通信网优培训

1、CDMA无线网优工程师无线网优工程师知识点讲解培训知识点讲解培训移动通信部分移动通信部分目录移动通信发展移动通信网络结构移动通信系统的工作过程基本概念电波传播抗干扰、抗衰落技术CDMA的基础知识1G (1980s)lAMPSlTACSlNMSlOthers2G (1992-2000)lCDMA IS95lGSMlTDMA lPDC2.5G (2000-2004)lCDMA2000 1xlGPRSlEGPRS3G 、3.5G、4G(2004-至今至今)lTD-SCDMAlWCDMAlEVDO Rev.0lEVDO Rev.AlHSDPAlHSUPAlWimaxlLTE语音业务语音业务语音业务语音

2、业务宽带业务宽带业务数据业务数据业务移动通信发展历程移动通信发展历程 MSBTSBTSEIRBSCMSC/VLRHLR/AUCGMSCOMCOSSPSTNPSPDNISDNBSSNSS移动通信网络结构Interleaving信源编码信源编码信道编码信道编码交织交织加扰加扰扩频扩频调制调制射频发射射频发射信源解码信源解码deinterleaving去交织去交织信道解码信道解码解扰解扰解扩解扩解调解调射频接收射频接收语 音 信 号语 音 信 号的 数 模 转的 数 模 转换换对 信 息 进 行对 信 息 进 行编 码 ， 达 到编 码 ， 达 到纠 错 和 抗 干纠 错 和 抗 干扰的目的扰的目的

3、对信号进行对信号进行加扰加扰加入用于识别加入用于识别用户的信息，用户的信息，将窄带信号拓将窄带信号拓宽宽将数字信号调将数字信号调制成模拟信号制成模拟信号将模拟信号加将模拟信号加到载波上进行到载波上进行发射发射移动通信系统工作过程移动通信基本概念爱尔兰爱尔兰阻塞率阻塞率GOS多址技术多址技术双工技术双工技术频率复用频率复用FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerUser User User User User User FDMATDMACDMA同一时间同一频段上根据不同的扩频码进行区分用户.同频段的业务信道以不同的时隙进行用户区

4、分.不同的用户占用不同的频段.多址技术多址技术双工技术对于移动通信而言，双向通信可以以频率分开（对于移动通信而言，双向通信可以以频率分开（FDD），），也可以以时间分开（也可以以时间分开（TDD）TDD特点FDD特点各种制式比较FDMA 频率复用频率复用11111111113626221457CDMA 频率复用频率复用频率复用覆盖区定义覆盖区定义位置区MSC 区扇区PLMN 区服务区小区扇区移动通信的场强特征移动通信环境下场强变化剧烈移动通信环境下场强变化剧烈场强变化的平均值随距离增加而衰减场强变化的平均值随距离增加而衰减场强特性曲线的中值呈慢速变化场强特性曲线的中值呈慢速变化-慢衰落慢衰落场

5、强特性曲线的瞬时值呈快速变化场强特性曲线的瞬时值呈快速变化-快衰落快衰落无线电波传播自由空间损耗：自由空间损耗： Ploss=32.4+20lgf+20lgd阴影效应移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。是产生慢衰落的主要原因。多

6、径效应多径效应是由于山丘、建筑物等的反射、散射或绕射，使得移动台与基站之间的信号传播途径有多条，此时接收到的信号是发射信号经过若干次反射、绕射或散射后的叠加，影响接收端对信号的判别和提取。f fcf fcf fd-f fcfdfd+信号功率f)cos(vfd 多普勒频移邻道和同频、互调干扰邻频干扰：相邻或邻近频道的信号相互干扰邻频干扰：相邻或邻近频道的信号相互干扰同频干扰：由于频率复用，也引入了同频干扰同频干扰：由于频率复用，也引入了同频干扰互调干扰：当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的互调干扰：当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的作用，干扰的组合频率有时会恰好等于

7、或接近有用信号频率而顺利通作用，干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机，其中三阶互调最严重。由此形成的干扰，称为互调干扰过接收机，其中三阶互调最严重。由此形成的干扰，称为互调干扰接收多路不相关的信号并合并。空间分集技术-用2个以上的天线接收同一个信号频率分集技术-用2个以上的载波频率传输时间分集技术-在不同时间接收同一个信号极化分集技术-接收垂直和水平极化信号分集技术概念时间分集技术 多径的每一径时延不同，进行多径分离合并多径的每一径时延不同，进行多径分离合并重发时间大于信道的相关时间重发时间大于信道的相关时间-ARQ技术技术 用信道相关时间，设计交织编码的深度用信道相

8、关时间，设计交织编码的深度 RAKERAKE接收机是时间分集的典型应用接收机是时间分集的典型应用tts(t)s(t)空间位置分集 多天线阵元分集多天线阵元分集多天线发射分集多天线发射分集多天线接收分集多天线接收分集 ，其中，条件其中，条件ddc， dc为空间相关距离为空间相关距离智能天线(空间角度分集) 形成方向图，在不同的形成方向图，在不同的到达方向上给予不同的到达方向上给予不同的天线增益。可以提高接天线增益。可以提高接收信号的信噪比，从而收信号的信噪比，从而提高系统的容量，可以提高系统的容量，可以将频率相近但空间可分将频率相近但空间可分离的信号分离开。离的信号分离开。 频率分集技术 两个频

9、率成分具有相互独立的衰落特性两个频率成分具有相互独立的衰落特性 条件条件f2-f1 Bc 分集合并技术 合并信号的表达式合并信号的表达式分类分类 选择性合并选择性合并(Selective Combining)(Selective Combining) 等增益合并等增益合并(Equal-Gain Combining)(Equal-Gain Combining) 最大比合并最大比合并(maximal Ratio Combining)(maximal Ratio Combining)回顾移动通信网络结构移动通信网络结构分集技术有哪些？分集技术有哪些？名词解释：爱尔兰、名词解释：爱尔兰、GOS、阻塞率

10、、两种衰落、阻塞率、两种衰落、三种效应三种效应CDMA基础知识频率划分频率划分参考模型与接口简介参考模型与接口简介扩频原理扩频原理CDMA中三种码中三种码CDMA的关键技术的关键技术800M频率分配451M452M453M454M455M456M457M458M459M460M461M462M463M464M465M466M467M468M469M450M470M民用/农村无线接入RX民用/农村无线接入TX450.5 452M454.1 457.2M460.5 462M464.1 467.2M民用/农村无线接入RX民用/农村无线接入TX铁路公安铁路公安IS-97D中450M-A段RXIS-97

11、D中450M-A段TXIS-97D中450M-C段RXIS-97D中450M-C段TX210 260210 2604747国内450M频率使用比较复杂，目前电信运营商可以使用的只有A-Band.中心频率计算公式为：中心中心频率频率基站收（上行）基站收（上行）: 450.00+0.025(N-1)基站发（下行）基站发（下行）: 460.00+0.025(N-1)450M频段分配EVDO频段规划网络参考模型PSTNMSCPDSNAbisA10/A11A1/A2A3/A7BSCPCFA8/A9UMCDMA2000 1X BSSMSMSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSC接口介绍Um接口 MS与

12、BTS间接口，承载信令和业务Abis接口 BSC与BTS间的接口，承载信令和业务A1接口 承载MSCBSC间信令A2接口 承载MSCBSC间业务A3接口 SDUBTS间接口，承载信令和用户业务A7接口 源BSC和目标BSC之间的信令接口A8接口 承载BSCPCF间的业务A9接口 承载BSCPCF间的信令A10接口 承载PCFPDSN间的业务A11接口 承载PCFPDSN间的信令理论基础Shanon公式 C=B*log2(1+S/N)C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全

13、可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量扩频通信的理论基础1.25 MHz30 KHzPower is “Spread” Over a Larger Bandwidth扩频系统原理示意图(1)许多码信道被单独扩展, 然后加在一起,形成一个“”扩频系统原理示意图(2)白噪声突发干扰扩频前信号扩频前信号扩频后信号扩频后信号解扩后信号解扩后信号解扩前信号解扩前信号白噪声突发干扰S(f)fS(f)fS(f)fS(f)f扩频系统原理示意(3)发端数据流与一扩频序列结合到一起发端数据流与一扩频序列结合到一起在终接端，只要具备正确的定时和扩频序列，合成信号可以被

14、压缩并恢复在终接端，只要具备正确的定时和扩频序列，合成信号可以被压缩并恢复出原始数据出原始数据压缩频谱后，恢复出的原始数据流仍然保持完整。压缩频谱后，恢复出的原始数据流仍然保持完整。发端发端终接端终接端扩频序列扩频序列扩频序列扩频序列输入数据输入数据(基带基带)恢复出的数据恢复出的数据(基带基带)扩频后的数据流扩频后的数据流 (基带信号基带信号 + 扩频序列扩频序列)CDMA扩频实现 隐蔽性和保密性好多个用户可以同时占用相同频带,实现多址抗衰落、抗多径干扰抗干扰能力强扩频通信的特点常用术语 比特（比特（Bit），符号），符号(Symbol) ，码片，码片 (Chip) 输入的含有信息的数据称为

15、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处理增益处理增益 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21dB前向（下行）：从前向（下行）：从BTS到到MS反向（上行）：从反向（上行）：从MS到到BTS常用术语 Ec/Io：代表导频信道上的能量与总干扰之比，所：代表导频信道上的能量与总干扰之比，所以总是为负值，因为以总是为负值，因为Io是所有能量，包括了导频是所有能量，包括了导频信道本身的能量。信道本身的能量。Eb/Nt：代表各类信道（除导频信道以外的：代表各类信道（除导频信道以外的)信息信息能量与除自身信息能量以外的总干扰之比。能

16、量与除自身信息能量以外的总干扰之比。CDMA扩频码的选择扩频码速率：扩频码速率：N*1.2288Mcps；扩频码：前向为扩频码：前向为Walsh码和码和PN短码，反向为短码，反向为PN长码。长码。扩频码的使用是扩频通信的关键点扩频码的使用是扩频通信的关键点扩频码扩频码伪随机序列伪随机序列（PN)： 伪随机序列输出长度为2N-1 伪随机序列有2N-1的不同码组的不同码组 每个码组的码长为每个码组的码长为2N-1短码短码（Short Pseudo-random Noise Code） 用于区分不同的小区用于区分不同的小区 由由15位移位寄存器构成的伪随机序列位移位寄存器构成的伪随机序列 码组长度为

17、码组长度为215 =32768个码片，其中个码片，其中32767个码片为移位寄存器产生，个码片为移位寄存器产生，1个码片为人为设计插入个码片为人为设计插入 一个短码周期时间为（一个短码周期时间为（215*103/1.2288*106)ms =26.67ms26.67ms 032768PN短码短码短码偏置短码偏置（Short PN Offsets） 每个码片的空中时长为每个码片的空中时长为813.802ns 每每64个码片分为一时延段，称之为一个短码偏置个码片分为一时延段，称之为一个短码偏置 共有共有512个短码偏置（个短码偏置（ Short PN offsets）26.6msPN（1）PN（0

18、）PN （511）PN（2） 0327676464chipsPN短码短码长码长码（Long Pseudo-random Noise Code） 用于区分不同的移动台用于区分不同的移动台 由由42位长的移位寄存器构成的伪随机序列位长的移位寄存器构成的伪随机序列 码组长度为码组长度为242-1个码片，人为插入个码片，人为插入1个码片后，变为个码片后，变为242个码片个码片 一个长码周期时间为一个长码周期时间为(242/1.2288M)s = 41.4天天41.4天 0242PN长码长码长码掩码（长码掩码（LCM-Long Code Mask） 不论长码掩码（不论长码掩码（LCM）如何组成）如何组成

19、,只能只能产生产生 相同的长码序列相同的长码序列(LONG CODE SEQUENCE)， 但产生不同的偏置但产生不同的偏置 作用于全网同一长码源产生不同的时作用于全网同一长码源产生不同的时间间 偏置（偏置（Offset in Time） 使得使得MS使用的长码偏置各不相同，并使用的长码偏置各不相同，并达到达到 独自地、快速地、与网络同步的独自地、快速地、与网络同步的目的目的PN长码长码WALSH码生成码生成沃尔什码沃尔什码(Walsh code) ：00010001000111100001000100011110000100010001111011101110111000010001复制复制

20、取反 Code #23 0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110(Code #23) 1001011010010110011010010110100110010110100101100110100101101001 Code #59 0110011010011001100110010110011010011001011001100110011010011001PARALLELXOR: all 0s相关性: 100%(100% match)ORTHOGONALXOR: half 0s, half 1s相关性:

21、 0%(50% match, 50% no-match)ANTI-PARALLELXOR: all 1s相关性: 100%(100% no-match)#23#23(#23)#23#23#59正交与相关性CDMA码应用举例BTS导频信道 Walsh 0Walsh 19寻呼信道 Walsh 1Walsh 6Walsh 11Walsh 20同步信道 Walsh 32Walsh 42Walsh 37Walsh 41Walsh 55Walsh 60Walsh 55PN 372PN 116BTSPN 226BTSPN 511BTS 模拟加模拟加PN372WALSH19xxx三种扩频码特征和功能总结Cel

22、l每种扩频序列在前向链路和反向链路上具有不同的用途但这些序列在两个方向上均用于生成用户的码分信道沃氏码短码序列长码序列序列类型互相正交除0偏置外正交近似正交特性6421数量64 chips1/19,200 sec.32,768 chips26-2/3 ms75x in 2 sec.242 chips41 days长度正交调制 四相扩频(0偏置) 区分用户反向链路 功能前向信道识别区分扇区数据扰码前向链路功能IQ32,768 chips long26-2/3 ms.(75 repetitions in 2 sec.)64codes64 chips long AND=SUMModulo-2 Add

23、ition远近效应当基站同时接收从两当基站同时接收从两个距离不同的移动台个距离不同的移动台发来的信号时，距基发来的信号时，距基站近的移动台到达站近的移动台到达基站的功率明显要大基站的功率明显要大于距离基站远的移动于距离基站远的移动台到达功率，若二者台到达功率，若二者频率相近，则造成近频率相近，则造成近端对远端的干扰。端对远端的干扰。“，信号被离基站近的MS “淹没”，无法通信，一个MS就能阻塞整个小区功率控制根据功控方向可分为：根据功控方向可分为： 反向功率控制 前向功率控制根据功控类型可分为：根据功控类型可分为： 反向功率控制反向功率控制 反向开环功率控制 反向闭环功率控制 前向功率控制前向

24、功率控制 基于测量报告的功率控制 EIB功率控制 快速功率控制.功控的起始点BTSChannel Assnmt. Msg.Origination MsgBase Sta. Acknlgmt. OrderTFC frames of 000sTFC preamble of 000sBase Sta. Acknlgmt. OrderMobile Sta. Ackngmt. OrderService Connect Msg.Svc. Connect Complete MsgBase Sta. Acknlgmt. OrderCall is Established!MSProbingACCESSPAGIN

25、GFW TFCPAGINGRV TFCFW FCRV TFCFW TFCRV TFCFW TFCSuccessful Access Attempt开环功控的起始点闭环功控的起始点反向功控 反向功控的作用对象是移动台，首要目的就是通过调整反向功控的作用对象是移动台，首要目的就是通过调整移动台的发射功率保证移动台的发射功率保证BTSBTS接收机所收到的信号至少达接收机所收到的信号至少达到最小到最小Eb/NtEb/Nt需求的值。需求的值。 相对前向而言，反向功率控制的要求高，过程也复杂。相对前向而言，反向功率控制的要求高，过程也复杂。反向功率控制的动态变化范围大，灵敏度也高，以补偿反向功率控制的动态

26、变化范围大，灵敏度也高，以补偿快速的环境变化。快速的环境变化。 Eb/Nt=Eb/Nt=比特能比特能/ /有效噪声功率频谱密度有效噪声功率频谱密度 Ec/Io=Ec/Io=码片能码片能/ /载频总功率谱密度载频总功率谱密度MS所需要的发射功率受以下因素制约：所需要的发射功率受以下因素制约： MS和和BTS之间的距离之间的距离 小区负荷小区负荷 信道环境信道环境 MS根据接收到的根据接收到的BTS功率来确定自己的发射功率功率来确定自己的发射功率 BTSMobile反向开环功率控制反向开环功率控制BTSBTSMS发射功率发射功率反向开环功率控制BTS功率控制比特功率控制比特Eb/Nt 值值FER

27、值值内环功率控制内环功率控制外环功率控制外环功率控制Eb/Nt 改变量改变量BSCBTS反向闭环功率控制外环：BSC根据当前FER得到Eb/Nt的设定值内环：BTS根据当前的反向Eb/Nt，在业务帧中填功控比特IS95前向功率控制 基基站缓慢地降低到每个移动台的功率站缓慢地降低到每个移动台的功率 随着随着FER(在移动台测定在移动台测定)的增加，移动台要求增加前向业务信道的功率，发的增加，移动台要求增加前向业务信道的功率，发送功率测量报告消息送功率测量报告消息FER移动台移动台BTSBSCAdjust Fwd.Power前向链路功率控制前向链路功率控制IS2000-EIB功控EIBEIB前向功

28、控算法原理前向功控算法原理 BSCBSC根据移动台上报的反向业务信道帧（反向链路帧）中携带的根据移动台上报的反向业务信道帧（反向链路帧）中携带的EIBEIB（擦除指示比特，用以表明此帧是好帧或坏帧）来调整前向（擦除指示比特，用以表明此帧是好帧或坏帧）来调整前向信道的增益。信道的增益。 EIBEIB的意义：该比特设置为的意义：该比特设置为0 0表示表示“好帧好帧”，表示物理层，表示物理层CRCCRC校验校验通过。通过。 该比特设置为该比特设置为1 1表示表示“坏帧坏帧”，表示物理层，表示物理层CRCCRC校验不通校验不通过。过。1267128288 bits(20ms)EFT信息比特14400b

29、ps 帧 1x引入的新的功率控制-前向快速功控MSMSBTSEb/NtFER功率控制比特Eb/Nt的改变量内环外环前向快速功控原理前向快速功控原理外环：外环：MSMS计算前向信道的计算前向信道的FERFER，与目标，与目标FERFER比较，得出目标比较，得出目标Eb/NtEb/Nt。内环：内环：MSMS比较目标比较目标Eb/NtEb/Nt与测量所得与测量所得Eb/NtEb/Nt，在反向功控子信道中填写，在反向功控子信道中填写功控比特。功控比特。CDMA切换的分类空闲状态空闲状态空闲切换空闲切换CDMA-to-CDMA硬硬切换切换更软切换更软切换呼叫期间呼叫期间软切换软切换CDMA-to-Oth

30、er硬硬切换切换CDMA软切换软切换：移动台在从一个基站覆盖区域移向另一个基站时,开始与目标基站通信但不中断与当前提供服务的基站的通信.可以同时包括与三个基站保持通信,移动台合并从每个基站发送来的信号帧. BTS BBSC帧处理板Abis链路BTS A 相同小区的不同扇区之间的切换跨越两扇区时始终保持与两个扇区的同时通信直到移动台切换完全完成可能频繁发生所有行为由基站管理从两个扇区接收到的信号可以被合并以改善信号质量alphabetagammaCDMA更软切换软切换的优缺点优点优点 降低了越区切换的掉话率降低了越区切换的掉话率 在覆盖不是很好的地方提高通话质量在覆盖不是很好的地方提高通话质量缺点缺点 至少两倍的空中资源至少两倍的空中资源 更多的消耗信道资源更多的消耗信道资源无线信道的多径环境RAKE接收机有效克服多径衰落，提高接收性能接收机有效克服多径衰落，提高接收性能接收机接收机相关器相关器1相关器相关器1相关器相关器1 搜索器搜索器计算相关时延计算相关时延 合并合并The combined signaltts(t)s(t)Rake接收机原理 当相邻小区的负荷一重一轻时，负荷重的小区降低导频信道的发射功率，使本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现负荷分担，也相当于增加了