第章码分多址CDMA移动通信系统二课件.ppt
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- 码分多址 CDMA 移动 通信 系统 课件
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1、第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)第第9章章 码分多址码分多址(CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)9.1 WCDMA系统系统 9.2 TD-SCDMA系统系统 思考题与习题思考题与习题 第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)9.1 WCDMA 系系 统统 9.1.1 WCDMA系统结构 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)是采用WCDMA(Wideband Code Division Multipl
2、e Access)无线接口技术的第三代移动通信系统,通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构,包括 UMTS的陆地无线接入网络(UTRAN,UMTS Terrestrial Radio Access Network)和核心网络(CN,Core Network)。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能,而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接,并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换(CS,Circuit Switched)域和
3、分组交换(PS,Packet Switched)域。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)用户设备(UE)+UTRAN+CN构成一个完整的WCDMA移动通信系统。UE与UTRAN 之间的接口称为Uu接口(无线接口),UTRAN与CN之间的接口称为Iu接口。WCDMA是一种直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)系统。WCDMA无线接口的基本参数如表9-1所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)表9-1 WCDMA无线接口基本参数 第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通
4、信系统(二)移动通信系统(二)WCDMA的无线帧长为10 ms,分成15个时隙。信道的信息速率将根据符号率变化,而符号率取决于不同的扩频因子(SF)。SF的取值与具体的双工模式有关,对于FDD模式,其上行扩频因子为4256,下行扩频因子为4512;对于TDD模式,其上行和下行扩频因子均为116。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-1 无线接口的分层结构 高层高层RRC子层RLCPDCPBMC逻辑信道MAC传输信道物理层(物理信道)信令和控制控制平面用户信息语音/数据用户平面无线网络层层2配置控制第第9 9章章 码分多址码分多址(CDM
5、A)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)无线空中接口指用户设备(UE)和网络之间的U接口,它分为控制平面和用户平面。控制平面由物理层、媒体接入控制层(MAC)、无线链路控制层(RLC)和无线资源控制(RRC)等子层组成。在用户平面的RLC子层之上有分组数据汇聚协议(PDCP)和广播/组播控制(BMC)。整个无线接口的协议结构如图9-1所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)RRC(无线资源控制)层位于无线接口的第三层,它主要处理UE和UTRAN的第三层控制平面之间的信令,包括处理连接管理功能、无线承载控制功能、RRC连接移动性管
6、理和测量功能。媒体接入控制层屏蔽了物理介质的特征,为高层提供了使用物理介质的手段。高层以逻辑信道的形式向MAC层传输信息,MAC完成传输信息的有关变换,通过传输信道将信息发向物理层。UTRAN的结构如图9-2中的虚线框所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-2 UTRAN的结构 数据NdatabitCSPSRNSRNSRNSIuIurIuIubIubIubIubNode BNode BNode BNode B第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)9.1.2 WCDMA无线接口 1.
7、WCDMA无线接口的物理层 传输信道是物理层提供给高层(MAC)的业务。根据其传输方式或所传输数据的特性,传输信道分为两类:专用信道(DCH)和公共信道。公共传输信道又分为6类:广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)、公共分组信道(CPCH)和下行共享信道(DSCH)。其中,RACH、CPCH为上行公共信道,BCH、FACH、PCH和DSCH为下行公共信道。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)物理层将通过信道化码(码道)、频率、正交调制的同相(I)和正交(Q)分支等基本的物理资源来实现物理
8、信道,并完成与上述传输信道的映射。与传输信道相对应,物理信道也分为专用物理信道和公共物理信道。一般的物理信道包括3层结构:超帧、帧和时隙。超帧长度为720 ms,包括72个帧;每帧长为10 ms,对应的码片数为38 400 chip;每帧由15个时隙组成,一个时隙的长度为2560 chip;每时隙的比特数取决于物理信道的信息传输速率。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)1)上行物理信道 上行物理信道分为专用上行物理信道和公共上行物理信道。(1)专用上行物理信道。专用上行物理信道有两类,即专用上行物理数据信道(上行DPDCH)和专用上行物理控
9、制信道(上行DPCCH)。DPDCH用于传送专用传输信道(DCH)。在每个无线链路中,可能有0、1或若干个上行DPDCH。DPCCH用于传输物理层产生的控制信息。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)在WCDMA无线接口中,传输的数据速率、信道数、发送功率等参数都是可变的。为了使接收机能够正确解调,必须将这些参数在物理层控制信息中通知接收机。物理层控制信息由为相干检测提供信道估计的导频比特、发送功率控制(TPC)命令、反馈信息(FBI)、可选的传输格式组合指示(TFCI)等组成。TFCI通知接收机在上行DPDCH的一个无线帧内同时传输的传输信
10、道的瞬时传输格式组合参数。在每一个无线链路中,只有一个上行DPCCH。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)上行专用物理信道的帧结构如图9-3所示。每一长度10 ms的帧分为15个时隙,每一时隙的长度为Tslot=2560个码片(chip),对应于一个功率控制周期。DPDCH和DPCCH是并行码分复用传输的。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-3 上行专用物理信道的帧结构 数据NdatabitDPDCHTslot2560 chip,Ndata102kbit(k06)导频Npilotb
11、itTFCINTPCIbitFBINFBIbitTPCNTPCbitDPCCH时隙#0 时隙#1时隙#i时隙#14Tslot2560 chip,10 bit1个无线帧:Tr 10 ms第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(2)公共上行物理信道。与上行传输信道相对应,公共上行物理信道也分为两类。用于承载RACH的物理信道称为物理随机接入信道(PRACH),用于承载CPCH的物理信道称为物理公共分组信道(PCPCH)。物理随机接入信道(PRACH)用于移动台在发起呼叫等情况下发送接入请求信息。PRACH的传输基于时隙ALOHA协议,可在一帧中的
12、任一个时隙开始传输。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)随机接入的发送格式示于图9-4。随机接入发送由一个或几个长度为4096 chip的前置序列和10 ms或20 ms的消息部分组成。随机接入突发前置部分长为4096 chip,由长度为16的特征序列的256次重复组成。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-4 随机接入的发送格式 123455时隙15时隙#在此开始传输用户数据20 ms前置码前置码前置码消息部分1或2个连续的10 md的帧4096 chip5120 chip(a)0
13、1时隙 N时隙 14在10ms无线帧中的时隙用户数10、20、40或80 bit导频比特(8 bit)TFCI(2 bit)消息的数据部分消息的控制部分(b)2560 chip第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)物理公共分组信道(PCPCH)是一条多用户接入信道,传送CPCH传输信道上的信息。接入协议基于带冲突检测的时隙载波侦听多址(CSMA/CD),用户可以在无线帧中的任何一个时隙作为开头开始传输,其传输结构如图9-5所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-5 PCPCH上的传
14、输结构 第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(3)上行信道的扩频与调制。上行专用物理信道和上行公共物理信道的扩频和调制分别如图9-6和9-7所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-6 上行DPDCHDPCCH的扩频与调制 dcd,1DPDCH1DPDCH3DPDCH5dcd,3dcd,5dcd,2DPDCH1DPDCH3DPDCH5dcd,4dcd,6cCcDPCCHjQI jQSdpch,nS第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(
15、二)图9-7 PRACH消息部分的扩频和调制Sr-msg,nPRACH消息数据部分PRACH消息控制部分dcdcccjQII jQS第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)复数扰码是采用下列方法产生的:)(1201c jccscramb(9-1)其中,w0和w1是码片速率的序列,定义为 w0=(+1+1)(+1+1)(+1+1)(+1+1)(9-2)w1=(+1-1)(+1-1)(+1-1)(+1-1)(9-3)用下式给出:2c)2()12()2(222kckckck=0,1,2,(9-4)第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)
16、移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-8 产生正交可变扩频因子码的码树 c1,1(1)SF 1SF 2SF 4c2,2(1,1)c2,1(1,1)c4,1(1,1,1,1)c4,3(1,1,1,1)c4,2(1,1,1,1)c4,4(1,1,1,1)第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-9 上行链路短扰码生成器 765432107654321076543210在每256个码片循环后进行移位挂起模 n 加乘mod43323ar(n)bs(n)ct(n)mod2mod2mod422映射器Zv(n)Sv(n)第第9 9章章 码分多址码分多
17、址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)2)下行物理信道 (1)下行专用物理信道(DPCH)。下行DPCH由传输数据部分的DPDCH和传输控制信息(导频比特、TPC命令和可选的TFCI)部分(DPCCH)组成,以时分复用的方式发送,如图9-10所示。每个下行DPCH时隙的总比特数由扩频系数SF=5122k决定,扩频系数的范围由512到4。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-10 下行DPCH的帧结构 数据1Ndata 1bitTPCNTPCbitTFCINTPCIbit数据2Ndata 2bit导频Npilotbi
18、tDPDCHDPCCHDPDCHDPCCHTslot2560 chip,102kbit时隙#0 时隙#1时隙#i时隙#14一个无线帧,Tf10 ms第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)在不同的下行时隙格式中,下行链路DPCH中Npilot的比特数为2到16,NTPC为2到8比特,NTFCI为0到8比特,Ndata1和Ndata2的确切比特数取决于传输速率和所用的时隙格式。下行链路使用哪种时隙格式由高层设定。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)下行链路可能采用多码传输,一个或几个传输信道经
19、编码复接后,组成的组合编码传输信道(CCTrCH)使用几个并行的扩频系数相同的下行DPCH进行传输。此时,物理层的控制信息仅放在第一个下行DPCH上,其他附加的DPCH相应的控制信息的传输时间不发送任何信息,即采用不连续发射(DTX),如图9-11所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-11 多码传输时下行链路的时隙格式 DPDCHDPDCHTFCITPCPilot物理信道1物理信道2物理信道 L一个时隙(2560 chip)发射功率发射功率发射功率第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统
20、(二)(2)公共下行导频信道(CPICH)。CPICH是固定速率(30 kbs,SF=256)的下行物理信道,携带预知的20比特(10个符号)导频序列(且没有任何物理控制信息)。公共导频信道有两类:基本CPICH和辅助CPICH,它们的用途不同,物理特征上也有所不同。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(3)基本公共控制物理信道(PCCPCH)。基本CCPCH为固定速率(SF=256)的下行物理信道,用于携带BCH。在每个时隙的前256个码片不发送CCPCH的任何信息(Tx off),因而可携带18比特的数据。第第9 9章章 码分多址码分多
21、址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(4)辅助公共控制物理信道(SCCPCH)。辅助CCPCH用于携带FACH和PCH。有两类辅助CCPCH:包括TFCI的和不包括TFCI的,由UTRAN决定是否发送TFCI。辅助CCPCH可能的速率集和下行DPCH相同。辅助CCPCH的帧结构如图9-12所示,扩频系数的范围为4256。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-12 辅助公共控制物理信道的帧结构 TFCINTFCIbitTslot2560 chip,202kbit(k06)DataNdatabitPilotNpilo
22、tbitslot#0slot#1slot#islot#141个无线帧,Tf10 ms第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(5)同步信道(SCH)。同步信道(SCH)是用于小区搜索的下行信道。SCH由两个子信道组成:基本SCH和辅助SCH。SCH无线帧的结构如图9-13所示。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-13 同步信道(SCH)结构 acpacsi,0acpacsi,1acpacsi,4基本SCH辅助SCH时隙#0时隙#1时隙#14256 chip2560 chip10 ms
23、SCH无线帧第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(6)捕获指示信道(AICH)。捕获指示信道(AICH)为用于携带捕获指示(AI)的物理信道,它给出移动终端是否已得到一条PRACH的指示。AIi对应于PRACH或PCPCH上的特征码i。AICH的帧结构如图9-14所示,包括由15个连续接入时隙(AS)组成的重复序列,每一个AS的长度为40个比特间隔,每个AS包括32个比特和1024个码片长度的空部分,采用固定的扩展因子128。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-14 捕获指示信道(
24、AICH)的结构 AS#14AS#0AS#1AS#iAS#14AS#020 msa0a1a2a30a31发射关闭AI部分1024 chip第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(7)寻呼指示信道(PICH)。寻呼指示信道(PICH)是固定速率的物理信道(SF=256),用于携带寻呼指示(PI)。PICH总是与SCCPCH相关联。PICH的帧结构如图9-15所示。一个长度为10 ms的PICH由300 bit组成,其中288 bit用于携带寻呼指示,剩下的12 bit未用。在每一个PICH帧中发送N个寻呼指示,N=18、36、72或144。如果
25、在某一帧中寻呼指示置为“1”,则表示与该寻呼指示有关的移动台应读取SCCPCH的对应帧。第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)图9-15 寻呼指示信道(PICH)的结构 b0b1288 bit的寻呼指示1无线帧(10 ms)12 bit(未定义)b287b288b299第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)CDMA)移动通信系统(二)移动通信系统(二)(8)下行链路的扩频和调制。除了SCH外,所有下行物理信道的扩频和调制过程如图9-16所示。数字调制方式是QPSK,每一组两个比特经过串/并变换之后分别映像到I和Q支路。I和Q支路随后用相
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