《cdma2000介绍及网络规划》第一章 cdma2000介绍.doc_大学文库

第 1 页共 93页第一章 cdma2000 介绍(张洪志)......................................................................................................................4 1 概述...................................................................................................................................................................4 1.1 cdma2000 的特点.........................................................................................................................4 1.2 cdma2000 的标准.........................................................................................................................5 1.3 cdma2000 信道命名约定 ...........................................................................................................5 1.3.1 逻辑信道命名约定.............................................................................................................6 1.3.2 物理信道命名约定.............................................................................................................7 1.4 cdma2000 的体系结构................................................................................................................8 2 物理层...............................................................................................................................................................9 2.1 前向链路（FL）物理信道......................................................................................................10 2.1.1 FL 物理信道概况 .............................................................................................................10 2.1.2 FL 导频信道 ......................................................................................................................12 2.1.3 FL 同步信道 ......................................................................................................................12 2.1.4 FL 寻呼信道 ......................................................................................................................12 2.1.5 FL 广播控制信道 .............................................................................................................13 2.1.6 FL 快速寻呼信道 .............................................................................................................13 2.1.7 FL 公共功率控制信道 ....................................................................................................15 2.1.8 FL 公共指配信道 .............................................................................................................15 2.1.9 FL 公共控制信道 .............................................................................................................15 2.1.10 FL 专用控制信道 .............................................................................................................16 2.1.11 FL 基本信道 ......................................................................................................................16 2.1.12 FL 补充信道 ......................................................................................................................17 2.1.13 FL 补充码分信道 .............................................................................................................17 2.2 反向链路（RL）物理信道......................................................................................................17 2.2.1 RL 物理信道概况.............................................................................................................17 2.2.2 RL 导频信道......................................................................................................................20 2.2.3 RL 接入信道......................................................................................................................21 2.2.4 RL 增强接入信道.............................................................................................................21 2.2.5 RL 公共控制信道.............................................................................................................21 2.2.6 RL 专用控制信道.............................................................................................................21 2.2.7 RL 基本信道......................................................................................................................21 2.2.8 RL 补充信道......................................................................................................................22 2.2.9 RL 补充码分信道.............................................................................................................22 2.3 接入模式......................................................................................................................................22 2.3.1 与 IS-95A/B 兼容的接入模式 .......................................................................................22 2.3.2 基本接入模式....................................................................................................................22 2.3.3 功率受控接入模式...........................................................................................................22 2.3.4 预留接入模式....................................................................................................................22 2.3.5 指定接入模式....................................................................................................................24 3 链路层.............................................................................................................................................................24 3.1 MAC 子层....................................................................................................................................24 3.1.1 RLP 和复用子层...............................................................................................................25 3.1.2 SRBP 和公用信道复用子层 ..........................................................................................26 3.2 LAC 子层.....................................................................................................................................26 3.2.1 LAC 层内的协议子层 .....................................................................................................27 3.2.1.1 鉴权子层 ...................................................................................................................27 3.2.1.2 ARQ 子层..................................................................................................................27 3.2.1.3 寻址子层 ...................................................................................................................29 3.2.1.4 功用子层 ...................................................................................................................29 3.2.1.5 分割和重装（SAR）子层 ....................................................................................29 3.2.2 逻辑信道.............................................................................................................................29 3.2.2.1 r-csch ..........................................................................................................................31 3.2.2.2 f-csch..........................................................................................................................31 3.2.2.3 f/r-dsch.......................................................................................................................32

第 2 页共 93页 4 第三层（层 3）............................................................................................................................................32 4.1 业务建立时的控制信令 ...........................................................................................................33 4.1.1 业务配置（Service Configuration）............................................................................33 4.1.1.1 业务配置中的可协商参数....................................................................................33 4.1.1.2 业务配置中的不可协商参数................................................................................34 4.1.2 业务协商（Service Negotiation）................................................................................35 4.2 切换中的控制信令（流程） ..................................................................................................35 4.2.1 软切换.................................................................................................................................35 4.2.2 CDMA 工作模式之间的硬切换 ...................................................................................38 4.2.3 CDMA 到模拟系统的硬切换........................................................................................39 5 无线资源管理................................................................................................................................................39 5.1 功率控制......................................................................................................................................40 5.1.1 反向功率控制....................................................................................................................41 5.1.2 前向功率控制....................................................................................................................42 5.1.3 软切换技术........................................................................................................................43 5.1.4 接纳控制.............................................................................................................................43 5.2 分组调度......................................................................................................................................45 5.2.1 目的和原则........................................................................................................................45 5.2.2 调度算法.............................................................................................................................46 5.2.2.1 前向调度算法介绍 .................................................................................................46 5.2.2.2 反向链路调度算法 .................................................................................................47 5.3 负荷控制......................................................................................................................................48 6 缩略语.............................................................................................................................................................49 7 参考文献........................................................................................................................................................49 第二章 CDMA 网络规划（张洪志）...........................................................................................................51 1 什么是无线网络规划..................................................................................................................................51 1.1 无线网络规划的内涵................................................................................................................51 1.1.1 无线设计目标....................................................................................................................52 1.1.2 设计方案.............................................................................................................................54 1.1.3 设计内容.............................................................................................................................54 1.2 CDMA 规划特殊问题...............................................................................................................55 1.3 规划特点和意义.........................................................................................................................56 1.4 无线网络规划流程....................................................................................................................56 2 数据准备........................................................................................................................................................57 2.1 地理数据......................................................................................................................................57 2.2 业务密度分布.............................................................................................................................58 3 无线电波传播和传模预测.........................................................................................................................58 3.1 概论...............................................................................................................................................58 3.2 无线信道简介.............................................................................................................................58 3.2.1 慢衰落和快衰落 ...............................................................................................................58 3.2.2 多径传播.............................................................................................................................60 3.2.3 时延扩展.............................................................................................................................60 3.2.4 相关带宽.............................................................................................................................61 3.2.5 多谱勒频移........................................................................................................................62 3.2.6 衰落特性.............................................................................................................................62 3.2.6.1 衰落速率和衰落深度.............................................................................................62 3.2.6.2 电平通过率和衰落持续时间................................................................................63 3.3 无线信道电波传播基本方式 ..................................................................................................63 3.3.1 引言 .....................................................................................................................................63 3.3.2 自由空间的传播 ...............................................................................................................63 3.3.3 反射 .....................................................................................................................................65 3.3.4 绕射 .....................................................................................................................................67 3.3.5 散射 .....................................................................................................................................69

第 3 页共 93页 3.4 电波传播损耗预测模型 ...........................................................................................................69 3.4.1 室外传播模型....................................................................................................................70 3.4.1.1 Hata 模型...................................................................................................................70 3.4.1.2 CCIR 模型.................................................................................................................71 3.4.1.3 COST 231-WIM 模型.............................................................................................71 3.4.1.4 LEE 模型...................................................................................................................73 3.4.2 室内传播模型....................................................................................................................75 3.4.2.1 对数距离路径损耗模型.........................................................................................76 3.4.2.2 Ericsson 多重断点模型..........................................................................................76 3.4.2.3 衰减因子模型 ..........................................................................................................77 3.4.2.4 传播模型路测与校正.............................................................................................77 4 链路预算........................................................................................................................................................78 4.1.1 链路预算计算方法描述..................................................................................................78 4.1.1.1 反向链路预算（话音和数据业务） ..................................................................78 4.1.1.2 前向链路预算（话音业务）................................................................................79 4.1.1.3 前向链路预算（数据业务）................................................................................80 4.2 其他系统干扰.............................................................................................................................82 4.3 系统设计与调整.........................................................................................................................82 5 性能分析........................................................................................................................................................84 5.1 性能分析的必要性....................................................................................................................84 5.2 性能分析的可行性....................................................................................................................85 5.3 性能分析的预期目标................................................................................................................86 5.4 性能分析的研究方案................................................................................................................86 5.5 覆盖分析......................................................................................................................................87 5.5.1 前向覆盖.............................................................................................................................87 5.5.2 反向覆盖.............................................................................................................................88 5.5.3 前反向链路平衡 ...............................................................................................................88 6 导频分配........................................................................................................................................................89 6.1 一种不正确的 PN 偏置分配 ...................................................................................................89 6.2 PN 偏置规划...............................................................................................................................90 6.3 导频规划策略.............................................................................................................................92 7 参考文献........................................................................................................................................................93

第 4 页共 93页第一章 cdma2000 介绍张洪志摘要：cdma2000 是面向第三代（3G）无线通信系统的标准之一，它以当前的 cdmaOne 系统为基础发展而来，与之有很好的后向兼容性，并可在多种环境条件下以不同的服务质量（QoS）支持多种/复合业务（如话音、分组/电路数据、定位业务），满足 IMT-2000 的要求。本文对 cdma2000 标准进行了概括的介绍，并将重点放在其物理层上。关键词：cdma2000; 移动通信 An Introduction to cdma2000 ZHANG HONGZHI Abstract: cdma2000 is one of the standards for the 3rd Generation (3G) wireless communication systems. It is based on the evolution of current cdmaOne systems with which backward compatibility is well maintained. In multiple environments, cdma2000 satisfies the requirements of IMT-2000, supporting various/combined services (e.g. voice, packet/circuit data, tiered services) with different QoS. A general introduction to cdma2000 specifications is presented with certain emphasis on its Physical Layer. Key words: cdma2000; mobile communication 1 概述 1.1 cdma2000 的特点 cdma2000 采用 CDMA 技术的宽带扩频接口，用以满足 3G 无线通信系统的需要。采用该技术在室内办公室环境中、室内/外步行环境中、车载环境中，均可达到或超过 IMT-2000 的指标，室内最高数据速率达 2Mbps，步行环境 384Kbps，车载环境 144Kbps；同时支持从 2G 系统的演进及以下一些特性： ◼ 宽松的性能范围：从话音到低速数据、到非常高速的分组和电路数据业务； ◼ 提供多种复合的业务：仅传话音、同时传话音和数据、仅传数据和定位业务； ◼ 具有先进的多媒体服务质量（QoS）控制能力，支持多路话音、高速分组数据同时传送； ◼ 与现存的 TIA/EIA-95-B 系统具有无缝的互操作性和切换能力； ◼ 具有从基于 TIA/EIA-95-B 的系统平滑演进的能力； cdma2000 无线传输技术上的关键设计有下面一些特点：

上/hk AMSUNI SHANGHIAI BELI 宽带CDMA无线接口在提髙系统性能和容量上有明显的优势: 基于相干导频的反向空中接口连续的反向空中接口波形快速的前向和反向空中接口的功率控制采用辅助导频来支持波束赋形应用和增加容量: 支持多种范围的射频信道带宽:1.25MHz;3.75MHz;7.5MHz;1.25MHz和 1 5MHz 增强的MAC功能以支持高效率的高速分组数据业务: 为支持MAC对物理层进行了优化: 采用了专用控制信道(DCH) 可变帧长的分组数据控制信道操作(5和20ms) 为支持快速分组数据业务的接入控制采用了增强的寻呼和接入信道; ■为支持更高传送速率和增加系统容量采用 TURBO码可支持多种空中接口信令的灵活的信令结构;等等。 12cdma2000的标准 cdma2000系列标准为满足3G无线通信系统要求,其无线接口采用了码分多址(CDMA)扩谱技术。该标准包括下列部分 IS-2000-1.A, Introduction to cdma2000 Standards for Spread Spectrum Systems[l],这部分是对cdma2000标准整体的简要介绍。 IS-2000-2.A, Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems{2],这部分是对cdma2000物理层标准描述,主要包括空中接口的各种信道的调制结构和参数,是整个标准中关键的部分 IS-2000-3.A, Medium Access Control (MAC)Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[3],这部分是对cdma2000第二层标准中的媒体接入控制(MAC) 子层的描述。 IS-2000-4.A, Signaling Link Access Control (LAC) Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems4],这部分是对cdma2000第二层标准中的链路接入控制 (LAC)子层的描述。 IS-2000-5.A, Upper Layer Layer 3)Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems5],这部分是对cdma2000高层(层3)信令标准的描述。 IS-2000-6.A, Analog Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems6],这部分是对模拟工作方式的规定,用以支持双模的移动台(MS)和基站(BS)。本文的内容也基本按照上面的结构进行组织,所参考的版本为2000年3月的‘ Release a’,但基本省略了IS-2000-6,A这部分,并且其它部分的叙述侧重围绕物理层展开 13cdma2000信道命名约定由于cdma2000中经常提到各种逻辑信道和物理信道,为了下面叙述的方便,先介绍一下本文对信道命名的约定。第5页共93页

第 5 页共 93页 ◼ 宽带 CDMA 无线接口在提高系统性能和容量上有明显的优势： ⚫ 基于相干导频的反向空中接口； ⚫ 连续的反向空中接口波形； ⚫ 快速的前向和反向空中接口的功率控制； ⚫ 采用辅助导频来支持波束赋形应用和增加容量； ◼ 支持多种范围的射频信道带宽：1.25MHz; 3.75MHz; 7.5MHz; 11.25MHz 和 15MHz； ◼ 增强的 MAC 功能以支持高效率的高速分组数据业务； ◼ 为支持 MAC 对物理层进行了优化： ⚫ 采用了专用控制信道（DCCH）； ⚫ 可变帧长的分组数据控制信道操作（5 和 20ms）； ⚫ 为支持快速分组数据业务的接入控制采用了增强的寻呼和接入信道； ◼ 为支持更高传送速率和增加系统容量采用 TURBO 码； ◼ 可支持多种空中接口信令的灵活的信令结构；等等。 1.2 cdma2000 的标准 cdma2000 系列标准为满足 3G 无线通信系统要求，其无线接口采用了码分多址（CDMA）扩谱技术。该标准包括下列部分： IS-2000-1.A ， Introduction to cdma2000 Standards for Spread Spectrum Systems[1]，这部分是对 cdma2000 标准整体的简要介绍。 IS-2000-2.A ， Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[2]，这部分是对 cdma2000 物理层标准描述，主要包括空中接口的各种信道的调制结构和参数，是整个标准中关键的部分。 IS-2000-3.A，Medium Access Control (MAC) Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[3]，这部分是对 cdma2000 第二层标准中的媒体接入控制（MAC）子层的描述。 IS-2000-4.A，Signaling Link Access Control (LAC) Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[4]，这部分是对 cdma2000 第二层标准中的链路接入控制（LAC）子层的描述。 IS-2000-5.A，Upper Layer (Layer 3) Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[5]，这部分是对 cdma2000 高层（层 3）信令标准的描述。 IS-2000-6.A，Analog Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems[6]，这部分是对模拟工作方式的规定，用以支持双模的移动台（MS）和基站（BS）。本文的内容也基本按照上面的结构进行组织，所参考的版本为 2000 年 3 月的‘Release A’，但基本省略了 IS-2000-6.A 这部分，并且其它部分的叙述侧重围绕物理层展开。 1.3 cdma2000 信道命名约定由于 cdma2000 中经常提到各种逻辑信道和物理信道，为了下面叙述的方便，先介绍一下本文对信道命名的约定

上/hk AMSUNI HANGHIAI BELI 从现有2G的CDMA技术的平滑演进,cdma200相对于2G的CDMA标准提出了更多种类的物理信道,对于它们的应用可以非常灵活,当然复杂度也相应增加了,这就需要对它们有准确全面的了解。因此,本文这部分将主要按不同信道的划分来介绍物理层。在介绍之前,先了解一下几个基本概念。首先是“扩谱速率”,即“ Spreading Rate”,以下简称“SR”,它指的是前向或反向CDMA信道上的PN码片速率本文中SR有两种: 种为SR1,也通常记作“1X”,SR1的前向和反向CDMA信道在单载波上都采用码片速率为1.2288Mcps的直接序列(DS)扩谱。另一种为SR3,也通常记作“3X”,SR3的前向CDMA信道有3个载波, 每个载波上都采用1.2288Mcps的DS扩谱,总称多载波(MC)方式;SR3的反向CDMA信道在单载波上都采用码片速率为36864Mcps的DS扩谱下面再介绍一下“无线配置”的概念。无线配置即“ Radio Configuration 以下简称为“RC”。RC指一系列前向或反向业务信道的工作模式,每种RC支持一套数据速率,其差别在于物理信道的各种参数,包括调制特性和扩谱速率等。 21前向链路(FL)物理信道 211FL物理信道概况前向链路,以下简称“FL”,它所包括的物理信道如图2-1所示。这些信道由适当的 Walsh函数或准正交函数( quasi-orthogonal function,简称QOF)进行扩谱。 Walsh函数用于RCl或2; Walsh函数或QOF用于RC3到9。cdma2000 采用了变长的Wash码,对于SR1,最长可为128;对于SR3,最长可为256 如果BS在前向CDMA信道上发送了 F-CCCH,则它必须还在此CDMA信道上发送F-BCCH。前向CDMA信道 (SRI和SR3) 同步信道业务信道寻呼信道快速寻呼向导频送分集导频辅助导频辅助发送分 0-1专用控制功率控制0-7补信道|0-2补充信图21前向链路CDMA信道 FL业务信道的RC及其特性如表格2-1所示。注意:对于RC3到9, F-DCCH 和FFCH也允许9600bps,5ms帧的方式。表格2-1FL业务信道Rc RC|SR/最大数据速率前向纠错编码(FC)FEC方式分集(D)/调制方式允许发送速率(帧长) 9.600 1/2 卷积码 BPSK 14,400 卷积码 BPSK 第10页共93页

第 10 页共 93页从现有 2G 的 CDMA 技术的平滑演进，cdma2000 相对于 2G 的 CDMA 标准提出了更多种类的物理信道，对于它们的应用可以非常灵活，当然复杂度也相应增加了，这就需要对它们有准确全面的了解。因此，本文这部分将主要按不同信道的划分来介绍物理层。在介绍之前，先了解一下几个基本概念。首先是“扩谱速率”，即“Spreading Rate”，以下简称“SR”，它指的是前向或反向 CDMA 信道上的 PN 码片速率。本文中 SR 有两种：一种为 SR1，也通常记作“1X”，SR1 的前向和反向 CDMA 信道在单载波上都采用码片速率为 1.2288 Mcps 的直接序列（DS）扩谱。另一种为 SR3，也通常记作“3X”，SR3 的前向 CDMA 信道有 3 个载波，每个载波上都采用 1.2288 Mcps 的 DS 扩谱，总称多载波（MC）方式；SR3 的反向 CDMA 信道在单载波上都采用码片速率为 3.6864 Mcps 的 DS 扩谱。下面再介绍一下“无线配置”的概念。无线配置即“Radio Configuration”，以下简称为“RC”。RC 指一系列前向或反向业务信道的工作模式，每种 RC 支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括调制特性和扩谱速率等。 2.1 前向链路（FL）物理信道 2.1.1 FL 物理信道概况前向链路，以下简称“FL”，它所包括的物理信道如图 2-1 所示。这些信道由适当的 Walsh 函数或准正交函数（quasi-orthogonal function，简称 QOF）进行扩谱。Walsh 函数用于 RC1 或 2；Walsh 函数或 QOF 用于 RC3 到 9。cdma2000 采用了变长的 Walsh 码，对于 SR1，最长可为 128；对于 SR3，最长可为 256。如果 BS 在前向 CDMA 信道上发送了 F-CCCH，则它必须还在此 CDMA 信道上发送 F-BCCH。前向CDMA信道（SR1和SR3）公共指配信道公共功率控制信道导频信道公共控制信道同步信道业务信道广播控制信道寻呼信道（SR1）快速寻呼信道前向导频信道发送分集导频信道辅助导频信道 0-1专用控制信道 0-1基本信道功率控制子信道 0-7补充码分信道（RC1-2） 0-2补充信道（RC3-9）辅助发送分集导频信道图 2-1 前向链路 CDMA 信道 FL 业务信道的 RC 及其特性如表格 2-1 所示。注意：对于 RC3 到 9，F-DCCH 和 F-FCH 也允许 9600 bps，5ms 帧的方式。表格 2-1 FL 业务信道 RC RC SR 最大数据速率（Kbps）前向纠错编码（FEC）速率（帧长） FEC 方式允许发送分集（TD）调制方式 1 * 2 * 1 1 9,600 14,400 1/2 1/2 卷积码卷积码否否 BPSK BPSK

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