将服务信息通知AAA服务器
  ⑤与靠近基站侧的分组控制功能(PCF)共同建立、维护及终止第二层的连接
  3、归属代理(HA)
  为移动用户提供分组数据业务的移动性管理
  和安全认证
  ①对移动台发出的移动IP的注册信息进行认证
  ②在外部公共数据网与外地代理(FA)之间转发分组数据包
  ③建立、维护和终止与PDSN的通信并提供加密服务
  ④从AAA服务器获取用户身份信息
  ⑤为移动用户指定动态的归属IP地址
  4、AAA服务器
  AAA服务器: 鉴权、授权与计费服务器的简称,也可以叫做RADIUS服务器(因为主要协议为RADIUS )
  功能
  ①业务提供网络的AAA服务器负责在PDSN和归属网络之间传递认证和计费信息。
  ②归属网络的AAA服务器对移动用户进行鉴权、授权与计费。
  ③中介网络的AAA服务器在归属网络与业务提供网络之间进行消息的传递与转发。
  5、分组域核心网的分组域:使用简单IP协议时,分组域包括PCF、PDSN和AAA。使用移动IP协议时,分组域在简单IP基础上,增加HA(归属代理), 负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户,并实现PDSN之间的宏移动管理;PDSN增加FA(外地代理), 负责提供隧道出口,并将数据解封装后发往移动台。
  6、简单IP
  ①简单IP是cdma2000分组网最基本的业务模式。
  ②PDSN建立PPP连接,由PDSN负责数据的收发,采用动态IP地址分配。
  ③不能保证用户移动时的业务持续性。
  ④简单IP只能提供用户主动发起的业务,Internet浏览,Email收发等等。
  7、移动IP
  ①用户接入时,可以采用静态IP地址,也可以采用动态IP地址。
  ②用户可在移动时,IP地址保持不变。
  ③可以实现由网络发起的业务。
  ④归属代理服务器(HA),负责分配IP地址。
  ⑤分组数据通过隧道技术发送给移动用户,并实现PDSN之间的移动管理。
  8、移动IP网络结构见图6 。
  ①移动IP与简单IP相比,移动IP网络中增加了归属代理服务器(HA),负责向用户分配IP地址,将分组数据通过隧道技术发送给移动用户,并实现PDSN之间的移动管理。
  ②同时PDSN还增加了FA(外部代理)的功能,负责提供隧道出口,并将数据解封装后发往移动台。
  ③HA与AAA之间接口则按照AAA协议,采用客户机-服务器的方式建立。
图6 移动IP网络结构
 

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