CDMA通信技术和朗讯科技CDMA系统Word文档下载推荐.docx
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8
图
(一)AMPS与TACS的主要差别
∙TDMA是数字通信的主要多址方式,采用时域分割,在FDMA工作频段的基础上,在给定频带的最高数据速率条件下,将传送时间划分成若干个时间间隔(即为时隙),一个用户使用一个给定的时隙,在接收端利用时间选通门提取信号,实现多址通信。
例如北美的D-AMPS,30KHZ分成6个时隙,同时支持3个呼叫;
欧洲的GSM,将200KHZ划分成8个时隙,支持8个呼叫。
如图
(二)所示。
D-AMPS(IS-136)
GSM
调制
/4-DQPSK(8-PSK)
GMSK
帧长(ms)
40
4.615
每帧时隙
6
语音编码
VSELP(ACELP)
PRE-LTP
最大可能数据速率(kbps)
43.2
115.2-182.4
图
(一)D-AMPS与GSM的主要差别
不管是FDMA还是TDMA均存在复杂的频率复用及RF设计。
∙CDMA是通过比传送数据速率高得多的特殊编码来调制信息,将数据带宽大大扩展后再进行传输,不同用户使用相同载频但使用互不干扰的不同编码,即在同频同时的条件下各个接受机根据信号码型之间的差异提取信号,实现多址通信。
目前窄带CDMA(IS-95)频道的划分基于AMPS(如图三所示),系统中多用户工作于同一载频,利用扩频有效的利用有限的频带宽,最终带宽扩展为1.23MHZ,同时利用三种相关编码(PNOffsetCode,WalshCode,42-bitsLongCode)进行调制/解调来区分每个用户;
将来宽带CDMA可将带宽扩展为5MHZ、10MHZ、15MHZ、20MHZ。
CDMA信道编号
(AMPS信道编号)
基站接收频率
(MHZ)
基站发送频率
蜂窝频带
283(主载频)
833.49
878.49
A
384(主载频)
836.52
881.52
B
691(次载频)
845.73
890.73
777(次载频)
848.31
893.31
图(三)CDMA信道分配
二、CDMA主要技术参数
CDMA建立在正交编码、相关接收的基础上,利用扩频通信原理实现多址通信,其主要技术参数如图四所示
频段(MHZ)
824-849(基站收),869-894(基站发)
频带间隔
1,25MHZ
扩频方式
DS-PN
扩频码元速率
1.2288Mchips/s
帧长(ms)
20
可变语音编码及话音激活
速率(kbps)
QCELP/CELP
8,13
数据调制速率(kbps)
1.2/1.8,2.4/3.6,4.8/7.2,9.6/14.4
调制方式
QPSK,64-AryOQPSK
数据速率(kbps)
9.6/14.4(IS-95A),64/115.2(IS-95B)
图(四)CDMA主要技术参数
三、CDMA关键技术
1、直接序列扩频:
信息承载信号被一个高码片速率的扩展码相乘。
CDMA利用自相关性非常大而互相关性小的码序列作为地址码,对已被原始用户信息信号调制的载频进行二次调制,扩展其信号频谱。
IS-95采用180度相移键控QPSK。
有效的降低功率谱密度提高信噪比,保密性好,同时用户共用同一宽带频谱不存在互调干扰。
CDMA采用三层编码结构:
用户码(42比特长码)、基站码(15比特时间偏移码)、信道的正交码(64正交walsh码)。
2、多种分集技术
分集合成技术是指系统提供二个或更多个输入信号到接收端,这些输入信号的衰落各不相关,系统分别接收它们再将它们合成处理后进行判决,大大降低衰落对信号的影响。
依据衰落的频率、时间和空间的选择性,相应有频率分集、时间分集和空间分集。
∙空间分集通过几个独立天线或在不同位置分别发射和接收信号,采用选择性合成技术总是选择信号较强的一个输出,降低了地形等因素对信号的影响。
CDMA越区软切换就是空间分集的一个有利例证。
∙CDMA采用扩频技术,根据宽带信号不会在使用频率均衰落这一特性,其宽带传输即为频率分集,克服了因信号传送的多条路径以及用户的移动性带来的多径衰落。
∙CDMA利用交织编码、纠错和检错编码等技术在不同时隙发送信号,利用衰落的时间选择性来进行时间分集。
∙同时CDMA采用RAKE接受机(基站采用4finger接受机,手机采用3finger接受机)分别接收时延较大的不同路径强信号然后合并,采用数字判别恢复信号。
CDMA采用多种分集技术减少衰落对信号的影响,获取高质量的通信。
3、自动功率控制
FDMA和TDMA依靠用户占用不同的频率和时隙来区分用户,而CDMA依靠地址码来解扩,依据功率来区分信号。
对于移动通信中,假设基站覆盖小区中所有用户均以相同功率发射,则靠近基站的手机信号到达基站的功率较强,而远离基站的手机信号较弱,强信号掩盖弱信号,称为远近效应。
这对于CDMA影响尤为突出。
CDMA只有通过自动功率控制来克服远近效应。
∙上行链路(手机至基站)功率控制:
一方面通过手机对其发射功率的开环估计(手机估计从基站到手机的路径损耗以及根据收到的基站功率发送第一个功率试验值),另一方面通过基站辅助闭环控制(基站检测从手机来的信噪比,并与系统设置的信噪比进行比较产生功率校正命令发送给手机),来保证所有手机信号到达基站时具有相同功率。
∙下行链路(基站到手机)采用功率控制技术克服同频干扰:
基站估计下行链路的传输损耗,分配给每个业务信道一定的初始功率,然后周期性的减少发射功率直至手机发出增加功率请求。
4、相关接收
CDMA在接收端将高频扩频信号变成中频信号时,噪声和干扰的功率大于有用信号功率,这时必须依靠地址码的相关特性将有用信号提取出来。
采用匹配滤波器使有用信号匹配输出,而噪声和干扰由于未匹配而被抑制,从而得到最大的信噪比。
5、语音编码
语音编码包括波形编码(采用线性预测技术,尽可能地重现原始语音波形,语音质量高但传输的比特数多)和参数编码(依据人类语音生成模型为基础分析表征语音的特征参数并传送这些参数,在接收端合成恢复,比特数降低但语音质量不高),因此目前多混合使用这二种编码采用码激励线性预测编码CELP、矢量和激励线性预测编码VSELP。
同时存在可变速率话音编码器,提供4种速率在话音间歇期减少传输速率并降低发射功率,减少干扰,
6、容量softblocking特性
CDMA确定系统容量的重要参数为Eb/No,Eb为有用信号每比特能量,No为干扰和噪声总和的功率谱密度;
系统忙时用户增多,Eb/No降低,通信质量下降;
系统闲时,用户减少,Eb/No增加,通信质量提高。
7、越区软切换
CDMA所有覆盖小区均采用同一频带,同时存在RAKE接受机,手机在小区之间的移动不须进行频率和时隙的改换,是一种软切换。
8、可靠前向纠错
在IS-95系统中,采用卷积码和维特比译码来实现差错控制算法
--前向:
卷积编码的码率为1/2约束长度为9
--反向:
卷积编码的码率为1/3约束长度为9
另外除导频信道以外,其他所有信道信息在传送前都要加入用于接收较验的循环较验信息;
同时业务信道中加入用于标识帧质量的循环较验。
四、CDMA系统结构参考模型
CDMA系统中各个实体和相关接口如图五所示。
VLR
BD
UmACH
EAiDiPN
AC:
鉴权中心BS:
基站HLR:
归属位置寄存器
ISDN:
综合数字业务网MC:
短消息中心MS:
移动台(手机)
MSC:
移动交换中心PSTN:
公用交换电话网
VLR:
拜访位置寄存器
图(五)CDMA系统参考模型
D
H
C
五、IS-95空中接口分层结构
IS-95是一种与AMPS模拟制式相兼容的双模空中接口标准。
其中IS-95A标准在一个业务信道上只能使用一个扩谱码,而1998年完成的IS-95B为了获得更高的比特率可以连续使用八个扩谱码,最大比特率达到115.2kbps。
IS-95分层结构如下:
第三层:
包括DTAP部分和BSMAP部分,主要包括呼叫处理、无线资源管理、移动性管理和地面电路管理。
其中DTAP消息并不透明传输,可以支持多种空中接口。
第二层:
基于中国No.7信令系统的MTP。
第一层:
采用数字传输,速率2048kbps
如图六所示
BSMSC
DTAP
BSMAP
分配子层
SCCP
MTP
物理子层
A接口
图(六)A接口信令协议参考模型
六、CDMA信道
前向(基站至手机)CDMA信道由导频信道、同步信道、寻呼信道和前向业务信道组成。
反向(手机至基站)信道由接入信道(寻呼信道的反向)和反向业务信道组成。
∙导频信道调制于Walsh码0,再用PN码进行扩频调制;
消耗基站功率15%.
∙同步信道经由卷积编码、符号重复、块交织后,调制于Walsh码32和PN扩频码;
消耗基站功率1.5%。
∙寻呼信道消息经由卷积编码、符号重复、块交织后,用42比特长码覆盖对用户消息进行保密,然后调制于Walsh码1至7(一般只用一个寻呼信道调制于码1,其他码可用于业务信道)和PN扩频码。
每个消耗基站功率5.5%.
∙业务信道信息经由卷积编码、符号重复、块交织后,用42比特长码覆盖并加入功率控制比特,然后调制于其他Walsh码和PN扩频码。
消耗剩余基站功率。
导频和同步信道用于移动台初始化时捕捉基站和同步信号。
寻呼信道用于传送命令到手机以及接收手机呼叫请求。
寻呼信道用于手机传送控制信息到基站。
业务信道用于在基站和手机之间传送用户和信令信息。
第二章、朗讯科技CDMA系统
一、CDMA系统简介
朗讯CDMA系统早在20世纪90年代中期即投入商用,与北美AMPS兼容使用。
称为AutoplexSystem1000,随着高速数据业务的发展,现演变发展为Flexent/AutoplexWirelessNetwork。
朗讯CDMA系统主要由执行蜂窝处理器联合体ECPC、数字蜂窝交换机5EDCS、Flexent基站、应用处理器AP、操作维护平台OMP-FX组成。
如图七/图八所示。
MSC交换中心
IS95:
0,A,JTC
IS54/IS136
IS53/IS104
IS99
Other5ESSSwitches
Operations
Network
Intelligent
Network
(SCP,SCE,SMS,
SCN,HLR,etc)
SNMP
SS7
AP-RCS
OMP
TCP/IP
DCI
IS41,
WIN
ECPC
STP
FlexentCSs
INAP
PSTN
TUP,ISUP,
MF,DTMF
E1
5ESSSwitch
R2MF,
X.25
IS41
IS41-A,B,C...
Other
Cellular
Message
Center
Billing
System
Voice
Mail
2781
图(七)FLEXENT/AUTOPLEX网络结构和开放接口
其他5EDCS
SS7E1
SS7
E1
E1
SS7E1
Ethernet
DCI
FLEXENT
MicroCell
5EDCS
APC
ModularCell
ECP
Complex
5100MicroMini
OMP-FX
分组管PP:
基站控制:
图(八)朗讯CDMA产品结构
二、FLEXENT网络技术特点
1、分组管应用—PacketPipe
为了配合CDMA空中接口的打包方式,同时减少交换机和基站之间的E1线路数目,以分组管在交换机和基站之间采用帧中继分组传输技术传送话音包。
不仅大大提高了中继的利用率,而且可以作为3G宽带分组ATM核心网络的基础。
每个PP可由1-16个时隙组成如图九所示。
其中13Kbps语音编码器语音质量与有线用户几乎一样,但牺牲了基站覆盖范围和容量;
8Kbps语音编码器不影响基站覆盖范围和容量,但语音质量稍差,而8KEVRC近似13K语音质量。
PP中时隙数目
时隙速率64Kbps,支持呼叫数
RateSetIVoiceCalls
(8K或EVRC语音编码器)
RateSetIIVoiceCalls
(13K语音编码器)
1
2
7
5
3
12
4
16
11
21
15
26
19
32
23
36
9
41
47
34
53
39
57
42
13
62
45
14
67
49
72
78
语音编码器类型
RatioofCallsperPP
13K
2.5to1
8K
3.5to1
图(九)分组管容量和每个PP呼叫比率
2、全球定位系统---GPS
FLEXENT基站利用GPS获取同步信号19.6608MHZ,GPS是目前达到预期频谱效率的最好的同步手段。
三、执行蜂窝处理器组合体ECPC
ECPC由执行蜂窝处理器ECP和内部信息环处理交换器IMS构成,如图九所示。
下面分别介绍这二个单元。
RPCN00
DLN
EIN
ACDN
SS7N
600,000
BHCA
CU0
CU1
CDNII
RPCN32
APCC
基站
其它网络或系统
图(九)ECPC组成
1、ECP–ExecutiveCellularProcessor
为3B21D处理器,提供整个系统的操作、管理和维护以及数据存贮。
包括控制单元和外围单元,每个ECPC支持600KBHCA,若每线用户1.8BHCA则大约支持333K用户;
支持500KHLR和700KVLR;
16个5EDCS;
192个ModularCell或1152个MicroCell。
∙控制单元采用主备用工作方式:
CU0和CU1,通过直接内存访问电路DMA提供与外围单元接口。
∙外围单元包括SCSI硬盘/磁带机和IOP外设,允许维护人员与系统通信,可以对ECP和IMS硬件进行日常维护以及HLR/VLR数据库访问
其机柜结构和硬件电路配置与5EDCSAM机柜几乎完全相同,只是装载的程序和数据不同。
2、IMS–InterprocessMessageSwitch
IMS为令牌环工作方式,提供呼叫处理能力和传送不同处理器之间消息,连接整个系统中各个组成部分。
令牌环采用BUS0和BUS1双环冗余工作,传输速率64Mbps,IMS最大配置64个RINGGROUP(编号从0到63),RG配对出现,依次为RG00/RG32、RG01/RG33、RG02/RG34直至RG30/RG62,每个RG最多由16个节点组成编号为00到15,这些节点功能分别如下:
节点名称
功能
令牌环外围控制节点---RPCN
只存在一对位于RG00/RG32,提供数据链路与ECPCU0和CU1通信。
直接链路节点
---DLN
只存在一对位于RG00/RG32,协助CC7信令消息在SS7N和CDN之间传送。
呼叫处理数据库节点
---CDNIIX/CDNIII
提供272M/544M内存存贮HLR/VLR,支持无线呼叫处理;
其中至少一个为ACDN(呼叫处理数据库管理节点)用于话务分配和均衡。
目前IMS支持2-12个节点配置。
7号信令节点
---SS7N
与5EDCS、PSTN等交换机通信传送7号信令消息。
一个节点支持一个交换机连接。
目前IMS支持96个配置。
以太接口节点
---EIN
与应用处理器AP通信传送基站控制信息。
一个节点支持一个AP。
目前IMS支持24个配置.
3、ECP和IMS硬件机柜主要配置如下图所示。
四、5ESS数字蜂窝交换机DCS
5EDCS在ECPC的控制下运作,完成与PSTN等其他网络间呼叫交换。
每个5EDCS话务处理能力大于450KBHCA/20K爱尔兰。
由下列单元组成:
∙管理模块AM---为3B21D处理器,几乎与ECP完全相同,是DCS的主处理器。
支持有线呼叫处理。
∙通信模块CM---提供不同模块间(AM与SM,SM与SM)通信路径,完成空分交换,提供时钟信号。
∙交换模块SM2000---提供分组管、中继连接,语音处理。
与用于PSTN的交换模块相比,主要差别在于分组交换单元2(PSU2)和回声消除信号单元ECSU的配置。
1、PSU2结构
PSU2与PSTN应用的PSU硬件配置比较如下图所示:
PSU2
PSU
每个PSU2最多5个SHELVES
分组总线PB传输速率为100Mbps
每个PSU最多5个SHELVES
分组总线PB传输速率为10Mbps
CF2(只位于SHELF0)–TN1843
CF(只位于SHELF0)–TN1082B
PF2–UN396
PF–TN1083C
DFMP–UN399(4对PIDB)
DF–UN192D(6对DPIDB,1对PIDB)
PH3–TN1371C
(可由PH22进行换代)
PH4–TN1846
(将来可用PH22换代)
PHV1--TN1844(8K语音编码器)
PHV2–TN1856(13K语音编码器)
PHV3/PHV4/PHV5
PHA–TN1845
PI2–UN395
PI–TN1042B
以上PSU2各电路功能如下,:
∙CF2/DF2/PF2---PSU2的公共控制单元,与进行模块处理器通信,工作于主备用方式。
∙PI2---与进行模块处理器接口缓冲存放分组数据。
∙PHV---语音编码器协议处理器,完成64KbpsPCM数据与8K或13K分组数据转换,并具有帧选择功能协助完成软切换。
不同的PHV提供不同的语音编码速率,每个编码器支持一个呼叫。
∙PHV1---提供12个8Kbps语音编码器
∙PHV2---提供12个13Kbps语音编码器
∙PHV3---提供16个8KEVRC/13K语音编码器
∙PHV4---提供32个8KEVRC/13K语音编码器
∙PHV5---提供64个8KEVRC/13K语音编码器
∙PH4---帧中继协议处理器(FRPH),终接基站传送过来的分组管数据,并对收到的分组包进行CRC较验。
∙PH22---PH4的更新换代协议处理器,处理能力约为PH4的3倍。
∙PHA---ATM协议处理器,用于PSU3间、不同交换模块间以及不同交换机之间分组数据传送,传输速率为155Mbps,
图十一显示了PSU2的功能结构。
MSC
5ESS-2000SwitchDCS
SM2000
PacketSwitchUnit2(PSU2)
DFI
PHV
PB
PH4
PHA
分组管