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CDMA2000 的结构和空中接口

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CDMA2000 的结构和空中接口

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  1. CDMA2000的结构和空中接口 无线定位与空间测量研究所 田增山 无线定位与空间测量研究所 田增山

  2. 主要内容 • CDMA2000的发展历程 • CDMA总体结构 • 物理信道的种类和功能 • 前向物理信道 • 前向公共物理信道 • 前向专用物理信道 • 反向物理信道 • 反向公共物理信道 • 反向专用物理信道 无线定位与空间测量研究所 田增山

  3. 第一节CDMA2000发展历程 • IS-95 • CDMA2001x • CDMA2001xEV-Do • CDMA2001xEV-DV 无线定位与空间测量研究所 田增山

  4. 演进图 无线定位与空间测量研究所 田增山

  5. 1.IS-95A IS-95A是CDMA标准系列中第一个商用的标准。大约在1995年下半年,我国香港的CDMA网络成为全世界第一个开通的CDMA商用网络。从技术角度来说,IS-95A技术完全是一种第二代移动通信技术,它主要支持语音业务。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  6. IS-95A IS-95A商用几年以后,市场对数据业务的需求逐渐显现出来。在这种条件下,美国电信工业协会(TIA)制定了IS-95B标准。IS-95B通过将多个低速信道捆绑在一起来提供中高速的数据业务。IS-95B并没有引入新技术。 前向信道:4个 导频、同步、寻呼、业务 反向信道:2个 接入、业务 功率控制、软切换、卷积码。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  7. 2.CDMA2000 cdma2000技术,是IS-95技术的演进和发展。按照使用的带宽划分,cdma2000技术有多种工作方式。其中独立使用一个1.25MHz载波的方式叫做cdma2000 1x。将三个1.25MHz载波捆 绑在一起使用的方式叫做cdma20003x。 国际上商用的cdma2000系统都采用cdma 1x技术。虽然理论上存在cdma2000 3x系统,但在这个领域开展的研究非常少。目前国际上的研究重点是1x演进(1xEV)系统,即在cdma2000 lx基础上的演进系统。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  8. CDMA2000 1x 1x EV系统分为两个阶段,即1x演进数据业务(1x EV-DO)和1x演进数据话音业务(1x EV-DV)。DO是Data Only的缩写,1x EV-DO通过引入一系列新技术,提高了数据业务的性能。DV是Data and Voice的缩写,1x EV-DV同时改善了数据业务和语音业务的性能。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  9. cdma2000 1x cdma2000 1x技术在IS-95技术上采用了一系列新技术,大大地提高了系统的性能。 cdma2000采用的新技术包括: • 反向导频 • 前向快速功控 • Turbo码 • 传输分集发射。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  10. cdma2000 1x 反向导频信道使反向信道可以进行相干解调,它比IS-95系统反向信道所采用的非相关解调技术提高约3dB增益,相应地反向链路容量提高1倍。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  11. cdma2000 1x 前向快速功控可以使前向信道也进行快速的闭环功率控制,较IS-95系统前向信道只能进行较慢速的功控相比,大大提高了前向信道的容量,并且节约了基站耗电。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  12. cdma2000 1x cdma2000 1x的前向信道还可以采用传输分集发射,提高了信道的抗衰落能力,改善了前向信道的信号质量。 总之,cdma2000 1x前向信道采用了传输分集发射技术和前向快速功控后,前向信道的容量约为IS-95系统的2倍。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  13. cdma2000 1x 同时,在cdma2000 1x中,业务信道还可以采用Turbo码,因为信道编码采用Turbo码比采用卷积码具有平均2dB的增益,因此cdma2000 1x系统的容量还能平均提高到未采用Turbo码时的1.6倍。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  14. cdma2000 1x 从理论分析结果来看,如果用于传送语音业务,cdma2000 1x的系统的总容量是IS-95系统的2倍;如果传送数换业务,cdma2000 lx的系统总容量是IS-95系统的3.2倍。而且,在cdma2000 lx中引入了快速寻呼信道,极大地减小了移动台的电源消耗,提高了移动台的待机时间。支持cdma2000 lx的移动台的待机时间是IS-95移动台待机时间的15倍或更多。 cdma2000还定义了新的接入方式,可以减少呼叫建立时间,并减少移动台在接入过程中对其他用户的干扰。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  15. cdma2000 1x 我们知道,数据业务和语音业务是两种不同类型的业务。他们的主要区别在于对服务质量(QoS)的要求不同。数据业务是非实时性的业务,允许有一定的时延。另外,数据业务有突发性,不必长时间地占有固定的信道。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  16. 3.cdma2000 1x EV-DO 利用数据业务的特性,1x EV-DO对原来的cdma2000系统作了重大修改。1x EV-DO系统将码分多址方式改为了时分多址方式。也就是说,在1x EV-DO系统中,一个时刻只有一个用户在接受服务,不同用户在不同的时刻接受服务。这样,当用户没有数据传输的时候,就不必给用户分配信道。而cdma2000系统需要维持一个业务信道(FCH)信道,很长时间才能释放。但是,原来的CDMA技术仍然保留在1x EV-DO的调制解调和扩频方式中,这就保留了原来CDMA技术抗多径干扰的特性。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  17. cdma2000 1x EV-DO 显然,为了提高系统的性能,系统应当优先向无线环境比较好的用户提供服务,这样,处于较差无线环境的用户可能长时间得不到服务。因此,1x EV-DO系统还引入了“调度” 的概念,在保证系统综合性能最大的同时,所有用户都能获得适当的服务。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  18. cdma2000 1x EV-DO 另外一个重大的改进是放弃了软切换技术。我们知道,软切换是CDMA最关键的技术之一。在软切换状态的时候,移动合同时与两个或两个以上的基站联系。所以,软切换占用了多个基站的资源,并要求这几个基站之间严格同步。这是非常高的技术要求。在1x EV-DO系统中,移动台选择信号质量最好的基站,信息通过这个质量最好的基站发送给移动台。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  19. 无线定位与空间测量研究所 田增山

  20. cdma2000 1x EV-DO 在图中,三种不同的颜色表示三个不同的用户。上方的箭头表示基站始终在以最大功率发送信息,但在不同时刻,信息是发送给不同用户的。从用户角度来看,移动台需要不断地评估当前的信道质量,根据信道质量确定适合的数据速率,并将该数据报告给基站(图中用小箭头表示)。基站根据各移动台报告的情况和业务量分配一定的时隙和信道给用户使用。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  21. cdma2000 1x EV-DO 通过采用上述一系列新技术和其他一些新技术, 1x EV-DO系统的性能达到了前所未有的高度。最高速率达2.4Mbps,相当于cdma20O0 1x系统8倍,而平均速率约为650kbps,相当于cdma20O0 1x系统的3倍。 但是,也正是由于这些新的技术破坏了与cdma20O0 1x系统的完全前向兼容性,1x EV-DO技术必须使用独立的载波。由于射频参数相同,两个系统还是可以共享相同的天线等射频设备。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  22. cdma2000 1x EV-DO 1x EV-DO技术引入了很大新的技术而需要使用独立载波,这给运营商带来了巨大的不便。是否能够重新将数据业务和语音业务合并到一个载波中呢?这是1x EV-DV技术的出发点。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  23. 4.cdma2000 1x EV-DV 语音业务是低速率、低带宽要求,时延要求较高的业务;所以CDMA系统采用功率控制的方法来分配资源。为了确保前向兼容性,功率控制的方式必须保留。 数据业务是突发性的业务,对时延要求较低;所以1x EV-DV采用速率控制和“调度”方法来分配资源。 要将数据业务和语音业务合并到一个载波中,实际上是将两种控制方式结合在一起。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  24. 无线定位与空间测量研究所 田增山

  25. cdma2000 1x EV-DV 图中展示了一个简化的系统,其中包括一个基站,一个数据业务用户和一些语音用户。 在这个系统中,基站仍然广播式地发送导频信息,这与IS-95和cdma2000系统相同,保证前向兼容与以前的移动台。同时,基站还需要广播Walsh函数信息,为数据传输作准备。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  26. cdma2000 1x EV-DV 语音用户仍然象IS-95和cdma2000技术一样,需要向基站发送功率控制信息。 数据用户与1x EV-DO技术一样,需要向基站报告无线环境情况,与1x EV-DO不同的是,EV-DV不再包括选定的数据速率,而是直接向基站报告当前的载波干扰比以反映当前的信道质量。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  27. cdma2000 1x EV-DV 基站在收到语音用户和数据用户发送来的信息以后,需要分析无线资源的使用情况首先将无线资源分配给语音用户,然后将剩余资源分配给数据用户,并用信令通知数据用户。 1x EV-DV技术用这种方式既保证了前向兼容,又充分挖掘了无线资源的潜力,提高了数据传输速率。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  28. 第二节CDMA2000总体结构和接口 • 无线部分 • 核心网电路域 • 核心网分组域 • 智能网:鉴权、业务控制等功能 • 短消息中心 • 无线应用协议 • 定位 • A接口 无线定位与空间测量研究所 田增山

  29. 无线定位与空间测量研究所 田增山

  30. CDMA2000包括以下功能模块: • 无线部分 • 核心网电路域 • 核心网分组域 • 智能网:鉴权、业务控制等功能 • 短消息中心 • 无线应用协议 • 定位 无线定位与空间测量研究所 田增山

  31. 1.无线部分 无线部分包括: • 基站控制器(BSC) • 基站收发信系统(BTS) • 分组控制功能(PCF) 其中BTS主要负责收发空中接口的无线帧;BSC主要负责对其所管辖的多个BTS进行管理,将话音和数据分别转发给移动交换中心(MSC)和分组控制功能(PCF),也接收分别来自MSC和PCF的话音和数据。该部分为基本配置。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  32. 无线部分 PCF主要负责与分组数据业务有关的无线资源的控制。它是cdma2000系统中为了支持分组数据而新增加的部分,因此,它也可以看作分组域的一个组成部分。但大多数厂商在开发产品的时候,将它与BSC做在一起,所以这里将它放在无线部分中。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  33. 2.核心网电路域 核心网电路域包括: • 移动交换中心(MSC) • 拜访位置寄存器(VLR) • 归属位置寄存器(HLR) • 鉴权中心(AC)等。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  34. 3.核心网分组域 核心网分组域包括: • 分组控制功能(PCF); • 分组数据服务节点(PDSN); • 认证、授权和计费(AAA); • 归属代理(HA)。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  35. 核心网分组域 其中PCF负责与BSC配合,完成与分组数据有关的无线信道控制功能。 PDSN负责管理用户通信状态,转发用户数据。 AAA负责管理用户,包括用户的权限、开通的业务等信息。目前,AAA采用的主要协议为远程鉴权拨号用户业务(RADIUS),所以在某些文件中,AAA也可以直接叫做RADIUS服务器。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  36. 核心网分组域 当使用简单因特网协议(IP)时,分组域包括PCF、PDSN和RADIUS。该部分为基本配置。 当使用移动IP协议时,分组域还应在简单IP基础上,增加HA。HA负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户,并实现PDSN之间的宏移动管理。同时,PDSN还应增加外地代理(FA)功能,负责提供隧道出口,并将数据解封装后发往移动台。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  37. 4.A接口部分 A接口是基站子系统与核心网间的接口。在第二代移动通信系统中,A接口仅仅是MSC和BSC间的接口。 在第三代移动通信系统中,由于增加了分组数据业务,A接口还增加了BSC与分组网络间的接口。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  38. A接口部分 无线定位与空间测量研究所 田增山

  39. A接口部分 A接口包括4个组成部分: • A1/A2/A5:BSC-MSC • A3/A7: BSC-BSC • A8/A9: BSC-PCF • A10/A11:PCF-PDSN 无线定位与空间测量研究所 田增山

  40. A接口部分 • A1/A2/A5是BSC和MSC间的接口。 • A1是控制信令部分,它使用七号信令中的消息传递部分(MTP)和信令连接控制部分(SCCP)作为承载。 • A2是语音部分,采用64K PCM电路。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  41. A接口部分 • A5是电路型数据,它在64K PCM电路的基础上定义了一个简单的协议,用来传输数据。从系统结构上看,CDMA和cdma2000在这个接口上是完全一样的。cdma2000主要增加了相关的控制信令。这是保证cdma2000平滑过渡的重要技术手段。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  42. A接口部分 • A3/A7是两个基站控制器间的接口。这个接口主要是为了支持两个BSC间的软切换。其中A3接口传递业务信息,而A7接口传递控制信令信息。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  43. A接口部分 • A8/A9是BSC和PCF的接口。 大多数厂商都将PCF和BSC做在一个物理实体中,所以这里不详细讨论这个接口。 • A10/A11是PCF和PDSN间的接口。实际上,这个接口是cdma2000系统中无线部分和分组部分的连接点。在这个接口中,AlO负责传递业务, 而A11负责传递信令。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  44. 第三节cdma2000空中接口概述 • 基本概念 • 物理信道的种类 • 反向物理信道 • 前向物理信道 无线定位与空间测量研究所 田增山

  45. 1.基本概念 • 物理信道和逻辑信道 每个时隙称为一个物理信道,可以用于信令的传输,称控制时隙;也可以用于传输用户信息,称通信时隙。每个物理信道中可以包含一个或多个逻辑信道,视逻辑信道需要的比特数确定。常常在一个物理信道中同时安排信息和控制这两种逻辑信道。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  46. 1.基本概念 逻辑信道由物理信道上传递的信息组成,用以完成特定的功能或者指有某种功能的数据组,如用于用户信息的信息(业务)信道或呼叫控制的控制(信令)信道。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  47. 1.基本概念 逻辑信道命名约定。一个逻辑信道名包括3个小写字母,后跟“ch”。第一个字母的后面有一个连字符。下表显示了用于该系列标准中的逻辑信道命名规则。例如,前向专用业务信道表示为f-dtch。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  48. 1.基本概念 物理信道命名约定。物理信道由大写字母缩写表示。和逻辑信道的情况一样, 信道名称的第一个字母表示信道的方向(前向或反向)。例如,前向基本信道的物理信道名为F-FCH。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  49. 1.基本概念 cdma2000的物理层处于其体系结构的最底层,它通过各种物理信道,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。 无线定位与空间测量研究所 田增山

  50. 1.基本概念 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(IS-95)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。 无线定位与空间测量研究所 田增山