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cdma2000 1x 系统简介

cdma2000 1x 系统简介. （ 1~1.5 学时）. 北京邮电大学 无线通信中心 June, 2002. 提纲. cdma2000 1x 系统 特点，体系结构，接入过程，软切换 cdma2000 1xEV-DO （ HDR ）系统 特点，体系结构，工作过程 cdma2000 1xEV-DV 系统 特点，体系结构，工作过程. cdma2000 / IS-2000. cdma2000 面向 3G 满足或超过 IMT-2000 的要求 室内相对静止时的最高数据传输速率达 2Mbps 步行环境 384Kbps 车载环境 144Kbps ；

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cdma2000 1x 系统简介

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  1. cdma2000 1x 系统简介 （1~1.5学时） 北京邮电大学 无线通信中心 June, 2002

  2. 提纲 • cdma2000 1x 系统 • 特点，体系结构，接入过程，软切换 • cdma2000 1xEV-DO（ HDR ）系统 • 特点，体系结构，工作过程 • cdma2000 1xEV-DV 系统 • 特点，体系结构，工作过程

  3. cdma2000 / IS-2000 • cdma2000面向3G • 满足或超过IMT-2000的要求 • 室内相对静止时的最高数据传输速率达2Mbps • 步行环境384Kbps • 车载环境144Kbps； • 宽松的性能范围：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 • 支持从2G系统的演进 • 与现存的TIA/EIA-95-B系统具有无缝的互操作性和切换能力； • 具有从基于TIA/EIA-95-B的系统平滑演进的能力； • cdma2000的标准为IS-2000

  4. IMT-2000候选无线传输技术（RTT）最低性能 陆地测试环境 测试环境 室内办公 室外或室内步行 车速 移动性考虑 移动性类型（低） 移动性类型（中） 移动性类型（高） 切换 需要 需要 需要 对通用业务能力（General Service）的支持 需要/不需要 需要/不需要 需要/不需要 分组数据 需要 需要 需要 非对称业务 需要 需要 需要 多媒体 需要 需要 需要 可变比特速率 需要 需要 需要 数据业务能力 用户比特速率 用户比特速率 用户比特速率 电路方式 至少2,048 Kbit/s 至少384 Kbit/s 至少144 Kbit/s 分组方式 至少2,048 Kbit/s 至少384 Kbit/s 至少144 Kbit/s IMT-2000最低性能要求

  5. 为满足前面的要求所采用的主要技术（1） • 这里主要针对cdma2000 1x和3x，而事实上3x已不是热点 • 基于导频相干解调的反向空中接口链路； • 连续的反向空中接口波形； • 快速的前向和反向空中接口的功率控制； • 允许采用辅助导频来支持波束赋形应用和增加容量 • 支持多种范围的射频信道带宽：1.25MHz; 3.75MHz; 7.5MHz; 11.25MHz和15MHz； • 增强的MAC功能以支持高效率的高速分组数据业务；

  6. 为满足前面的要求所采用的主要技术（2） • 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； • 为支持更高传送速率和增加系统容量采用TURBO码； • 可支持多种空中接口信令的灵活的信令结构； • 1x 引入QPSK使Walsh码空间比IS-95加倍（不包括准正交函数QOF） • 采用变长的正交函数使资源的划分更加细致和灵活，利用更充分（但控制机制更复杂） • 可采用不同的信道组合以及动态信道分配，更适合支持数据业务

  7. IS-2000体系结构

  8. 前向链路（FL）CDMA信道 SR1/3指Spreading Rate 1/3，即1x / 3x，两者可以混合部署

  9. FL公用物理信道

  10. FL专用物理信道

  11. 反向链路（RL）CDMA信道

  12. RL公用物理信道

  13. RL专用物理信道

  14. 链路层：LAC 和 MAC • 支持更多速率的业务 • 支持电路型和分组型业务的不同QoS • 支持并发的对QoS有不同要求的业务

  15. LAC子层（1） • 链路接入控制（LAC）层主要与信令信息有关 • 为高层的信令提供在cdma2000无线信道上的正确传输和发送 • 对于某些关键的信令要求及时、正确/可靠、有序、并无重复地到达对等的实体，信令的格式和处理比较复杂。 • 当高层信令数据穿过LAC层时，它要经过不同协议子层的处理 • 每一子层依次处理，处理的数据区域各有不同，所起的作用也各有分工 • 这些处理又按不同的逻辑信道划分而不同

  16. LAC子层（2） • 鉴权子层只是用于接入信道，完成一定的鉴权功能（另外还有的鉴权功能在层3完成）。 • ARQ子层和对等实体中的ARQ子层一起工作，为逻辑信道提供SDU的可靠传输，并排除重复的发送（顺序号、证实机制和重发等）。 • 确认发送（Assured Delivery） • 非确认发送（Nonassured Delivery）两种服务 • 寻址子层只用于公共信道上，它所管理的数据区域提供了对特定MS的标识，以便消息能被相匹配的MS接收。 • 功用子层（Utility Sublayer）对LAC PDU进行打包和拆包。它所要管理的数据区域有： • 消息类型 • LAC长度 • 扩展加密域 • 无线环境报告 • 以及填充比特 • SAR子层在发送时，给LAC PDU加上长度指示和CRC；然后将处理后的PDU切成适合MAC层处理的数据片。在接收时，SAR合并低层来的数据片，并进行CRC校验。

  17. MAC子层 • MAC = 媒体接入控制，连接业务数据和物理层 • 能满足并发的话音、分组数据业务及电路交换的数据业务之QoS要求 • 结构 • 资源配置数据库（RCD） • 数据业务（RLP），面向连接，基于 Negative ACK • 短数据突发及信令（SRBP），无连接 • 主要功能 • “尽力而为的发送”（Best Effort Delivery）：由无线链路协议（RLP）“尽力而为”的保证传输的可靠性，实现在无线链路上能够适度可靠的传输； • 复用（Mux）和QoS控制：通过协调由竞争业务产生的冲突请求以及为接入请求安排合适的优先级来确保实施协商好的QoS级别。

  18. 复用和QoS控制 • 复用的对象 • 公用信道 • 专用信道 • 工作模式 • 模式A，用于和TIA/EIA-95-B的物理层工作时（ FCH及SCCH ） • 模式B，用于和cdma2000的物理层工作时（FCH和DCCH，高速数据需用SCH）

  19. cdma2000 1x 接入过程（1） • 与MAC子层的实现紧密相连 • 其接入信息是由SRBP及公共信道复用子层封装入物理信道发送出的 • 1x的接入与IS-95的接入方式后向兼容 • IS-95的接入方式为时隙ALOHA方式 • 1x增加了新的信道（R-EACH）和工作模式，更适应数据业务的需要

  20. cdma2000 1x 接入过程（2） • IS-95 A/B的接入方式，非重叠方式（即发送接入请求的长度不超过时隙的宽度）

  21. cdma2000 1x 接入过程（3） IS-95的接入方案有其自身的局限性： • 由于它采用非重叠的时隙ALOHA，时隙的长度必须大于接入试探的长度。 • 接入速度很慢，时延较长。典型的接入时间为620ms（300+320ms），而在恶劣的情况下，可达1340ms。 • 没有应用功控及软切换等技术，误码率较高。 • 发射功率较高，对系统的干扰大，出现错误时导致系统整体性能的恶化。 • 在支持数据业务方面，由于低吞吐量和大的时延，支持面向无连接的分组数据业务的能力弱。

  22. cdma2000 1x 接入过程（4） 1x中接入的改进： • 采用重叠时隙ALOHA的方法，使长码作为时隙的函数以防止碰撞 • 用户发送的接入信息在时间轴上可以部分重叠，减小了时延 • 缩短了时隙的长度（由200ms减为最小1.25ms）及超时参数等 • 接入信道上还采用了闭环功率控制，减小了接入消息的差错概率 • 应用了软切换 • 对较长的消息可以另外用专用信道传送，使接入信道的负荷不致过高

  23. cdma2000 1x 接入过程（5） R-EACH上的接入特点： • 时隙长度较短，为EACH_SLOTs×1.25ms， • 移动台的长码掩码与时隙相对应（总的时隙数为512） • 不同时隙用不同的长码掩码接入，允许接入试探有部分重叠，可减小接入时碰撞的概率及接入时延。 • 支持多种速率和不同帧结构： • 9.6kbps（20ms帧） • 19.2kbps（10、20ms帧） • 38.4kbps（5、10、20ms帧） • 可根据接入消息的长短灵活的选择接入速率及帧长，提高效率。 • 两种接入模式： • 基本接入模式（确认消息来自F-CCCH） • 预留模式 （各R-EACH都有一个F-CACH与之对应，但确认消息来自F-CCCH ）

  24. cdma2000 1x 接入过程（6） • 接入模式选择基于： • LAC PDU的长度 • 移动台所支持的所用的R-EACH或R-CCCH的传输速率 • 移动台能连续在R-EACH或R-CCCH上传送的最大持续时间 • 基本接入模式适合长度较短（例如小于20ms）的消息 • 预留模式适合于较长、但尚无需建立专用信道进行传输的消息 • 两者的试探（probe）发送与R-ACH类似，但要在FL导频的强度满足一定条件下才能发出

  25. 字段 长度 (bits) HASH_ID 16 RATE_WORD 3 MODE_ID 1 HO_REQ_ID 0 或 1 NEIGHBOR_PN 0 或9 RESERVED cdma2000 1x 接入过程（7） R-EACH的基本接入模式： R-EACH报头的结构

  26. cdma2000 1x 接入过程（8） R-EACH的预留接入模式（非软切换方式下举例 ）：

  27. cdma2000 1x 接入过程（9） R-EACH的预留接入模式（软切换方式下举例 ）：

  28. 层 3（Layer 3） • 指在LAC层协议之上所定义的部分 • 层3协议侧重于描述系统的控制消息(信令)的交互 • 消息的内容和格式； • 消息交互的流程。 • MS侧的层3按照状态转移来描述 • BS侧的层3结合MS的工作过程来描述 • 下面以切换为例简介层3的信令交互

  29. 切换 • 通常与业务信道相关 • 当MS将它与某BS所建立的通信连接转移到另外的BS上时，就发生了切换 • 在cdma2000中，由MS辅助的切换包括的步骤： • MS搜索新的BS（工作于本系统内同频带的、或本系统内不同频带的、甚至不同的系统的）； • MS向当前的BS报告搜索结果； • 当传输条件满足且网络支持时，BS指示MS切换到新的BS上。 • 下面主要以软切换为例介绍

  30. 软切换 • MS在中断与原来BS的业务通信之前，和工作在相同频点的另一BS建立起业务连接 • 通常这发生在同一运营商的CDMA系统内 • 目前版本的cdma2000中软切换的方式可大致分为两类 • 即与IS-95A后向兼容的方式 • 增强的方式

  31. 与IS-95A后向兼容的软切换 • MS发导频测量 • BS发切换指示 • MS发切换完成 • MS启动DROP定时 • 超时，MS发导频测量 • BS发切换指示 • MS发切换完成

  32. 增强的软切换 • MS将P2加入候选集 • P2超过动态门限，MS发导频测量 • BS发切换指示，MS发切换完成 • P1低于动态门限， MS启动DROP定时 • 超时，MS发导频测量 • BS发切换指示，MS发切换完成 • P1低于T_DROP， MS启动定时器 • 超时，P1移到相邻集

  33. 提纲 • cdma2000 1x 系统 • 特点，体系结构，接入过程，软切换 • cdma2000 1xEV-DO（ HDR ）系统 • 特点，体系结构，工作过程 • cdma2000 1xEV-DV 系统 • 特点，体系结构，工作过程

  34. 1x EV-DO (HDR) HDR = High Data Rate DO = Data Only Optimized • 1x EV-DO (HDR) • 2000年10月，IS-856 • 1.25 MHz带宽 • 只支持数据业务，没有话音业务 • 射频与cdma2000 1x基本相同，两者间互操作为硬切换 • 话音业务 • 要求延迟相对稳定而且短 • 能够容忍一定的bit差错 • 上行和下行对称 • 数据业务 • 能容忍较大的延迟和延迟变化 • 对bit差错敏感 • 上行和下行不对称 • 突发

  35. 1x EV-DO (HDR)的特点 • 为了更好地提供数据业务，提出了HDR的概念 • 下行 FL • TDM方式，基站满功率发射，速率可变 (38.4kbps - 2.4576Mbps) • 快速、低延迟的信道状态反馈 (600Hz) • TURBO码，自适应编码和调制(R=1/4-1/2, 4-PSK, 8-PSK, 16-QAM) • 满功率的时分导频 • 无软切换 • 多用户分集，多接收天线分集 • 上行 RL • 有pilot的相干解调 (4.8kbps - 153.6kbps) • 软切换 • 开/闭环功率控制

  36. FL 多址方式 IS-95 1x EV-DO CDMA ( 50 Hz 话音/数据帧, 800 Hz 功率控制 ) TDMA ( 37.5 Hz 数据帧, 600 Hz 速率控制) 两者FL都使用时间同步的基站

  37. FL 发送功率 IS-95 1x EV-DO HDR 使用连续最大发射功率传送信息  没有margin 效率更高!

  38. DRC Data DRC Data FL数据 FL数据 1xEV-DO切换 • FL： • 激活集相当于软切换 • 数据为硬切换 Access Point 2 Access Point 1 • RL： • 与IS-95类似的软切换

  39. 1xEV-DO覆盖与数据速率举例

  40. 1xEV-DO FL信道分类 FL Pilot MAC Traffic Control RA RPC MAC Medium Access Control RA Reverse Activity RPC Reverse Power Control

  41. 1xEV-DO FL slot结构 Active Slot ½ Slot 1024 Chips ½ Slot 1024 Chips Data 400 chips MAC 64 Chips Pilot 96 Chips MAC 64 Chips Data 400 chips Data 400 chips MAC 64 Chips Pilot 96 Chips MAC 64 Chips Data 400 chips MAC 64 Chips Pilot 96 Chips MAC 64 Chips MAC 64 Chips Pilot 96 Chips MAC 64 Chips Idle Slot 1 Slot 1.66.. ms

  42. 1xEV-DO FL 小节 • 用户间为TDMA • 对每个用户都是满功率发射 • 可变数据速率， 38.4kbps ~ 2.4Mbps • 基本单位为1.66..ms slots • Packet大小从 1 slot 到 16 slots • Packet大小取决于数据速率和调制编码方式 • QPSK / 8PSK / 16QAM

  43. 1xEV-DO RL信道分类 RL Traffic Access Pilot MAC Data ACK Pilot Data RRI DRC RRI Reverse Rate Indicator DRC Data Rate Control

  44. 1xEV-DO RL 业务信道packet格式 物理层 Packet (256,512,1024,2048,or 4096 Bits) MAC 层 Packet 234,490,1002,2026,or 4074 Bits FCS 16 Bits TAIL 6 Bits

  45. 1xEV-DO RL 特点 • 用户之间为CDMA，同IS-95/1x • 可变数据速率： 9.6kbps ~ 153.6kbps • 物理层packet为 26.66..ms • 所有数据速率都为BPSK调制

  46. 提纲 • cdma2000 1x 系统 • 特点，体系结构，接入过程，软切换 • cdma2000 1xEV-DO（ HDR ）系统 • 特点，体系结构，工作过程 • cdma2000 1xEV-DV 系统 • 特点，体系结构，工作过程

  47. 背景（1） • DV = Data & Voice • 对1x EV-DV的要求 • 核心网 • 1xEV-DV规范应与ANSI-41核心网标准兼容 • 根据MC MAP规范,1xEV-DV规范不应排除对GSM MAP核心网的支持并应与之兼容。 • 系统容量和信息数据速率 • 同时发生的话音呼叫至少是cdma2000的两倍。 • 对于任何处于室外高速车载环境的用户，峰值数据速率如下 • FL至少1.25Mbps； • RL至少1.25Mbps； • FL和RL要求必须同时满足 • 在室外高速车载环境下，满负荷系统每扇区平均数据速率如下 • FL至少600Kbps • RL至少600Kbps。 • FL和RL要求必须同时满足。

  48. 背景（2） • 对1x EV-DV的要求 • 系统容量和信息数据速率 • 对于任何处于步行速率环境的用户，峰值数据速率如下 • 前向数据传送信道至少达到2Mbps • 反向数据传送信道至少达到2Mbps • 前向和反向信道要求必须同时满足。 • 对于处于室内静止环境的用户，峰值（即最大瞬时值）数据速率如下 • 前向数据传送信道至少达到2Mbps。 • 反向数据传送信道至少达到2Mbps。 • 前向和反向信道要求必须同时满足。 • 以上所列地所有要求，前向和反向信道的对称和不对称模式均应支持 • 当1x EV-DV工作于3x无线配置下，对于系统性能的要求（峰值和系统均值）应按技术标准发展组规定的方式成比例放大。

  49. 背景（3） • 对1x EV-DV的要求 • 一般要求 • 对于给定的射频环境和系统负荷，在满足QoS要求的同时，自适应地调整数据传输速率和操作参数，使得系统容量达到最大。 • 支持QoS要求不断变化的业务，包括在多条/一条信道上传输的话音、视频和数据。 • 在工作于1x EV-DV的扇区和工作于cdma2000标准族其它标准的扇区之间进行切换。当两个扇区支持相等的数据和话音业务时，需要满足这一要求，（当这两个扇区提供不同的容量时，QoS或数据速率会有所不同）。 • 每个用户有多个同时发生的分组数据进程。 • 支持已有的话音和分组数据服务功能。 • 存在一种工作模式使得话音质量达到或超过cdma2000系统。 • 使用现有的基站天线满足此处所述的全部系统容量、信息数据速率和无线环境的要求。 • 支持现有的cdma2000语音编码器。 • 不应排除对GSM全速语音编码器的AMR编码器的支持。

  50. 背景（4） • 对1x EV-DV的要求 • 无线环境 • 当基站位置、发送功率和基站天线相同，且移动台具有相同的天线增益时，1xEV－DV规范应能配置系统，使系统覆盖超过之前cdma2000标准族成员所能达到的覆盖。 • 系统频带范围外的发射应满足与cdma2000 1x系统相同的要求。 • 支持1xEV－DV的系统应能支持移动台和固定移动台。 • 兼容性 • 1xEV－DV规范应该许可支持1xEV－DV的扇区向一个服从cdma2000标准族之前版本的移动台提供服务。 • IS－2000码片速率和频段规划必须支持现有的帧长，但这并不排除增加新的帧长。 • 1xEV－DV规范应该允许使用服从cdma2000标准族之前版本的基站的天线配置。 • 互用性 • 1xEV－DV规范应该被一个基于演进的4.0版互用性规范的开放无线接入网络所支持。

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