第三章 CDMA2000 物理信道编码

第三章 CDMA2000物理信道编码 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

主要内容 第一节 CDMA2000物理信道的特征 • 多种射频信道带宽 • 前向链路的快速功率控制 • 两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS • 前向链路的发射分集 • Turbo编码 • 导频辅助 • 反向链路相干解调 • 增强信道结构 • 灵活的帧长(交织器的时间跨度) • 可选择的长交织器无线定位与空间测量研究所田增山

主要内容 第二节CDMA2000物理信道编码过程 • 前向导频信道 • 同步信道F-SYNCH • 前向寻呼信道F-PCH • 前向广播控制信道F-BCCH • 前向快速寻呼信道F-QPCH • 前向公共功率控制信道F-CPCCH • 前向公共指配信道F-CACH • 前向公共控制信道F-CCCH • 前向专用控制信道F-DCCH • 前向基本信道F-FCH • 前向补充信道F-SCH 无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 • 多种射频信道带宽 • 前向链路的快速功率控制 • 两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS • 前向链路的发射分集 • Turbo编码 • 导频辅助 • 反向链路相干解调 • 增强信道结构 • 灵活的帧长(交织器的时间跨度) • 可选择的长交织器无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 cdma2000是在IS-95基础上进一步发展的，它对现有IS-95系统具有后向兼容性，因此CDMA2000无线接口保持了许多IS-95空中接口设计的特征，当然，为了支持高速数据业务，它又有新的特征。cdma2000所支持的一些空中接口的特征如下： (1)多种射频信道带宽射频信道带宽可为N X 1.25MHz，其中，N＝1、3、6、12，但IS-2000的仅支持前两种带宽。无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (2)前向链路的快速功率控制 • 移动台检测了前向链路的Eb/N0后送出功率控制比特； • 功率控制信道与反向导频信道时分复用； • 为了避免编码、成帧和解码造成的时延，功率控制比特不用编码； • 发送功率控制比特的速率是固定的，为800bps；无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (3)两种扩展技术——多载波(MC)和直接扩谱(DS) 在MC方式中，编码和交织后的调制符号可多路分解到N个1.25MHz的载波上，每个载波的码片速率仅为1.2288Mcps，结果在整个传输带宽上能有效地扩展信号。与MC方式相对应的是DS方式，调制符号的码片速率为N X 1.2288Mcps(N＝1、3、6、9或12)，但这么高码片速率的扩展信号都在一个载波上调制，当然，这个载波的带宽为N X 1.25MHz。因为IS-95的扩展信号带宽为1.25MHz，所以多载波可以覆盖N个相邻的IS-95载波。 cdma2000前向链路支持DS和MC两种方式，反向链路仅支持DS方式。无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (4)前向链路的发射分集前向链路采用的发射分集方式有三种： ——多载波发射分集(MCTD)：对于MC方式，不同的载波可映射到不同的天线上； ——正交发射分集(OTD)：对于DS方式，可以通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来完成； ——空时扩展(STS)：对于DS方式，通过对数据流进行空时编码，采用两个不同的Walsh码进行扩展，并发送到两个天线上。无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (5)Turbo编码对较高速率的信道，用Turbo编码比起传统的卷积码来，其对Eb/N0的要求更低。Turbo编码用在高速率信道，卷积码用在公用信道和低速率信道中。无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (6)导频辅助不仅前向链路使用公共导领信道，反向链路中还为每个业务信道都配备了一个导频信道，这有别于IS-95技术。 (7)反向链路相干解调 (8)增强信道结构无线定位与空间测量研究所田增山

第一节 CDMA2000物理信道的特征 (9)灵活的帧长(交织器的时间跨度) cdma2000支持5ms、10ms、20ms、40ms和80ms的帧，交织器的时间跨度是由时延、交织器内存的要求和Eb/N0的要求权衡而得到的。较短的帧长可以减少端到端的时延，而对较长的帧而言，帧头占的比重小，要求的Eb/N0也将减小。 (10)可选择的长交织器无线定位与空间测量研究所田增山

第二节物理信道编码过程 前向导频信道同步信道F-SYNCH 前向寻呼信道F-PCH 前向广播控制信道F-BCCH 前向快速寻呼信道F-QPCH 前向公共控制信道F-CCCH 前向公共功率控制信道F-CPCCH 前向公共指配信道F-CACH 前向专用控制信道F-DCCH 前向基本信道F-FCH 前向补充信道F-SCH 无线定位与空间测量研究所田增山

1.前向导频信道 • 前向导频信道用于传送导频信息，由基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，供移动台获得前向信道的定时和提取相干载波以进行相干解调，并可通过对导频信号进行检测，以比较相邻基站的信号强度和决定何时需进行越区切换。为了保证载频检测和提取的可靠性，导频信号的电平可以高于其他信号电平。无线定位与空间测量研究所田增山

前向导频信道 基站利用导频PN序列的时间偏置标识每个前向CDMA信道，在CDM蜂窝系统中时间偏置可以复用。不同的导频信道由偏置指数0～511)来区别。任一导频PN序列的偏置指数乘上一个常数就是该序列相对于零偏置导频PN序列的偏置时间。对于SR1及SR3的MC方式，这个常数是64；而在SR3的DS方式下，这个常数为192。无线定位与空间测量研究所田增山

前向导频信道 前向链路中的导频信道包括前向导频信道F-PICH、发送分集导频信道(F-TDPICH)、辅助导频信道(F-APICH)和辅助发送分集导频信道(F-ATDPICH)。它们都是未经调制的扩谱信号。由于导频信道的所有比特都为“0”，所以在发送前，它只须经过正交扩频(用Walsh函数)、QPSK调制和滤波。 • F-PICH占用了Walsh函数W064对应的码分信道。码分信道W64kN(N>64，0<64k<N，且N为整数)不能再被使用。无线定位与空间测量研究所田增山

前向导频信道 • 如果使用F-TDPICH，它将占用码分信道W16128，并且发射功率小于或等于相应的F-PICH。 • 如果使用了F-APICH，它将占用码分信道WnN，其中N<512，且1<n<N-1，N和n的值由BS指定。 • 如果F-APICH和F-ATDPICH联合使用，则F-APICH占用码分信道WnN，F-ATDPICH占用码分信道Wn+N/2N，其中N<512，且1<n<N/2-1，N和n的值由BS指定。无线定位与空间测量研究所田增山

前向导频信道 如果BS在前向CDMA信道上使用了发送分集方式，则它必须发送相应的F-TDPICH。如果BS在前向上应用了智能天线或波束赋形，则可以在一个CDMA信道上产生一个或多个(专用)辅助导频(F-APICH)，用来提高容量或满足覆盖上的特殊要求(如定向发射)。当使用了F-APICH的CDMA信道采用了分集发送方式时，BS应发送相应的F-ATDPICH。无线定位与空间测量研究所田增山

前向导频信道 导频信道所有比特都为0，所以在发送前不需编码和交织，只需经过正交扩频、QPSK和滤波。前向导频信道结构如图所示：图中有全0的Q支路，是因为前向导频信道使用了复扩频技术，前向同步和寻呼信道同样如此。无线定位与空间测量研究所田增山

Walsh 输入信息序列（全0）符号映射 0－1，1－-1 XI 信道增益＋前向导频信道全0 XQ 全0 前向导频信道结构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.前向同步信道F-SYNCH 同步信道用于传送同步信息，在基站覆盖的范围内，各移动台可利用这种信息进行同步捕获。在基站的覆盖区中开机状态的移动台利用它来获得初始的时间同步。同步信道的数据速率为固定的1200bps。一个同步信道帧长为26.67ms，而一个同步信道超帧由三个同步信道帧组成，帧长为80ms。同步信道在发送前要经过卷积编码、码符号重复、交织、扩频、QPSK调制和滤波。同步信道卷积编码的速率为1/2，约束长度是9。无线定位与空间测量研究所田增山

2.前向同步信道F-SYNCH Walsh XI 同步信道码元符号映射信道增益卷积编码器符号重复交织＋ 1.2kb/s 2.4ks/s 4.8ks/s r=1/2,K=9 0 XQ 前向链路同步信道结构无线定位与空间测量研究所田增山

1）消息体内容 无线定位与空间测量研究所田增山

1）消息体内容 • P-REV：协议版本号。 • SID：系统标识。 • NID：网络标识。 • PILOT-PN：导频PN序列偏移。 • LC-STATE：长码状态。 • SYS-TIME：系统时间 • LP-SEC：从系统时间开始跳过的秒数。 • LTM-OFF：相对系统时间的本地时间偏移。 • PRAT：寻呼信道数据率。无线定位与空间测量研究所田增山

2）帧结构 无线定位与空间测量研究所田增山

2）卷积编码器 无线定位与空间测量研究所田增山

2）卷积编码器 • 反向接入信道卷积编码器的连接矢量为： • 卷积编码器对应的节点数和状态数为：29-1＝256 无线定位与空间测量研究所田增山

3）符号重复 • 重复的目的是为了调整速率； • 可以减少传输错误；无线定位与空间测量研究所田增山

4）交织 • 交织技术与重复或编码结合可以防止突发性错误。符号在进入信道传送之前进行交织，如果传送时发生突发错误，恢复原顺序就可以在时间上分散错误。 • 系统规定交织技术采用块交织，对于一个的块交织器，可以看成是一个行和列的存储矩阵。数据按列写入、按行读出。 • 同步信道采用128个符号的数据块进行交织处理。无线定位与空间测量研究所田增山

5）符号映射 • 符号映射的含义； • 符号映射的作用： • 单极性变为双极性便于信号检测时提高信号的相关峰值，有利于信号检测；无线定位与空间测量研究所田增山

6）信道增益 • 为对应的信道调整发射功率；无线定位与空间测量研究所田增山

7）多路输出选择器（DEMUX） • 信号分离器，多路输出选择器无线定位与空间测量研究所田增山

8）信道分配 • 使用沃尔什函数编码时为了保证基站信号是正交的，以抑制干扰。正交调制的(64,6)编码器以19.2kcps速率接收符号映射后（4.8k）的符号，并以19.2kcps的速率输出沃尔什编码后的二进制符号。无线定位与空间测量研究所田增山

9）复数乘法器 • 实现复数扩频。复数扩频因子（图中的PN-I和PN-Q）的产生方法如下。PN码的速率为1.2288Mcps。扩频增益为64倍。 • 两个正交的短PN码是用15阶线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的M序列（即在m序列中加入一个“0”），周期为215=32768。在1.2288Mcps的速率上，周期为26.66ms。 • 不同基站的短PN码只是偏置相位不同，有512种可能的偏置相位无线定位与空间测量研究所田增山

10）基带滤波器 无线定位与空间测量研究所田增山

10）基带滤波器 • S(f) 频率响应； • 频率在带通内，即 0<f<fp，要求滤波器归一化频率响应在 ±δ1范围内； • 频率在阻带通, 即f >fs，要求滤波器归一化频率响应在小于活等于-δ2 ; • 其中δ1 = 1.5 dB, δ2 = 40 dB, fp = 590 kHz, and fs = 740 kHz. 无线定位与空间测量研究所田增山

11）同步信道编码参数 无线定位与空间测量研究所田增山

3.前向寻呼信道 • F-PCH以固定的速率9600bps或4800bps传递信息。虽然有两种可供选择的速率，但在一个给定的系统中，所有的F-PCH都必须采用同样的速率。F-PCH应被分为时长为80ms的时间片，每个时间片含4个F-PCH帧，帧长为20ms。无线定位与空间测量研究所田增山

前向寻呼信道F-PCH • F-PCH在发送前要经过卷积编码、码符号重复、交织、数据扰码、正交扩频、QPSK调制和滤波。 • F-PCH卷积编码的速率为1/2，约束长度K=9；当数据速率为9600bps时，符号不用重复；而数据速率为4800bps时，符号重复一次(即2符号/比特)。其交织器长度为384 符号。无线定位与空间测量研究所田增山

前向寻呼信道F-PCH Walsh 寻呼信道调制码元码元符号映射卷积编码器交织码元重复＋＋ I 19.2ks/s 9.6kb/s 4.8kb/s 19.2ks/s 9.6ks/s r=1/2,K=9 19.2ks/s 1.2288Mc/s 寻呼信道的长码掩码长码产生抽样器 64chip/次 Q 全0 无线定位与空间测量研究所田增山

寻呼信道编码参数 无线定位与空间测量研究所田增山

4.前向广播控制信道F-BCCH F-BCCH是专门用来承载开销信息和进行短信息广播的信道，以数据速率19200bps、9600bps、或4800bps传送信息。F-BCCH帧长为40ms，但一般分为40ms、80ms和160ms时长的F-BCCH时间片。F-BCCH时间片有768bit，包括744个信息比特，16个帧质量指示符(CRC)和8个编码尾比特。无线定位与空间测量研究所田增山

前向广播控制信道F-BCCH • 在SRl，FEC编码R=1/2的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn64，其中1<n<63； • 在SRl，FEC编码R=1/4的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn32，其中1<n<31； • 如果在SR3的条件下使用F-BCCH，它将占用码分信道Wn128，共中1<n<127。 n的值都由BS指定，n的选择还应保证不和其他已分配的码信道资源冲突。无线定位与空间测量研究所田增山

前向广播控制信道F-BCCH F-BCCH在发射前经过编码、交织、序列重复、扩频、QPSK调制和滤波。F-BCCH卷积编码的速率为1/2，约束长度K=9；其交织器长度为1536符号；序列重复可为一次、两次或不重复。无线定位与空间测量研究所田增山

广播控 制信道 r=1/2,K=9 调制码元码元符号映射信道增益卷积编码器交织码元重复＋ 38.4ks/s 19.2kb/s 9.6kb/s 4.8kb/s 38.4kb/s 19.2kb/s 9.6kb/s 扰码比特重复 DEMUX 1.2288Mc/s 长码掩码长码产生抽样器 64chip/次 Q I 前向广播控制信道F-BCCH 无线定位与空间测量研究所田增山

5.前向快速寻呼信道F-QPCH 使用F-QPCH的目的，最主要是使MS不必长时间地监听F-PCH，从而延长了待机时间。基站利用F-QPCH通知MS，是否在下一个前向公共控制信道帧开始时接收其信息或者在下一个寻呼信道帧开始时接收其信息。无线定位与空间测量研究所田增山

前向快速寻呼信道F-QPCH 如果在SRl中使用F-QPCH，此信道的最大数量为3，它将依次占用码分信道W80128、W48128、W112128。F-QPCH传输没有经过编码、只进行扩频和开关控OOK调制的信号，为整个基站覆盖区内的MS服务。F-QPCH以固定的速率4800bps或9600bps传输快速寻呼指示信息，信道结构如下图所示。无线定位与空间测量研究所田增山

前向快速寻呼信道F-QPCH 快速寻呼信道指示 I 开关键控：指示符有效，则发+1；否则发0。调制符号码元重复信道增益 DEMUX 19.2ks/s 9.6kb/s 4.8kb/s Q 无线定位与空间测量研究所田增山

6.前向公共功率控制信道F-CPCCH BS支持一个或多个F-CPCCH，通过F-CPCCH传输功率控制子信道(1比特/子信道)信息给反向公用控制信道和增强接入信道。每个功率控制子信道控制一个R-CCCH或者一个R-EACH。无线定位与空间测量研究所田增山

第三章 CDMA2000 物理信道编码