CDMA前反向信道结构和作用
CDMA概述-CDMA前向信道
• QCELP是一种混合编码器，将波形编码与声源编码结合在一起。
6
• 利用了语音中的自然停顿
前向业务信道帧速率集1 • 声码器的输出速率会有四种
可能
192 bits (20 ms) 9600 bps Frame
• 为了发送空白和突发信令
业务，其它业务可以屏蔽
40
8 T
• 所有帧的编码尾比特都
置零
1200 bps Frame
Information Bits 1/4 Rate
24 bits (20 ms) 16 Information Bits 1/8 Rate
8 T
注解： F- 帧质量指示 (CRC) T- 编码尾比特
7
多路复用选择1
基本业务 基本业务 信令业务 语音 语音和信令
指针和瑞克接收机的概念。
2
CDMA前向业务信道
CDMA基站
Pilot 前向业务信道
前向业务信道
Sync
前向业务信道 Paging 前向业务信道
• 在呼叫期间，业务信道用于向某一特定移动台发送用户信息和信令信 息 • 业务信道的最大数目：64减去一个导频信道、一个同步信道、 一到七
个寻呼信道 • 这样， 每个CDMA载频最少可以有55个业务信道 • 不用的寻呼信道可以额外提供6个信道 • 典型的实际负荷是：采用13kb声码器大约17个用户，当采用8kb声 码器时大约22个用户
CDMA概述 第三课: CDMA前向信道
3a : 前向业务信道
1
3a: 前向业务信道 课程目标
•理解前向业务信道的作用、如何生成及与其相关的主要 调制参数。 •理解声码器的作用，CDMA系统中所用声码器的类型及 其物理位置。 •介绍功率控制子信道的概念， 并明确它对前向业务信道 比特流的影响。 •理解合成I和合成Q信号的概念。 •理解当采用13kb声码器时，符号删除的目的。 •理解CDMA前向信道解调，以及相关器、搜索相关器、
CDMA反向信道教案
CDMA反向信道
一、教学目标：
掌握认识CDMA反向信道定义与划分，分析CDMA反向信道的作用。
二、教学重点、难点：
重点掌握分析CDMA反向信道的划分，特性及作用。
三、教学过程设计：
（1）当MS未使用业务信道时，提供MS到基站的传输通路，在其中发起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。
接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，相互传送指令、应答和其它有关的信息。
接入信道是一种随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道。
接入信道可暂时转换为业务信道。
（2）反向业务信道与正向业务信道相对应。
（3）反向信道包括专用业务信道和公共接入信道。
教师分析解释反向信道的划分与作用，学生讨论并结合上课内容进行分析掌握反向信道特性及应用。
四、课后作业或思考题：
论述CDMA反向信道的怎样划分？它们的作用分别是什么？。
五、本节小结：
对本节内容进行小结。
CDMA原理介绍
1xEV-DO FL
Time
* e.g. for MUP or BCMCS
前向帧结构
• Forward physical layer channel 前向物理层信道 – Identical to IS-95/1X – Code spread at 1.2288 Mcps
• Only one Physical channel 仅有一个物理信道 • Physical channel is divided into frames of 26.6 msec duration
9.6kbit/s的速率传送接入信道物理层数据分组。
接入信道发送方式
• 接入过程由单个或多个接入探针构成，接入探针由接入信道前缀和多 个接入信道数据分组组成，在前缀部分只发送导频信道，在数据部分 同时发送导频信道和数据信道。发送前缀时的导频功率高于发送数据 时的导频功率。AT利用接入信道向基站发送请求或响应消息。
Platinum Multicast
(OFDM)
2006
2007
1xEV-DO – B (1.25 – 20 MHz)
DL: 3.1 - 73 Mbps UL: 1.8 - 27 Mbps2
1xEV-DO –C (1.25 – 20 MHz)
DL: 70 - 200 Mbps UL: 30 – 45 Mbps4
M A C信道
• MAC信道由三个子信道组成：RA信道、DRCLock信道、 RPC信道。其中DRCLock信道与RPC信道时分复用后， 与RA信道再码分复用。
M A C信道： RA信道
• 传送系统的反向负载指示 • RA信道发送RAB比特（Reverse Activity Bit) • RAB为“1”表明扇区反向链路忙 • RAB为“0”表明扇区反向链路闲 • AT通过监视RA信道可以动态调整自己的反向发送速率
CDMA信道分类及介绍
2.4.1.1前向物理信道前向链路包含的物理信道如图2-13所示。
下每种信道的有效信道数范围。
表2-1 SR1的前向信道类型信道类型数目前向导频信道1发送分集导频信道 1辅助导频频道无要求辅助发送分集导频信道无要求同步信道1寻呼信道7广播信道无要求快速寻呼信道3公共功率控制信道7公共分配信道7前向公共控制信道7前向专用控制信道1/每个前向业务信道前向基本信道1/每个前向业务信道前向补充码道（只有RC1和RC2）7/每个前向业务信道前向补充信道（只有RC3到RC5）2/每个前向业务信道表2-2 SR3下前向CDMA信道的信道类型信道类型数目前向导频信道1辅助导频信道无要求同步信道1广播信道无要求快速寻呼信道3公共功率控制信道7公共分配信道7 前向公共控制信道7 前向专用控制信道1/ 每个前向业务信道前向基本信道1/每个前向业务信道前向补充信道2/每个前向业务信道下面简要介绍每个信道的作用：1. 导频信道前向链路中的导频信道包括前向导频信道F-PICH 、发送分集导频信道F-TDPICH 、辅助导频信道F-APICH 和辅助发送导频信道F-ATDPICH ，它们都是未经调制的扩谱信号。
这些信道的用途是使基站覆盖范围内的终端能够获得基本的同步信息，也就是各基站的PN 短码相位信息，终端以它们为依据进行信道估计和相干解调。
2. 同步信道F-SYNCF-SYNC 用于传送同步信息，在BS 覆盖范围内，各终端可利用这种信息进行同步捕获，开机的终端可利用它来获得初始的时间同步。
由于F-SYNC 使用的PN 序列偏置与F-PICH 使用的偏置相同，一旦终端捕获了F-PICH 获得同步，F-SYNC 也实现了同步。
F-SYNC 的数据速率为固定的1200bit/s 。
3. 寻呼信道F-PCH寻呼信道F-PCH供BS在呼叫建立阶段传送控制信息。
通常，终端在建立同步后，就选择一个F-PCH （或在基站指定的F-PCH）监听由BS发来的指令，在收到BS分配业务信道的指令后，就转入分配的业务信道中进行信息传输。
CDMA基础知识
37
3、功率控制
功率控制目的： 保持设定的话音质量，误帧率，同时获得最大频谱 效率手段： 设定和控制反向 Eb/No 以控制误帧数量 尽量减低手机发射功率(反向)，降低干扰 尽量减低基站发射功率(前向)，降低干扰
提供方法使运营者可以平衡系统容量与话音质量的 需要
Received Waveform
TDMA
30 Khz
-80 db -90 db -110 db -120 db
12 dB Loss!
30 Khz
-80 db -90 db -110 db -120 db
Outgoing Waveform
12 dB Fade
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Received Waveform
OSS
CDMA
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CDMA的关键技术
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关键技术
1、CDMA码
2、RAKE接收技术
克服多径衰落
3、功率控制
前向与反向功率控制
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4、语音编码技术
采用码激励线形预测编码技术（Q-CELP）
5、扩频
DS-PN直接序列扩频
6、切换
软切换、更软切换与硬切换
导频 同步 寻呼 接入
(downlink) (downlink) (downlink) (uplink)
业务
信令 Signaling
Rate 1 Rate 1/2 Rate 1/4 Rate 1/8
Blank and Burst (downlink) Dim and Burst (downlink) Power Control (downlink)
CDMA2000 EV-DO信道组成及功能详解
1.1.1CDMA2000 EV-DO信道（一）、前向信道（1）、前向信道组成及作用导频信道用于系统捕获、相干解调和链路质量的测量；RA 子信道用于传送系统的反向负载指示；RPC 子信道用于传送反向业务信道的功率控制信息；DRCLock 子信道用于传送系统是否正确接收DRC 信道的指示信息；ARQ 子信道用于AN 是否正确接收反向业务信道数据分组；业务信道则用于传送物理层数据分组。
EVDO Rev.A 前向以时分为主、码分为辅，数据以时隙为单位发送，每个时隙为5/3ms，由2048码片组成。
Pliot、MAC、Control和Traffic信道采用时分机制，MAC信道中的Reverse Power Control和ARQ采用时分后再与Reverse Activity、DRCLock信道采用码分机制；RPC子信道和DRCLock子信道与RA信道码分复用前向业务信道由前导和数据两部分组成，前导携带信道标识MACIndex （Rev.0 为6bit ，Rev.A为7bit）。
（2）、前向帧时隙结构（二）、反向信道（1）、信道组成及作用反向接入信道用于传送基站对终端的捕获信息。
其导频部分用于反向链路的相干解调和定时同步，以便于系统捕获接入终端；数据部分携带基站对终端的捕获信息。
反向业务信道用于传送反向业务信道的速率指示信息和来自反向业务信道MAC 协议的数据分组，同时用于传送对前向业务信道的速率请求信息和终端是否正确接收前向业务信道数据分组的指示信息。
①：导频信道部分除了用于连接状态下对反向链路的相干解调和定时控制外，还可以用于链路质量估计；②：辅助导频信道用于辅助基站对反向大包的解调。
③：MAC信道辅助MAC 层完成对前反向业务信道的速率控制功能；其中，RRI 信道（由6bits组成）用于指示反向业务信道数据部分的传送速率；AT通过DRC子信道向AN快速反馈前向信道质量，包括下一时隙所能接收的最高前向速率以及期望从哪一扇区接收数据。
CDMA基本原理
接入信道公用长码掩码
41 33 110001111 32 ACN 28 27 PCN
ห้องสมุดไป่ตู้
18
CDMA信道结构
CDMA系统反向业务信道结构
R-TCH bits Bits/Frame 16 40 80 172 Add Frame Quality Indicator Add 8 Encoder Tail Bits Convolution al Encoder R=1/3, K=9 Symbol Repetition Factpr 28.8 ksps 8X 4X 2X 1X
——T-ADD：导频信号的Ec/Io上门限
——T-DROP：导频信号的Ec/Io下门限 ——T-TDROP：Ec/Io小于T-DROP的延时计时器
20
CDMA主要参数
• SRCH_WIN_A，SRCH_WIN_N，SRCH_WIN_R：搜索窗 口尺寸的定义（用于搜索小区的信号）。
单位：chip
——SRCH_WIN_A：用于搜索有效（激活）和侯选导频信 号 ——SRCH_WIN_N：用于搜索相邻导频信号 ——SRCH_WIN_R：用于搜索剩余导频信号 • •
• 可允许所有Walsh码在各扇区复用 • 系统规定PN码最小偏移值为64chips，可以有512个时间偏置来作 扇区识别(215 /64=512)
同一扇区内所有CDMA信道的短码相同 不同扇区内的CDMA信道的短码不同
11
CDMA的码
WALSH码：区分前向信道（64阶WALSH函数）
导频信道采用全为0的W0； 同步信道采用0、1相间的W32； 寻呼信道采用W1-W7； 业务信道采用W8-W31，W33-W63。
CDMA信道编码及结构解析剖析
CDMA信道编码及结构解析随着亚太地区等新兴市场的潜力被大力开发，CDMA进入了高速发展期，在2002年一年中，全球共增用户数3400多万。
截至2004年2月，中国联通在CDMA用户已达2000万用户，成为全球第二大cdma移动通信运营商。
cdma技术体制上的优势使其成为移动数据通信的首选，即将到来的第三代移动通信（3G）技术都是基于cdma技术体制的。
cdma，即码分多址包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频通信；另一个是多址技术。
将这两个基本技术结合在一起，并吸收其他一些关键技术，形成了今天码分多址移动通信系统的技术支撑。
本文将从这两个主要技术入手介绍cdma信道编码及前反向信道结构。
1扩频增益扩频调制是一种无线通信技术。
他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。
用W表示传送带宽（单位为Hz），用R表示数据速率（单位为bit/s），W/R被称为扩展系数或处理增益。
W/R的值一般可以在一百到一百万的范围（20db—60db）。
1.1仙农容量公式（Shan non’scapacityequation）C=Blog2[1 + S/N]其中：B为传送带宽（单位为Hz）；C为信道容量（单位为bit/s）；S/N为信号噪声功率比。
1.2CDMA扩频增益传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量，如图1所示。
根据仙农公式，增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。
cdma扩频增益:当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600= 128 = 21 db。
以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。
实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。
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导频PN序列持续时间短 导频 序列持续时间短 导频信号未编码
4
导频信道的生成
Walsh Function 0 Pilot Channel (All 0)
I PN
1.2288 Mcps
Q PN
• • •
导频信道使用沃氏函数0扩频 导频信道使用沃氏函数0 采用短PN序列偏置，允许每个CDMA载频最多可有512 PN序列偏置 CDMA载频最多可有512个不同的导频信道 采用短PN序列偏置，允许每个CDMA载频最多可有512个不同的导频信道 特定导频PN序列的PN偏置指数(0 511)乘以64可确定实际偏置 PN序列的PN偏置指数(0乘以64 特定导频PN序列的PN偏置指数(0-511)乘以64可确定实际偏置
单个CDMA载频最多可支持七个寻呼信道 单个CDMA载频最多可支持七个寻呼信道 CDMA 信道1(沃氏函数1) 1(沃氏函数1)为基本寻呼信道 信道1(沃氏函数1)为基本寻呼信道 其它附加的寻呼信道用沃氏函数2 其它附加的寻呼信道用沃氏函数2到7 不用的寻呼信道可用于前向业务信道 支持两种速率：9600和 支持两种速率：9600和4800bps
IMSI、ESN 动态软切换参数。。。
14
CDMA信道列表消息 CDMA信道列表消息
当移动台接收到CDMA信道列表消息后， 信道列表消息后， 当移动台接收到 信道列表消息后 它将会从中得到1个或多个信道的信息 个或多个信道的信息。 它将会从中得到 个或多个信道的信息。 移动台根据消息中的信息，采用 移动台根据消息中的信息，采用HASH 算法选择其中一个信道。 算法选择其中一个信道。 在此消息中还包含了是否启用快速寻呼 信道的指示。 信道的指示。 消息中的重要参数： 消息中的重要参数：
一个同步信道帧中有32,768个码片(每初始比特对应1024个 一个同步信道帧中有32,768个码片(每初始比特对应1024个 32,768个码片 1024 码片) 码片)
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前向寻呼信道
寻呼信道
基站用寻呼信道 发送系统开销信息 和与特定移动台相关的消息. 和与特定移动台相关的消息.
• • • • •
码重复处理后速率再次加倍， 每个码符号经重复后称为调制符 码重复处理后速率再次加倍，
一个同步信道帧中有128个调制符 一个同步信道帧中有128个调制符 128
沃氏码#32用于扩展每个调制符，因而导致速率增加256倍；输出的0和1叫比特片（或码片chip） 沃氏码#32用于扩展每个调制符，因而导致速率增加256倍 输出的0 叫比特片（或码片chip） #32用于扩展每个调制符 256 chip
2
IS-95系统前反向物理信道
3
Pilot导频信道 Pilot导频信道
用于移动台初始系统捕获 基站在前向信道上不停地发射 所有基站共享相同的PN序列 所有基站共享相同的 序列
通过相位偏置区分每个基站
导频信道提供： 导频信道提供：
定时参考 相位参考
相位间隔使得一个CDMA信道频率可提供极高的频率复用率 信道频率可提供极高的频率复用率 相位间隔使得一个 移动台对导频的捕获性能获得增强，因为： 移动台对导频的捕获性能获得增强，因为：
Chips
I PN
4800 sps
4800 sps
1.2288 Mcps
Q PN
• • •
1/2速率卷积编码器使该比特率加倍，卷积编码器输出的0和1叫码符号 1/2速率卷积编码器使该比特率加倍，卷积编码器输出的0 速率卷积编码器使该比特率加倍
一个同步信道帧有64个码符号 一个同步信道帧有64个码符号 64
1.2288 Long PN Code Mcps Generator
Decimator
19.2 Ksps Q PN
•
沃氏码#1(或#2, ... 或#7)用于扩频， 因此其速率增加64倍，为1.2288 Mcps #7)用于扩频 用于扩频， 因此其速率增加64 64倍 沃氏码#1(或 #1(
就是说，每寻呼信道帧24,576个chips，或者说9600 就是说，每寻呼信道帧24,576个chips，或者说9600 24,576 [4800]bps时 每个初始比特对应128 [256]个比特片 个比特片。 [4800]bps时，每个初始比特对应128 [256]个比特片。
9
寻呼信道的生成
Walsh function 9600 bps 4800 bps R = 1/2 Convolutional Encoder & Repetition 19.2 Ksps Scrambling 1.2288 Mcps I PN
Block Interleaving
寻呼信道 Address Mask
在15秒内(典型值2到4秒)， 所有可能的偏置(32,768)均 所有可能的偏置(32,768) (32,768)均 15秒内(典型值2 秒内 检查一遍 移动台记住具有最佳相关性（Ec/I0最佳）的信号的偏置 最佳） 移动台记住具有最佳相关性（
• •
移动台锁定最佳导频(具有最佳Ec/I0 的导频偏置），识别短码序列起始标志(一个1后连续15个0) 的导频偏置），识别短码序列起始标志(一个1后连续15 ），识别短码序列起始标志 15个 移动台锁定最佳导频(具有最佳E 移动台开始用沃氏码32解调信号 移动台开始用沃氏码32解调信号 32
6
前向同步信道
• • • •
用于提供系统基本参数 系统捕获阶段采用 比特率为1200bit/s=1.2k 比特率为 移动台在每次呼叫结束时重新与系统同步
(Acquired Pilot) 同步信道
7
同步信道的生成
Bits
Modulation Symbols Walsh Function 32 R = 1/2 1200 bps Convolutional Encoder and Repetition Block Interleaver
19
CDMA前向信道的生成和解调 CDMA前向信道的生成和解调
MSC BSC BTS (1 sector)
R = 1/2, K=9 Convolutional Encoding and Repetition
19.2 ksps Block Interleaving
Scrambling
M U X
1.2288 Mcps
User Address Mask (ESN-based)
1.2288 Long PN Code Mcps Generation
5
导频信道的捕获
导频信道 (Walsh Code 0)
00...01 00...01 00...01 00...01 00...01 00...01 00...01
•
移动台自身开始产生I和Q PN短码序列，并用其与接收到的复合信号中的每一种可能偏置的信号进行 移动台自身开始产生I PN短码序列， 短码序列 相关运算
•
例: 15(偏置指数) x 64 = 960 PN chip 15(偏置指数 偏置指数) 结果: 导频PN PN序列的起始将会延迟 结果: 导频PN序列的起始将会延迟 0.8138µ 781.25µ 960chip x 0.8138µs/chip = 781.25µs
四相扩频和基带滤波与其它前向和反向码分信道一样。 四相扩频和基带滤波与其它前向和反向码分信道一样。
个寻呼信道 • 这样， 每个 这样， 每个CDMA载频最少可以有 个业务信道 载频最少可以有55个业务信道 载频最少可以有 • 不用的寻呼信道可以额外提供 个信道 不用的寻呼信道可以额外提供6个信道 • 典型的空中实际负荷是:当采用8kb声码器时大约 个用户 典型的空中实际负荷是:当采用 声码器时大约20个用户 声码器时大约
19.2 ksps Decimator Decimator 800 Hz
Q PN
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功率控制子信道
数据扰码 Power Control Bit (800 bps)
19.2 Ksps from block interleaver
1.2288 Mcps User Mask
M U X
19.2 Ksps Decimator Decimator 800 Hz Mux Timing
NUM_FREQ CDMA_FREQ RC_QPCH_SEL_INCL
移动台根据IMSI来选择HASH到那个信道， 这个结果移动台和系统侧都会得到
。。。
15
邻区列表消息
邻区列表消息的主要作用是告诉移动台可 以与其进行切换的PN偏置。 在扩展邻区列表消息中可以包含异频的邻 区关系。 每次呼叫，MS首先使用空闲态的邻区列 表
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前向业务信道的生成 采用8kb 8kb语音编码 采用8kb语音编码
bits symbols CHANNEL ELEMENT
9600 bps 4800 bps 2400 bps 1200 bps (声码器 声码器) 声码器 Power Control Bit
chips
I PN Walsh function
Scrambled Modulation Symbol or Power Control Bit
• 基站收信机以 基站收信机以1.25ms的间隔（800/s）对接收到的信号强度进行 的间隔（ 的间隔 ） 评估。 评估。 • 功率控制子信道连续发送 •
• 以每秒 以每秒800次的频率发送提升功率或减低功率命令 次的频率发送提升功率或减低功率命令 功率控制比特全功率不编码发送。 功率控制比特全功率不编码发送。
NOM-PWR,INIT-PWR,PWR-STEP 接入探测数量NUM-STEP 接入信道前导长度 接入过载级别 接入尝试消息发送的持续修正值 MAX-REQ-SEQ MAX-RSP-SEQ 。。。
12
系统参数消息
标明寻呼信道上的其它一些系统消息是否可用； 标明寻呼信道上的其它一些系统消息是否可用； 通知MS寻呼信道的变化情况，指示重新搜索，告知 寻呼信道的变化情况，指示重新搜索， 通知 寻呼信道的变化情况 MS的漫游状态，提供注册参数等等。 的漫游状态， 的漫游状态 提供注册参数等等。