第4章 (17)教材配套课件
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对于 FL的 RC而言,BS必须支持在 RC1、RC3或 RC7中 的操作,这3种 RC是最基本的 RC。BS还可以支持在 RC2、 RC4、RC5、RC6、RC8或 RC9中的操作。支持 RC2的BS必 须支持 RC1;支持 RC4或 RC5的 BS必须支持 RC3;支持 RC6、 RC8或 RC9的 BS必须支持 RC7。
第4章 CDMA2000基本原理
4.FL广播控制信道 广播控制信道 F－BCCH 是经过编码、交织、扰码、扩 谱和调制的信号。BS用它来发送系统开销信息(例如原来在 F PCH 上发送的开销信息),以及需要广播的消息(例如短 消息)。 F－BCCH 的发送速率最高可达19200b/s,它可以工作在 非连续方式,断续的基本单位为广播控制信道时隙。 当F-BCCH 工作在较低的数据速率时,例如4800b/s,即时 隙周期为160ms,40ms帧在每时隙内重复3次,这时 F BCCH 可 以以较低的功率发射,而 MS则通过对重复的信息进行合并来 获得时间分集的增益;减小 F-BCCH 的发射功率对于提高 FL 的容量是有帮助的。
第4章 CDMA2000基本原理
第4章 CDMA2000基本原理
4.1 CDMA2000的体系结构 4.2 传输信道和物理信道 4.3 信道编码与复用 4.4 扩频与调制
第4章 CDMA2000基本原理
4.1 CDMA2000的体系结构
以 MS为例的 CDMA2000的体系结构如图4-1所示。 CDMA2000标准中的内容就是按照这种层次结构组织起来的, 本文的结构也是如此,当然这只是抽象的概念模型,和物理实现 方式并无强制的约束。
第4章 CDMA2000基本原理 图4－2 前向链路包含的物理信道
第4章 CDMA2000基本原理
第4章 CDMA2000基本原理
对于SR1,BS可以在FL信道上支持正交发送分集(OTD) 模式或空时扩展模式(STS)这两种分集方式,当然也可以不采 用它们。而对于SR3,BS可以通过在不同的天线上发送载波 来实现 FL信道的分集,当然这种方式也并非必须的。
第4章 CDMA2000基本原理 图4-1 CDMA2000体系结构(MS侧)
第4章 CDMA2000基本原理
如图4 1所示,CDMA2000的物理层处于其体系结构的最 底层,完成高层信息与空中无线信号间的相互转换;几乎 CDMA2000的所有特点和优点都通过它来保证并体现,它是 这种无线通信系统的基础。为了满足3G 业务的需求,并实现 从现有2G 的 CDMA 技术的平滑演进,CDMA2000相对于2G 的 CDMA 标准提出了更多种类的物理信道。对于它们的应 用可以非常灵活,当然复杂度也相应增加了,这就需要对它们 有准确全面的了解。因此,这部分将主要按不同信道的划分 来介绍物理层。
第4章 CDMA2000基本原理
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5.FL快速寻呼信道 快速寻呼信道 F QPCH 是未编码的、扩谱的开关键控 (OOK)调制的信号。BS用它来通知在覆盖范围内的、工作于 时隙模式的、处于空闲状态的 MS,是否应该在下一个F CCCH 或 F PCH 的时隙上接收F CCCH 或F PCH。使用F－QPCH 的 目的,最主要的是使 MS不必长时间地监听 F－PCH,从而达到 延长 MS待机时间的目的。图4－3为F QPCH 时隙的划分。 为实现上面的这个目的,F－QPCH 采用了 OOK 调制方 式,MS对它的解调可以非常简单迅速。如图4－3所示,F QPCH 采用80ms为一个 QPCH 时隙,每个时隙又划分成了寻 呼 指 示 符 (PI:PagingIndicators)、配 置 改 变 指 示 符 (CCI:Configuration ChangeIndicators)和广播指示符 (BI:BroadcastIndicators)。下面对它们分别介绍:
第4章 CDMA2000基本原理
第4章 CDMA2000基本原理
11.FL补充信道 FL补充信道 F-SCH 用来在通话(可包括数据业务)过程 中向特定的 MS传送用户信息。F-SCH 只 适 用 于 RC3 到 RC9。每 个 FL 业 务 信 道 可 以 包 括 最 多 2 个 F-SCH。 F SCH可以支持多种速率,当它工作在某一允许的RC下时,并 且分配了单一的数据速率(此速率属于相应 RC对应的速率 集),它将固定在这个速率上工作;而如果分配了多个数据速 率,F-SCH 则能够以可变速率发送。F-SCH 的帧长为20、40 或80ms。BS可以支持 F－SCH 帧的非连续发送。速率的分 配是通过专门的补充信道请求消息等来完成的。
Leabharlann Baidu
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3.FL寻呼信道 寻呼信道F-PCH 是经过编码、交织、扰码、扩谱和调制 的信号。MS可以通过它获得系统参数、接入参数、邻区列 表等系统配置参数,这些属于公共开销信息。当业务信道尚 未建立时,MS 还 可 以 通 过 F-PCH 收 到 诸 如 寻 呼 消 息 等 针 对 特 定 MS 的 专 用 消 息。 F-PCH是和 CDMA One兼容的信道,在 CDMA2000中,它 的功能可以被 F BCCH、F QPCH和 F CCCH 取代并得到增 强。基本上,F BCCH 发送公共系统开销消息;F-QPCH和 FCCCH 联合起来发送针对 MS的专用消息,提高了寻呼的成功 率,同时降低了 MS的功耗。详细情况参见后面相关的部分。
CDMA 的物理信道分为前向信道和反向信道:前向信道 提供基站到各移动台的通信支持;反向信道提供移动台到基 站的通信支持。
第4章 CDMA2000基本原理
在介绍之前,先了解一下几个基本概念。首先是“扩谱 速率”,即“SpreadingRate”,以下简称“SR”,它指的是前向或 反向 CDMA 信道上的 PN 码片速率。本文中SR有两种: 一种为SR1,也通常记做“1X”,SR1的前向和反向 CDMA 信 道在单载波上都采用码片速率为1.2288Mchip/s的直接序列 (DS)扩谱。
BS不能在 FL业务信道上使用 RC1或 RC2的同时使用 RC3、RC4或 RC5。
第4章 CDMA2000基本原理
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1.FL导频信道 FL中的导频信道包括:F PICH、F TDPICH、F APICH 和 F ATDPICH,它们都是未经调制的扩谱信号。BS发射它们的 目的是使在其覆盖范围内的 MS能够获得基本的同步信息,也 就是各 BS的 PN 短码相位的信息,并根据它们进行信道估计 和相干解调。 如果 BS 在 FL CDMA 信 道 上 使 用 了 发 送 分 集 方 式, 则 它 必 须 发 送 相 应 的F TDPICH。如果BS在FL上应 用了智能天线或波束赋形,则可以在一个CDMA 信道上产生 一个或多个(专用)辅助导频(F APICH),用来提高容量或满足 覆盖上的特殊要求(如定向发射)。当使用 F-APICH 的 CDMA 信道采用了分集发送方式时,BS应发送相应的FATDPICH。
4.2.1 前向链路(FL)物理信道 前向链路以下简称“FL”,它所包括的物理信道如图4－2
所示。这些信道由适当的Walsh函数或准正交函数(Quasi OrthogonalFunction,简称 QOF)进行扩谱。Walsh函数用于 RC1或 RC2;Walsh函数或 QOF 用于 RC3到 RC9。 CDMA2000采用了变长的Walsh码,对于SR1,最长可为128;对 于SR3,最长可为256。
另一种为SR3,也通常记做“3X”,SR3的前向CDMA 信道 有3个载波,每个载波上都采用1.2288Mchip/s的 DS扩谱,总称 多载波(MC)方式;SR3的反向 CDMA 信道在单载波上都采用 码片速率为3.6864Mchip/s的 DS扩谱。
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4.2 传输信道和物理信道
第4章 CDMA2000基本原理
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2.FL同步信道 同步信道 F-SYNC是经过编码、交织、扩谱和调制的信号。 MS通过对它的解调可以获得长码状态、系统定时信息和其他 一些基本的系统配置参数,包括:BS当前使用的协议的版本号,BS 所支持的最小的协议版本号,网络和系统标识,频率配置,系统是 否支持SR1或SR3,如果支持,所对应的发送开销(overhead)信息的 信道的配置情况,等等。有了这些信息,MS可以使自身的长码及 时间与系统同步,这样才能够去解调经过长码扰码的FL信道;然 后 MS可以根据自身所支持的版本及功能来选择怎样进行操作, 例如支持SR3的 MS若发现BS也支持SR3,便可以按F SYNC上给 出的参数进一步解调发送开销信息的公共信道,如 F-BCCH。 F-SYNC占用了W3264对应的码分信道。在SR3中,BS按照 协议的规定,从“同步信道优先”(SyncChannelPreferredSet)中选 择一个载波发送 F-SYNC。
第4章 CDMA2000基本原理
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8.FL公共控制信道 FL公共控制信道F CCCH 是经过编码、交织、扰码、扩 谱和调制的信号。BS用它来发送给指定 MS的消息。 F－CCCH 具有可变的发送速率:9600、19200或38400b/s; 帧长为20、10或5ms。 尽管 F CCCH 的数据速率能以帧为单位改变,但发送给 MS的给定帧的数据速率对于MS来说是已知的。
第4章 CDMA2000基本原理
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10.FL基本信道 FL基本信道 F-FCH 用来在通话(可包括数据业务)过程 中向特定的 MS传送用户信息和信令信息。每个FL业务信道 可以包括最多1个F FCH。F FCH 可以支持多种可变速率,工 作于 RC1或 RC2时,它分别等价于IS-95A 或IS-95B的业务信 道。F-FCH 在 RC1和 RC2时的帧长为20ms;在 RC3到 RC9时 的帧长为5或20 ms。在某一 RC下, F FCH的数据速率和帧长 可以按帧为单位进行选择,但调制符号的速率保持不变。对 于RC3到 RC9的 F FCH,BS可以在一个20ms帧内暂停发送最 多3个5ms帧。数据速率越低,相应的调制符号能量也低,这和 已有的CDMA One系统相同。在F FCH 上,允许附带一个 FL 功控子信道。
第4章 CDMA2000基本原理
第4章 CDMA2000基本原理 图4－3 F－QPCH 时隙的划分
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6.FL公共功率控制信道 FL公共功率控制信道 F-CPCCH 的目的是对多个 R-CCCH 和 R- EACH 进行功控。BS可以支持一个或多个 F CPCCH,每 个 F CPCCH 又分为多个功控子信道(每个子信道一个比特,相 互间时分复用),每个功控子信道控制一个 R-CCCH 或 R-EACH。 公共功控子信道用于控制 R-CCCH 还是 R-EACH 取决于 工作模式。当工作在功率受控接入模式 (PowerControlledAccessMode)时,MS利用指定的 F-CPCCH 上 的子信道控制 R-EACH 的发射功率。当工作在预留接入模式 (ReservationAccessMode)或指定接入模 式 (Designated Access Mode)时,MS 利 用 指 定 的 F CPCCH 上 的 子 信 道 控 制RCCCH的发射功率。
第4章 CDMA2000基本原理
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7.FL公共指配信道 公共指配信道 F-CACH 专门用来发送对 RL信道快速响 应的指配信息,提供对 RL上随机接入分组传输的支持。FCACH 在预 留 接 入 模 式 中 控 制 R-CCCH 和 相 关 的FCPCCH子信道,并且在功率受控接入模式下提供快速的证实, 此外还有拥塞控制的功能。BS也可以不用 F CACH,而是选 择 F-BCCH 来通知 MS。 F-CACH 的发送速率固定为9600b/s,帧长5ms,它可以在 BS的控制下工作在非连续方式,断续的基本单位为帧。
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4.FL广播控制信道 广播控制信道 F－BCCH 是经过编码、交织、扰码、扩 谱和调制的信号。BS用它来发送系统开销信息(例如原来在 F PCH 上发送的开销信息),以及需要广播的消息(例如短 消息)。 F－BCCH 的发送速率最高可达19200b/s,它可以工作在 非连续方式,断续的基本单位为广播控制信道时隙。 当F-BCCH 工作在较低的数据速率时,例如4800b/s,即时 隙周期为160ms,40ms帧在每时隙内重复3次,这时 F BCCH 可 以以较低的功率发射,而 MS则通过对重复的信息进行合并来 获得时间分集的增益;减小 F-BCCH 的发射功率对于提高 FL 的容量是有帮助的。
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4.1 CDMA2000的体系结构 4.2 传输信道和物理信道 4.3 信道编码与复用 4.4 扩频与调制
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4.1 CDMA2000的体系结构
以 MS为例的 CDMA2000的体系结构如图4-1所示。 CDMA2000标准中的内容就是按照这种层次结构组织起来的, 本文的结构也是如此,当然这只是抽象的概念模型,和物理实现 方式并无强制的约束。
第4章 CDMA2000基本原理 图4－2 前向链路包含的物理信道
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对于SR1,BS可以在FL信道上支持正交发送分集(OTD) 模式或空时扩展模式(STS)这两种分集方式,当然也可以不采 用它们。而对于SR3,BS可以通过在不同的天线上发送载波 来实现 FL信道的分集,当然这种方式也并非必须的。
第4章 CDMA2000基本原理 图4-1 CDMA2000体系结构(MS侧)
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如图4 1所示,CDMA2000的物理层处于其体系结构的最 底层,完成高层信息与空中无线信号间的相互转换;几乎 CDMA2000的所有特点和优点都通过它来保证并体现,它是 这种无线通信系统的基础。为了满足3G 业务的需求,并实现 从现有2G 的 CDMA 技术的平滑演进,CDMA2000相对于2G 的 CDMA 标准提出了更多种类的物理信道。对于它们的应 用可以非常灵活,当然复杂度也相应增加了,这就需要对它们 有准确全面的了解。因此,这部分将主要按不同信道的划分 来介绍物理层。
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5.FL快速寻呼信道 快速寻呼信道 F QPCH 是未编码的、扩谱的开关键控 (OOK)调制的信号。BS用它来通知在覆盖范围内的、工作于 时隙模式的、处于空闲状态的 MS,是否应该在下一个F CCCH 或 F PCH 的时隙上接收F CCCH 或F PCH。使用F－QPCH 的 目的,最主要的是使 MS不必长时间地监听 F－PCH,从而达到 延长 MS待机时间的目的。图4－3为F QPCH 时隙的划分。 为实现上面的这个目的,F－QPCH 采用了 OOK 调制方 式,MS对它的解调可以非常简单迅速。如图4－3所示,F QPCH 采用80ms为一个 QPCH 时隙,每个时隙又划分成了寻 呼 指 示 符 (PI:PagingIndicators)、配 置 改 变 指 示 符 (CCI:Configuration ChangeIndicators)和广播指示符 (BI:BroadcastIndicators)。下面对它们分别介绍:
第4章 CDMA2000基本原理
第4章 CDMA2000基本原理
11.FL补充信道 FL补充信道 F-SCH 用来在通话(可包括数据业务)过程 中向特定的 MS传送用户信息。F-SCH 只 适 用 于 RC3 到 RC9。每 个 FL 业 务 信 道 可 以 包 括 最 多 2 个 F-SCH。 F SCH可以支持多种速率,当它工作在某一允许的RC下时,并 且分配了单一的数据速率(此速率属于相应 RC对应的速率 集),它将固定在这个速率上工作;而如果分配了多个数据速 率,F-SCH 则能够以可变速率发送。F-SCH 的帧长为20、40 或80ms。BS可以支持 F－SCH 帧的非连续发送。速率的分 配是通过专门的补充信道请求消息等来完成的。
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3.FL寻呼信道 寻呼信道F-PCH 是经过编码、交织、扰码、扩谱和调制 的信号。MS可以通过它获得系统参数、接入参数、邻区列 表等系统配置参数,这些属于公共开销信息。当业务信道尚 未建立时,MS 还 可 以 通 过 F-PCH 收 到 诸 如 寻 呼 消 息 等 针 对 特 定 MS 的 专 用 消 息。 F-PCH是和 CDMA One兼容的信道,在 CDMA2000中,它 的功能可以被 F BCCH、F QPCH和 F CCCH 取代并得到增 强。基本上,F BCCH 发送公共系统开销消息;F-QPCH和 FCCCH 联合起来发送针对 MS的专用消息,提高了寻呼的成功 率,同时降低了 MS的功耗。详细情况参见后面相关的部分。
CDMA 的物理信道分为前向信道和反向信道:前向信道 提供基站到各移动台的通信支持;反向信道提供移动台到基 站的通信支持。
第4章 CDMA2000基本原理
在介绍之前,先了解一下几个基本概念。首先是“扩谱 速率”,即“SpreadingRate”,以下简称“SR”,它指的是前向或 反向 CDMA 信道上的 PN 码片速率。本文中SR有两种: 一种为SR1,也通常记做“1X”,SR1的前向和反向 CDMA 信 道在单载波上都采用码片速率为1.2288Mchip/s的直接序列 (DS)扩谱。
BS不能在 FL业务信道上使用 RC1或 RC2的同时使用 RC3、RC4或 RC5。
第4章 CDMA2000基本原理
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1.FL导频信道 FL中的导频信道包括:F PICH、F TDPICH、F APICH 和 F ATDPICH,它们都是未经调制的扩谱信号。BS发射它们的 目的是使在其覆盖范围内的 MS能够获得基本的同步信息,也 就是各 BS的 PN 短码相位的信息,并根据它们进行信道估计 和相干解调。 如果 BS 在 FL CDMA 信 道 上 使 用 了 发 送 分 集 方 式, 则 它 必 须 发 送 相 应 的F TDPICH。如果BS在FL上应 用了智能天线或波束赋形,则可以在一个CDMA 信道上产生 一个或多个(专用)辅助导频(F APICH),用来提高容量或满足 覆盖上的特殊要求(如定向发射)。当使用 F-APICH 的 CDMA 信道采用了分集发送方式时,BS应发送相应的FATDPICH。
4.2.1 前向链路(FL)物理信道 前向链路以下简称“FL”,它所包括的物理信道如图4－2
所示。这些信道由适当的Walsh函数或准正交函数(Quasi OrthogonalFunction,简称 QOF)进行扩谱。Walsh函数用于 RC1或 RC2;Walsh函数或 QOF 用于 RC3到 RC9。 CDMA2000采用了变长的Walsh码,对于SR1,最长可为128;对 于SR3,最长可为256。
另一种为SR3,也通常记做“3X”,SR3的前向CDMA 信道 有3个载波,每个载波上都采用1.2288Mchip/s的 DS扩谱,总称 多载波(MC)方式;SR3的反向 CDMA 信道在单载波上都采用 码片速率为3.6864Mchip/s的 DS扩谱。
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4.2 传输信道和物理信道
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2.FL同步信道 同步信道 F-SYNC是经过编码、交织、扩谱和调制的信号。 MS通过对它的解调可以获得长码状态、系统定时信息和其他 一些基本的系统配置参数,包括:BS当前使用的协议的版本号,BS 所支持的最小的协议版本号,网络和系统标识,频率配置,系统是 否支持SR1或SR3,如果支持,所对应的发送开销(overhead)信息的 信道的配置情况,等等。有了这些信息,MS可以使自身的长码及 时间与系统同步,这样才能够去解调经过长码扰码的FL信道;然 后 MS可以根据自身所支持的版本及功能来选择怎样进行操作, 例如支持SR3的 MS若发现BS也支持SR3,便可以按F SYNC上给 出的参数进一步解调发送开销信息的公共信道,如 F-BCCH。 F-SYNC占用了W3264对应的码分信道。在SR3中,BS按照 协议的规定,从“同步信道优先”(SyncChannelPreferredSet)中选 择一个载波发送 F-SYNC。
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8.FL公共控制信道 FL公共控制信道F CCCH 是经过编码、交织、扰码、扩 谱和调制的信号。BS用它来发送给指定 MS的消息。 F－CCCH 具有可变的发送速率:9600、19200或38400b/s; 帧长为20、10或5ms。 尽管 F CCCH 的数据速率能以帧为单位改变,但发送给 MS的给定帧的数据速率对于MS来说是已知的。
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10.FL基本信道 FL基本信道 F-FCH 用来在通话(可包括数据业务)过程 中向特定的 MS传送用户信息和信令信息。每个FL业务信道 可以包括最多1个F FCH。F FCH 可以支持多种可变速率,工 作于 RC1或 RC2时,它分别等价于IS-95A 或IS-95B的业务信 道。F-FCH 在 RC1和 RC2时的帧长为20ms;在 RC3到 RC9时 的帧长为5或20 ms。在某一 RC下, F FCH的数据速率和帧长 可以按帧为单位进行选择,但调制符号的速率保持不变。对 于RC3到 RC9的 F FCH,BS可以在一个20ms帧内暂停发送最 多3个5ms帧。数据速率越低,相应的调制符号能量也低,这和 已有的CDMA One系统相同。在F FCH 上,允许附带一个 FL 功控子信道。
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第4章 CDMA2000基本原理 图4－3 F－QPCH 时隙的划分
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6.FL公共功率控制信道 FL公共功率控制信道 F-CPCCH 的目的是对多个 R-CCCH 和 R- EACH 进行功控。BS可以支持一个或多个 F CPCCH,每 个 F CPCCH 又分为多个功控子信道(每个子信道一个比特,相 互间时分复用),每个功控子信道控制一个 R-CCCH 或 R-EACH。 公共功控子信道用于控制 R-CCCH 还是 R-EACH 取决于 工作模式。当工作在功率受控接入模式 (PowerControlledAccessMode)时,MS利用指定的 F-CPCCH 上 的子信道控制 R-EACH 的发射功率。当工作在预留接入模式 (ReservationAccessMode)或指定接入模 式 (Designated Access Mode)时,MS 利 用 指 定 的 F CPCCH 上 的 子 信 道 控 制RCCCH的发射功率。
第4章 CDMA2000基本原理
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7.FL公共指配信道 公共指配信道 F-CACH 专门用来发送对 RL信道快速响 应的指配信息,提供对 RL上随机接入分组传输的支持。FCACH 在预 留 接 入 模 式 中 控 制 R-CCCH 和 相 关 的FCPCCH子信道,并且在功率受控接入模式下提供快速的证实, 此外还有拥塞控制的功能。BS也可以不用 F CACH,而是选 择 F-BCCH 来通知 MS。 F-CACH 的发送速率固定为9600b/s,帧长5ms,它可以在 BS的控制下工作在非连续方式,断续的基本单位为帧。