CDMA信道结构与调制

CDMA信道结构与调制第一页，共56页。主要内容

IS95前向信道的作用与结构

IS95反向信道的作用与结构

1X新增加的前反向信道第二页，共56页。CDMA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发送端接收端无线信道第三页，共56页。信道调制与编码差错控制编码（纠错编码）：循环冗余校验、卷积、块交织、Turbo码和扰码。第四页，共56页。常用术语比特（Bit），符号(Symbol)，码片(Chip)输入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称为符号经过最终扩频得到的数据称为码片速率：比特速率：bps、符号速率：sps、码片速率：cps处理增益最终扩频速率和比特速率的比在IS95A系统中，处理增益为128(1.2288M/9.6k)，

也就是21dB(10lg(1.2288M/9.6k))前向（下行）：从BTS到MS(Forwardchannel)反向（上行）：从MS到BTS(Reversechannel)第五页，共56页。信源编码话音编码器8KQCELP13KQCELP8KEVRC特点支持语音激活在典型的双工通话中，通话的占空比小于35%,不通话的时候降低发射速率，有效提高系统容量。第六页，共56页。信道编码

卷积编码卷积编码技术能够有效地克服数据错误。移动通信的传输信道属变参信道，不仅会引起随机错误，而且会造成突发错误。第七页，共56页。通过编码器生成的信息位叫符号，这些符号与当前寄存器中所有比特相关这种内部互关联性有助于检测和纠正差错。移位寄存器的长度称为约束长度(K=9)移位寄存器越长，编码结果纠正突发差错的性能就越好这里，每输入一个比特，都输出两个符号（卷积率为1/2）(速率变为2倍)。SymbolOutput12345678g0g1c0c1DataBitInput卷积率1/2,k=9卷积编码第八页，共56页。信道编码举例信道编码适合纠正非连续的少量错误编码解码床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国第九页，共56页。交织技术原理（1）床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国？？？？？？？？？？春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国？？？？编码信道编码对连续的码元出错不能纠错第十页，共56页。交织技术原理（2）优点：交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择。第十一页，共56页。

一帧中的384个调制符输入到一个24乘16的块交织器阵列(从左向右按列读出)该阵列表示20ms帧的信息。9600bps块交织器(输入阵列)第十二页，共56页。现在，9600bps的数据不再相关相邻码符号从时间上隔离开突发差错的影响得到减少增强了码符号抗单比特差错的能力READ9600bps块交织器(输出阵列)第十三页，共56页。

扰码

目的：增强数据安全、降低峰均比，使干扰随机化

通过对块交织输出数据和PN码片的抽样进行模2加实现速率相同第十四页，共56页。复用器输出的每个码符号与指定的沃氏函数异或沃氏函数为固定码片速率1.2288Mcps各信道通过沃氏函数互相加以区分扩频后的带宽大大超过源数据的带宽ToQuadratureSpreading800HzMuxTimingPowerControlBit(800bps)MUXWt1.2288McpsScrambledData19.2KspsWalshFunctionfromIndex正交扩频速率不相同第十五页，共56页。QPSK调制IQIchannelPNsequence1.2288McpsQchannelPNsequence1.2288McpsBasebandfilterBasebandfilterCos(2pfct)Sin(2pfct)I(t)Q(t)s(t)APN短码码片速率:1.2288Mcps.当同一载频的所有的信道扩频后，采用QPSK调制，并转换为模拟信号，混合之后经过射频调制发射第十六页，共56页。IS-95系统前反向物理信道第十七页，共56页。IS-95信道结构前向同步信道（F-SynCH）W32前向寻呼信道（F-PCH）W1前向业务信道(F-TCH)反向接入信道(R-ACH)反向业务信道(R-TCH)前向导频信道（F-PICH）W0导频信道、同步信道和寻呼信道属于开销信道或公共信道，时刻存在;业务信道为私有信道，在打电话时建立，挂机后消失。前向信道反向信道第十八页，共56页。前向导频信道（F-PICH）导频信道的作用帮助手机捕获系统

多径搜索提供相位参考，帮助手机进行信道估计，作相干解调切换时，手机测量导频信道，进行导频强度比较第十九页，共56页。导频信道的生成导频信道使用沃氏函数0扩频采用PN短序列偏置，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（如：PN15）例:15(偏置指数)x64=960PNchips结果:导频PN序列的起始将会延迟

960chipsx0.8138s/chip=781.25sPilotChannel(All0)1.2288Mcps

IPNQPNWalshFunction0第二十页，共56页。导频信道的捕获（移动台捕获）在15秒内(典型值2到4秒)，所有可能的偏置(32,768)均检查一遍移动台记住具有最佳相关性（Ec/Io最佳）信号的偏置然后移动台再用沃氏码32（同步）解调信号00...0100...0100...0100...0100...0100...0100...01导频信道(W0)第二十一页，共56页。前向同步信道（F-SynCH）基本参数

1、PN偏置2、同步系统时钟3、SID/NID（系统号/网络号）4、寻呼信道速率5、PN长码初始状态系统捕获阶段采用比特率为1200bps移动台在手机初始化和每次呼叫结束时重新与系统同步(AcquiredPilot)同步信道第二十二页，共56页。同步信道的生成交织后的同步信道数据再被Walsh32扩频，其码片速率是1.2288McpsWalsh同步信道数据再被正交PN码进行扩频1200bpsWalshFunction321.2288McpsIPNQPN卷积码和符号重复块交织R=1/2ModulationSymbols4800sps4800spsBitsChips第二十三页，共56页。前向寻呼信道单个CDMA载频最多可支持七个寻呼信道（W1-W7）信道1(沃氏函数1，W1)为基本寻呼信道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：9600bps和4800bps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.第二十四页，共56页。寻呼信道的生成沃氏码#1(或#2,...或#7)用于扩频，因此其速率增加64倍，为1.2288Mcps9600bps4800bpsWalshfunction1.2288McpsQPN1.2288Mcps19.2Ksps19.2Ksps寻呼信道AddressMaskR=1/2抽取器卷积码&重复IPN块交织符号调制LongPNCodeGeneratorW1….W7第二十五页，共56页。寻呼信道消息移动台指示消息接入

参数

消息扩展的系统参数消息扩展的邻道消息系统参数消息CDMA信道列表消息全局业务重定向消息配置参数消息开销消息ACC_CONFIG_SEQCONFIG_SEQ第二十六页，共56页。信令分析第二十七页，共56页。

寻呼方式

1、时隙模式

T=1.28*2SCISCI=[0,1,2]T：寻呼时隙周期，SCI：时隙周期索引基本寻呼时隙周期1.28S：每个寻呼帧20ms，4个帧组成一个寻呼信道时隙，16个寻呼信道时隙构成1个基本寻呼时隙周期：20ms*4*16/1000=1.28S在基本寻呼时隙周期的基础上，再进行SCI确定寻呼时隙周期2、非时隙模式在非时隙模式下，移动台一直监听寻呼信道（一直在工作）在时隙模式下，移动台只需要在其指配的时隙中监听寻呼信道，其它时间可以关掉接收机（有利于节电）注：手机待机时间长短与寻呼信道密切相关。第二十八页，共56页。前向业务信道前向业务信道SyncPaging前向业务信道前向业务信道PilotCDMA基站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1个导频信道、1个同步信道、1~7个寻呼信道每个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个业务信道，每个CDMA载频最多可提供61个业务信道第二十九页，共56页。WalshfunctionPowerControlBit

IPN9600bps4800bps2400bps1200bps(声码器)ConvolutionalEncodingandRepetition1.2288McpsLongPNCodeGeneration800HzR=1/2,K=9QPNDecimator数字采样抽取DecimatorAddressMask

19.2ksps1.2288McpsScrambling加扰bitssymbolschips19.2kspsCHANNELELEMENTMUXBlockInterleaving采用8kbps语音编码：前向业务信道的生成19.2ksps第三十页，共56页。SU(1sector)J10SUCFECWalsh#1SyncFECWalsh#32Walsh#0FECWalsh#12FECWalsh#23FECWalsh#27FECWalsh#44PilotPagingVocoderVocoderVocoderVocoder其它用户Trans-mitter,SectorXSIQPN偏移120CDMA前向信道生成与解调一个前向信道的识别:频点FrequencyPN短码偏移区分扇区PNOffsetofthesector扇区内唯一的Walsh码CDMAFrequency声码器前向纠错扩频公共信道私有信道第三十一页，共56页。CDMA前向信道解调（手机侧的解调）DigitalRakeReceiverReceiverRFSectionIF,DetectorTransmitterRFSectionVocoderTrafficCorrelatorPNxxxWalshxxTrafficCorrelatorPNxxxWalshxxTrafficCorrelatorPNxxxWalshxxPilotSearcherPNxxxWalsh0ViterbiDecoderCPUDuplexerTransmitterDigitalSectionLongCodeGen.OpenLoopTransmitGainAdjustMessagesMessagesAudioAudioPacketsSymbolsSymbolsChipsRFRFAGCIS-95A要求最少需要四个可以独立工作相关解调器（即：三个解调器，一个搜索器）其中三个必须能够解调各个多径分量（即：搜索3个多径信号）一个必须是搜索器，能够搜索每个导频PN偏置并评估其信号强度（导频信号强度）第三十二页，共56页。Rake接收机原理接收机相关器1相关器1相关器1

搜索器计算相关时延

合并Thecombinedsignaltts(t)s(t)RAKE接收机有效克服多径衰落，提高接收性能第三十三页，共56页。主要内容IS95前向信道的作用与结构

IS95反向信道的作用与结构

1X新增加的前反向信道第三十四页，共56页。移动台用接入信道：与基站建立初始通信对寻呼信道消息作出响应固定数据率：4800bps每个接入信道仅与一个寻呼信道相关每个寻呼信道最多可支持32个接入信道(0-31)4800bps反向接入信道(ReverseAccessChannel)第三十五页，共56页。两类消息:响应消息(响应基站的消息)请求消息(移动台自动发送)28.8kspsConvolutionalEncoder&RepetitionR=1/31.2288McpsAccessChannel

LongCodeMaskLongPNCode

Generator28.8kspsOrthogonalModulation307.2kcps1.2288McpsQPN(NoOffset)I

PN(NoOffset)D1/2PNChipDelayBlockInterleaverAccessChannelInformation(88bits/Frame)4.8kpbsDirectSequenceSpreading接入信道的生成PN长码扩频第三十六页，共56页。反向业务信道用于在呼叫期间发送用户的话音业务用户对来自基站的命令和查询的响应用户对基站请求支持可变速率操作8Kbps声码器速率集1-9600,4800,2400和1200bps13Kbps声码器速率集2-14400,7200,3600,1800bps反向业务信道第三十七页，共56页。

9600bps4800bps2400bps1200bps28.8kspsR=1/3,K=91.2288McpsUserAddress

MaskLongPNCodeGenerator28.8kspsOrthogonalModulationDataBurstRandomizer307.2kcps1.2288McpsQPN(nooffset)I

PN(nooffset)D1/2PNChipDelayDirectSequenceSpreadingConvolutionalEncoder&RepetitionBlockInterleaver采用8kbps语音编码反向业务信道的生成第三十八页，共56页。（不讲）

反向业务信道:数据突发随机化一些重复的符号被删除交织器的输出受一个时间滤波器的控制进行选通传输门控的周期随传输数据率变化用一个伪随机屏蔽模式码屏蔽掉由符号重复所产生的冗余数据1.2288McpsUserAddress

MaskLongCodePNGeneratorDataBurstRandomizer307.2kcpsFromOrthogonalModulationFrameDataRateToDirectSequenceSpreading第三十九页，共56页。

反向业务信道:直接序列扩频反向业务信道使用长码进行直接序列扩频移动台使用基于ESN的长码掩码来区别彼此1.2288McpsUserAddress

Mask(ESN)LongCodePNGeneratorDataBurstRandomizer307.2kcpsToQuadratureSpreading1.2288Mcps第四十页，共56页。CDMA反向信道生成与解调MSCBSCBTS(1sector)ChannelElementAccessChannelsVocoderVocoderVocoderVocoderReceiver,SectorXChannelElementChannelElementChannelElementChannelElementLongCodeGenLongCodeGenLongCodeGenLongCodeGenLongCodeGen其它用户UserLongCodeUserLongCodeUserLongCodeUserLongCodeUserLongCodeUserLongCode每个移动台可由移动台内部产生的用户长码的偏置唯一地识别所有移动台在同一1.23MHz宽的频带内同时传送信息附近的任一BTS可以向移动台分配一个信道部件(或称信元、CE单元，俗称信道板

ChannelElement)并成功地提取移动台的信号第四十一页，共56页。CDMA反向信道的解调（基站侧的解调）移动台调制过程的反过程多径分量有益于CDMA处理来自多个接收单元的信号可以被矢量合并，以改善总的接收信号质量U/D

CommandDe-InterleaverSpeechOutputCombinerBTSReceiverBSCDemodulatorSearchCorrelatorDemodulatorSearchCorrelatorDemodulatorSearchCorrelatorDemodulatorSearchCorrelatorPowerControl

DecisionViterbiDecoder声码器ChanneLElement注：对一个用户，BTS接收机对应4个解调路径（4条路径分量），每个解调路径包含1个解调器和2个搜索器。第四十二页，共56页。移动台呼叫处理过程加电初始化状态空闲状态系统接入状态业务信道状态MS充分获得系统定时MS收到PCH消息需要证实或响应；发起呼叫或注册MS转向业务信道MS结束使用业务信道收到除始呼消息和寻呼响应消息之外的对ACH上发送的消息的证实MS空闲切换或者无法收到PCH消息P30第四十三页，共56页。

CDMA移动台初始化过程

CDMA移动台初始化过程：1、首先搜索CDMA频点，捕获导频信息，做相干解调（导频）2、然后捕获同步信道，获取长码状态、系统时间、寻呼信道速率等消息（同步）3、然后到达寻呼信道，接收系统参数消息，接入参数消息，邻区列表消息，信道列表消息，扩展系统参数消息等（寻呼）4、最后守候在寻呼信道，做登记、主叫或响应寻呼。（驻守寻呼）PilotchannelSynchronouschannelPagingchannelAccesschannel第四十四页，共56页。呼叫流程主叫MSC/VLR

BSCBTS被叫HLR/AUCMS被叫MSC/VLR

BSCBTSMS第四十五页，共56页。课程回顾1.手机上电之后2.手机长时间无法监听到寻呼信道消息4.手机结束业务信道的使用后3.手机发生了空闲切换1.在信道的工作流程中，什么情况下手机需要重新回到初始化状态？第四十六页，共56页。主要内容IS95前向信道的作用与结构

IS95反向信道的作用与结构

1X新增加的前反向信道第四十七页，共56页。CDMA2000-1X特点(2.5G)支持高速数据传输；（F-SCH,R-SCH）