CDMA网络优化指导书v01Part1CDMA网络基础知识.docx
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CDMA网络优化指导书v01Part1CDMA网络基础知识
CDMA网络优化指导书Part1
基础知识
版本修订
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制作人
修订人
备注
2009-7-18
v0.1
宋晓楠
形成文档结构，初步完成案例特辑
目录
第1章CDMA网络基础知识5
1.1概述5
1.2CDMA原理及基础知识5
1.2.1码分多址的基本原理5
1.2.2CDMA通信网络基本结构7
1.2.3CDMA网络使用的码7
1.2.4CDMA的逻辑信道9
1.2.5一个信号从发送到接收的简单示例：
11
1.3CDMA关键技术11
1.3.1功率控制11
1.3.2软切换14
1.3.3搜索窗15
1.3.4Rake接收机18
1.4CDMA的特点18
1.5关键知识点19
第2章CDMA设计30
第3章CDMA网络优化该关注哪些指标32
3.1KPI指标：
32
3.2关键负荷指标：
32
3.3无线侧：
32
3.4中国电信关键覆盖统计指标的定义：
33
第4章EVDO网络基础知识34
4.1EVDO基础知识34
4.1.1EvDO和1X的业务差别34
4.1.2EVDO的信道特点35
4.1.3EVDOA的传输速率：
35
4.1.4EVDOA前反向的区别：
35
4.1.5EVDO网络前、反向信道36
4.1.6EVDOA网元基本结构：
37
4.1.7MAC信道：
37
4.1.8前向控制信道：
38
4.1.9反向典型信道38
4.1.10反向信道结构：
39
4.2EVDO的关键技术39
4.2.1反向信道增强39
4.2.2前向速率控制40
4.2.3反向虚拟软切换40
4.2.4自适应编码与调制41
4.2.5HARQ机制42
4.2.6多用户包43
第5章EVDOA与1X网络的对比43
第1章CDMA网络基础知识
1.1概述
该部分主要介绍CDMA的关键技术和基础知识。
通过学习该部分，优化工程师将能够对CDMA系统有初步的了解，对关键技术有基础的认识，并能够应付一般的CDMA方面理论考试。
1.2CDMA原理及基础知识
1.2.1码分多址的基本原理
FDMA：
每30Khz服务一个用户，可用频率资源的多少决定了同时可以服务用户的数目；
TDMA：
在FDMA的基础上，将每30Khz划分为7个时间片段（时隙），每个用户占用一个时隙。
可用频率和时隙的多少决定了可以同时服务的用户数目；
CDMA：
总共占用1.23Mhz带宽，所有用户共享该带宽，用户间通过Code区分。
由于用户间同时占用同一个频点，因此发射台总的发射功率和用户间的相互干扰决定了网络可以同时服务用户的数目。
CDMA网络的中心频点计算方法：
下行——870+0.03*N；（N是载频号，例如283）
上行——833+0.03*N；
码分多址的理解：
一个房间（频段1.23Mhz）中有多人（手机MS）在交谈，每组人之间使用不同的语言（码分），因此相互之间交谈不受影响。
基于这个模型，可以推测到CDMA的几个特点：
自干扰：
如果有人说话声音过大，势必影响其他人的交流
码分：
不同组之间使用不同的语言保证互不干扰，或者，使用同样语言的两组人之间间隔足够远
1.2.2CDMA通信网络基本结构
CDMA网络基本可以分为4个大部分：
1.终端（即手机，MS、AT）
2.BSS系统（即BSC）：
通过BTS提供射频信号；实现码变换；支持CDMA的功率控制、软切换等关键技术；
3.交换子系统（即MSC）：
实现用户的鉴权、验证以及呼叫的管理功能。
4.智能网：
主要实现计费、彩信、短信中心等功能。
1.2.3CDMA网络使用的码
码分多址，CDMA网络使用了哪几种码？
1.PN码
一个CDMA网络里存在多个基站，每个基站有3个扇区，如何区分各个基站和扇区？
•区分不同扇区或小区
•伪随机序列
•215=32,768unit（period26.67ms），PN码的生成取得是相位偏置。
每64位生成一个PN，共有512个可用PN。
不同PN之间相位不同，属于近似正交。
•用于前向及反向物理信道扩频
•32768/1228800=26.67ms
•Pilot_INC：
在实际应用中，考虑到传播时间的问题，对512个PN一般间隔3或者4使用。
这个间隔就是Pilot_INC，例如INC=3，可用PN序列就是3、6、9……3N；INC=4,可用PN序列就是4、8、12、16……4N；
2.长码
•用于反向逻辑信道区分不同用户
•伪随机序列
•2^42-1unit
•在前向链路上对业务及寻呼信道进行扰码
•长码的生成需要借助长码发生器。
长码发生器需要输入LongCodeMask，其构成如下：
3.Walsh码
前向上用于区分同一个扇区下的不同用户。
RC3下每个扇区共有64个Walsh码；RC4下每扇区共有128Walsh码；
Walsh0专门用于发射导频信道（Pilot）
Walsh1-7专门用于发射寻呼信道（Page），寻呼信道数目可以变化。
没有配置的寻呼信道其WC可以用于业务信道。
Walsh32专门用于同步信道（Sync）
1.2.4CDMA的逻辑信道
CDMA前向共有4个逻辑信道，其结构和3个控制信道介绍如下：
Pilot信道使用Walsh0发送，主要有以下功能：
•为手机捕获系统提供参考；
•为手机解调其他信道提供相位参考，相干解调；
•区分扇区和基站
•每个载波扇区只有一个Pilot信道
Sync信道使用Walsh32发送，主要有以下功能：
•由于PN是近似时正交的。
因此各个扇区必须时钟同步才能有效区分。
•为手机提供系统时钟同步，即提供时间信息；
•Sid、Nid、PN、系统时间、长码状态
•寻呼信道速率
•每个载扇只有一个同步信道
寻呼信道使用Walsh1-7发送，寻呼信道最多可以有7个，最少1个，可以随需要配置：
•发送关键系统信息参数
•发送针对特定手机的消息，例如寻呼某个手机
CDMA反向可以分为2个逻辑信道
接入信道/业务信道
1.2.5一个信号从发送到接收的简单示例：
发送出去的信号：
Signali=Msgi*WC（Xi）*PN（Yi）
空口存在另外两个个信号Signalj+Signalk=Msgj*WC（Xj）*PN（Yj）+Msgk*WC（Xk）*PN（Yi）
手机（i）收到的总信号就是：
Signali+Signalj
手机使用PN解扩频：
Signal=（Signali+Signalj）*PN（Yi）=Msgi*WC（Xi）*PN（Yi）*PN（Yi）+Msgj*WC（Xj）*PN（Yj）*PN（Yi）+Msgk*WC（Xk）*PN（Yi）*PN（Yi）
手机使用Walsh解码：
Signal=Msgi*WC（Xi）*WC（Xi）+0+Msgk*WC（Xk）*WC（Xi）
=Msgi
1.3CDMA关键技术
1.3.1功率控制
为什么要功率控制？
基于1.2.1的模型，要保证每个用户能够顺利通话，就必须对每个用户通话功率的大小进行限制。
这个限制就是功率控制。
通过功率控制，可以保证CDMA手机的发射功率在合理范围内，不会过大而影响其他用户的通话；不会过小而导致自己无法正常通话；
功率控制的目的？
保证话音质量（FER）：
保证每部手机的通话正常
增加容量：
使基站尽可能低功率发射，节省功率
降低干扰：
降低对其他用户的干扰
减小功率消耗使每部手机尽可能低功率发射，节省功率
前向和反向：
前向：
从基站向手机发射信号
反向：
从手机向基站发射信号
功率控制的机制：
IS95：
前向基于PSMM慢速功率控制；反向分为开环功控和闭环功控。
闭环功控为800次/秒。
IS2000（1X）：
前反向都引入了快速功率控制技术。
反向开环功率控制：
初始TXPower=-73-MeanInputPower（dBm）+NOM_PWR+INIT_PWR
注意：
据此可以知道，RXPower+TXPower近似等于-73+Nom_Pwr+Init_Pwr。
即RX+TX在-70dBm到-80dBm之间。
超出此范围则可能存在问题。
在IS2000中，前向反向均引入了闭环功控技术。
闭环功控包括2个部分——外环功控和内环功控。
外环功控：
前向在手机侧、反向在基站侧；用于决定功率控制门限值的大小，判断标准是FER
内环功控：
用于决定功率控制位如何发送，从而决定手机或者基站的发射功率，判断门限是Eb/No
外环功控、内环功控简要示意图：
说明：
内环功控决定的是功率控制位的值，手机（或基站）将收到的信号的Eb/No与给定门限进行比较，当收到的EbNo大于门限，则降低功率，反之则升高功率；内环功控决定了手机或者基站应该提升还是降低功率；
外环功控决定的是内环功控的判决门限值。
外环功控通过统计20ms内的误帧率，与设定的FER门限进行比较，从而决定EbNo门限如何调整。
由于外环功控需要统计20ms内的误帧率，因此其控制频率被限制在1000/20=50Hz。
1.3.2软切换
怎样理解软切换？
当手机从一个基站向另外一个基站移动时，为了保证通话的连续性，必须将呼叫链路从当前基站转移到目标基站上。
这个过程叫“切换”。
软切换的概念是，目标基站提前准备好必须得无线资源，并通过源基站通知手机。
手机保持与源基站的连接不断，同时与新的基站建立连接。
之后手机将同时与两个基站进行通信。
只有当一个基站的信号强度低到门限值以下（Tdrop），系统才考虑丢弃该基站。
从原理可以知道，软切换的特点是先与目标侧建立连接，同时保持源侧连接不变。
只有当一个导频强度低于门限值，才会考虑丢弃一个导频。
CDMA有哪些切换方式？
更软切换：
一个基站的几个扇区之间切换，特点是每个扇区占用一个WC，但是只占用基站1个CE；
软切换：
基站之间切换，特点是每个基站都会为用户提供WC和CE，切换中手机同时与所有Active的基站通信。
硬切换：
在CBSC边界、MSC边界、载波边界、RC边界等区域可能触发硬切换，硬切换的特点是先断开原有连接，再建立新的连接。
硬切换需要MSC的参与。
软切换的关键参数及流程:
Tadd——决定手机是否把一个导频从N集（邻区）提升到C集（候选集），是否加入A集（激活集）需要系统决定；现网一般值在-12/-13左右
Tdrop——决定何时启动TTdrop定时器，一般值在-14--16dB左右。
Tcomp——在A集满的情况下决定是否要ADD一个新的导频；
TTDrop——超时后手机申请将一个导频放入N集（邻区），需要系统决定；
软切换简要流程介绍如下：
1.手机检测到一个导频强度大于TADD，将其加入C集
2.由于导频强度大于TADD，手机发送PSMM消息
3.经过切换机制的判断，BSC允许切换，发送HDMI消息给手机，手机将导频加入A集
4.手机检测到A集中导频强度小于Tdrop，启动TTDrop定时器
5.TTDrop超时，手机发送PSMM消息
6.系统判断允许切换，发送HDM消息给手机，指示手机Drop该导频
7.手机Drop该导频到Neighbor集并发送HCM消息给BSC
1.3.3搜索窗
激活集和侯选集搜索窗
1、激活集和侯选集导频搜索使用完全相同的搜索窗（SRCH_WIN_A）；
2、窗口搜索速度要求较快；
3、每个激活集和侯选集导频有一个搜索窗口，激活集导频最多6个，侯选集导频最多10个；
4、每个窗口的中心设置在自己最早到达可用多径位置处。
如：
手机当前激活集和侯选集中共有两个导频：
PN100、PN200，则其搜索窗中心见下图1：
相邻集搜索窗
1、相邻集导频搜索使用相邻集搜索窗（SRCH_WIN_N）；
2、窗口搜索速度较激活集窗口慢；
3、每个相邻集导频有一个搜索窗口，相邻集导频数95手机最多20个、2000手机最多40个；
4、每个窗口的中心设置在目标导频相对于激活集中参考导频到达时刻的PN码偏置处；
5、参考导频：
激活集中所有PN的最早到达的可用多径为时间参考分支（timereference），分支所属导频为参考导频。
（协议中描述：
Ifanothermultipathcomponentbelongingtothesamepilotchannelortoadifferentpilotchannelbecomestheearliestarrivingmultipathcomponenttobeused,themobilestationtimereferenceshalltracktothenewcomponent.）
如下图2：
参考导频为PN42，则搜索相邻信PN92时，移动台基于最早到达的参考导频来定位，将加上相对的偏移码片数来找出相邻集的导频。
SRCH_WIN_N及SRCH_WIN_R中心设置
搜索窗和码片的换算
SRCH_WIN_A
SRCH_WIN_N
SRCH_WIN_NGHBR
SRCH_WIN_R
CF_SRCH_WIN_N
窗口大小
（PN片数）
SRCH_WIN_A
SRCH_WIN_N
SRCH_WIN_NGHBR
SRCH_WIN_R
CF_SRCH_WIN_N
窗口大小
（PN片数）
0
4
8
60
1
6
9
80
2
8
10
100
3
10
11
130
4
14
12
160
5
20
13
226
6
28
14
320
7
40
15
452
1.3.4Rake接收机
由于多径信号具有不同的相位偏置，各个信号的叠加反而会造成信号的畸变和衰减。
Rake接收机通过分别接收各个多径信号，将信号合并而得到最终有用信号。
有效避免了多径的负面影响。
Rake接收机可以侦知最小一个Chip的时延。
发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。
如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。
将这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。
这就是RAKE接收机的基本原理。
也就是说，它是利用了空间分集技术。
一般RAKE接收机由搜索器（Searcher）、解调器（Finger）、合并器（Combiner）3个模块组成。
搜索器完成路径搜索，主要原理是利用码的自相关及互相关特性。
解调器完成信号的解扩、解调，解调器的个数决定了解调的路径数，通常CDMA基站系统一个RAKE接收机由4个Finger组成，移动台由3个Finger组成。
合并器完成多个解调器输出的信号的合并处理，通用的合并算法有选择式相加合并、等增益合并、最大比合并3种。
合并后的信号输出到译码单元，进行信道译码处理。
1.4CDMA的特点
频率复用系数为1：
所有基站共用同一个频率。
1.5关键知识点
了解该部分以后，优化工程师将能够回答以下问题：
附件：
1.Rake接收机有什么作用，其工作原理是什么？
2.CDMA有哪些切换方式，具体流程是什么？
关键消息都有哪些？
3.伪导频的功能和作用是什么？
都需要涉及哪些参数？
4.CDMA的接入过程怎样，有哪些相关参数？
5.多导频的定义、影响及处理方法？
6.EVDO和1X在覆盖范围上有什么差别？
7.CDMA网络扩频增益怎么计算？
8.Sync、PSMM消息有哪些内容，有什么作用？
9.硬切换都有哪些机制，如何工作？
10.电信覆盖率测试的指标定义？
11.邻区和邻区优先级的作用？
12.PN的规划和计算，PilotINC的计算？
13.各个信道都发送哪些主要消息，各个消息都有哪些作用？
14.1X和EVDO都有哪些前向、反向信道？
15.天线型号有什么含义？
16.CDMA技术的演进
17.CDMA网络的中心频点：
下行——870+0.03*N；（N是载频号，例如283）
上行——833+0.03*N；
18.多址接入方式有几种：
FDMA：
频分多址
TDMA：
时分多址
CDMA：
码分多址
GSM使用了什么多址接入方式？
19.CDMA技术的特点：
大容量：
频率复用系数1，一个1.2288M即可满足所有用户的需求。
多种分集技术的使用：
时间（前向采用Rake接收机，消除相位不同带来的快衰落影响）、频率、空间（前向采用双极化天线，反向采用分集接收）、接收天线
软切换——切换中，手机可以同时与2个或者更多基站、扇区通信，并保持最小功率；减小了掉话率并提高了频谱效率，使手机获得软切换增益；
功率控制——减少、克服自干扰；保持系统低发射功率；
保密——2的42次方伪随机码加密；
软容量——呼吸效应；功率控制；
Rake接收机——多径、多路合并接收，提高增益，降低干扰；
20.CDMA95和CDMA2000的区别：
CDMA95——只支持RC1、2；最大手机协议版本<6；
IS-95C=CDMA2000=CDMA1X——RC>2；支持最大协议版本超过6；
21.CDMA前向有几种速率集：
RadioConfiguration
Rates
SupportedinG16
RC1RateSet1
1200,2400,4800,and9600bpsR=1/2,BPSK
Backwardcompatible
RC2RateSet2
1800,3600,7200,and14400bpsR=1/2,BPSK
Backwardcompatible
RC3RateSet1
1500,2700,4800,9600,19200,38400,76800,and153600bps,R=1/4,QPSK
153600
RC4RateSet1
1500,2700,4800,9600,19200,38400,76800,153600,and307200bps;R=1/2,QPSK
Supportupto153600
RC5RateSet2
1800,3600,7200,14400,28800,57600,115200,and230400bps;R=1/4,QPSK
Supportupto115200*
Note:
R=编码速率（CodeRate），小的编码速率可以提高数据传输速率，但是会降低抗干扰能力；因此现在一般用RC3而不是RC4；
RateSet：
速率集，
22.反向有几种速率集：
RadioConfiguration
Rates
SupportedinG16
RC1RateSet1
1200,2400,4800,and9600bpsR=1/3,64-aryorthogonal
Backwardcompatible
RC2RateSet2
1800,3600,7200,and14400bpsR=1/2,64-aryorthogonal
Backwardcompatible
RC3RateSet1
1500,2700,4800,9600,19200,38400,76800,and153600bps,R=1/4307200bpswithR=1/2BPSKwithpilot
153600
RC4RateSet2
1800,3600,7200,14400,28800,57600,115200,230400withR=1/4,BPSKwithpilot
Supportupto115200*
23.不同RC支持的无线速率：
RC3Forward
Rate（Kbps）
CE’s
WCLength
9.6
1
64
19.2
2
32
38.4
4
16
76.8
8
8
153.6
16
4
RC3Reverse
Rate（Kbps）
CE’s
9.6
1
19.2
1
38.4
2
76.8
4
153.6
8
Note：
反向1个CE即可以实现19.2Kbps的速率，因此8个CE即可以支持153.6Kbps的速率
24.Turbo和卷积码在CDMA网络中有什么作用，有什么区别？
IS95A/B使用卷积码；1X话音使用卷积码；
Turbo码比卷积码效率更高，但是抗干扰能力相对差，因此1X数据业务使用，以获得好的码速率；使用Turbo可以把EbNo上限提高2-3dB，增大系统容量
25.CDMA网络都有哪些关键码
短码、长码、Walsh码
各码的作用请看第11、13、15项
26.PN码：
长度为2^15-1chips，周期为26.67ms
所有基站使用相同PN码，扇区间通过不同的短码移位来区别
反向PN用于I、Q调制
PN实际上是从0到65535的一个数字序列。
每隔64位为一个PN。
因此PN总数实际上为65536/64=512个。
27.PN_INC的定义，PN的复用
在实际使用中，考虑到PN是通过PN短码移位来区别的，因此PN并不是连续使用的。
一般间隔3、4、5选取PN使用。
例如，当INC为3时，可用PN序列就是3、6、9。
。
。
3N；当INC为4时，可用PN序列就是4、8、12…..4N；
28.长码：
2^42-1chips，周期为41.4天
前向用作扰码；每64位取一位与调制符号进行模2加
反向所有手机使用相同长码，但是相位不同；
29.编码主要技术：
卷积——前向一般是1/2卷积；反向一般是1/3卷积
交织——对抗快衰落；前向同步信道为26.66ms；寻呼和业务信道为20ms；
块重复——保证变速率情况下空中传输速率一致；可以降低需要的发射功率，对抗干扰和误码；
30.Walsh码：
RC3共有64位、64个固定的序列，相互之间正交；
前向区分信道——WC0用于导频信道（Pilot）；WC1-7可以用于寻呼信道（Paging）；WC32用于同步信道（Sync）；WC2-7如果不用于寻呼信道，可以用作业务信道
反向用于正交调制
RC4使用的是128位WC码
31.1X网络前、反向信道组成
32.1X前向信道的作用：
导频信道——全0，用PN调制、提供相位参考，相干解调；切换时用于测量导频强度
同步信道——提供时钟、PN、Sid、Nid、时间偏置等
寻呼信道——系统参数（systemParameters）、寻呼消息（PagingMsg）、邻区列表、Ch
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