CDMA通信技术和朗讯科技CDMA系统.docx
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CDMA通信技术和朗讯科技CDMA系统
CDMA通信技术和朗讯科技CDMA系统
青岛朗讯培训中心宋红彦
随着现代通信的进展,在任一时刻,任一地址能与任一对象进行各类信息交流已成为现代通信理所固然的目标。
因此促使移动通信技术进展异样迅速并日渐成熟。
从20世纪70年代末蜂窝移动通信的问世到现今21世纪CDMA技术应用,移动通信经历了模拟时期如北美的AMPS、欧洲的TACS、瑞典的NMT-900、日本的HCMTS/MCMTS和无绳CT-1;数字时期如北美的D-AMPS、欧洲的GSM、日本的JDC直至现今WS-CDMA/CDMA2000等。
在从模拟到数字的转变进程中经历了多址通信技术的进展:
频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA。
CDMA系统是20世纪80年代末90年代初由Qualcomm公司开发实验的,由于其能有效的降低人为干扰、窄带干扰、多径干扰的阻碍,采纳语音激活技术、各种分集技术、各小区间均利用同一频率无需频率治理和指配、实现软切换,大大增加了系统容量和系统抗干扰能力。
而且知足了日趋激增的对移动通信非话业务的需求。
最典型的是IS-95CDMA蜂窝移动通信系统。
本文将对多址通信、IS-95CDMA系统技术原理和关键技术作相应介绍后,将重点介绍朗讯科技CDMA系统的应用和组成。
第一章、CDMA通信技术
一、多址通信方式
传统的无线通信是成立在点对点的通信基础上的,而现代通信为了实现任意呼唤某一用户的目的慢慢转向多址通信。
在射频信号可分割理论基础上,在发送端信号复合,在接收端信号分离,要求各个信号之间必需线性相关且彼此正交。
即许多移动用户共用一个宽带信道,任意二个移动用户可占用任一指定射频信道,进行彼此通信而不阻碍其他用户。
目前常见的多址通信方式有频分多址的FDMA方式、时分多址的TDMA方式和码分多址的CDMA方式。
∙FDMA采纳频率分割,将利用频段划分成假设干个极窄子频的频道,一个用户分派一个固定频道,利用调频方式在该频道内传送信息,在接收端采纳滤波器将不同信号分离,实现多址通信,为模拟方式。
例如北美的APMS利用800MHZ
频段频率资源,每一个频道占用带宽30KHZ;欧洲的TACS利用900MHZ频段频率,每一个频道占用带宽25KHZ。
如以下图（一所示。
图（一AMPS与TACS的要紧不同
∙TDMA是数字通信的要紧多址方式,采历时域分割,在FDMA工作频段的基
础上,在给定频带的最高数据速度条件下,将传送时刻划分成假设干个时刻距离（即为时隙,一个用户利用一个给定的时隙,在接收端利历时刻选通门提取信号,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个呼唤;欧洲的GSM,将200KHZ划分成8个时隙,支持8个呼唤。
如图（二所示。
图（一D-AMPS与GSM的要紧不同
不管是FDMA仍是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度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,不同用户利用相同载频但利用互不干扰的不同编码,即在同频同时的条件下各个同意机依照信号码型之间的不同提取信号,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-bits
LongCode进行调制/解调来区分每一个用户;以后宽带CDMA可将带宽扩展为5MHZ、10MHZ、15MHZ、20MHZ。
图（三CDMA信道分派
二、CDMA要紧技术参数
CDMA成立在正交编码、相关接收的基础上,利用扩频通信原理实现多址通信,其要紧技术参数如图四所示
图（四CDMA要紧技术参数
三、CDMA关键技术
一、直接序列扩频:
信息承载信号被一个高码片速度的扩展码相乘。
CDMA利用自相关性超级大而相互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采纳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采纳三层编码结构:
用户码（42比特长码、基站码（15比特时刻偏移码、信道的正交码（64正交walsh码。
二、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,系统别离接收它们再将它们合成处置后进行裁决,大大降低衰落对信号的阻碍。
依据衰落的频率、时刻和空间的选择性,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别离发射和接收信号,采纳选择性合成技术老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越区软切换确实是空间分集的一个有利例证。
∙CDMA采纳扩频技术,依照宽带信号可不能在利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途径和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,利用衰落的时刻选择性来进行时刻分集。
∙同时CDMA采纳RAKE同意机（基站采纳4finger同意机,电话采纳3finger同意机别离接收时延较大的不同途径强信号然后归并,采纳数字判别恢复信号。
CDMA采纳多种分集技术减少衰落对信号的阻碍,获取高质量的通信。
3、自动功率操纵
FDMA和TDMA依托用户占用不同的频率和时隙来区分用户,而CDMA依托地址码来解扩,依据功率来区分信号。
关于移动通信中,假设基站覆盖小区中所有效户均以相同功率发射,那么靠近基站的电话信号抵达基站的功率较强,而远离基站的电话信号较弱,强信号掩盖弱信号,称为远近效应。
这关于CDMA阻碍尤其突出。
CDMA只有通过自动功率操纵来克服远近效应。
∙上行链路（电话至基站功率操纵:
一方面通过电话对其发射功率的开环估计（电话估量从基站得电话的途径损耗和依照收到的基站功率发送第一个功率实验值
另一方面通过基站辅助闭环操纵（基站检测从电话来的信噪比,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,来保证所有电话信号抵达基站时具有相同功率。
∙下行链路（基站得电话采纳功率操纵技术克服同频干扰:
基站估量下行链路的传输损耗,分派给每一个业务信道必然的初始功率,然后周期性的减少发射功率直至电话发出增加功率请求。
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效信号功率,这时必需依托地址码的相关特性将有效信号提掏出来。
采纳匹配滤波器使有效信号匹配输出,而噪声和干扰由于未匹配而被抑制,从而取得最大的信噪比。
五、语音编码
语音编码包括波形编码（采纳线性预测技术,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点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,因此目前多混合利用这二种编码采纳码鼓励线性预测编码CELP、矢量和鼓励线性预测编码VSELP。
同时存在可变速度话音编码器,提供4种速度在话音间歇期减少传输速度并降低发射功率,减少干扰,
六、容量softblocking特性
CDMA确信系统容量的重要参数为Eb/No,Eb为有效信号每比特能量,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所有覆盖小区均采纳同一频带,同时存在RAKE同意机,电话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。
八、靠得住前向纠错
在IS-95系统中,采纳卷积码和维特比译码来实现过失操纵算法
--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
另外除导频信道之外,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。
AC:
鉴权中心BS:
基站HLR:
归属位置寄放器
ISDN:
综合数字业务网MC:
短消息中心MS:
移动台（电话
MSC:
移动互换中心PSTN:
公用互换网
VLR:
造访位置寄放器
图（五CDMA系统参考模型
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利用一个扩谱码,而1998年完成的IS-95B为了取得更高的比特率能够持续利用八个扩谱码,最大比特率达到115.2kbps。
IS-95分层结构如下:
第三层:
包括DTAP部份和BSMAP部份,要紧包括呼唤处置、无线资源治理、
移动性治理和地面电路治理。
其中DTAP消息并非透明传输,能够支持多种空中接口。
第二层:
基于中国No.7信令系统的MTP。
第一层:
采纳数字传输,速度2048kbps
如图六所示
图（六A接口信令协议参考模型
六、CDMA信道
前向（基站至电话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（电话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（一样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。
每一个消耗基站功率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操纵比特,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。
寻呼信道用于传送死令得电话和接收电话呼唤请求。
寻呼信道用于电话传送操纵信息到基站。
业务信道用于在基站和电话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兼容利用。
称为AutoplexSystem1000,随着高速数据业务的进展,现演变进展为Flexent/AutoplexWirelessNetwork。
朗讯CDMA系统要紧由执行蜂窝处置器联合体ECPC、数字蜂窝互换机5EDCS、Flexent基站、应用途理器AP、操作保护平台OMP-FX组成。
如图七/图八所示。
2781
图（七FLEXENT/AUTOPLEX网络结构和开放接口
分组管PP:
基站操纵:
图（八朗讯CDMA产品结构
二、FLEXENT网络技术特点
一、分组管应用—PacketPipe
为了配合CDMA空中接口的打包方式,同时减少互换机和基站之间的E1线路数量,以分组管在互换机和基站之间采纳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,而且能够作为3G宽带分组ATM核心网络的基础。
每一个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,但捐躯了基站覆盖范围和容量;8Kbps语音编码器不阻碍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。
图（九分组管容量和每一个PP呼唤比率
二、全世界定位系统---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腕。
三、执行蜂窝处置器组合体ECPC
ECPC由执行蜂窝处置器ECP和内部信息环处置互换器IMS组成,如图九所示。
下面别离介绍这二个单元。
图（九ECPC组成
一、ECP–ExecutiveCellularProcessor
为3B21D处置器,提供整个系统的操作、治理和保护和数据存贮。
包括控制单元和外围单元,每一个ECPC支持600KBHCA,假设每线用户1.8BHCA那么大约支持333K用户;支持500KHLR和700KVLR;16个5EDCS;192个ModularCell或1152个MicroCell。
∙操纵单元采纳主备用工作方式:
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,许诺保护人员与系统通信,能够对ECP和IMS硬件进行日常保护和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。
二、IMS–InterprocessMessageSwitch
IMS为令牌环工作方式,提供呼唤处置能力和传送不同处置器之间消息,连接整个系统中各个组成部份。
令牌环采纳BUS0和BUS1双环冗余工作,传输速度64Mbps,IMS最大配置64个RINGGROUP（编号从0到63,RG配对显现,依次为RG00/RG3二、RG01/RG33、RG02/RG34直至RG30/RG62,每一个RG最多由16个节点组成编号为00到15,这些节点功能别离如下:
3、ECP和IMS硬件机柜要紧配置如以下图所示。
53452819
GP32
GP32
GP32
GP00
GP00
GP32
0--4
5--9
10--14
0--4
5--9
10--14
四、5ESS数字蜂窝互换机DCS
5EDCS在ECPC的操纵下运作,完成与PSTN等其他网络间呼唤互换。
每一个5EDCS话务处置能力大于450KBHCA/20K爱尔兰。
由以下单元组成:
∙治理模块AM---为3B21D处置器,几乎与ECP完全相同,是DCS的主处置器。
支持有线呼唤处置。
∙通信模块CM---提供不同模块间（AM与SM,SM与SM通信途径,完成空分互换,提供时钟信号。
∙互换模块SM2000---提供分组管、中继连接,语音处置。
与用于PSTN的互换模块相较,要紧不同在于分组互换单元2（PSU2和回声排除信号单元ECSU的配置。
一、PSU2结构
PSU2与PSTN应用的PSU硬件配置比较如以下图所示:
以上PSU2各电路功能如下,:
∙CF2/DF2/PF2---PSU2的公共操纵单元,与进行模块处置器通信,工作于主备用方式。
∙PI2---与进行模块处置器接口缓冲寄存分组数据。
∙PHV---语音编码器协议处置器,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度,每一个编码器支持一个呼唤。
∙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---帧中继协议处置器（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的更新换代协议处置器,处置能力约为PH4的3倍。
∙PHA---ATM协议处置器,用于PSU3间、不同互换模块间和不同
互换机之间分组数据传送,传输速度为155Mbps,
图十一显示了PSU2的功能结构。
图（十一PSU2功能结构
二、回声排除信号单元ECSU
ECSU单元要紧用于当PSTN中继、Looparound和Inter-switch中继（用于电话与电话通信与CDMA中继相连时,排除DCS侧回声延时。
ECSU能够提供32毫秒到64毫秒的回声排除。
ECSU单元中电路板与数字中继线单元DLTU3中DFI2成对配置。
基站64KbpsPCM语音
五、应用途理器AP
每8个应用途理器AP组成一个应用途理器组APC,APC中AP配对冗余工作,每一个AP可运行16个无线操纵效劳器（以后可为20个,通过以太接口与
ECPC通信,并提供4个E1连接至5EDCS。
每一个RCS执行基站的无线操纵并与ECPC通信,处置FLEXENT基站信令,并面向3G的宽带无线业务,每一个RCS最大支持6个MicroCell或1个ModularCell。
六、操作保护提供平台OMP-FX
OMP-FX基于UNIX操作系统,利用SUNNetra-t硬件平台对整个FLEXENT无线网络进行综合的操作、治理、保护和装备。
通过一对双串形信道运算机接口链路DCI直接连接到ECP,加速用户的响应时刻,分担ECP40-50%的实时任务。
七、FLEXENT基站
基站是无线信号处置的要紧单元,提供电话无线频率链路。
由基站操纵设备和无线设备组成。
基站操纵设备完成基站与电话、基站与基站、基站与互换中心的控制信息传送,与5EDCSE1连接。
无线设备完成对无线信号的处置:
包括编码、交织、扩频、调制和信号发送及接收。
目前应用的模块化基站ModularCell支持IS-95话音和数据业务,并配置多载频线性放大器、IS-95和宽带通用滤波器面向3G-1X/3G-3X最终能够支持2Mbps数据业务。
可支持全向、3扇区、6扇区天线配置,每扇区最多支持3个载频。
最多可扩容至11个载频,每载频输出功率为20W。
每扇区每载频支持40个信道单元CEs,其中1个CE用于导频/同步/接入信道,至少1个CE用于1个寻呼信道,其余CEs用于话务信道。
CE采纳专用集成电路ASIC,许诺对所接收信号的Eb/No要求值降低1dB,提高了系统容量。
以下图即为一个实际模块化基站硬件配置。
八、呼唤处置进程和越区切换
在CDMA呼唤处置进程中,ECP/CDN会访问apxrcv数据库进行无线部份呼唤处理,5EDCS访问ODD数据库进行有线部份呼唤处置。
呼唤的要紧类型包括固定-电话、电话-固定、电话-电话、越区切换。
下面参考图十二进行分析。
语音中继
操纵链路以太链路
图（十二CDMA呼唤流程
一、电话-固定
∙预发话:
电话开机获取当前基站导频信道和同步信道信息,用户拨打号码并按“SEND”键。
∙发话:
电话将拨打的号码、电话模式、电话识别码发送至基站,基站将号码传送到ECPC即进入发话时期。
∙信道分派:
ECP/CDN对接收到的码执行D-x-D数字分析决定路由和计费信息,假设呼唤号码无效ECPC中止这次呼唤要求5EDCS送音信号或录音通知;假设呼唤号码有效ECPC请求基站分派业务信道、请求5EDCS分派PHV编码器;ECPC收到PHV分派信息后将信息传送给基站,基站进行分组协议初始化。
∙发码:
ECPC将呼唤消息（呼唤标识、需发的码、PHV中继标识、PSTN中继群列表等发送至5EDCS,5EDCS选择占用PSTN中继线并发码至对端局,对端局回送回铃音信号通过5EDCS送给基站。
∙通话:
当PSTN用户应答,成立通话,现在PHV和PH4在电话和PSTN用户之间提供双向语音通路。
二、固定-电话
∙来话分析:
5EDCS依照收到的码进行数字分析,将码送至ECPC作进一步分析。
∙寻呼和回铃音:
ECPC执行D-x-D分析,并检查电话最后位置记录,向相应基站发出寻呼请求;同时请求5EDCS向PSTN局发送回铃音∙寻呼响应:
当电话认可寻呼后向当前效劳基站发出寻呼响应,基站继续向ECPC报告寻呼响应;假设电话未响应寻呼那么选路至录音通知。
∙信道分派:
基站分派业务信道并通知电话、ECPC请求5EDCS分派PHV编码器;ECPC收到PHV分派信息后将信息传送给基站,基站进行分组协议初始化。
∙通知:
基站传送ECPC发送的ALERTING消息通知电话来话。
∙通话:
当电话应答,基站认可应答后通知ECPC,ECPC发送接收及PHV中继标识到5EDCS,5EDCS释放回铃音成立通话,现在PHV和PH4在手机和PSTN用户之间提供双向语音通路。
3、电话-电话
电话得电话的呼唤其实确实是电话-固定、固定-电话的二个半呼唤的组合。
不同的是:
ECPC将这二个半呼唤别离单独处置,假设主被叫用户属于同一5EDCS那么需利用环回中继（looparoundtrunk;假设主被叫位于不同5EDCS那么需占用DCS局间环回中继（inter-DCStrunk。
4、越区切换
在无线通信进程中,因为电话的移动性,在通话进程中往往发生无线资源的变更,假设电话用户仍处于本地覆盖区那么称为切换。
CDMA呼唤进程中由于CDMA技术的特点,存在不同的切换类型,尤其是先连后断的软切换方式。
如下所示:
∙更软切换:
电话用户在同一基站覆盖区,在不同扇区之间移动,由信
道单元CE成立电话和二个扇区的连接。
∙软切换:
电话用户在同一ECPC操纵下的不同基站之间移动,由PHV执行二个基站信号的帧选择,实现软切换。
∙准软切换:
电话用户在不同CDMA载频之间转变,同时PHV电路维持不变,但需要先断后连,因为空中接口参数已转变。
∙硬
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